Integrative Förderung professioneller Kompetenzen von Lehrkräften in der dritten Phase für einen adaptiven, prozessorientierten MINT-Unterricht mit Zukunftstechnologien - Einblicke in das Verbundprojekt MINT-ProNeD
Chair(s): Ulrike Franke (Eberhard Karls Universität Tübingen, Deutschland), Andreas Lachner (Eberhard Karls Universität Tübingen)
Diskutant:in(nen): Sebastian Becker-Genschow (Universität Köln)
Lehrkräfte stehen zunehmend vor der Herausforderung, Schüler:innen bei der Bewältigung der Herausforderungen im digitalen Zeitalter zu unterstützen. Dazu gehört nicht nur die digitale Transformation, sondern auch der professionelle, didaktisch förderliche Umgang mit einer heterogenen Schülerschaft. Insbesondere für den MINT-Bereich konnte im Rahmen internationaler Schulleistungsstudien gezeigt werden, dass der Erfolg in der Mathematik und den Naturwissenschaften stark von den individuellen Lernvoraussetzungen der Schüler:innen abhängt (Kang & Cogan, 2022). Diese heterogenen Lernvoraussetzungen nehmen auch Einfluss auf die Entwicklung von prozessbezogenen Kompetenzen bei Schüler:innen. Prozessbezogene Kompetenzen sind übergreifende Kompetenzen (z.B. Problemlösekompetenzen), die nicht an konkrete Themen eines Fachs gebunden sind und sich im individuellen Bildungsverlauf herausbilden. Sie gelten als Voraussetzung für eine reflektierte Auseinandersetzung mit fachspezifischen Inhalten im MINT-Bereich. Vor diesem Hintergrund rücken demnach auch adaptive Unterrichtsverfahren zunehmend in den Fokus unterrichtsmethodischen Handelns, um den heterogenen Lernvoraussetzungen gerecht zu werden (Bohl, 2017; Corno, 2008; Leuders et al., 2017). Die Bereitstellung differenzierter Lernangebote im Unterricht kann dabei sowohl auf einer Makroebene als auch auf der Mikroebene erfolgen (Sibley & Lachner, 2023). Sie bieten somit ein geeignetes didaktisches Grundkonzept, das anschlussfähig an den Diskurs zum Umgang mit Heterogenität im Unterricht ist. Digitale Technologien haben dabei das Potential, bei der Gestaltung von adaptiven Unterricht zu unterstützen (Hammer et al., 2021; Huwer et al., 2019; Schmid et al., 2022), in dem sie beispielsweise automatisierte Diagnose von fachlichen Lernprozessen (z.B. Schaal et al., 2022) durchführen oder differenziertes Feedback bei der Bearbeitung von Lernaufgaben geben können. Aktuelle Forschungsbefunde zeigen jedoch, dass Lehrkräfte bislang das Potential digitaler Technologien nur wenig ausschöpfen (Sailer et al., 2021) und sie daher ihre professionellen Kompetenzen (weiter-)entwickeln müssen. Insbesondere für die dritte Phase der Lehrkräftebildung liegen bislang wenige, forschungsbasierte Konzepte zur lebenslangen Weiterqualifikation im Kontext digitaler Technologien vor.
