computersimuliertes Experimentieren Pädagogische Hochschule Freiburg Lernen durch computersimuliertes Experimentieren Eine Untersuchung zum Einfluss von Prompts auf die Lerneffektivität. Bernd Borgenheimer Pädagogische Hochschule Freiburg 9. DGTB-Tagung: „Guter Technikunterricht“ 12.09.2008 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Inhalt Computersimuliertes Experimentieren Strategische Förderung Pädagogische Hochschule Freiburg Inhalt Computersimuliertes Experimentieren Strategische Förderung Prompting Empirische Studie 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Computersimuliertes Experimentieren Pädagogische Hochschule Freiburg Computersimuliertes Experimentieren Möglichkeiten und Potenziale Der Lernende kann einen Lerngegenstand erkunden, ihn explorativ manipulieren und die Auswirkungen dieser Veränderungen unmittelbar und anschaulich am Bildschirm beobachten (Fies, 2000) im Sinne eines konstruktivistischen Lehr- Lernansatzes selbst aktiv sein Wissen konstruieren (Gerstenmaier & Mandl, 1995) angepasst an sein individuelles Lerntempo funktionale Zusammenhänge in einer virtuellen Welt erschließen (Urhahne et al., 2000) die Zusammenhänge quantitativ als Gesetzmäßigkeiten beschreiben unabhängig von den Möglichkeiten in der Schule Experimente durchführen 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

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Anforderungen und Schwierigkeiten Pädagogische Hochschule Freiburg Anforderungen und Schwierigkeiten beim systematischen Durchführen der einzelnen Experimentierschritte bzw. Handlungen beim Formulieren von Hypothesen, beim Planen und Durchführen von Experimenten, beim Interpretieren von Daten beim Lenken der Aufmerksamkeit auf relevante Variablen beim Beschreiben der Relationen zwischen den Variablen Vielzahl an Interaktionsmöglichkeiten  hohe kognitive und metakognitive Anforderungen Förderung des strategischen Lernens beim computersimulierten Experimentieren 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Strategische Förderung Pädagogische Hochschule Freiburg Strategische Förderung Zwei Arten strategischer Förderung (Friedrich & Mandl, 1992; Bannert, 2007) direkte Förderung explizite Nennung und Vermittlung von Prinzipien des effektiven Lernens und Denkens; z.B. durch Lernstrategietraining indirekte Förderung optimales Anregen des Lernens und Denkens, ohne die Prinzipien effektiven Lernens explizit zu nennen; z.B. durch Prompts (= Anregung) indirekte Förderung des strategischen Lernens durch Prompts 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Pädagogische Hochschule Freiburg Prompting instruktionale Maßnahme, die den Lernenden während des Lernprozesses zur Ausführung kognitiver, metakognitiver und motivationaler Prozesse anregt Annahme: Der Lernende verfügt über lernförderliche Kenntnisse bzw. Fähigkeiten (Produktionsdefizit (Haselhorn, 1996)). Das gewünschte Verhalten wird nur nicht spontan gezeigt bzw. ausgeführt. direkte Prompts, sog. „klassische Prompts“ (Bannert, 2007; Thillmann, 2007) indirekte Prompts (Unz, 2000) indirekte Prompts als Verbalisationsinstruktion 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Handlungs- vs. Handlungs- und Verarbeitungsprompts Pädagogische Hochschule Freiburg Handlungs- vs. Handlungs- und Verarbeitungsprompts Handlungsprompts (HP) Fordern zu bestimmten Handlungen auf. Beispiele: Führe zu jeder Schaltung Experimente durch! Trage die Messergebnisse der Experimente in das Messprotokoll ein! Handlungs- und Verarbeitungsprompts (HVP) Fordern zu bestimmten Handlungen und zur Verarbeitung der durch die Handlungen gewonnenen Informationen auf. Beispiele: Trage die Messergebnisse der Experimente in das Messprotokoll ein! Erkläre dir die Ergebnisse! Schreibe deine Erklärungen auf! Formuliere mit eigenen Worten einen Ergebnissatz a) für die Spannung bei der Reihenschaltung! b) für die Stromstärke bei der Reihenschaltung! 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Pädagogische Hochschule Freiburg Forschungsfrage Führt das gezielte Initiieren, Strukturieren und Fördern der Lernprozesse mittels Handlungs- und Verarbeitungsprompts, im Gegensatz zum Initiieren, Strukturieren und Fördern der Lernprozesse mittels Handlungsprompts beim computersimulierten Experimentieren zu einem höheren Lernerfolg bei den Lernenden? 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Pädagogische Hochschule Freiburg Empirische Studie Stichprobe: 121 Hauptschülerinnen und Hauptschüler (39 Mädchen und 92 Jungen) Klassenstufe 9 aus 5 verschiedenen Hauptschulen in Baden-Württemberg Altersdurchschnitt betrug ca. 15 Jahre (M = 14.53, SD = 0.87) Experimentalgruppe (Handlungs- und Verarbeitungsprompts (HVP)): n = 61 Kontrollgruppe (Handlungsprompts (HP)): n = 60 Zuteilung zu den experimentellen Bedingungen nach dem Matching-Verfahren (Bortz & Döring, 1995) Lernmaterial: virtueller Experimentierbaukasten im Bereich Elektrik 12.09.2008 Bernd Borgenheimer  

