Kategorie: TB2021

Untersuchung der Schwierigkeit von organisch-chemischen Aufgaben

Steinbach, Martin, Eitemüller, Carolin & Walpuski, Maik

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Augmented Reality (AR) kann das (audio-)visuelle Lernen als didaktisches Medium anreichern, indem in der Lehr-Lernsituation fachliche, fach- und mediendidaktische sowie pädagogische Aspekte berücksichtigt werden. Besonders für die Modellbildung bei Schüler*innen scheint AR einen wichtigen Beitrag leisten zu können, da hierdurch nicht-beobachtbare Prozesse “sichtbar” gemacht werden können. Die getrennte Darstellung von z.B. Teilchen auf makroskopischer, symbolischer und submikroskopischer Ebene, was zumeist eine grundlegende Problematik für Schüler*innen (aber auch für Student*innen) darstellt, kann so durch wiederholbare Wechsel der Ebenen bewusst gemacht und reflektiert werden. AR ist dabei ein sehr nützliches Werkzeug zur Bewältigung dieser kognitiven Hürde im naturwissenschaftlichen Unterricht. In diesem Beitrag wird entsprechende didaktische Einbettung von AR an bereits entwickelten Lehr-Lern-Szenarien anhand o.g. Aspekte erläutert. In einem weiteren Schritt werden speziell die Vorteile von AR zur Förderung der Modellvorstellung von Schüler*innen beispielhaft dargestellt.

Referenz:

Steinbach, Martin, Eitemüller, Carolin & Walpuski, Maik (2021). Untersuchung der Schwierigkeit von organisch-chemischen Aufgaben. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 553). Universität Duisburg-Essen

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Digital-kollaboratives Lernen im Anfangsstudium Chemie

Hauck, David Johannes & Melle, Insa

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Aufgrund der zunehmenden Digitalisierung unserer Gesellschaft erlangen mobile Endgeräte, gerade mit Blick auf die schulische Situation während der Corona-Krise, eine immense Bedeutung im Bildungssystem. Insbesondere Tablets wird ein großes Potential zugeschrieben. Diese können z.B. eingesetzt werden, um Erklärvideos zu erstellen. Zudem ermöglicht eine Tablet-gestützte Aufgabenbearbeitung ein direktes Feedback.

Vor diesem Hintergrund sollen Erkenntnisse über die Wirkung des Tableteinsatzes in der Wissensvermittlung und -sicherung gewonnen werden. In der Studie wird eine iPad-basierte Lernumgebung entwickelt und evaluiert, welche sich mit der Einführung in das Basiskonzept Chemische Reaktion befasst. Diese wird in der Erarbeitungsphase von den Lernenden individuell bearbeitet. In der folgenden Sicherungsphase werden die Inhalte in einer kooperativen Partnerarbeit vertieft: Die Hälfte der Lernenden bearbeitet Aufgaben auf den Tablets, die andere Hälfte erstellt Erklärvideos.

Auf dem Poster werden die Forschungsfragen, das Studiendesign, die Lernumgebung sowie erste Ergebnisse dargestellt.

Referenz:

Hauck, David Johannes & Melle, Insa (2021). Digital-kollaboratives Lernen im Anfangsstudium Chemie. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 493). Universität Duisburg-Essen

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Augmented Reality als digitales Lernwerkzeug zur Visualisierung nicht-beobachtbarer Prozesse

Seibert, Johann, Lang, Vanessa, Lauer, Luisa, Eichinger, Annika, Bach, Sarah, Kelkel, Mareike, Perels, Franziska, Peschel, Markus, Huwer, Johannes

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Das Forschungsvorhaben untersucht die Wirksamkeit eines Hochschulseminars für Lehramtsstudierende zu Bildung für Nachhaltige Entwicklung (BNE). Im BNE-Bildungskonzept wird angestrebt, im Unterricht disziplinäre und interdisziplinäre Perspektiven auf komplexe Nachhaltigkeitsthemen einzunehmen. Dabei wird der kooperativen Unterrichtsgestaltung ein wichtiger Stellenwert zugewiesen.

