Problemstellung und Frage. In den Projekten des Kompetenzverbunds lernen:digital sollen nicht nur einzelne Fortbildungen durchgeführt werden. Statt dessen werden in vielen Projekten für einen breiteren Transfer auch Fortbildungsmaterialien entwickelt, mit denen viele Fortbildende (z.B. aus den Fortbildungsstrukturen der Länder) in ihren je unterschiedlichen Fortbildungskontexten gehaltvoll arbeiten können.

Auch wenn in die ko-konstruktive Entwicklung der Fortbildungskonzepte und -materialien einige erfahrene Fortbildende mitarbeiten, stellt sich für die Dissemination an viele Fortbildende (die nicht im Entwicklungsprozess beteiligt waren) daher die Frage:

• Worauf genau kommt es an, damit diese Dissemination funktioniert?
• Wie können Fortbildende möglichst gut unterstützt werden, nicht nur buchstabengetreu einen Fortbildungsbaustein zu replizieren, sondern kluge Adaptionen an ihre jeweiligen Fortbildungskonzepte und -ziele vorzunehmen?

Ziel ist also nicht die Herstellung von Implementationstreue, sondern einer fortbildungsdidaktisch gehaltvollen Entfaltung von Design Capacities (ähnlich wie für Lehrkräfte bei Brown, 2009).

Der Vortrag berichtet aus der zehnjährigen Entwicklungs- und Adaptionsforschung des Deutschen Zentrums für Lehrkräftebildung Mathematik, in der Anforderungen an disseminierbare und gehaltvoll adaptierbare Fortbildungsmaterialien herausgearbeitet und sukzessive ausgeschärft wurden.

Methoden. Dazu wurden in iterativen Design-Research-Zyklen Fortbildungsmaterialien zu verschiedenen Fortbildungsgegenständen für die breite Dissemination entwickelt und erprobt (Prediger et al., 2019), um dann die Nutzung und Adaption durch Fortbildende in Adaptionsstudien zu untersucht (Leufer et al., 2019; ähnlich auch Jarry-Shore et al., 2023).

Ergebnisse. Die von Prediger & Kortenkamp (2018) herausgearbeiteten Anforderungen an disseminierbare und gehaltvoll adaptierbare Fortbildungsmaterialien wurden im Rahmen weiterer Zyklen wie folgt ausgeschärft:

1. Detaillierte Explikation der Ziele der Fortbildungsbausteine und ihrer einzelnen Komponenten (z.B. einzelner Fortbildungsaktivitäten)

2. Klarheit und Transparenz zum Aufbau des Fortbildungsbausteins (z.B. Wo werden Ideen erst elizitiert und angebahnt, wo systematisiert? Welche Argumentationszusammenhänge können hergestellt werden? Was sind die kleinsten Sinneinheiten, die zur Adaption herausgelöst werden können?)

3. Unterstützung für Multiplizierende nicht nur für Inputs und offene Fortbildungsaktivitäten, sondern auch für die Gesprächsphasen (z.B. durch Antizipation möglicher Lehrkräfte-Äußerungen und Ansätzen zur Weiterarbeit mit ihnen)

Der Vortrag möchte den Diskurs zur qualitätvollen Ausgestaltung von Fortbildungsmaterialien im Hinblick auf Disseminierbarkeit und Adaption innerhalb des Kompetenzverbunds lernen:digital und mit den Landesinstituten und weiteren Fortbildungs-Entwickelnden anregen.

Literatur

Brown, M. W. (2009). The Teacher-Tool relationship. Theorizing the design and use of curriculum materials. In J. T. Remillard, B. A. Herbel-Eisenmann, & G. M. Loyd (Eds.), Mathematics teachers at work: Connecting curriculum materials and classroom instruction (pp. 17–36). Routledge.

Jarry-Shore, M., Delaney, V., & Borko, H. (2023). Sustaining at scale: district mathematics specialists’ adaptations to a teacher leadership preparation program. Investigations in Mathematics Learning, 15(1), 67-84.

Leufer, N., Prediger, S., Mahns, P., & Kortenkamp, U. (2019). Facilitators’ adaptation practices of curriculum material resources for professional development courses. International Journal of STEM Education, 6:24, 1-18. https://doi.org/10.1186/s40594-019-0177-0

Prediger, S., & Kortenkamp, U. (2018). Mat3 – Offene Materialien für Mathematik-Lehrkräfte & Multiplikatorinnen und Multiplikatoren. Fachmagazin Synergie, Sonderband OER-Info Projekte, 96–103.

