Opportunities and Challenges in Using Electronic Lab Notebooks in Teacher Education
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Keywords

digitalisation-related competences
Teacher Education
Chemistry

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Eitemüller, Carolin, and Vanessa Fischer. 2025. “Opportunities and Challenges in Using Electronic Lab Notebooks in Teacher Education: An Approach to the Digitalization of Laboratory Practicals in Higher Education”. MediaEducation: Journal for Theory and Practice of Media Education 65 (MEDIDA24):273-95. https://doi.org/10.21240/mpaed/65/2025.09.02.X.

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Copyright (c) 2025 Carolin Eitemüller, Vanessa Fischer

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Abstract

This article examines the use of an electronic lab notebook as an exemplary approach to integrate digital tools into university teacher education within the context of a practical laboratory course. The study focuses on the promotion of digitalisation-related and subject-specific competencies in the field of experiment documentation in chemistry. There is evidence that chemistry teacher training students have deficits in both competence areas. Electronic lab notebooks offer numerous advantages over paper-based versions, so that they can help address the challenges associated with documenting experiments. In a mixed-methods study with 48 students and 6 lecturers, the use of the tool eLabFTW for the digital documentation of classic school experiments was evaluated. The results indicate that the electronic lab notebook supports the structuring of protocols and facilitates a collaborative way of working, but that technical barriers also limit its use. Nevertheless, the use of the electronic lab notebook led to significantly positive changes in students‘ self-efficacy expectations when using digital media. Interviews with students and lecturers confirm the usefulness of the electronic lab notebook in supporting students‘ documentation skills, but they also highlighted the need for improvements with regard to the user-friendliness of the tool and emphasized that didactic and methodological adjustments in the design of the traditional lab course are necessary in order to fully realize the potential of the electronic lab notebook.

https://doi.org/10.21240/mpaed/65/2025.09.02.X

References

Aoyagi, Daisuke. 2018. «No-cost Implementation of Electronic Lab Notebooks in an Intro Engineering Design Course». Paper presented at 2018 ASEE Annual Conference & Exposition, Salt Lake City, Utah. https://doi.org/10.18260/1-2--30841.

Barr, Chris. 2018. «Board 36: Work in Progress: Assessment of Google Docs and Drive for Enhanced Communication and Data Dissemination in a Unit Operations Laboratory». Paper presented at 2018 ASEE Annual Conference & Exposition , Salt Lake City, Utah. https://doi.org/10.18260/1-2--30017.

Bayrak, Cana. 2020. Vom Experiment zum Protokoll: Versuchsprotokolle schreiben lernen. Münster: Waxmann.

Becker, Sebastian, Till Bruckermann, Alexander Finger, Johannes Huwer, Erik Kremser, Monique Meier, Lars-Jochen Thoms, Christoph Thyssen, und Lena von Kotzebue. 2020. «Orientierungsrahmen Digitale Kompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften-DiKoLAN». In Digitale Basiskompetenzen- Orientierungshilfe und Praxisbeispiele für die universitäre Lehramtsausbildung in den Naturwissenschaften, herausgegeben von Sebastian Becker, Jenny Meßinger-Koppelt, Christoph Thyssen, 14–43. Hamburg: Joachim Herz Stiftung.

Beißwenger, Michael, Swantje Borukhovich-Weis, Torsten Brinda, Björn Bulizek, Veronika Burovikhina, Katharina Cyra, Inga Gryl, und David Tobinski. 2020. «Ein integratives Modell digitalisierungsbezogener Kompetenzen für die Lehramtsausbildung». In Digitale Innovationen und Kompetenzen in der Lehramtsausbildung, herausgegeben von Beißwenger, Michael, Björn Bulizek, Inga Gryl, und Florian Schacht, 43–56. Duisburg: Universitätsverlag Rhein-Ruhr.

Bewersdorff, Arne, Kathrin Seßler, Armin Baur, Enkelejda Kasneci, und Claudia Nerdel. 2023. «Assessing student errors in experimentation using artificial intelligence and large language models: a comparative study with human raters». Computers and Education: Artificial Intelligence 5:100177. https://doi.org/10.1016/j.caeai.2023.100177

Bird, Colin L., Cerys Willoughby, und Jeremy G. Frey. 2013. «Laboratory Notebooks in the Digital Era: The Role of ELNs in Record Keeping for Chemistry and Other Sciences». Chemical Society reviews 42 (20): 8157–75. https://doi.org/10.1039/c3cs60122f.

Bromfield Lee, Deborah. 2018. «Implementation and Student Perceptions on Google Docs as an Electronic Laboratory Notebook in Organic Chemistry». J. Chem. Educ. 95 (7): 1102–11. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.7b00518.

