Autor: GDCP

energie.TRANSFER – Identifikation vernetzungsfördernder Unterrichtselemente

Fischer, Julian Alexander , Steinmann, Tatjana, Pfänder, Peter, Laumann, Daniel, Weßnigk, Susanne, Kerres, Michael & Neumann, Knut

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die Bildungsstandards für den Mittleren Schulabschluss in Physik fordern den Aufbau strukturierten Fachwissens. Dies soll erreicht werden, indem im Unterricht mittels Basiskonzepten Verknüpfungen zwischen Inhaltsbereichen hergestellt werden. Ziel des DFG-Erkenntnistransfer-Projekts „energie.TRANSFER“ ist die Entwicklung und Erprobung kurzer digitaler Unterrichtseinheiten (CRUs), die mithilfe des Energiekonzepts Verknüpfungen zwischen Inhalten der Sachgebiete der Sekundarstufe I herstellen. Der Beitrag beschreibt eine Teilstudie des Projekts, die einem Design-Based Research-Ansatz folgend die Gestaltung vernetzungsfördernder CRUs untersucht. In diesem Rahmen wurden 12 CRUs theoriegeleitet konzipiert, einzelne CRUs in einer außerschulischen Lernumgebung erprobt und weiterentwickelt. Im Anschluss sollen die CRUs von Lehrkräften im Regelunterricht erprobt und die Wirkung in Bezug auf die Entwicklung vernetzten Wissens erfasst werden. Neben der Entwicklung vernetzungsfördernder CRUs sollen so Erkenntnisse über die Entwicklung eines an Basiskonzepten orientierten Unterrichts gewonnen werden.

Referenz:

Fischer, Julian Alexander , Steinmann, Tatjana, Pfänder, Peter, Laumann, Daniel, Weßnigk, Susanne, Kerres, Michael & Neumann, Knut (2020). energie.TRANSFER – Identifikation vernetzungsfördernder Unterrichtselemente. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1019). Universität Duisburg-Essen

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Gelingensbedingungen von digitalem Biologieunterricht

Förtsch, Christian, Meuleners, Julia S. , Riggenmann, Tobias & Neuhaus, Birgit J.

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Digitalisierung ist von hoher gesellschaftlicher Relevanz; so ist auch der schulische Einsatz digitaler Medien von zentraler Bedeutung. Unklar ist bisher, wie digitale Medien insbesondere in den naturwissenschaftlichen Unterricht effektiv eingebunden werden können, um den fachlichen Kompetenzzuwachs der Lernenden zu fördern. Eingebettet in das BMBF-geförderte Kooperationsprojekt DigitUS soll in der vorliegenden Interventionsstudie im Prä-Post-Design der effektive Einsatz digitaler Medien im Biologieunterricht untersucht werden. In einer Intervention werden Fortbildungen zur Bildung schulinterner Lerngemeinschaften zum Einsatz digitaler Medien etabliert. Dabei werden das Professionswissen der Lehrkräfte, die Unterrichtsgestaltung mit digitalen Medien und fachliche Kompetenzänderungen der Lernenden untersucht. Es soll der Effekt der Lerngemeinschaften auf das Professionswissen der Lehrkräfte und den Kompetenzzuwachs der Lernenden über die Unterrichtsgestaltung analysiert werden, um Gelingensbedingungen für die Digitalisierung von naturwissenschaftlichem Unterricht ableiten zu können.

Referenz:

Förtsch, Christian, Meuleners, Julia S. , Riggenmann, Tobias & Neuhaus, Birgit J. (2020). Gelingensbedingungen von digitalem Biologieunterricht. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 999). Universität Duisburg-Essen

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Gamification
Ein Ansatz zur Erhebung mentaler Modelle?

Dictus, Christian & Tiemann, Rüdiger

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die zunehmende Digitalisierung des Bildungsbereichs ermöglicht sowohl zur Vermittlung als auch zur Erhebung von Kompetenzen neue, viel versprechende Möglichkeiten und stellt gleichzeitig die empirischen Bildungswissenschaften aber auch vor große Herausforderungen. In diesem Spannungsfeld untersucht das Promotionsprojekt die Externalisierung mentaler Modelle durch einen Gamification-Ansatz. Mentalen Modellen kommt als Voraussetzung für ein tiefgreifendes Verständnis chemischer Fragestellungen und davon ausgehend der erfolgreichen Lösung komplexer Problemstellungen eine zentrale Bedeutung zu. Gleichzeitig bietet eine spielorientierte, digitale Umgebung sowohl technisch weiterführende Möglichkeiten als klassische Erhebungsmethoden und reduziert darüber hinaus durch motivationale Elemente Ermüdungserscheinungen bei der Testung. Das Poster stellt den Ansatz der Studie vor.