Vor diesem Hintergrund wurde das Verbundprojekt „Professionelle Netzwerke zur Förderung adaptiver, prozessbezogener, digital-gestützter Innovationen im MINT-Bereich“ (MINT-ProNeD) initiiert, welches eines der Verbundvorhaben im Kompetenzverbund lernen:digital ist. In drei unterschiedlichen Netzwerken innerhalb von MINT-ProNeD werden forschungsbasierte Professionalisierungsangebote für Lehrkräfte in der dritten Phase entwickelt, durchgeführt und evaluiert. Kernaspekt des Vorhabens ist dabei die integrative (Weiter-)Entwicklung von professionellen Kompetenzen für die Gestaltung von adaptiven, prozessorientieren MINT-Unterricht mit innovativen (Zukunfts-)Technologien. Basierend auf den einschlägigen Modellen zur Professionalisierung von Lehrkräften DigCompEdu (Redecker, 2017) und DiKoLAN (Thyssen et al., 2021) werden in den drei Netzwerken jeweils spezifische theoretische und forschungsbasierte Zugänge für die Entwicklung der unterschiedlichen Professionalisierungsangebote adressiert. Diese wirken netzwerkübergreifend als integratives Gesamtkonzept zusammen und erweitern damit das Spektrum zum Verständnis der Entwicklung von Professionalisierungsangeboten für die dritte Phase, die über reine „One-Shot-Fortbildungen“ hinausgehen sollen. Zentrales Anliegen des Symposiums ist es, diese erweiterte Perspektive der integrativen Förderung professioneller Kompetenzen von Lehrkräften in der dritten Phase zu beleuchten und Gelingensbedingungen auch in Hinblick auf einen gelungenen Praxis-Forschung-Transfer zu diskutieren.
Der erste Beitrag widmet sich dem Netzwerk „Fortbildung“ und präsentiert theoretische Grundüberlegungen zur Entwicklung von Lehrkräftefortbildungen für die Gestaltung und Umsetzung von adaptiven, digital gestützten und prozessorientierten MINT-Unterricht.
Der zweite Beitrag beleuchtet die theoretisch-konzeptuellen Grundlagen von Professionellen Lerngemeinschaften (PLG), die im zweiten Netzwerk „Unterrichtsentwicklung und -beratung“ adressiert werden. In den PLGn sollen Lehrkräfte und Fachdidaktiker:innen ko-konstruktiv forschungsbasierte, adaptive und digitalgestützte MINT-Unterrichtskonzepte entwickeln und erproben.
Im letzten Beitrag wird der Blick auf das dritte Netzwerk „Future Innovation Hub“ gerichtet. Der Fokus des Netzwerks liegt auf der Entwicklung und Erprobung von forschungsbasierten Einsatzszenarien für Zukunftstechnologien wie VR- und KI-Anwendungen im MINT-Unterricht. Die Entwicklung und Erprobung wird zusammen mit MINT-Lehrkräften durchgeführt und evaluiert. Erste Ergebnisse aus der Evaluation der Praxistests werden berichtet.
Abschließend werden in der Diskussion die vorgestellten Beiträge kritisch beleuchtet und die Frage diskutiert, inwieweit es dem Verbundprojekt gelingen kann, die integrative Förderung professioneller Kompetenzen von Lehrkräften in der dritten Phase voranzutreiben.
Beiträge des Symposiums
Gestaltung und Umsetzung von adaptivem, digital gestütztem und prozessorientiertem MINT-Unterricht im Netzwerk „Fortbildung“
Johannes Huwer1, Christoph Thyssen2, Frank Reinhold3
1Universität Konstanz, 2RPTU Kaiserslautern-Landau, 3Pädagogische Hochschule Freiburg
Adaptives Unterrichten (Corno, 2008) kann insbesondere durch den Einsatz digitaler Technologien gelingen, da diese sowohl für Lehrkräfte als auch für Lernende vielfältige Unterstützungsmöglichkeiten bieten (Plass & Pawar, 2020; Huwer et al., 2020). Eine evidenzbasierte Konzeption sieht idealerweise vor, dass digitale Diagnosetools als Grundlage für differenzierte und individualisierte Lehrkonzepte dienen (Souvignier & Hasselhorn, 2018; Friesen et al., 2022; Grob et al., 2017). Diese ermöglichen es Lehrkräften, effizient auf die individuellen Fähigkeiten und Bedürfnisse der Schüler:innen einzugehen, was insbesondere kognitive Schüler:innenmerkmale, z. B. prozessbezogene Kompetenzen fördern kann.