Prediger, S., Roesken-Winter, B., & Leuders, T. (2019). Which research can support PD facilitators? Research strategies in the Three-Tetrahedron Model for content-related PD research. Journal for Mathematics Teacher Education, 22(4), 407–425. https://doi.org/10.1007/s10857-019-09434-3

Digitale Lernumgebungen können das individuelle Wiederholen, Trainieren sowie Erweitern fachlicher Fähigkeiten ermöglichen (Brassine et al., 2020, Buchholz et al., 2022, Krause et al., 2013). Bei einer differenzierten Gestaltung entscheiden die Lernenden selbst, was, wann, wo, wie, in welchem Tempo und in welchem Umfang sie bearbeiten (Zimmerman, 2002).

Die erstellte Lernumgebung zur chemischen Formelsprache stellt ein ergänzendes Lernangebot zu bestehenden Lehrveranstaltungen dar. Sie erlaubt den Studierenden ihre chemischen Fähigkeiten in den Bereichen: PSE, chemische Bindung, chemische Formeln sowie chemische Reaktionen zu testen und zugleich mit verlinkten Trainingsmaterialien zu trainieren und zu erweitern. Jedes Themengebiet enthält daher ein Selbsttest zum Fachwissen sowie zur Anwendung des Fachwissens. Da die Studierenden selbstständig mit der Lernumgebung arbeiten, sind verschiedene Arten an Scaffolding enthalten. Lernspiele runden das Angebot ab. In der digitalen Lernumgebung wird vor allem Wert auf übergreifende chemische Konzepte gelegt, um meaningful learning (Bretz, 2011) zu ermöglichen. Durch die enthaltenen Anwendungsaufgaben wird transparent, welches chemische Fachwissen angewendet werden soll.

Lernspiele, aber auch digitale Lernumgebungen können als „Didaktische Doppeldecker“ fungieren (Hermanns & Keller, 2022, Wahl, 2002, Wahl, 2013), wenn der Transfer der didaktischen Methode an die Schule vollzogen wird. Nach Wahl (2002, 2013) kann das gelingen, wenn die Lehramtsstudierenden die Methode ausprobieren und die methodischen Stärken aber auch Grenzen kennenlernen sowie darüber reflektieren.

Im WiSe 2023/2024 wurde eine Lerntagebuchstudie zu der erstellten digitalen Lernumgebung, mit 10 Bachelorlehramtsstudierenden aus dem Kurs OCI (im dritten Semester), durchgeführt mit dem Ziel die Lernumgebung noch zu optimieren. Die Studierenden haben sich drei Wochen lang unter gegebenen Gesichtspunkten angeleitet mit der digitalen Lernumgebung auseinandergesetzt. Die Wahl der Kohorte wurde bewusst getroffen, konnte sie doch fachlich als auch didaktisch von der Studie profitieren. Die Evaluation im Lerntagebuch enthielt sowohl offene als auch geschlossene Items. Die Studierenden schätzten den grundsätzlichen Aufbau, die Gestaltung und Lernangebote ein. Zudem wurden sie zur Reflexion angeleitet, indem sie z. B. beantworteten, was sie jeweils lernen konnten, wie ihnen die Musterlösungen geholfen haben, was ihr erster und abschließender Eindruck von der Lernumgebung ist, etc. Wie die Auswertung der offenen Antworten zeigte, setzen sich die Studierenden im Rahmen der Studie unter anderem mit ihrer zukünftigen Rolle als Lehrkraft auseinander. So gaben sie z. B. an, für ihre zukünftigen Schülerinnen und Schüler selbst Lernspiele erstellen zu wollen, da ihnen diese Methode sehr gefallen hat oder dass sie „viel darüber lernen [konnten], wie man Aufgaben gut und kreativ erstellen kann und in was für Formen diese kommen können“.

Im Vortrag werden, neben der digitalen Lernumgebung, die Evaluationsergebnisse präsentiert. An geeigneten Beispielen wird die Funktion der Lernumgebung als „Didaktischer Doppeldecker“ aufgezeigt und diskutiert.

Die an der RWTH Aachen entwickelte freie App phyphox [1] macht die Daten vielfältiger geräteinterner Sensoren von Mobilgeräten für naturwissenschaftliche Experimente verfügbar. Digitale Messwerterfassung wird so für alle Lernenden kostengünstig und insbesondere auch jederzeit in alltagsnahen Kontexten nutzbar. Dies gilt umso mehr, als die App mit weltweit aktuell über sieben Millionen Installationen (Android und iOS inklusive Volumeninstallationen) eine große Reichweite erzielt. Die App ermöglicht damit neue Zugänge zu dem laut dem Kompetenzrahmen DiKoLAN (Digitale Kompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften) sehr relevanten Bereich der digital gestützten Messwert- und Datenerfassung. [2]