Cardenas, Mary. 2014. «An Implementation of Electronic Laboratory Notebooks (ELN) Using a Learning Management System Platform in an Undergraduate Experimental Engineering Course». Paper presented at 2014 ASEE Annual Conference & Exposition, Indianapolis, Indiana. https://doi.org/10.18260/1-2--20055.

Colabroy, Keri, und Jessica K. Bell. 2019. «Lab eNotebooks». In Biochemistry Education: From Theory to Practice. Bd. 1337, herausgegeben von Thomas J. Bussey, Kimberly Linenberger Cortes und Rodney C. Austin, 173–95 1337. Washington, DC: American Chemical Society. https://doi.org/10.1021/bk-2019-1337.ch008.

Cronbach, Lee J. 1951. «Coefficient alpha and the internal structure of tests». Psychometrika 16 (3): 297–334.

Drossel, Kerstin, Birgit Eickelmann, Heike Schaumburg, und Amelie Labusch. 2019. «Nutzung digitaler Medien und Prädiktoren aus der Perspektive der Lehrerinnen und Lehrer im internationalen Vergleich». https://doi.org/10.25656/01:18325.

Eickelmann, Birgit, Wilfried Bos, Julia Gerick, Frank Goldhammer, Heike Schaumburg, Knut Schwippert, Martin Senkbeil, und Jan Vahrenhold. 2019. «ICILS 2018 #Deutschland: Computer- und informationsbezogene Kompetenzen von Schülerinnen und Schülern im zweiten internationalen Vergleich und Kompetenzen im Bereich Computational Thinking». https://doi.org/10.25656/01:18166.

Friebertshäuser, Barbara, und Antje Langer. 2013. «Interviewformen und Interviewpraxis» In Handbuch Qualitativer Forschungsmethoden in der Erziehungswissenschaft, herausgegeben von Barbara Friebertshäuser, Antje Langer und Annedore Prengel, 437–55. Weinheim, Basel: Beltz Juventa.

Ghannam, Rami, Sajjad Hussain, Hua Fan, und Miguel Angel Conde Gonzalez. 2021. «Supporting Team Based Learning Using Electronic Laboratory Notebooks: Perspectives From Transnational Students». IEEE Access 9:43241–52. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3065611.

Groß, Katharina. 2013. Experimente Alternativ Dokumentieren: Eine Qualitative Studie Zur Förderung der Diagnose- und Differenzierungskompetenz in der Chemielehrerbildung. Berlin: Logos.

Große-Heilmann, Rike, Josef Riese, Jan-Philipp Burde, Thomas Schubatzky, und David Weiler. 2022. «Fostering Pre-Service Physics Teachers’ Pedagogical Content Knowledge Regarding Digital Media». Education Sciences 12 (7): 440. https://doi.org/10.3390/educsci12070440.

Koehler, Matthew J., Punya Mishra, und William Cain. 2013. «What Is Technological Pedagogical Content Knowledge (TPACK)?» Journal of Education 193 (3): 13–19.

Kotzebue, Lena von, Monique Meier, Alexander Finger, Erik Kremser, Johannes Huwer, Lars-Jochen Thoms, Sebastian Becker, Till Bruckermann, und Christoph Thyssen. 2021. «The Framework DiKoLAN (Digital Competencies for Teaching in Science Education) as Basis for the Self-Assessment Tool DiKoLAN-Grid». Education Sciences 11 (12): 775. https://doi.org/10.3390/educsci11120775.

Krempkow, René, Maria Gäde, Alexander Hönsch, und Carlos Boshert. 2022. «Digitale Kompetenzen von Studierenden auf dem Prüfstand: Analysen zur Zuverlässigkeit der Erfassung digitaler Kompetenzen». Qualität in der Wissenschaft (QIW) 1: 20–28.

Kuckartz, Udo, und Stefan Rädiker. 2024. Fokussierte Interviewanalyse mit MAXQDA. Wiesbaden: Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-658-40212-9.

Kuczenski, Jessica A., und E. S. Araj. 2016. «A comparison of paper vs. electronic (portfolio) notebooks for engineering design projects». https://peer.asee.org/26287.

Kultusministerkonferenz. 2016. «Bildung in der digitalen Welt: Strategie der Kultusministerkonferenz». https://www.kmk.org/fileadmin/pdf/PresseUndAktuelles/2018/Digitalstrategie_2017_mit_Weiterbildung.pdf.

Kultusministerkonferenz. 2020. Bildungsstandards im Fach Chemie für die Allgemeine Hochschulreife: Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 18.06.2020. Köln: Carl Link.

Kultusministerkonferenz. 2024. Weiterentwickelte Bildungsstandards in den Naturwissenschaften für das Fach Chemie (MSA): Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 16.12.2004 i.d.F. vom 13.06.2024. https://www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/2024/2024_06_13-WeBiS_Chemie_MSA.pdf.