Digitale Technologien eröffnen Lernenden zudem den Weg für selbstgesteuerte Adaption und Individualisierung. Sie können auf eine Vielzahl digital bereitgestellter Materialien zugreifen, was ihnen ermöglicht, ihren Lernprozess selbst zu steuern und anzupassen (Dyrna, 2021): Automatisierte Feedbacksysteme unterstützen die Lernenden zusätzlich und fördern deren Lernprozess (Hattie & Timperley, 2007). Tools zur Informationserschließung, wie Mess- und Auswertungstools beim Experimentieren oder in Simulationen, ermöglichen selbstgesteuerte, genetische Lernprozesse wie entdeckendes oder forschendes Lernen (Plass & Schwartz, 2014), was besonders im naturwissenschaftlichen Unterricht zu Erkenntnisgewinn führen kann (Thyssen et al., 2021; Garner et al., 2015). Der Einsatz digitaler Technologien im Unterricht fördert darüber hinaus nicht nur fachliche Kompetenzen, sondern auch die digitalen Fähigkeiten der Lernenden (Pinkernell et al., 2022).
Das „Netzwerk Fortbildung“ des Verbundprojekts MINT-ProNeD zielt darauf ab, evidenzbasierte Fortbildungen für Lehrkräfte zu entwickeln, die diese befähigen, die Potenziale digitaler Medien im Fachunterricht zu nutzen. Ziel ist es, Lehrkräfte in die Lage zu versetzen, Lernende adaptiv bei der Entwicklung fachspezifischer prozessbezogener Kompetenzen zu unterstützen. Digitale Technologien werden je nach ihrem Potenzial in verschiedenen Phasen und Funktionen des Unterrichts eingesetzt, wobei die digitale Anreicherung unterschiedlichen Prinzipien folgt. Diese können allgemeine Prinzipien (z.B. gute Unterrichts- oder fachdidaktische Prinzipien) sowie fachspezifische Schwerpunkte betreffen. Dies erfordert von Lehrkräften spezifische digitale Kompetenzen.
Die Rahmenkonzeption des Netzwerks Fortbildung umfasst mehrere kohärente Teilschritte, die von den Projektpartnern individuell auf die Bedürfnisse der jeweiligen Fächer angepasst werden müssen:
1. Identifizierung der prozessbezogenen Schülerkompetenzen (PSK): Zunächst müssen die zu fördernden PSK klar definiert werden, um einen unterrichtspraktischen Bezug sicherzustellen und die Fortbildungen zielgerichtet zu gestalten.
2. Einsatzmöglichkeiten digitaler Unterstützung: Anschließend müssen die Einsatzmöglichkeiten digitaler Unterstützung für Lernende und Lehrkräfte in den ausgewählten Teilschritten identifiziert werden. Sollte sich herausstellen, dass für die ausgewählte PSK keine sinnvolle Förderung möglich ist, sollte eine andere PSK gewählt werden.
3. Entwicklung von Lehrkräftekompetenzen (LK): Es ist notwendig, übergreifende und fachspezifische Lehrkräftekompetenzen zur adaptiven Förderung der PSK zu identifizieren. Diese Kompetenzen werden im Falle digital angereicherter Unterrichtssettings als Digitale Lehrkräftekompetenzen (D-LK) betrachtet. Diese sollen Inhalte für Fortbildungen sein und dazu beitragen, dass Lehrkräfte besser auf die Herausforderungen des digitalen Unterrichtens vorbereitet sind.
Durch diese strukturierte und evidenzbasierte Herangehensweise soll das „Netzwerk Fortbildung“ Lehrkräfte befähigen, digitale Technologien effektiv zu nutzen und adaptiven, prozessorientierten MINT-Unterricht zu gestalten. In diesem Beitrag werden theoretische Grundüberlegungen zur Entwicklung von Lehrkräftefortbildungen für die Gestaltung und Umsetzung von adaptiven, digital gestützten und prozessorientierten MINT-Unterricht präsentiert sowie Einblicke in exemplarische Fortbildung gegeben.
