Digitale Medien bieten insbesondere dann einen Mehrwert für den naturwissenschaftlichen Unterricht, wenn Lehrkräfte die notwendigen digitalisierungsbezogenen Kompetenzen besitzen (Hillmayr et al., 2020). Doch viele Lehrkräfte hatten in ihrer Ausbildung nicht die Möglichkeit, diese digitalisierungsbezogenen Kompetenzen zu erwerben (Eickelmann et al., 2019) oder äußerten einen Bedarf an fachspezifischen, digitalisierungsbezogenen Fortbildungen (Endberg & Lorenz, 2022). Entsprechend dieses Desiderats werden im ComeMINT-Netzwerk forschungsbasierte Fortbildungen für MINT-Lehrkräfte entwickelt. Im Teilprojekt ComeNet Physik wird dabei auf ein adaptives Förder- und Fortbildungskonzept gesetzt, das die Bedürfnisse aktiver Physik-Lehrkräfte mit einbezieht.

Theoretischer Hintergrund

Das Wissen zum fachdidaktischen Einsatz digitaler Medien im Unterricht wird häufig im TPACK-Modell von Mishra und Koehler (2006) konzeptualisiert. Neben dem fachlichen Wissen (CK), dem fachdidaktischen Wissen (PCK) und dem pädagogischen Wissen (PK) bildet das Technologiebezogene Wissen (TK) die Basis des Modells. Weitere Wissensbereiche im Modell ergeben sich dabei aus Überschneidungen von CK, PK und TK, z.B. das technologiebezogene fachliche Wissen (TCK), das technologiebezogene pädagogische Wissen (TPK) und das technologiebezogene fachdidaktische Wissen (TPCK), die speziell für eine digitalisierungsbezogene Unterrichtsgestaltung wichtig sind.

Neben dem Wissen über den fachdidaktisch begründeten Einsatz digitaler Medien spielen auch affektive Komponenten für die digitalisierungsbezogene Handlungskompetenz von Lehrkräften eine wichtige Rolle (vgl. auch Blömeke et al., 2015). Dabei hatte in Untersuchungen beispielsweise das wahrgenommene Nützlichkeitsempfinden nicht nur Einfluss auf die Motivation, digitale Medien einzusetzen (Scherer & Teo, 2019), sondern auch auf die Qualität des resultierenden Unterrichts (Backfisch et al., 2020).

Damit Wissen und affektive Komponenten der digitalisierungsbezogenen Kompetenz von Lehrkräften nachhaltig gefördert werden, benötigt es Fortbildungen, die Selbstlern-, Erarbeitungs- und Reflexionsphasen aufweisen (Lipowski & Rzejak, 2021). Für Fortbildungen speziell zu digitalen Medien ist es ratsam, die Potenziale dieser Medien wie Orts- und Zeitungebundenheit von Lernmodulen und Open Educational Resources (OER) zu nutzen (Schulze-Vorberg et al., 2021).

Zur adressatenspezifischen Ausrichtung der Fortbildung benötigt es auf Seiten der Fortbildenden jedoch Wissen um die Bedürfnisse der Zielgruppe. Vor diesem Hintergrund wurde im Projekt eine Bedürfnisanalyse als Ausgangspunkt der Konzeption durchgeführt.

Fragestellung

FF1: Zu welchen digitalisierungsbezogenen Themen haben Physik-Lehrkräfte ein Bedürfnis nach Fortbildungen?

FF2: Welches Fortbildungsformat und Organisationsform präferieren Physik-Lehrkräfte?

FF3: Wie hoch ist die Selbstwirksamkeitserwartung zum Einsatz digitaler Medien der Physik-Lehrkräfte ausgeprägt?

Methode und Stichprobe

Die Bedürfnisanalyse wurde mit einem Online-Fragebogen für praktizierende Lehrkräfte in Deutschland und Österreich durchgeführt. Dabei wurde neben den demographischen Variablen das Bedürfnis nach digitalisierungsbezogenen Themen mittels 6-stufigen Likert-Items (z.B. „Wie hoch ist ihr Bedarf an Fortbildungen zu folgenden Themen?“) und das präferierte Fortbildungsformat und Organisationsformen mittels Mehrfachauswahl (z.B. „Präsenz“ oder „Online“). An der Online-Umfrage nahmen 122 Lehrkräfte teil, die durchschnittlich 44 Jahre alt waren (M = 44.18, SD = 11.69) und im Schnitt 16 Jahre Berufserfahrung hatten (M = 16.01, SD = 11.47).

