Zeit: Dienstag, 01.10.2024: 13:30 - 15:00 Chair der Sitzung: Matthias Wilde Chair der Sitzung: Stefanie Schwedler |
Ort: H08 Hörsaal Erdgeschoss Quergang |
Schülerlabore für digitalisierungsbezogene MINT-Lehrkräftefortbildungen erschließen: Eine Reflexion fachspezifischer, fachübergreifender und systemischer Fragestellungen
In unserem Verbundprojekt LFB-Labs-digital (Kirchhoff, Schwedler et al., in Druck) erforschen wir Fortbildungen von Lehrerinnen und Lehrern zur Digitalisierung in Schülerlaboren. Die seit mehr als zwanzig Jahren an der Universität Bielefeld etablierten Teutolabs sowie das Labor coolMINT des Heinz Nixdorf Forums sowie der Universität Paderborn bieten nicht nur Schüler:innen spannende Einblicke in die MINT-Fächer, sondern spielen auch in der Lehramtsausbildung eine zentrale Rolle. Schülerlabore sind besondere außerschulische Lernorte: Sie haben Freiheiten jenseits des Lehrplans, können im Rahmen unterschiedlichster Workshop-Angebote ein sehr authentisches Bild der MINT-Fächer vermitteln und unterstützen so die Berufsorientierung und Fachkräftegewinnung (Euler & Schüttler, 2020; Nickolaus et al., 2018; Scharfenberg et al., 2019). Die Angebote der Teutolabs und des coolMINT-Labors können zeitgemäß, fachspezifisch und passgenau auf die besuchenden Schülerinnen und Schüler zugeschnitten werden, wobei in den letzten Jahren insbesondere die Digitalisierung in den MINT-Fächern im Fokus stand. Auch für die Lehrkräfte(fort)bildung können Schülerlabore authentische, motivierende und innovative Lernsettings bieten, in denen Lehrkräfte Gelegenheit zur Beobachtung, zur Exploration und zum Einüben unterrichtlicher Praktiken für den Regelunterricht erhalten. Als Lehr-Lernlabore werden diese Lernorte meist in der ersten Phase der Lehramtsausbildung, bislang aber kaum für Lehrkräftefortbildungen eingesetzt (Brüning et al., 2020; Euler & Schüttler, 2020).
In unserem Verbundprojekt LFB-Labs-digital wollen wir das Potenzial der Lehr-Lernlabore für transferstarke MINT-Lehrkräftefortbildungen aktivieren. Die Schülerlabore werden dabei zum Brennpunkt der Fortbildungen, indem wir die Kompetenzen von praxiserfahrenen Lehrkräften mit denen von fachlichen und fachdidaktischen Expert:innen zusammenführen und die Schülerlabore (Teutolabs und coolMINT) als „Katalysatoren von Innovationen außerhalb des etablierten und eher träge reagierenden schulischen Systems“ (Euler & Schüttler, 2020, S. 163) fungieren.
Dem hohen Bedarf an adäquaten, transferstarken Lehrkräftefortbildungen steht eine ebenso hohe Komplexität der zu vermittelnden professionsbezogenen Kompetenzen gegenüber: Die für den pädagogisch und fachlich sinnstiftenden Einsatz digitaler Anwendungen im Unterricht erforderliche Verzahnung von pädagogischem (PK) und fachlichem (CK) sowie technologischem Wissen (TK) stellen Mishra und Köhler (2006) als Schnittmenge der drei Wissensdimensionen dar (TPaCK). Um die sich jenseits technologischer Aspekte rasant wandelnde Kultur der Digitalität (Stalder, 2016) in Wissenschaft und Gesellschaft im schulischen Kontext reflektieren und abbilden zu können, schlagen Huwer et al. (2019) und Döbeli Honegger (2021) eine Erweiterung des technologischen Wissens (TK) auf das digitalisierungsbezogene Wissen bzw. digitalisierungsbezogene Kompetenzen (DK) in ihren DPACK-Modellen vor. Neben rein technologischen Wissensfacetten berücksichtigt dieses Konstrukt Fragestellungen, die sich auf die vielperspektivischen (z.B. gesellschaftlich-kulturellen, sozialen und ethischen) Auswirkungen der digitalen Transformation in unserer Gesellschaft beziehen (Thyssen et al., 2023; Lang et al., 2021). Dadurch wird dem soziokulturellen Kontext technischer Innovation mehr Bedeutung zugemessen. Die ursprüngliche Grundidee des TPaCK-Modells von multidimensional verschränkten Wissens- bzw. Kompetenzbereichen bleibt dabei erhalten.