Maxton-Küchenmeister, Jörg, und Jenny Meßinger-Koppelt, Hrsg. 2014. Digitale Medien im naturwissenschaftlichen Unterricht. Naturwissenschaften. Hamburg: Joachim-Herz-Stiftung.

Mertens, Sarah, und Cornelia Gräsel. 2018. «Entwicklungsbereiche bildungswissenschaftlicher Kompetenzen von Lehramtsstudierenden im Praxissemester». Zeitschrift für Erziehungswissenschaft 21: 1109-1133. https://doi.org/10.1007/s11618-018-0825-z

Meßinger-Koppelt, Jenny, Sascha Schanze, und Jorge Groß, Hrsg. 2017. Lernprozesse mit digitalen Werkzeugen unterstützen: Perspektiven aus der Didaktik naturwissenschaftlicher Fächer. Naturwissenschaften. Hamburg: Joachim Herz Stiftung.

Prosser, Eric, und John Kromer. 2023. «Electronic Research Notebooks in the Educational Setting: A Scoping Review». J Sci Educ Technol 32 (5): 697–709. https://doi.org/10.1007/s10956-023-10065-w.

Puccinelli, J. P., und A. J. Nimunkar. 2014. «An experience with electronic laboratory notebooks in real-world, client-based BME design courses». Paper presented at ASEE Annual Conference & Exposition: Design in the Curriculum. https://peer.asee.org/an-experience-with-electronic-laboratory-notebooks-in-real-world-client-based-bme-design-courses.pdf.

Rautenstrauch, Hanne. 2017. Erhebung des (Fach-)Sprachstandes bei Lehramtsstudierenden Im Kontext des Faches Chemie. Berlin: Logos.

Russek, Adrian, und Katrin Sommer. 2020. «Protokolle – Vielfalt statt Einfalt: Ein Beitrag zum Kompetenzbereich Kommunikation». Unterricht Chemie 180 (31): 2–8.

Schmid, Ulrich, Lutz Goertz, Sabine Radomski, Sabrina Thom, Julia Behrens, und Bertelsmann Stiftung. 2017. «Monitor Digitale Bildung: Die Hochschulen im digitalen Zeitalter». Unveröff. Manuskript, zuletzt geprüft am 11. September 2024. https://www.bertelsmann-stiftung.de/fileadmin/files/BSt/Publikationen/GrauePublikationen/DigiMonitor_Hochschulen_final.pdf.

van Ackeren, Isabell, Stefan Aufenanger, Birgit Eikelmann, Steffen Friedrich, Rudolf Kammerl, Julia Knopf, Kerstin Mayrberger, Heike Scheika, Katharina Scheiter, und Mandy Schiefner-Rohs. 2019. «Digitalisierung in der Lehrerbildung: Herausforderungen, Entwicklungsfelder und Förderung von Gesamtkonzepten». DDS-Die Deutsche Schule 111 (1): 103–19. https://doi.org/10.31244/dds.2019.01.10.

van Dyke, Aaron R., und Jillian Smith-Carpenter. 2017. «Bring Your Own Device: A Digital Notebook for Undergraduate Biochemistry Laboratory Using a Free, Cross-Platform Application». J. Chem. Educ. 94 (5): 656–61. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00622.

Vogelsang, Christoph, Alexander Finger, Daniel Laumann, und Christoph Thyssen. 2019. «Vorerfahrungen, Einstellungen und motivationale Orientierungen als mögliche Einflussfaktoren auf den Einsatz digitaler Werkzeuge im naturwissenschaftlichen Unterricht». ZfDN 25 (1): 115–29. https://doi.org/10.1007/s40573-019-00095-6.

Wang, Wei, Denise Schmidt-Crawford, und Yi Jin. 2018. «Preservice Teachers‘ TPACK Development: A Review of Literature». Journal of Digital Learning in Teacher Education 34 (4): 234–58. https://doi.org/10.1080/21532974.2018.1498039.

Wang, Rose, und Dorottya Demszky. 2023. «Is ChatGPT a Good Teacher Coach? Measuring Zero-Shot Performance for Scoring and Providing Actionable Insights on Classroom Instruction». arXiv preprint arXiv:2306.03090. https://doi.org/10.48550/arXiv.2306.03090.

Weibel, Jason D. 2016. «Working toward a Paperless Undergraduate Physical Chemistry Teaching Laboratory». J. Chem. Educ. 93 (4): 781–84. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00585.

Wirtz, Markus, und Franz Caspar. 2002. Beurteilerübereinstimmung und Beurteilerreliabilität. Göttingen: Hogrefe.

Yoon, Su-Youn, Eva Miszoglad, und Lisa R. Pierce. 2023. «Evaluation of ChatGPT feedback on ELL writers‘ coherence and cohesion». arXiv preprint arXiv:2310.06505. https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.06505.