Die App phyphox bietet dabei eine große Bandbreite von digital gestützten Experimenten: Sie reicht auf der einen Seite von sehr einfachen fertigen plug-and-play Experimenten, die nur die geräteinternen Sensoren von Smartphones und Tablets nutzen. Dabei kann jede Experimentkonfiguration durch die Nutzenden individuell angepasst werden. [3, 4] Auf der anderen Seite bietet phyphox durch die Möglichkeit, über Bluetooth Low Energy praktisch beliebige externe Sensoren in die Messwerterfassung einzubinden, auch vielfältige Optionen für den kreativen Aufbau eigener Experimente unter Einbindung von externen Sensormodulen mit Mikrocontrollern und eröffnet damit Einsatzoptionen in allen Naturwissenschaften, aber auch in der Mathematik, Informatik und Technik. [5] Zudem wurden bereits Anwendungen im fächerübergreifenden Einsatz im Sportunterricht gezeigt. [6]

Vor diesem Hintergrund arbeiten in einem Arbeitspaket des Verbunds D4MINT physikdidaktische Arbeitsgruppen aus der RWTH Aachen und der Universität Potsdam in einem Design-Based-Research-Ansatz [7] an der Entwicklung, Evaluation und Verbreitung von Fortbildungen zum Themenbereich smartphone-gestützter Experimente mit der App phyphox. Mit dem Aufbau und Angebot eines modularen Fortbildungskonzepts sollen Lehrkräfte mit unterschiedlichen Vorkenntnissen in dem Themengebiet befähigt werden, digitale Ressourcen zur Schulung experimenteller Kompetenzen im Unterricht zu nutzen. Das Format der Fortbildungen wird im Stile „didaktischer Doppeldecker“ [8, 9] gestaltet. Es wird erwartet, dass dies die Übertragbarkeit auf die eigene pädagogische Arbeit der Lehrkräfte befördert. Wenn in einer Fortbildung die Befähigung von Lehrkräften zu einem lernwirksamen digital gestützten Unterricht zu den wesentlichen Zielen gehört, dann sollten in diesem Sinne auch digitale Tools im Rahmen solcher Fortbildungen im Sinne eines didaktischen Doppeldeckers eine wichtige Rolle spielen.

Die Fortbildungen sind als eine Reihe von kleinformatigen Modulen konzipiert. Sie stellen jeweils vollständige Lehrpakete dar und beinhalten digitale Medien zur Vorbereitung, Erläuterung, Durchführung und Auswertung der Experimente sowie eine Analyse der Messunsicherheiten und Erklärung der Sensorik. Der modulare Aufbau soll zum einen den realen zeitlichen Möglichkeiten, zum anderen der Breite der Möglichkeiten und der Tiefe der Anforderungen gerecht werden. So können die Fortbildungen für verschiedene Komplexitätsniveaus von Smartphone-gestützten Experimenten angeboten und dynamisch abhängig von Interesse und Vorkenntnissen der Teilnehmenden organisiert werden. Das Angebot reicht von einfachen fertigen Materialien für den Einsatz der Sensoren von Mobilgeräten bis zum Ermöglichen neuartiger Experimente auf Basis selbstentwickelter externer Sensormodule.

Im Beitrag wird ein Überblick über das Konzept, den aktuellen Stand fertiger Module und Erkenntnisse aus dem Einsatz eines gemeinsamen Evaluationstools im Verbund D4MINT geboten, das von der Universität Potsdam bereitgestellt und weiterentwickelt wird.

(Literaturverzeichnis unter „Anmerkungen von Autor:innen an das Programmkomitee“)

Lehrkräftefortbildungen verfolgen unter anderem die Ziele der Aufrechterhaltung einer hohen Unterrichtsqualität, sowie der Wissensaktualisierung (KMK 2018). Diese Ziele sind insbesondere vor dem Hintergrund des technologischen Wandels und der anhaltenden Digitalisierung von Bedeutung (Bonnes et al. 2022, Runge et al 2024, KMK 2021). Zur Professionalisierung der Lehrkräfte und eine positive Schulentwicklung dienen unter anderem konkrete Fortbildungsangebote sowie professionelle Lerngemeinschaften (Fussangel et al. 2010). Unter professionellen Lerngemeinschaften wird die gezielte Zusammenarbeit innerhalb eines Kollegiums (schulintern oder -übergreifend), mit einer gemeinsamen Zielsetzung zur Professionalisierung, verstanden (vgl. Kansteiner et al 2023). In Anlehnung an Helmke (2012) stellen Fortbildungen, die zum Beispiel in Präsenz oder Digital (synchron oder asynchron) veranstaltet werden, Angebote dar, deren Nutzung von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird. Unter Berücksichtigung dieses Aspekts, widmen sich Angebots- und Nutzungsmodelle (u.a. Lipowsky 2014 und Schäfer i.Dr.) der strukturierten Darstellung der zahlreichen Einflussfaktoren auf die Wirksamkeit (formeller) Lehrkräftefortbildungen.