Ergebnisse

Die meisten Lehrkräfte wünschten sich Fortbildungen zu „Schülerexperimenten mit digitalen Medien“, gefolgt von Themen wie „Augmented & Virtual Reality“ oder „Smartphone-Experimente“. Als hingegen eher uninteressant wurden Themen wie „Lernpsychologisches Hintergrundwissen bezüglich des Einsatzes digitaler Medien im Physikunterricht“ oder die „Gesellschaftliche Relevanz digitaler Medien“ erachtet.

Das präferierte Fortbildungsformat waren „Präsenzfortbildungen“, gefolgt von „Onlinefortbildungen“. Dabei waren insbesondere „Halbe Tage in Präsenz“ oder „Fortbildungsreihen“ bevorzugt. Kürzere Selbstlernmodule (30 Minuten) werden Längeren (90 Minuten) bevorzugt. Während der Fortbildungen sind insbesondere Möglichkeiten des praktischen Ausprobierens von den Lehrkräften gewünscht und weniger eine Behandlung von empirischen Befunden.

Basierend auf diesen Ergebnissen werden im ComeNet Physik halbtägige Präsenzfortbildungen zu unterschiedlichen physikspezifischen digitalen Medien konzipiert, in denen Einsatzmöglichkeiten wie Schülerexperimente und die konkrete Einbettung der Medien im Unterricht thematisiert werden. Um die Fortbildungszeit effektiv für Tätigkeiten wie das praktische Ausprobieren der Medien durch die Lehrkräfte zu nutzen, werden den Präsenzfortbildungen kürzere Online-Selbstlernmodule zu den theoretischen Hintergründen der Medien auf iMoox.at vorangestellt. Der Vortrag präsentiert die Ergebnisse der Bedürfnisanalyse und das entstandene Fortbildungsdesign.

Kognitive Aktivierung ist eine der drei fächerübergreifend konsolidierten Basisdimensionen guten Unterrichts (Lipowsky, Drollinger-Vetter, Klieme, Pauli & Reusser, 2018). Dem Einsatz digitaler Medien im Mathematikunterricht kann im Hinblick auf kognitive Aktivitäten sowohl unterstützende als auch hemmende Rolle zugeschrieben werden (Thurm, Ebers & Barzel, 2022). So lassen sich auf der einen Seite Erkundungen von Lernenden durchführen, die ohne digitale Medien nicht möglich wären. Auf diese Weise lässt sich die mathematische Arbeit reichhaltiger, realitätsnäher und authentischer gestalten mit einem hohen Grad an kognitiver Aktivierung. Auf der anderen Seite kann die Arbeit mit digitalen Medien eine Fülle von Darstellungen generieren, die weder systematisch wahrgenommen noch angemessen strukturiert werden kann. Das kann dazu führen, dass mathematische Objekte nicht tiefgründig durchdrungen, sondern Repräsentationen lediglich oberflächlich erfasst werden (Walter, 2018).

Die fachbezogene Professionalisierung zur Berücksichtigung kognitiver Aktivierung im Mathematikunterricht ist einer der Kerngegenstände im Projekt ComeMINT, in dem Fortbildungsmodule entwickelt und beforscht werden. Im ComeNet Mathematik wurden zwei schulformspezifische Fortbildungsreihen (P und Sek 1) ausgebracht, die langfristig angelegt und parallel strukturiert aufgebaut sind sowie in einer Sitzung stufenübergreifend angeboten wird.

Dieser Beitrag befasst sich mit der Frage, welche Vorstellungen Mathematiklehrkräfte zu kognitiver Aktivierung während und nach der Teilnahme an den Fortbildungsreihen erkennen lassen. Hierzu werden Daten von Lehrkräften sowohl aus der Primar- wie aus der Sekundarstufe in einer schriftlichen Befragung erhoben. Denn es entsteht der Eindruck, dass selbst wenn das Konzept der kognitiven Aktivierung scheinbar durchdrungen wurde, Schwierigkeiten in der konkreten unterrichtlichen Implementation deutlich werden. Daraus sollen gezielt und adressatengerecht Erkenntnisse für die Gestaltung von Professionalisierungsprozessen abgeleitet werden. Es zeigt sich ein diverses Bild, das aber ertragreiche Hinweise für eine stärker ko-konstruktiv ausgerichtete Fortbildungskultur liefert.

Lipowsky, F., Drollinger-Vetter, B., Klieme, E., Pauli, C. & Reusser, K. (2018). Generische und fachdidaktische Dimensionen von Unterrichtsqualität–zwei Seiten einer Medaille?. In M. Martens, K. Rabenstein, K. Bräu, M. Fetzer, H. Gresch, I. Hardy & C. Schelle (Hrsg.), Konstruktionen von Fachlichkeit: Ansätze, Erträge und Diskussionen in der empirischen Unterrichtsforschung, 183-202.