In der Studie wird ein kooperationsförderndes Seminar entwickelt und evaluiert, dessen Ziel es ist, Kom-petenzen zur Gestaltung von BNE-Unterricht zu fördern. Die Studie vergleicht die unterschiedlichen Wirkungen der Teilnehmerzusammensetzung des Seminars, das einmal disziplinär (Lehramtsstudierende mit Fach Physik) und einmal interdisziplinär (Lehramtsstudierende verschiedener Fachrichtungen) durch-geführt wird. Anhand einer Dokumentenanalyse einer schriftlichen Bewertung einer vorgegebenen BNE-Unterrichtsplanung vor und nach Seminarteilnahme sowie in qualitativen Leitfadeninterviews wird der Einfluss des Kooperationsprozesses auf die Wirksamkeit des Seminars erfasst.

Referenz:

Seibert, Johann, Lang, Vanessa, Lauer, Luisa, Eichinger, Annika, Bach, Sarah, Kelkel, Mareike, Perels, Franziska, Peschel, Markus, Huwer, Johannes (2021). Augmented Reality als digitales Lernwerkzeug zur Visualisierung nicht-beobachtbarer Prozesse. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 557). Universität Duisburg-Essen

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Konzeption des Lehr-Lern-Labor Seminars BinEx

Stender, Anita

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Während Physik im Schulunterricht von vielen Schüler*innen als eher unbeliebtes Fach wahrgenommen wird, besteht ein großes Interesse an Phänomenen der Astronomie. Leider hat die Astronomie vor dem Hintergrund der curricularen Betrachtung wenig expliziten Raum. Einen Lösungsansatz bietet die vorgestellte Unterrichtsentwicklung, die mit Hilfe der Astronomie eine motivierende Neubetrachtung und Vertiefung von Grundlagen der Mechanik vornimmt. Dazu wird Universe Sandbox² als digitale und komplexe Simulation des Universums verwendet. Basierend auf dem SAMR-Modell zur Integration digitaler Medien (Puentedura, 2006) erscheint auf diese Weise eine sinnvolle Einbindung in den Unterricht möglich. Die Lernwirksamkeit sowie eine Förderung der Motivation der Schüler*innen soll untersucht werden. Die präsentierte Unterrichtsentwicklung wird im Rahmen des Förderprojekts „Digital gestütztes Lehren und Lernen in Hessen“ (DigLL) unterstützt.

Referenz:

Stender, Anita (2021). Konzeption des Lehr-Lern-Labor Seminars BinEx. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 434). Universität Duisburg-Essen

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Digitale Lerngelegenheiten in der Astronomie mit Universe Sandbox²

Sachtleber, Sven & Winkelmann, Jan

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Angesichts der zunehmenden Bedeutung digitaler Medien im Unterricht ist die Bereitstellung entsprechender fachdidaktischer Lerngelegenheiten unabdingbar. Vor diesem Hintergrund soll ein bestehendes Lehr-Lern-Seminar, in welchem die Studierenden in einem komplexreduzierten Rahmen erste Lehrversuche unternehmen, im Hinblick auf den Einsatz digitaler Medien im Physikunterricht weiterentwickelt und evaluiert werden. Dabei steht die Entwicklung von Lernzirkeln mit (digitalen) Experimentierstationen und die Auswahl eines inhaltlich passenden und fachdidaktisch geeigneten Erklärvideos im Fokus der zu planenden Unterrichtseinheit. Die Studierenden erproben anschließend ihre entwickelten Unterrichtseinheiten in der Schule und erhalten lernwirksames Feedback zu deren Umsetzung. Zur Überprüfung des fachdidaktischen Kompetenzerwerbs wird ein physikdidaktisches Testinventar um die Facette „Digitale Medien“ erweitert, die insbesondere Wissen von Möglichkeiten und Anforderungen bei der Mediennutzung sowie Wissen zur inhaltsspezifisch angemessenen Nutzung von Medien beinhaltet.