Sowohl an MINT-Lehrkräfte als auch an digitalisierungsbezogene Lehrkräftefortbildungen im MINT-Bereich stellt Digitalität komplexe, mehrdimensionale Anforderungen. Entsprechend der vielfältigen Fragestellungen über diverse MINT-Domänen, Adressatenkreise und Systemebenen hinweg ergeben sich im Verbundprojekt LFB-Labs-digital Fragen hinsichtlich der konkreten Konzeption und Durchführung der Fortbildungen im Kontext der jeweiligen Fachkultur (Ebene 1), Fragen zu fächerübergreifenden Gelingens- und Implementierungsbedingungen (Ebene 2), und Fragen zu optimalen Implementierungsbedingungen auf Systemebene (Ebene 3). In diesem Symposium diskutieren wir das Gelingen von MINT-Lehrkräftefortbildungen zur Digitalisierung in Schülerlaboren auf allen drei Ebenen.
Beiträge des Symposiums
Zum Spannungsverhältnis von Evidenzbasierung bei Lehrkräftefortbildungen und informellen Lernkulturen in sozialen Medien
Digitale Medien bieten insbesondere für MINT-Fächer bemerkenswerte Potenziale, um innovative Methoden zur Erprobung und Wissensvermittlung zu ermöglichen und digitale Technologien selbst in ihren Wirkweisen kritisch zu reflektieren (Ahlborn & Verständig, 2024). Potenziale ergeben sich insbesondere dann, wenn es um Lernen mit und über Simulationen geht, aber auch dann, wenn der gemeinschaftliche Austausch von neuen technologischen Möglichkeiten und die Umsetzung von innovativen Lehr-Lernkonzepten mit digitalen Medien für MINT-Fächer im Mittelpunkt stehen. Somit wird nicht nur ein inspirierender Unterricht ermöglicht, sondern es wird auch die Förderung von Interaktion, Kreativität und Vielfalt unterstützt, um so schließlich auch das Interesse an MINT-bezogenen Themen bei Schüler:innen zu fördern (Großmann et al., 2021). Dennoch steht gerade dem hohen Bedarf an adäquaten, transferstarken Lehrkräftefortbildungen (LFB) eine ebenso hohe Komplexität der zu vermittelnden professionsbezogenen Kompetenzen gegenüber. Dabei betrifft die von der KMK (2020, S. 4) geforderte „Wissenschaftsbasierung der Fortbildungsangebote“ die MINT-LFB in zweifacher Weise, indem die Inhalte der Fortbildungen sowohl wissenschaftsnah zu belegen, als auch die Fortbildungen selbst entsprechend evidenzorientiert zu gestalten bzw. hinsichtlich ihrer Wirksamkeit zu überprüfen sind. Die Informationsbeschaffung unter anderem über soziale Medien überholt die non-formale, selbstorganisierte Lehrkräftefortbildungen als öffentlich vom System angebotene Fortbildung. Eine produktive Verschränkung der Erfahrungs- und Kulturräume in Verbindung zu außerschulischen Lernorten wie den Schülerlaboren erscheint daher hilfreich, um einen Beitrag zur Steigerung der Prozessqualität von LFB im Horizont der Digitalität leisten zu können. Wir untersuchen diese Komplexität vor dem Hintergrund einer Kultur der Digitalität (Stalder, 2016, 2021) entlang des Spannungsfeldes von evidenzbasierter Praxis und informellen Lernkulturen in Fortbildungen für MINT-Lehrkräfte. Dabei diskutieren wir das Gelingen von MINT-LFB zur Digitalisierung in Schülerlaboren hinsichtlich der Fragen zu optimalen Implementierungsbedingungen auf Systemebene.