Thurm, D., Ebers, P. & Barzel, B. (2022). Professional Development for Teaching Mathematics with Technology: Fostering Teacher and Facilitator Noticing. In A. Clark-Wilson, O. Robutti & N. Sinclair (Hrsg.), The Mathematics Teacher in the Digital Era: International Research on Professional Learning and Practice (S. 1-29). Cham: Springer International Publishing.

Walter, D. (2018). Nutzungsweisen bei der Verwendung von Tablet-Apps. Springer Fachmedien Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-19067-5

Komplexe Problemstellungen stellen Biologielehrkräfte besonders in (wissens-)heterogenen Lerngruppen vor Herausforderungen (Schmidt-Weigand et al., 2008; Stäudel et al., 2007). Gestufte Lernhilfen greifen diese Heterogenität adaptiv auf, indem sie zwischen Instruktion und dem eigenständigen Bearbeiten von Aufgaben vermitteln (Schmidt-Weigand et al., 2008). Die Wirksamkeit konnte bereits hinsichtlich des wissenschaftlichen Denkens (Arnold et al., 2017) und der Förderung von konzeptuellem (Mustafa et al., 2021) und prozeduralem Wissen (Stiller & Wilde, 2021) nachgewiesen werden. Eine komplexe Aufgabe wird in eine oder mehrere Teilaufgaben unterteilt, die durch aufeinander aufbauende Lösungshinweise und Lösungsschritte, die sowohl lernstrategisch als auch inhaltlich sein können, ergänzt werden (Schmidt-Weigand et al., 2008). So können leistungsstärkere und leistungsschwächere Schüler*innen gleichermaßen? angesprochen werden (Leisen, 1999; Stäudel et al., 2007). Der Einsatz digitaler Medien und Tools könnte einen Ansatz darstellen, der kognitiven Heterogenität im Biologieunterricht zu begegnen (Abels & Stinken-Rösner, 2022). So könnten alternative Zugänge durch die Einbindung von Tonspuren, Videos oder Glossaren geschaffen und somit z. B. Unterstützungsformate geboten werden (Stinken-Rösner et al., 2023). Die Nutzung digitaler Medien beeinflusst den Fachwissenszuwachs der Schüler:innen positiv (Greitemann et al., 2021). Der Einsatz gestufter Lernhilfen könnte auch auf Lehrkräfte-Ebene mit einer positiven Wirkung einhergehen. So könnte der digitale Einsatz gestufter Lernhilfen (dgLh) als barrierearmes Mittel zur Binnendifferenzierung zum Aufbau digitalisierungsbezogener sowie inklusionsbezogener Kompetenzen von (angehenden) Lehrkräften dienen (Hähn & Ratermann-Busse, 2020).

Für eine erfolgreiche Einbettung digitaler Medien im Unterricht sollen (angehende) Lehrkräfte dazu befähigt werden, Herausforderungen zu erkennen und digitale Handlungsoptionen auszuschöpfen (Stinken-Rösner et al., 2023). Die Konzeption einer Online-Fortbildung soll die (angehenden) Biologielehrkräfte bei der Gestaltung und Anwendung von dgLh unterstützen. Der Aufbau gliedert sich in ein verpflichtendes Basismodul, welches die wichtigsten Grundlagen anhand der Bereiche Theorie, Effektivität, Gelingensbedingungen sowie Anwendung vermittelt. Drei individuell wählbare Aufbaumodule zu den Kompetenzbereichen Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung zeigen digitale Anwendungsbeispiele gelungener Implementation im Unterricht. Die Selbstlerneinheiten werden durch Übungs- und Reflexionsanteile ergänzt sowie Austausch und Kollaboration in synchronen Online-Austauschformaten gefördert (Lipowsky & Rzejak, 2021). Ende August 2024 soll die Online-Fortbildung als kostenfreier Massive Open Online Course (MOOC) auf iMooX.at zur Verfügung stehen.

Quantitativ beforscht werden im Prä-Post-Design digitale Kompetenzen, Motivation und Selbstwirksamkeit der (angehenden) Lehrkräfte sowie auf Grundlage der Theorie des geplanten Verhaltens (Ajzen, 1991) Einstellung, subjektive Norm, wahrgenommene Verhaltenskontrolle und die Verhaltensintention hinsichtlich der Implementation von dgLh. Eine Triangulation erfolgt durch Interviews mit teilnehmenden (angehenden) Lehrkräften. Erste qualitative Ergebnisse, vor allem bezogen auf die Prozessqualität der Fortbildung, konnten aus den ersten Pilotierungen gewonnen werden. So wurde der inhaltliche Schwerpunkt und die Anschlussfähigkeit im Biologieunterricht positiv bewertet. Kritik wurde vor allem hinsichtlich des zeitlichen Ablaufes benannt, sowie der Vielfalt der digitalen Anwendungen.