Referenz:

Dictus, Christian & Tiemann, Rüdiger (2020). Gamification
Ein Ansatz zur Erhebung mentaler Modelle?. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1039). Universität Duisburg-Essen

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energie.TRANSFER – Fokus Lehrkräfte
Implementation digitaler Unterrichtseinheiten

Steinmann, Tatjana, Fischer, Julian, Laumann, Daniel, Pfänder, Peter, Kerres, Michael, Neumann, Knut & Weßnigk, Susanne

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Veränderungen im Bildungssektor (wie z.B. die Digitalisierung) sind zeitaufwendige Prozesse, die nicht linear ablaufen. Auch werden Erkenntnisse aus fachdidaktischer Forschung selten dauerhaft oder nur teils im Unterricht umgesetzt. Eine Voraussetzung für die Weiterentwicklung der Unterrichtspraxis ist die Akzeptanz der Lehrkräfte. Bisher ist es unklar, inwieweit Lehrkräfte digitale in sich geschlossene Unterrichtseinheiten akzeptieren und in ihren Unterricht implementieren.

Ziel des DFG-Transferprojekts „energie.TRANSFER“ ist die Entwicklung und Erprobung digitaler am Basiskonzept Energie orientierter Unterrichtseinheiten (CRUs), die in den jeweiligen individuellen Unterricht implementiert werden können. Zur Vorbereitung der Implementation werden die Lehrkräfte im Rahmen einer Fortbildung geschult.

Der vorliegende Beitrag beschreibt die auf theoretischer Grundlage basierende Entwicklung einer Fortbildung für die Implementation der CRUs bis zur geplanten Reflexion des Einsatzes. Im Fokus der Beforschung stehen Akzeptanz und Einstellungen der Lehrkräfte zu den CRUs (u.A. Stage of Concern).

Referenz:

Steinmann, Tatjana, Fischer, Julian, Laumann, Daniel, Pfänder, Peter, Kerres, Michael, Neumann, Knut & Weßnigk, Susanne (2020). energie.TRANSFER – Fokus Lehrkräfte
Implementation digitaler Unterrichtseinheiten. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1015). Universität Duisburg-Essen

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Visualisierungen bei Simulationen von einfachen Stromkreisen

Weatherby, Thomas, Wilhelm, Thomas, Burde, Jan-Philipp, Beil, Fabian, Kapp, Sebastian, Kuhn, Jochen & Thees, Michael

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Visualisierungen sind für Physiklehrende und -lernende unentbehrliche Werkzeuge, insbesondere bei unsichtbaren Größen wie Stromstärke oder Spannung. Deren wichtige Rolle für naturwissenschaftliches Denken und Lernen ist gut belegt. Erwünscht sind Darstellungen, die keine physikalisch-falschen Vorstellungen erzeugen. Zudem sollen sie vorhandene Schülervorstellungen nicht weiter manifestieren, sondern diese idealerweise in Frage stellen. Weiterhin sollen sie leicht erkennbar und verständlich sein, um unerwünschte kognitive Belastungen zu minimieren und damit den Lernenden ermöglichen, an bereits vorhandene Wissensstrukturen anzuknüpfen. Gerade beim Lernen mit digitalen Medien ist die adäquate Verwendung von Visualisierungen und das Management kognitiver Ressourcen wichtig. Vorgestellt werden zwei unter den oben genannten Bedingungen entwickelte Visualisierungen zu den Gesetzen bei Reihen- und Parallelschaltung in der Elektrizitätslehre. Diese sollen als Simulation im Rahmen des Nebenfachpraktikums auf ihre Wirksamkeit empirisch überprüft werden.

Referenz:

Weatherby, Thomas, Wilhelm, Thomas, Burde, Jan-Philipp, Beil, Fabian, Kapp, Sebastian, Kuhn, Jochen & Thees, Michael (2020). Visualisierungen bei Simulationen von einfachen Stromkreisen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1007). Universität Duisburg-Essen

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Lehren mit Multimedia, Fernlaboren und 3D-Druck im Physikunterricht

Hoyer, Christoph, Thoms, Lars-Jochen & Girwidz, Raimund

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Das Lehrvorhaben „Mit digitalen Medien experimentelle Kompetenzen und komplexe Datenauswertungen schulen“ behandelt den Einsatz digitaler Medien im Physikunterricht anhand von konkreten Unterrichtsinhalten. Das Projekt wird von der Joachim Herz Stiftung gefördert.