Der Beitrag wirft ausgehend von einem systematischen Literaturreview einen Blick auf das Spannungsfeld von evidenzbasierten Lehrkräftefortbildungen im MINT-Bereich und informellen Lernkulturen, wie sie sich in einer Kultur der Digitalität in unterschiedlichen sozialen Arenen abzeichnen. Hier wird neben einem Fokus auf theoretisch-konzeptionelle Figurationen zu evidenzbasierten Lehrkräftefortbildungen insbesondere nach dem Wissen über soziale Arenen und den medialen Praktiken gefragt, die sich entlang der Informationsbeschaffung und gemeinschaftlichen Wissensarbeit bei MINT-Lehrkräften in informellen Lernkulturen abzeichnen. Dabei werden erste Einblicke und Erkenntnisse aus den Daten gegeben, die auf Ebene 3 im Verbundprojekt LFB-Labs-digital (Kirchhoff, Schwedler et al., in Druck) erhoben wurden und für die Implementierungsbedingungen auf Systemebene relevant erscheinen. Die Grundlage hierfür bilden qualitative Interviews mit Akteur:innen der LFB-Labs-digital, die sich auf aktuelle Problemstellungen und Herausforderungen bei Fortbildungen von Lehrer:innen, wie beispielsweise Ungewissheitserfahrungen (Hinzke et al., 2021) zur Digitalisierung in Schülerlaboren fokussieren und dabei die Kultur der Digitalität grundlegend in die Konzeption und Durchführung von LFB integrieren.
Erste Ergebnisse weisen darauf hin, dass insbesondere MINT-Lehrkräfte vom informellen Austausch profitieren können, um praktisches Wissen sowie Erfahrungen im Umgang mit digitalen Medien, Technologien und Werkzeugen gewinnbringend zu teilen. Zugleich zeigen sich jedoch Herausforderungen, die sich in der Orientierung im Wissen (Verständig, 2023) sowie den Selbsteinschätzungen zu digitalen Kompetenzen (Runge et al., 2024) festmachen lassen. Die Ergebnisse deuten auch an, dass ein ausgewogenes Verhältnis zwischen evidenzbasierter Praxis und informellen Lernkulturen entscheidend ist, um die Wirksamkeit von MINT-Fortbildungen zu maximieren. Inwiefern diese Balance begünstigt werden kann, soll im Beitrag abschließend und mit Blick auf den weiteren Projektverlauf herausgestellt werden.
Gelingensbedingungen und Implementationshürden von digitalisierungsbezogenen MINT-Lehrkräftefortbildungen in Schülerlaboren – Eine fächerübergreifende Perspektive
Die Potenziale, welche digitale Medien für den (naturwissenschaftlichen) Unterricht darstellen, werden nicht zuletzt durch die vorgelegte Strategie der KMK zur „Bildung in der digitalen Welt“ (KMK, 2021) und das immer größer werdende Angebot verschiedener digitaler Tools sichtbar. Dennoch stellt die damit einhergehende digitale Transformation im Kontext des (schulischen) Lehrens und Lernens nach wie vor Lehrkräfte vor eine große Herausforderung. Dieser Herausforderung wird auch im MINT-Bereich immer stärker mit gezielten Lehrkräftefortbildungen (LFB) begegnet, wobei die Auswahl an LFB (Diepolder et al., 2021) und Teilnahme der Lehrkräfte sowie die Nachhaltigkeit der LFB bisher eher gering ausfallen (Lipowsky & Rzejak, 2019).
An diese Erkenntnisse knüpft das Verbundprojekt LFB-Labs-digital an, in dem digitalisierungsbezogene MINT-Lehrkräftefortbildungen in/mit Schülerlaboren (SL) als Ort der LFB im Sinne eines Design-Based-Research-Ansatzes (DBR) konzipiert, erprobt und weiterentwickelt werden. Hierbei wirft das in diesem Beitrag vorgestellte Teilprojekt zum Qualitätsmanagement (QM) einen fortbildungs- und somit auch fächerübergreifenden Blick auf die (Weiter-)Entwicklung der Fortbildungen. Es wird der Frage nachgegangen, welche fächerübergreifenden Implementationsbarrieren bezüglich digitaler Konzepte, Anwendungen und Infrastrukturen in den digitalisierungsbezogenen MINT-Lehrkräftefortbildungen auftreten. Ergänzend wird untersucht, unter welchen Gelingensbedingungen sich Fortbildungen in SL als wirkmächtig hinsichtlich des zu denkenden Praxis- bzw. Evidenztransfers (Heinrich & Klewin, 2019) im Modus des „Nacherfindens“ (Kussau, 2007) erweisen.
Um diese Fragen multiperspektivisch zu beantworten, wird sowohl ein Fokus auf die Angebots- (Fortbildner:innen) als auch auf die Nutzungsseite (teilnehmende Lehrkräfte) im Rahmen dieses Beitrags gelegt, da beide Perspektiven entsprechend des Angebots-Nutzungsmodells die Wirksamkeit der LFB beeinflussen (Lipowsky & Rzejak, 2019). Aspekte, die von beiden Seiten als Erfolg versprechend und positiv dargestellt werden, können als erste Gelingensbedingungen gesehen werden; widersprüchliche Aspekte als mögliche Implementationshürden, die im Rahmen der nächsten Überarbeitungsschleife der Fortbildungen gemäß dem DBR zur Verbesserung der Fortbildungen genutzt werden können.