Im Vortrag werden die Ergebnisse der (beiden) Pilotierungen vorgestellt und ein Einblick in die fertiggestellte Fortbildung auf iMoox.at angeboten.

Digitale Tools bieten das Potenzial, unterschiedlichen Anforderungen von Schüler:innen im Unterricht zu begegnen: Sie bieten durch die Vielzahl von Angeboten und Anwendungsmöglichkeiten nicht nur Differenzierung, sondern tragen auch zu einem Kompetenzzuwachs der Lernenden bei (Hillmayr et al., 2017). Auch beim Lernen an außerschulischen Lernorten im Biologieunterricht haben mobile, ortsbezogene Anwendungen großes Potential (Schaal & Lude, 2015). Um Lehrkräfte bei der Nutzung solcher Anwendungen zu professionalisieren, bieten sich Fortbildungsformate an, die das Potential der Anwendungen sowie deren Handhabung zeigen.

Dieser Beitrag beschreibt den ersten Schritt einer Fortbildungskonzeption nach dem Educational Design Research Ansatz (McKenney & Reeves, 2020) - die Identifikation des Problems bzw. der Lücke, die eine Fortbildung schließen soll. Bisherige Forschungsergebnisse bezüglich der generellen Anwendung digitaler Tools im Unterricht wie bspw. die ICILS Studie (Eickelmann et al., 2019) haben bei der Befragung von Lehrkräften gezeigt, dass die Nutzung digitaler Anwendungen im Unterricht zwar steigt, aber im internationalen Vergleich noch immer unter dem Durchschnitt liegt (ebd.). Diese Untersuchungen beziehen sich aber nicht speziell auf die Nutzung mobiler, ortsbezogener Anwendungen an außerschulischen Lernorten und daraus lässt sich unmittelbar ein Forschungsdesiderat ableiten. Neben einer Literaturanalyse ist eine Bedarfserhebung notwendig, um zielgerichtet eine Grundlage für eine ko-kreative Fortbildungsgestaltung für die Gestaltung einer Professionellen Lerngemeinschaft zu legen.

Dieser Beitrag zeigt die Ergebnisse einer solchen Erhebung in zehn Bundesländern mit 183 Lehrkräften (Stand 17.03.2024) verschiedener Schularten mit dem Ziel, Bedürfnisse von Lehrkräften zur digital gestützten Exkursionsdidaktik zu ermitteln. Die Nutzungsfrequenz mobiler, ortsbezogener Anwendungen sowie diesbezüglicher Einstellungen wurden mittels eines Onlinefragebogens ermittelt sowie Hinderungsgründe, diese zu nutzen. Die Daten zeigen, dass knapp 2/3 der Befragten noch nie mobile, ortsbezogene Anwendungen im Unterricht verwendet haben. Die Hälfte der Befragten traut sich nicht zu, solche Anwendungen eigenständig zu erstellen. Zugleich besteht Interesse an solchen Tools.

Als Hinderungsgründe geben Lehrkräfte fehlende Zeit, Infrastruktur und fehlenden Kenntnissen an und sie wünschen sich Fortbildungsangebote. Diese Ergebnisse unterstützen die adressat:innen-gerechte Entwicklung einer Fortbildungskonzeption, welche genau die von Lehrkräften genannte Lücke füllen.

Literatur:
Eickelmann, B., Bos, W., Gerick, J., Goldhammer, F., Schaumburg, H., Schwippert, K., ... &
Vahrenhold, J. (Eds.). (2019): ICILS 2018# Deutschland: computer-und informationsbezogene
Kompetenzen von Schülerinnen und Schülern im zweiten internationalen Vergleich und Kompetenzenim Bereich Computational Thinking. Waxmann Verlag.

Hillmayr, D., Reinhold, F., Ziernwald, L., & Reiss, K. (2017). Digitale Medien im mathematisch-
naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufe. Einsatzmöglichkeiten, Umsetzung
und Wirksamkeit. Waxmann. doi: 10.25656/01:15482

McKenney, S., & Reeves, T. C. (2020): Educational design research: Portraying, conducting,
and enhancing productive scholarship. Medical Education, 55(1), 82-92.

Schaal, S., Lude, A. (2015). Using Mobile Devices in Environmental Education and Education
for Sustainable Development-Comparing Theory and Practise in a Nation Wide Survey.
Sustainability 2015, 7, 10153-10170; doi:10.3390/su70810153