Unterrichtsentwicklung durch Professionelle Lerngemeinschaften im Netzwerk Unterrichtsentwicklung und -beratung
Marita Friesen1, Jan-Philipp Burde2
1Pädagogische Hochschule Heidelberg, Institut für Mathematik und Informatik (IMI), 2Eberhard-Karls-Universität Tübingen, Fachbereich Physik
Im Netzwerk „Unterrichtsentwicklung und -beratung“ des Verbundprojekts MINT-ProNeD wird ein forschungsbasiertes Angebot zur systematischen Beratung von Schulen im Sinne einer partizipativen Unterrichtsentwicklung durch Professionelle Lerngemeinschaften (PLGen) umgesetzt. Im Fokus steht dabei die Unterstützung von Lehrkräften bei der Umsetzung digital-gestützter adaptiver Förderung prozessbezogener Kompetenzen bei Schüler:innen in ihrem Unterricht. Hierzu wird auf einen Co-Design Ansatz (Sibley et al., 2023) zurückgegriffen, wonach Forschende und Lehrpersonen partizipativ in einem engen Austauschprozess im Rahmen einer PLG gemeinsam Unterrichtskonzepte entwickeln. Auf diese Weise sollen insbesondere forschungsbasierte und zugleich praxistaugliche Unterrichtskonzepte entstehen, die mit der gängigen Ausstattung in Schulen realisiert werden können. Das besondere Potenzial von PLGen wird im Vergleich zu sogenannten “One-shot-Fortbildungen” insbesondere in der fortlaufenden und dadurch nachhaltigeren Professionalisierung von Lehrkräften gesehen, wodurch eine höhere Innovationsbereitschaft bei den beteiligten Lehrkräften zu erwarten ist (Gräsel et al., 2006). Im Projekt MINT-ProNeD stehen dabei möglichst offene, modular umsetzbare Zugänge zur Netzwerkarbeit im Vordergrund, um die standort- und fachbezogenen Bedingungen und Vorarbeiten der unterschiedlichen Standorte möglichst zielführend und effizient nutzen zu können. Das Netzwerk Unterrichtsentwicklung und -beratung sowie das Netzwerk Fortbildung stehen dabei entsprechend des MINT-ProNeD-Kompetenzmodells in enger Wechselwirkung: Fortbildungen, die im Rahmen des Projektes ausgebracht werden, können sowohl PLGen initiieren als auch von bereits bestehenden PLGen als Input genutzt werden.
Der Beitrag beschreibt mögliche theoretische Konzeptualisierungen und Organisationsformen von PLGen zur digitalisierungsbezogenen, adaptiven Lehrkompetenz in den MINT-Fächern, stellt Umsetzungsbeispiele verschiedener Standorte vor und diskutiert aktuelle Herausforderungen im Netzwerk.
Das Netzwerk Future Innovation Hub – Brücken bauen für den didaktisch sinnvollen Einsatz von innovativen Zukunftstechnologien und adaptiven Unterrichtskonzepten in Klassenzimmern der Zukunft
Georg Pardi1, Salome Flegr2, Peter Gerjets1
1Leibniz-Institut für Wissensmedien, Tübingen, 2Ludwig-Maximilians-Universität München
Lehrkräfte stehen vor der Herausforderung, die dynamischen Entwicklungen von innovativen Zukunftstechnologien, wie beispielswiese VR- oder KI-Anwendungen, zu erkennen und diese in Hinblick auf den Einsatz dieser Technologien im Unterricht zu berücksichtigen (Preparation for Future Learning, Bransford, 2007). Dabei spielt sowohl die didaktische Einbindung der Technologien als auch deren kritische Reflexion aus einer (medien-)ethischen und gesellschaftsorientierten Perspektive eine wichtige Rolle (Baacke, 1996; Redecker, 2017). Insbesondere bei der Umsetzung von adaptivem, prozessorientierem MINT-Unterricht kann auf das große Potential von Zukunftstechnologien zurückgegriffen werden (Hammer et al., 2021; Huwer et al., 2019; Schmid et al., 2022). Das Netzwerk „Future Innovation Hub (FIH)“ des Verbundprojekts MINT-ProNeD hat sich daher zum Ziel gesetzt, forschungsbasierte Ansätze zu entwickeln und zu erproben, um Zukunftstechnologien (z.B. VR, KI, Multitouch) effektiver einzusetzen sowie adaptives, prozessorientiertes und digital gestütztes Lehren und Lernen im MINT-Unterricht zu fördern. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der gezielten partizipativen Einbindung von MINT-Lehrkräften in die Entwicklung und Erprobung zukünftiger Lehr-Lernprozesse, die basierend auf den drei Pfeilern des europäischen Frameworks für digitale Kompetenzen (DigCompEdu) nach Redecker (2017) erfolgen soll. Das heißt, dass die im DigCompEdu aufgeführten Bereiche „Allgemeine Kompetenzen für den Lehralltag“ und „Pädagogische Kompetenz und Förderung der digitalen Kompetenz der Lernenden“ mit einem Fokus auf zukunftsorientierte Technologien bei der gemeinsamen Entwicklung von zukünftigen MINT-Unterricht berücksichtigt werden. So sollen Lehrkräfte Einblicke in zukünftige innovative Lehrmethoden erhalten und durch forschungsbasierte Erfahrungen auf einen zukünftigen MINT-Unterricht vorbereitet werden. Sie sollen dadurch auch als Change Maker in der MINT-Bildung agieren können. Im Netzwerk FIH werden daher bestehende und neue Ansätze zum Einsatz von Zukunftstechnologien im MINT-Unterricht evaluiert und prototypische Anwendungen und unterrichtsbezogene Einsatzszenarien in Kooperation mit Schulen, Lehrkräften und den anderen Netzwerken des Verbundprojekts MINT-ProNeD sowie den Landesinstituten (weiter-)entwickelt und erprobt. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der frühzeitigen Erkennung von Potenzialen digitaler Zukunftstechnologien, um innovative Lehrmethoden zu entwickeln und diese gemeinsam mit Expert:innen aus Praxis und Forschung zu diskutieren. Die vielfältigen technologischen Repräsentationsformen und Zugänge bieten dabei sowohl einen makroadaptiven also auch einen mikroadaptiven Zugang für den Lernerfolg (Sibley & Lachner, 2023). Insbesondere KI-Technologien spielen eine zentrale Rolle bei der Gestaltung von adaptiven Lehr- und Lernmaterialien. So können KI-Anwendungen etwa niveaudifferenzierte Aufgaben und Tests sowie individuelle Hilfestellungen durch intelligente Tutorensysteme bieten. Diese Aspekte werden ebenso im Netzwerk zusammen mit Lehrkräften beleuchtet und diskutiert, wie AR- oder VR-Anwendungen. Darüber hinaus zeigt ein aktuelles Beispiel , dass Lehrkräfte Schwierigkeiten haben, KI generierte Inhalte von Schüler:innenarbeiten zu unterscheiden (Fleckenstein et al., 2024). Auch für diese eher (medien-)ethische Problemstellungen entwickelt das Netzwerk FIH gemeinsam mit Lehrkräften Ansätze zur medienkritischen Reflexion des Einsatzes von Zukunftstechnologien im MINT-Unterricht.
Im Rahmen unseres Symposiumsbeitrages möchten wir die grundlegende Idee des Future Innovation Hub Netzwerks präsentieren und dabei die Zusammenarbeit der Hubs an den unterschiedlichen Standorten innerhalb des Netzwerks und die netzwerkübergreifende Zusammenarbeit mit den Netzwerken Fortbildung und Unterrichtsentwicklung des Verbundprojekts sowie mit den Landesinstituten darstellen. Darüber hinaus werden die Bedeutung von Co-Working Prozessen mit MINT-Lehrkräften sowie der gemeinsamen Entwicklung von zukunftsfähigen prototypische Lehr- und Lernanwendungen für verschiedene MINT-Fächer näher beleuchtet und erste Erkenntnisse aus der Evaluation der Praxistests mit Schulklassen vorgestellt.
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