Hinsichtlich der Angebotsseite werden Austauschformate für die Fortbildner:innen angeboten, sodass sich diese über die geplanten und bereits durchgeführten Fortbildungen hinsichtlich digitaler Anwendungen, Konzepte und Infrastruktur austauschen und diese reflektieren können. Die Austauschformate werden audio- sowie videografiert und die daraus erstellten Transkripte mittels inhaltlich-strukturierender Qualitativer Inhaltsanalyse (Kuckartz & Rädicker, 2022) ausgewertet. Hierbei werden Gelingensbedingungen und Implementationshürden hinsichtlich der Angebotsseite sowie mögliche Diskrepanzen mit der Nutzungsseite herausgearbeitet.
Im Hinblick auf die Nutzungsseite wird der Fokus auf die an den Fortbildungen teilnehmenden Lehrkräfte in Form einer Prä-, Re-, Post-Befragung gelegt. Es wird ein Fragebogen vor und nach den Fortbildungen eingesetzt, um die Erwartungen und Motivation der teilnehmenden Lehrkräfte sowie im Nachgang die von den Lehrkräften eingeschätzte Praxistauglichkeit zu erfassen. Der Fragebogen wird mittels statistischer Analysen ausgewertet.
Die Ergebnisse der Analyse der Angebotsseite nach dem ersten Durchlauf der Fortbildungen zeigen eine Vielfalt an Aspekten zwischen den Fortbildungen, die einen Einfluss auf den Fortbildungserfolg haben können und letztlich die Implementierung der Fortbildungsinhalte beeinflussen. So wurden z.B. hinsichtlich der digitalen Anwendungen Aspekte wie Fortbildungsformat (asynchron online, synchron online bzw. Präsenz) sowie eingesetzte Tools von den Fortbildner*innen als Gelingensbedingungen ihrer Fortbildungen genannt und im Rahmen der Austauschformate diskutiert. Mit Blick auf die Ergebnisse der Fragebogenerhebung wird deutlich, dass die Lehrkräfte (n = 18) bei einer 6-stufigen Likertskala von 1 = “stimme gar nicht zu” bis 6 = “stimme voll zu” nur leicht der Aussage zustimmen, dass sie durch Fortbildung insgesamt als Lehrkraft kompetenter fühlen (MW = 3,78, s = 1,06), jedoch sehen die Lehrkräfte die Fortbildungsinhalte als relevant und sinnvoll für ihren Schulalltag (MW = 5,06, s = 1,08).
Die herausgearbeiteten Gelingensbedingungen und möglichen Implementationshürden nach dem ersten Durchlauf für diese digitalisierungsbezogenen MINT-Lehrkräftefortbildungen werden nach dem nächsten Durchlauf an Fortbildungen erneut analysiert und können folglich als Orientierung für andere LFB angesehen werden.
Experimentelle Zugänge zur Mathematik in einer digitalen Lernumgebung gestalten – eine Fortbildung im Blended Learning-Format
Im Rahmen des Projektes LFB-Labs-digital wird die Wirksamkeit unterschiedlicher Fortbildungsformate in Bezug auf handlungsorientierte Inhalte des Mathematikunterrichts untersucht. Die Inhalte sind dabei erprobte analoge sowie digitale Aktivitäten aus dem Lehr-Lernlabor teutolab-mathematik. Die Fortbildung wird im Blended-Learning-Format durchgeführt (Hrastinski, 2019; Zagouras et al., 2022).
Bei der Untersuchung der Wirksamkeit von Fortbildungen gibt es bisher wenige Studien in Bezug auf Online-Weiterbildungsprogramme (online professional development, kurz: OPD). Bragg et al. (2021) verweisen in ihrer Analyse verschiedener Studien auf Indizien, die eine positive Wirksamkeit der Fortbildungen im Zusammenhang mit dem Erwerb von inhaltsbezogenem pädagogischen Wissen (pedagogical content knowledge, kurz: PCK) stehen sowie einen Fokus auf individuelle Lernprozesse in Bezug auf die Lehrkräfte der OPD und auch in Bezug auf Schülerinnen und Schüler setzen. Die Fortbildung über experimentellen Zugängen im Fach Mathematik in dem Projekt LFB-Labs-digital orientiert sich im Aufbau an diesen Wirkungsprinzipien.