Als besondere Schwerpunkte sind dabei zu nennen: ein didaktisch fundierter Einsatz von digitaler Messwerterfassung (wobei mit Produkten der Lehrmittelhersteller, aber auch mit dem Arduino als kostengünstige Alternative gearbeitet wird); Unterrichten mit ferngesteuerten und virtuellen Experimenten; optimierte und multiple Darstellungen von Messwerten. Zu allen Bereichen werden multimediatheoretische Aspekte aufgezeigt.

Neben der Auswertung von Messdaten mit Tabellenkalkulationsprogrammen lernen Studierende auch, mit einem 3D-Drucker multimodale Darstellungen anzufertigen.

Am Ende des Semesters erarbeiten die Studierenden interaktive Arbeitsmaterialien für schülerzentriertes Experimentieren im Fernlabor. Daraus wird ersichtlich, inwieweit die Ziele der Lehrveranstaltung erreicht wurden. Am Poster wird das Projekt vorgestellt.

Referenz:

Hoyer, Christoph, Thoms, Lars-Jochen & Girwidz, Raimund (2020). Lehren mit Multimedia, Fernlaboren und 3D-Druck im Physikunterricht. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 979). Universität Duisburg-Essen

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Förderung internaler Modellbildung durch Augmented Reality

Keller, Sebastian, Rumann, Stefan & Habig, Sebastian

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Für das Erlernen chemischer Fachinhalte ist ein ausgeprägtes räumliches Vorstellungsvermögen essentiell. Die Konstruktion mentaler Modelle ist für viele Lernende jedoch schwierig, insbesondere bei der Verarbeitung dreidimensionaler Strukturen. Ein vielversprechender Ansatz zur Förderung der internalen Modellkonstruktion bietet das Einbinden von Augmented Reality (AR) in konventionelle Lernmaterialien. Damit ist es möglich, mittels mobiler Endgeräte virtuelle 3D-Objekte oder Animationen in realen Lernumgebungen abzubilden. So können zum Beispiel, Kugel-Stab-Modelle chemischer Moleküle oder auch komplexere Molekülorbitale visualisiert werden.

Bisher ist jedoch wenig über die Wirksamkeit AR unterstützter Lernsettings auf kognitive und affektive Lernervariablen bekannt. Dieser Beitrag stellt ein DFG-Forschungsprojekt vor, das an dieser Lücke ansetzt und u. a. die Lernwirksamkeit dieses Medieneinsatzes im Rahmen zweier experimenteller Studien untersucht. Neben der allgemeinen Projektübersicht werden Ergebnisse einer qualitativen Vorstudie zum Umgang mit der AR Lernumgebung präsentiert.

Referenz:

Keller, Sebastian, Rumann, Stefan & Habig, Sebastian (2020). Förderung internaler Modellbildung durch Augmented Reality. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 991). Universität Duisburg-Essen

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Augmented Reality in Schulversuchen der E-Lehre in der Sekundarstufe I

Schwanke, Hagen & Trefzger, Thomas

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In dem hier vorgestellten Promotionsvorhaben wird der Einsatz von Augmented-Reality(AR)-Applikationen in der Schule als Ergänzung zum Realexperiment untersucht. Ziel ist es herauszufinden, ob es so möglich ist den Schülervorstellungen entgegen zu wirken und die korrekten physikalischen Zusammenhänge zu stärken.

Mit Hilfe von AR wird die reale Lernumgebung bzw. das Realexperiment gezielt mit computergenerierten Informationen überblendet. Somit können sich zeitlich verändernde Abläufe, wie z.B. der Elektronenfluss in einem einfachen Stromkreis sichtbar gemacht und anschaulich dargestellt werden.

In mehreren bayerischen Gymnasien wird eine experimentelle Feldstudie mit ca. 200-300 Schülern durchgeführt und im Rahmen einer Unterrichtseinheit zur Elektrizitätslehre sollen mögliche Unterschiede des Lernerfolges und der Motivation verglichen werden. Dabei soll eine Treatmentgruppe klassische Realexperimente, die zweite Gruppe mit AR erweiterte Realexperimente durchführen.

