NaVi - Naturwissenschaften Virtuell

Implementierung und Evaluation von E-Learning Modulen im naturwissenschaftlichen Unterricht

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Die Frage nach der Bedeutung und dem Mehrwert digitaler Medien für den schulischen Kontext ist mit Blick auf die digitale Revolution (vgl. KMK 2016) und der steigenden Einflussnahme digitaler Medien in nahezu allen Bereichen der heutigen Gesellschaft unlängst geklärt. Die Digitalisierung der Bildungslandschaft bietet in Bezug auf die Gestaltung von Lehr- und Lernsituationen unzählige Vorteile, die nicht zuletzt durch die Covid-19 Pandemie deutlich hervorgehoben wurden. Dennoch ist zu bedenken, dass "die Wirkung neuer Medien nicht durch die technischen Merkmale der Medien selbst bestimmt, sondern vom zugrundeliegenden didaktischen Konzept, welches durch das technische und gestalterische Potential digitaler Medien unterstützt wird" (vgl. Klees & Tillmann, 2015). Es bedarf folglich eines Konzepts zur Integration digitaler Medien in den Unterrichtsalltag, das die von Gräsel (2010) beschriebenen Merkmale berücksichtigt und eine nachhaltige und vorteilhafte Integration der Technologie ermöglicht.

Im Zentrum der Forschung des Dissertationsvorhabens NaVi - Naturwissenschaften Virtuell steht dabei die Entwicklung von E-Learning Modulen, Animationen und Simulationen, die aus der Perspektive der Lernenden einer ständigen Überarbeitung unterzogen werden, um eine angemessen Balance zwischen Lerninhalten, Lernprozessen und deren subjektiv bedeutsame Anschlussfähigkeit an die jeweiligen kognitiven Strukturen der Lernenden zu erhalten. Gemäß des Design-Based Research Ansatzes nach shavelson et al. (2003) gilt es die Wirksamkeit interaktiver Medienbausteine sowie deren Umsetzbarkeit und Praktikabilität für den schulischen Kontext zu untersuchen. Erste Ergebnisse eines systematischen Literaturreviews deuten darauf hin, dass der Forschungsschwerpunkt im Gebiet der digitalen Medien in den letzten Jahren überwiegend im deskriptiven, erkenntnisorientierten Bereich lag und häufig nicht explizit in Praxisinnovationen zur Verbesserung von Lehr- und Lernkontexten im naturwissenschaftlichen Unterricht mündete (vgl. Klees & Tillmann, 2015).

Um dieses Forschungsdesiderat zu füllen werden multimediale E-Learning Module entwickelt, die die Einführung naturwissenschaftlicher Arbeitsweisen, Experimente und Phänomene erleichtert und gleichzeitig die Medienkompetenzen der Schüler*innen fördern. Dabei werden bei der Gestaltung der Unterrichtskonzeption verschiedene Implementierungsmerkmale digitaler Medien, sowie allgemeine lerntheoretische Forschungsansätze berücksichtigt. In Anlehnung an die Cognitive Theory of Multimedia Learning nach Mayer (2009) wird der mehrstufige Prozess der Informationsverarbeitung beim multimedialen Lernen in der Entwicklung der Materialien berücksichtig. Ergänzend zu dieser stark kognitiv geprägten Theorie werden bei der Gestaltung der Innovation Merkmale einer konstruktivistischen Lernumgebung berücksichtigt (vgl. Reinmann & Mandl, 2006). So werden Anwendungskontexte für das erworbene Wissen geschaffen und soziale Aspekte des Lernens berücksichtigt.

Die Beurteilungsphase der E-Learning Module erfolgt im schulischen Kontext. Hierzu werden die entwickelten Konzepte aufbauend auf dem regulären Fachunterricht in einer zweistündigen Intervention erprobt (vgl. Abb. 1). Um die Forschungsfrage hinsichtlich der Wirksamkeit wissenschaftlich fundiert überprüfen zu können, werden zuvor evaluierte und standardisierte Fragebögen zu Beginn und im Anschluss der Intervention verwendet. Dabei wird ein zweifaktorielles, zweiphasiges Studiendesign gewählt, um auftretende Unterschiede zwischen Schulklassen ausschließen zu können. Dieser Fragebogen erhebt neben dem Fachinteresse nach Pawek (2009), Prozessmerkmale des gemäßigten Konstruktivismus nach Basten et al. (2015), die aktuelle Motivation (FAM) nach Rheinberg, Vollmeyer & Burns (2001) und die Zufriedenheit der Materialien anhand von selbst entwickelten Items und der System Usability Scale nach Brooke (1996). Weiterhin ist es in technologiegestützten Unterrichtsinterventionen notwendig technische Vorerfahrungen zu erheben und zu kontrollieren, da Leistungsunterschiede in Lernprozessen auch auf Vorerfahrungen mit diesen Technologien zurückzuführen sein können (vgl. Genz & Bresges, 2017). Im vorliegenden Studiendesign wird diesem Aspekt durch die Erhebung des computerbezogenen Selbstkonzepts nach Janneck, Vincent-Hoeper & Erhardt (2012) Rechnung getragen.

Neben den Fragebögen wird zur weiteren Evaluation der Module eine Videoanalyse herangezogen, um mögliche Ablenkungspotentiale digitaler Medien zu identifizieren und die allgemeine Motivation der Schüler*innen zu untersuchen. Durch diese Methodenergänzung können die empirischen Daten besser interpretiert und bisher unbeachtete Effekte identifiziert werden. Die Ergebnisse des zweiten Evaluationszyklus werden genutzt, um die E-Learning Module zu überarbeiten und für den schulischen Kontext ansprechender zu gestalten. Dabei findet ein Rückbezug auf die Gestaltungsmerkmale multimedialer (Mayer, 2009) und konstruktivistischer (Basten et al., 2015) Lernumgebungen statt.

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