Ein Fortbildungsdurchlauf umfasst drei inhaltliche Module, ein Modul zur eigenständigen Erprobung der Inhalte sowie ein Reflexionsmodul. Die Fortbildung und die Materialien werden über eine Lernplattform strukturiert und den Lehrkräften zugänglich gemacht. Jedes inhaltliche Modul ist gleich aufgebaut: Es gibt einen theoretischen Input, der direkt an den Erwerb des PCK anknüpft, mit dem der Inhaltsbereich verbunden ist. Die Lehrkräfte erproben anschließend in einem Selbstexperiment Materialien und Arbeitsaufträge zu dem Inhalt, mit denen die Schülerinnen und Schüler im teutolab-mathematik konfrontiert werden. Dieses soll erstes eigenes Handeln ermöglichen und auch den Blick auf das Verständnis der Schülerinnen und Schüler legen. Anschließend wird der Erwerb des PCK fortgesetzt, indem die Umsetzungen in teutolab-mathematik zu dem Inhalt dargestellt werden, sowie Auseinandersetzungen mit der Praxis anhand von authentischem Material von Schülerinnen und Schülern ermöglicht werden. Der Erwerb an Kompetenzen geht damit schrittweise in die Tiefe. Ein inhaltliches Modul schließt mit einer Transferaufgabe ab, die die Übertragung der Inhalte der Fortbildungen in den eigenen Unterricht zum Inhalt hat. Für die beteiligten Lehrkräfte ist die Fortbildung so konzipiert, dass feste Gruppen von zwei bis drei Lehrkräften die Fortbildung gemeinsam durchlaufen, um gegenseitige Unterstützung, Feedback und Reflexionen zu ermöglichen. Nach der Erarbeitung der drei inhaltlichen Module haben die Lehrkräfte die Möglichkeit für eine Erprobung einzelner Fortbildungsinhalte in der Schule. Hier soll einerseits das unmittelbare Handeln erlebt werden, andererseits Kooperation mit den Gruppenpartnern ermöglicht werden. Eine Reflexionsphase schließt die Fortbildung ab. Durch den Ablauf von Input-, Erprobungs- und Reflexionsphasen wird situiertes Lernen aus Sichtweise der Lehrkraft ermöglicht (Lipowski & Rzejak, 2017).
Im Fokus der Forschung stehen die verschiedenen Fortbildungsformate, mit denen die inhaltlichen Module dargestellt werden: Modul 1 findet online und synchron statt, Modul 2 wird online, aber asynchron bearbeitet und Modul 3 wird in Präsenz angeboten. Das authentische Material der Schülerinnen und Schüler in den online-basierten Modulen stellen Mitschriften und Videoaufnahmen der Lernsituationen im Schülerlabor teutolab-mathematik dar. Im Präsenzmodul findet hier eine Beobachtung von Schülerinnen und Schülern während der unmittelbaren Lernsituation im Labor statt. In verschiedenen Fortbildungsdurchläufen sollen die einzelnen Module in ihren Formaten (online-in Präsenz, synchron-asynchron) rotieren.
Zur Untersuchung der Wirksamkeit der Fortbildungsformate werden, ergänzend zu einem Prä-Post-Design der Fortbildung, In-between-Tests nach jedem inhaltlichen Modul erhoben. Die Testinstrumente zielen (1) auf das TPACK-Modell (Kaplon-Schilis & Lyublinskayaz, 2020; Stinken-Rösner, 2021) zwischen den Wissensdomänen Content Knowledge, Pedagogical Knowledge und Technological Knowledge und deren Schnittmengen ab, (2) auf die Selbstwirksamkeit zum Erwerb der inhaltlichen und digitalen Kompetenzen sowie (3) auf das Monitoring der Fortbildung (Richter & Richter, 2024). Durch den wiederholten Einsatz der Untersuchungsinstrumente zu den Messzeitpunkten werden einerseits Erkenntnisse in Bezug auf die individuelle Wirkung auf einzelne Lehrkräfte hinsichtlich der Thematik der Fortbildung erwartet, andererseits aufgrund der Rotation der Fortbildungsformate in den einzelnen Fortbildungsdurchläufen Erkenntnisse der Bedeutsamkeit des Formats auf Transferwirkungen der Inhalte mit Blick auf Umsetzungen in die schulische Praxis.