Lernen durch computersimuliertes Experimentieren
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Pädagogische Hochschule Freiburg
12.09.2008 Bernd Borgenheimer
Lernen durch computersimuliertes Experimentieren
Eine Untersuchung zum Einfluss von Promptsauf die Lerneffektivität.
Bernd BorgenheimerPädagogische Hochschule Freiburg
9. DGTB-Tagung: „Guter Technikunterricht“
12.09.2008
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12.09.2008 Bernd Borgenheimer
Inhalt
Computersimuliertes Experimentieren Strategische Förderung Prompting Empirische Studie
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Computersimuliertes Experimentieren
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
Der Lernende kann
Möglichkeiten und Potenziale
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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
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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
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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
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Handlungs- vs. Handlungs- und Verarbeitungsprompts
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!
Handlungsprompts (HP)
Fordern zu bestimmten Handlungen auf.
Beispiele: Führe zu jeder Schaltung Experimente durch! Trage die Messergebnisse der Experimente in das Messprotokoll ein!
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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?
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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
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Prompt
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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)
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Ergebnisse der Studie
Mittelwerte und Standardabweichungen des Vor- und Nachtests getrennt nach Vorwissen
Vortest Nachtest
F (1,120) = 4.48, p = .03
d = .43
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.
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
StudentengruppeExperimentalgruppeKontrollgruppe
Mit
telw
ert
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
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Anforderungsbereich
Wissen wiedergeben(8 Items)
Anforderungsbereich
Wissen anwenden(5 Items)
Anforderungsbereich
Wissen transferieren und verknüpfen(7 Items)
M=2.48
SD=1.96
Mittelwerte und Standardabweichungen des Vor- und Nachtests getrennt nach Anforderungsbereichen
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
Kontrollgruppe (HP) Experimentalgruppe (HVP)
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
max. 8.00
StudentengruppeExperimentalgruppeKontrollgruppe
Mit
telw
ert
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
Kontrollgruppe (HP) Experimentalgruppe (HVP)
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
max. 5.00
StudentengruppeExperimentalgruppeKontrollgruppe
Mit
telw
ert
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
Kontrollgruppe (HP) Experimentalgruppe (HVP)
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
max. 7.00
StudentengruppeExperimentalgruppeKontrollgruppe
Mit
telw
ert
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
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
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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
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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 imnaturwissenschaftlichen Unterricht. Ein Überblick über die pädagogisch-psychologischenGrundlagen und ihre Anwendung. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 6, 157–186.
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