Ausgehend von in Angebots- und Nutzungsmodellen als relevant identifizierten Faktoren, werden im Projekt MINT-ProNeD Teilprojekt Kaiserslautern Angebote für Lehrkräfte entwickelt. Dazu arbeiten die drei Netzwerke (NW1) „Fortbildungen“, (NW2) „Unterrichtsentwicklung und Beratung“ sowie der (NW3) „Future Innovation Hub“ eng zusammen. Basierend auf einer Bedarfsanalyse mit Antworten von über 50 Lehrpersonen aus RLP, wurden vorhandene Ausstattungsmerkmale von Schulen und Fortbildungsbedarfe identifiziert. Ausgehend von den Ergebnissen, wurden relevante Technologien identifiziert die in Angebote für Lehrkräfte überführt werden sollen, um adaptiven Unterricht zu stärken.

In NW1 „adaptive Lehrkräftefortbildungen“ werden zwei Lehrkräftefortbildungen konzipiert: (a) für berufsbildende Lehrkräfte: Fehlerdiagnose an Pneumatik-Anlagen – Potenziale von Retrofitting, als Einstieg in die Thematik Industrie 4.0 und (b) für allgemeinbildende MINT Lehrkräfte: Technische Sensoren & Aktoren im Alltag – Anknüpfung von Technik an die Naturwissenschaften, zur Einführung in die Steuerungstechnik über die Pneumatik.

In NW2 „Unterrichtsentwicklung und Beratung“ werden einerseits Angebote in Form von Learning Nuggets zu Themen wie Data Literacy entwickelt. Andererseits wird zur Bildung von professionellen Lerngemeinschaften mit Lehrkräften gearbeitet. Zur Pilotierung wird im Rahmen der sogenannten Hacking School drei Tage lang der komplette Unterricht an einem Gymnasium durch Studierende und Mitarbeitende dreier Universitäten zum Thema „Bildung für nachhaltige Entwicklung in der Schule“ gestaltet. Ziel ist die Erprobung innovativer Konzepte mit Schüler/-innen und gleichzeitig die Schaffung zeitlicher Freiräume, um Lehrkräften die Teilnahme an Fortbildungen und professionellen Lerngemeinschaften in oder außerhalb der Schule zu ermöglichen. Die Universitäten fungieren als critical friends, während Studierende und Mitarbeitende Praxis- und Lernerfahrungen sammeln, die wiederum Eingang in die Fortbildungen finden.

In NW3 „Future Innovation Hub“ werden Anwendungsmöglichkeiten verschiedener innovativer Technologien für den schulischen Unterricht entwickelt und erprobt. Dazu werden bestehende Anwendungen aus den Bereichen AR/VR und KI für Lehrkräfte nutz- und erfahrbar gemacht. Zudem wird eine eigene AR-Anwendung zum Aufbau von Pneumatik-Schaltungen entwickelt, mit dem Ziel bei der Aufgabenbearbeitung zu unterstützen und gleichzeitig zur Reduktion kognitiver Belastung beizutragen (Klinker et al 2021).

Die sich gegenseitig ergänzenden Angebote der drei Netzwerke sind so aufgebaut, dass sie alleinstehend oder gesammelt von Lehrkräften besucht werden können. Bei der Konzeption wird das Feedback von Akteur/-innen aus der Praxis eingeholt und der Dialog mit Lehrkräften, Schulen und Personen aus der Lehrkräftefortbildung gesucht. Dazu wurden u.a. die Fortbildungsangebote auf der iMedia 2024 in Mainz präsentiert. Sowohl von Seiten des Pädagogisches Landesinstituts RLP als auch der Lehrkräfte kamen positive Rückmeldungen, Interesse an den Angeboten und neue Impulse, welche bei der weiteren Ausgestaltung berücksichtigt werden.

Die Fortbildungsangebote zeigen im Rahmen von Fortbildungen Konzepte auf, wie (neue) Technologien im Unterricht eingebunden werden können (NW1), wie Unterrichts- und Schulentwicklung betrieben werden kann (NW2) und darüber hinaus innovative Technologien für die Schule nutzbar gemacht werden (NW3). Damit zielt das Teilprojekt Kaiserslautern auf die forschungsgeleitete Unterstützung der Gestaltung einer digitalen Transformation sowohl für Schule als auch für Lehrkräfte ab.