Pädagogische Hochschule Freiburg Prompt 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Zeitlicher Verlauf der Studie Pädagogische Hochschule Freiburg Zeitlicher Verlauf der Studie 1.–6. Unterrichtsstunde: Einführung in die Untersuchung Kennenlernen und Arbeiten mit dem Simulationsprogramm Erfassung: Computernutzung (14–18 min); Strategiewissen (10–15 min); domänenspezifisches Vorwissen (20–25 min) 7.–9. Unterrichtsstunde: Einteilung der Schülerinnen und Schüler in die Kontroll- und Experimentalgruppe Einführung in den Aufbau und die Bedienung der interaktiven Lektion „Reihenschaltung“ (20 min) Lernphase mit der interaktiven Lektion „Reihenschaltung“ (45 min) Erfassung: Einstellung vor bzw. nach der Lernphase (4–5 min); Lernerfolg (20–25 min) (Vorwissen, Wissen wiedergeben, Wissen anwenden, Wissen transferieren und verknüpfen) 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Experimentalgruppe (HVP) Pädagogische Hochschule Freiburg Ergebnisse der Studie Im Durchschnitt konnten im Nachtest 9.42 (SD = 5.41) Items mehr richtig beantwortet werden als im Vortest. Diese Differenz ist statistisch bedeutsam (t (120) = - 19.167; p < .01) und mit d = 1.80 als starker Effekt zu betrachten. Mittelwerte und Standardabweichungen des Vor- und Nachtests getrennt nach Vorwissen M=8.35 SD=2.51 M=9.07 SD=2.06 M=8.04 SD=2.58 M=9.63 SD=1.78 Vorwissen (11Items) Kontrollgruppe (HP) Experimentalgruppe (HVP) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 max. 11.00 10.00 9.00 8.00 F (1,120) = 4.48, p = .03 d = .43 Vortest Nachtest 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Pädagogische Hochschule Freiburg Mittelwerte und Standardabweichungen des Vor- und Nachtests getrennt nach Anforderungsbereichen Anforderungsbereich Wissen wiedergeben (8 Items) Anforderungsbereich Wissen anwenden (5 Items) Anforderungsbereich Wissen transferieren und verknüpfen (7 Items) Kontrollgruppe (HP) Experimentalgruppe (HVP) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 max. 8.00 Kontrollgruppe (HP) Experimentalgruppe (HVP) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 max. 5.00 Kontrollgruppe (HP) Experimentalgruppe (HVP) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 max. 7.00 M=2.48 SD=1.96 M=5.22 SD=1.71 M=2.65 SD=1.92 M=6.79 SD=1.35 M=1.13 SD=1.29 M=2.77 SD=1.38 M=1.17 SD=1.23 M=4.43 SD=0.89 M=1.51 SD=1.69 M=2.79 SD=1.76 M=1.50 SD=1.56 M=4.69 SD=1.70 Vortest Nachtest F (1,120) = 12.75, p = .001 d = .87 F (1,120) = 31.90, p < .01 d = 1.34 F (1,120) = 32.00, p < .01 d = 1.05 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Diskussion und Ausblick Pädagogische Hochschule Freiburg Diskussion und Ausblick Einfluss der Computernutzung, des vorhandenen Strategiewissens, der Einstellung vor bzw. nach der Lernphase auf den Lernerfolg Übertragung der Strategie auf andere Kontexte bzw. auf andere komplexere Simulationen Darbietung der Prompts als direkte Prompts Durchführung von follow-up-Studien Durchführung eines fadings 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Pädagogische Hochschule Freiburg Literatur Bannert, M (2007). Metakognition beim Lernen mit Hypermedien. Erfassung, Beschreibung und Vermittlung wirksamer metakognitiver Strategien und Regulationsaktivitäten. Münster: Waxmann. Bortz, J., & Döring, N. (1995). Forschungsmethoden und Evaluation. Heidelberg: Springer. Fies, H. (2000). Simulationsprogramme für den Technikunterricht. In B. Sachs & C. Sachs (Hrsg.), Neues Lernen mit neuen Mitteln (S. 54–66). Hamburg: Kovac. Friedrich, H.F., & Mandl, H. (1992). Lern- und Denkstrategien – ein Problemaufriß. In H. Mandl & F.H. Friedrich (Hrsg.), Lern- und Denkstrategien (S. 3–54). Göttingen: Hogrefe. Gerstenmaier, J., & Mandl, H. (1995). Wissenserwerb unter konstruktivistischer Perspektive. Zeitschrift für Pädagogik, 41, 867–888. Haselhorn, M. (1996). Kategoriales Organisieren bei Kindern. Zur Entwicklung einer Gedächtnisstrategie. Göttingen: Hogrefe. Thillmann, H. (2007). Selbstreguliertes Lernen durch Experimentieren: Von der Erfassung zur Förderung. Verfügbar unter: http://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate- 18970/Dissertation_Thillmann_online-Version.pdf [26.05.08]. Unz, D. (2000). Lernen mit Hypertext. Informationssuche und Navigation. Münster: Waxmann. Urhahne, D., Prenzel, M., von Davier, M., Senkbeil, M., & Bleschke, M. (2000). Computereinsatz im naturwissenschaftlichen Unterricht. Ein Überblick über die pädagogisch-psychologischen Grundlagen und ihre Anwendung. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 6, 157–186. 12.09.2008 Bernd Borgenheimer

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Pädagogische Hochschule Freiburg Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bernd Borgenheimer Pädagogische Hochschule Freiburg e-mail: Bernd.Borgenheimer@ph-freiburg.de 12.09.2008 Bernd Borgenheimer