Referenz:

Sachtleber, Sven & Winkelmann, Jan (2021). Digitale Lerngelegenheiten in der Astronomie mit Universe Sandbox². In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 438). Universität Duisburg-Essen

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Erwerb physikdidaktischen Wissens zum Einsatz digitaler Medien im PU

Große-Heilmann, Rike & Josef, Riese

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Chemiestudierende zeigen in der Studieneingangsphase große Schwierigkeiten bei der Bewältigung physikochemischer Rechenaufgaben (Schwedler, 2017). Dabei besteht die Schwierigkeit weniger in der algorithmisch-prozeduralen Bearbeitung der Aufgabe, sondern vielmehr darin den chemischen Sachkontext zu durchdringen und mit mathematischen Strategien zu verknüpfen.

Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Konzept zur individuellen Förderung bei der Bearbeitung von Übungsaufgaben durch Online-Lernhilfen entwickelt, welches sich an dem Modellierungskreislauf nach Blum und Leiß (Blum, 2011) orientiert.

Zur Evaluation des Konzepts wurden Einzelfallstudien mit Think-Aloud während der Bearbeitung und retrospektivem Interview (N = 7) mit Studierenden der Chemie durchgeführt. Erste Ergebnisse indizieren, dass die Lernhilfen individuell (in unterschiedlichen Ausmaß und Tempo) genutzt werden und jeder Proband zum richtigen Ergebnis gelangte.

Erhebungen mit einer größeren Probandengruppe zur Verallgemeinerung der Ergebnisse sowie der Transfer auf weitere Aufgaben und Themenfelder stehen noch aus.

Referenz:

Große-Heilmann, Rike & Josef, Riese (2021). Erwerb physikdidaktischen Wissens zum Einsatz digitaler Medien im PU. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 441). Universität Duisburg-Essen

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Individuelle Online-Hilfen zu physikochemischen Aufgaben im Studium

Buschmann, Jana-Kim, Kappe, Matthias & Schwedler, Stefanie

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Die Integration von Verfahren des maschinellen Lernens ist in vielen gesellschaftlichen Bereichen fortgeschritten. Auch über die Einbindung der Verfahren in Lehr-Lern-Prozesse wurde in den letzten Jahrzehnten eine Fülle von Forschungsarbeiten publiziert.

Eingebettet in das Promotionskolleg LernMINT (www.lernmint.org) soll das systematische Review eine Übersicht über derartige Arbeiten liefern und die interdisziplinäre Kommunikation fördern. Auf Grundlage des PRISMA Statements wurden aus sieben Literaturdatenbanken und 27 Fachzeitschriften / Konferenzen insgesamt 11.161 Publikationen identifiziert und eine Auswahl einer kategorienbasierten Analyse unterzogen, die folgende Fragestellungen enthielten, u. a.: Welche naturwissenschaftsdidaktischen Theorieelemente wurden berücksichtigt? Welche Verfahren des maschinellen Lernens werden verwendet? Inwiefern wurden der Datenschutz und ethische Grundsätze beachtet?

Das Poster präsentiert ausgewählte Ergebnisse des Reviews und mit Blick auf die gegenseitigen Potentiale einer stärkeren Vernetzung von Naturwissenschaftsdidaktik und Informatik.

Referenz:

Buschmann, Jana-Kim, Kappe, Matthias & Schwedler, Stefanie (2021). Individuelle Online-Hilfen zu physikochemischen Aufgaben im Studium. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 445). Universität Duisburg-Essen

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Unterstützung von Lehr-Lern-Prozessen durch maschinelles Lernen

Roski, Marvin, Hoppe, Anett , Dannemann, Sarah , Dietze, Stefan, Ewerth, Ralph, Friege, Gunnar, Marenzi, Ivana, Ntoutsi, Eirini, Schanze, Sascha

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Anhand des Experten-Novizen-Vergleichs konnten bisher das Verständnis von Tiefenstrukturen und Erlernen von Heuristiken als zentrale Gelingensbedingungen beim Bearbeiten von Physikaufgaben festgestellt werden (Friege, 2001).

Eine Vermittlung dieser Aspekte erfolgt in universitären Physikübungen oftmals nur implizit, daher wird ein entsprechendes Strategietraining für die Ingenieursstudierenden der Hochschule Ruhr West entwickelt.

Die Auswirkung spezifischen Lernmaterials sowie der Strategieübung auf die Problemlösekompetenz wird im Rahmen eines 2×2 Designs untersucht.

