computersimuliertes Experimentieren

Präsentation zum Thema: "computersimuliertes Experimentieren"—  Präsentation transkript:

1 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“ Bernd Borgenheimer

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

3 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 Bernd Borgenheimer

4 Pädagogische Hochschule Freiburg
Bernd Borgenheimer

5 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 Bernd Borgenheimer

6 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 Bernd Borgenheimer

7 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 Bernd Borgenheimer

8 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! Bernd Borgenheimer

9 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? Bernd Borgenheimer

10 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 Bernd Borgenheimer

11 Pädagogische Hochschule Freiburg
Prompt Bernd Borgenheimer

12 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) Bernd Borgenheimer

13 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) = ; 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 10.00 9.00 8.00 F (1,120) = 4.48, p = .03 d = .43 Vortest Nachtest Bernd Borgenheimer

14 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 Kontrollgruppe (HP) Experimentalgruppe (HVP) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 max Kontrollgruppe (HP) Experimentalgruppe (HVP) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 max 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 Bernd Borgenheimer

15 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 Bernd Borgenheimer

16 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: 18970/Dissertation_Thillmann_online-Version.pdf [ ]. 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. Bernd Borgenheimer

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Pädagogische Hochschule Freiburg Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bernd Borgenheimer Pädagogische Hochschule Freiburg Bernd Borgenheimer