Referenz:

Schwanke, Hagen & Trefzger, Thomas (2020). Augmented Reality in Schulversuchen der E-Lehre in der Sekundarstufe I. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1011). Universität Duisburg-Essen

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Förderung der experimentellen Kompetenz im Flipped Classroom – Eine Erprobung von Unterrichtsmaterialien in der Optik

Lutz, Wolfgang & Trefzger, Thomas

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die Nutzung digitaler Medien im Flipped Classroom kombiniert mit einer interaktiven Lernplattform impliziert ein großes Potential für eine bessere Vermittlung der experimentellen Kompetenz. Hierdurch können sich die Schüler im Vergleich zum klassischen Unterricht aktiver mit den Inhalten auseinandersetzen, dabei ihr individuelles Lerntempo wählen und durch die selbstständige Vorbereitung von Experimenten die Theorie und Praxis besser miteinander verknüpfen.

Auf dieser Idee aufbauend wird ein Unterrichtskonzept mit entsprechenden Materialien für die 8. Jahrgangsstufe am Gymnasium in zwei Themenbereichen dimensioniert. Die Entwicklung der experimentellen Kompetenz wird im Rahmen der Studie mit dem MeK-LSA-Test (Theyßen et al., 2016) erfasst und im Cross-Over-Design mit den erzielten Ergebnissen im klassischen Unterricht verglichen. Ebenso werden die Leistungsfähigkeit, die Motivation und das Interesse der Schüler beider Methoden gegenübergestellt.

Referenz:

Lutz, Wolfgang & Trefzger, Thomas (2020). Förderung der experimentellen Kompetenz im Flipped Classroom – Eine Erprobung von Unterrichtsmaterialien in der Optik. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1031). Universität Duisburg-Essen

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Digitalisierung von Unterricht in der Schule (DigitUS)
Lerngemeinschaften als Instrument der medienbezogenen Schulentwicklung

Stegmann, Karsten, Nerdel, Claudia, Bannert, Maria, Fischer, Frank, Gräsel, Cornelia, Lindner, Martin, Neuhaus, Birgit, Oechslein, Karin

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Feldstudien deuten darauf hin, dass neben der Computerausstattung weitere Gelingensbedingungen
mit dem erfolgreichen Einsatz digitaler Medien im Unterricht zusammenhängen. Diese Studien
beachteten ausgewählte Gelingensbedingungen (z.B. Schulleitungshandeln, Lehrerkompetenzen) und
liefern korrelative Evidenz. Kausal angelegte Studien aus der Lehr-Lernforschung können zwar
Wirkungen nachweisen, allerdings bleibt ihre ökologische Validität oft fragwürdig. Das Projekt verfolgt
daher folgende Ziele: (1) Es wird ein theoretisches Rahmenmodell von Gelingensbedingungen für den
erfolgreichen Einsatz digitaler Medien (hochwertige Lernaktivitäten, Kompetenzerwerb) entwickelt
und empirisch überprüft. Das Modell verknüpft Gelingensbedingungen auf verschiedenen Ebenen und
erlaubt die Analyse komplexer Beziehungen. Um das Modell zu prüfen, wird eine experimentelle
Feldstudie mit einer repräsentativen Stichprobe von bayerischen Sekundarschulen durchgeführt.
(2) Das Projekt untersucht am Beispiel der MINT-Fächer, wie der erfolgreiche Einsatz digitaler Medien
im Unterricht durch „Lerngemeinschaften“ unterstützt werden kann. Lerngemeinschaften sind
kooperative Netzwerke von Lehrerinnen und Lehrern sowie weiteren Akteuren, die intensiv
zusammenarbeiten. Im Rahmen des Projekts werden sowohl schulinterne Lerngemeinschaften als
auch schulübergreifende Lerngemeinschaften. Ziel des Projekts ist ein empirisch fundiertes, kausales
Modell zu den Gelingensbedingungen der Digitalisierung des Unterrichts.

Referenz:

Stegmann, Karsten, Nerdel, Claudia, Bannert, Maria, Fischer, Frank, Gräsel, Cornelia, Lindner, Martin, Neuhaus, Birgit, Oechslein, Karin (2020). Digitalisierung von Unterricht in der Schule (DigitUS)
Lerngemeinschaften als Instrument der medienbezogenen Schulentwicklung. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 1003). Universität Duisburg-Essen

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