Die Konzeption des Lernmaterials beinhaltete die Entwicklung eines Manuals, das die Aufgabenanalyse anhand verschiedener Strukturmerkmale ermöglichte. Darauf aufbauend konnten Aufgaben gezielt adaptiert, sowie Worked-Examples konzipiert werden. Diese Gestaltung des Materials soll eine Verschiebung des Fokus auf die Problemrepräsentation und Erarbeitung eines Lösungsansatzes bewirken, welche die Grundlage des strategischen Problemlösens bilden.

Eine Pilotierung des Interventionsdesigns erfolgt im nächsten Präsenzsemester.

Referenz:

Roski, Marvin, Hoppe, Anett , Dannemann, Sarah , Dietze, Stefan, Ewerth, Ralph, Friege, Gunnar, Marenzi, Ivana, Ntoutsi, Eirini, Schanze, Sascha (2021). Unterstützung von Lehr-Lern-Prozessen durch maschinelles Lernen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 449). Universität Duisburg-Essen

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Aufgabenanalyse und Worked-Examples als Basis eines Strategietrainings

Plicht, Katja, Härtig, Hendrik & Dorschu, Alexandra

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Seit jeher wird versucht, mehr Mädchen für den Physikunterricht zu begeistern. Ein möglicher Grund für das anhaltende Desinteresse wird in der Konzipierung des Physikunterrichts gesehen. Im vorgestellten Dissertationsprojekt wird die Genderkompetenz von Lehrpersonen beleuchtet. In einem Mixed-Methods-Design soll untersucht werden, welche expliziten und impliziten Einstellungen/Überzeugungen Lehrer*innen gegenüber Mädchen und Jungen im Physikunterricht aufweisen. Außerdem wird erhoben, ob sie über geschlechtsspezifische Interessensunterschiede sowie gendergerechte Unterrichtsgestaltung Bescheid wissen. Es wird vermutet, dass Lehrer*innen bewusst oder unbewusst ihre Einstellungen/Überzeugungen im Unterricht vermittelt. Negative Einstellungen/Überzeugungen könnten Mädchen daran hindern, sich mit dem Fach zu identifizieren und Interesse zu entwickeln. Zudem könnte fehlendes Lehrer*innenwissen über geschlechtsspezifische Interessensunterschiede sowie über gendergerechte Unterrichtsgestaltung dazu führen, dass Mädchen sich vom Physikunterricht abwenden.

Referenz:

Plicht, Katja, Härtig, Hendrik & Dorschu, Alexandra (2021). Aufgabenanalyse und Worked-Examples als Basis eines Strategietrainings. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 453). Universität Duisburg-Essen

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Genderkompetenzforschung im Physikunterricht

Auer, Verena & Strahl, Alexander

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2020

Energie erweist sich im Chemieunterricht als ein besonders abstraktes Konzept, welches mit zahlreichen fehlerhaften Vorstellungen einhergeht. Zur Ausbildung eines adäquaten Konzeptverständnisses bedarf es u. a. der Stärkung der mentalen Modelle auf der Teilchenebene. Dazu eignen sich besonders Simulationen, die nach dem simulation learning lernförderlich in den Unterricht implementiert werden. Daher wurde ein Unterrichtsverfahren entwickelt, in dem Schüler*innen sich nach dem imagination effect per Zeichnung mit ihren Vorstellungen auseinandersetzen und diese mit Hilfe einer maßgeschneiderten Simulation weiterentwickeln.

Das Unterrichtsverfahren wird derzeit mittels Think-Aloud und retrospektiven Interviews mit Schüler*innen der Sek. II evaluiert (lfd. Untersuchung, derzeit N = 15). Erste Ergebnisse deuten auf eine Stärkung der mentalen Modelle hin, zeigen aber auch potentiell hausgemachte Vorstellungen durch die Simulation auf. Zukünftige Untersuchungen im Klassenverband zu allen sechs Unterrichtseinheiten sollen klären, inwieweit sich diese Ergebnisse verallgemeinern lassen.

Referenz:

Auer, Verena & Strahl, Alexander (2021). Genderkompetenzforschung im Physikunterricht. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch?. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Online Jahrestagung 2020. (S. 457). Universität Duisburg-Essen

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