Draussen Unterrichten im Fachbereich Chemie: Praxisorientierte Ansätze für einen nachhaltigen Lernprozess auf Sekundar- und Tertiärstufe

Abstract

Die Präsentation untersucht innovative Ansätze zur Integration von Draussen Unterrichten DU in den naturwissenschaftlichen Unterricht. Wir präsentieren erste Erfahrungen mit der DU Methodik in einem Lernsetting für angehende Sekundarlehrpersonen im Fachbereich Chemie. Die vorstellten Aktivitäten im Rahmen der Vertiefungswoche Umwelt-Lab sollen ein vertieftes Verständnis chemischer Konzepte fördern und sich zugleich positiv auf die persönliche Entwicklung und BNE Kompetenzen auswirken.

Inhalte

1. Warum erproben wir Draussen Unterrichten?

Die Chemie wird oft als abstraktes Fach fernab von BNE und Natur wahrgenommen. Die gängige Fachdidaktik versucht der Abstraktheit mit Lernen am Phänomen und im Kontext zu begegnen. Dennoch fällt der Transfer vom gezeigten Phänomen im Reagenzglas in die eigene Lebenswelt oft schwer. Neben den in der Literatur beschriebenen positiven Effekte des DU auf Gesundheit und motivationale Komponenten (resp. Review Mann et al., 2021; Bølling et al., 2018), zeichnet sich DU durch ein fächerintegrierende Arbeitsweise aus, was den Wissenstransfer auf alltagsrelevante Prozesse fördern soll (Engl, A., 2020).

Die Forschung zu Outdoor Education zeigt auf, dass sich Lehrpersonen oftmals unsicher fühlen, wie sie konkret «draussen unterrichten» sollen (Torkos, 2018). Ihnen fehlt die eigene Erfahrung mit dieser Art des Lernens, um als Lehrperson geeignete Unterrichtseinheiten zu gestalten. Gerade in den Ausbildungen für die Lehrpersonen der Sekundarstufen sind bisher nur wenige Erfahrungen mit Draussen Unterrichten gemacht worden. Hier setzt das Projekt an.

2. Welche Aspekte werden untersucht?

Das Entwicklungsprojekt Umwelt-Lab soll erstens konkrete Lernerfahrungen mit der DU-Methodik im Fachbereich Chemie ermöglichen und zweiten sollen Erkenntnisse für die weitere Implementierung der Methodik auf Sekundar- und Tertiärstufe genutzt werden können. Vorgestellt werden erste Erkenntnisse zu folgenden Fragestellungen:

- Welche Möglichkeiten bietet DU auf Sekundar- und Tertiärstufe, um curriculares Wissen in der unmittelbaren Erfahrung erleb- und erforschbar zu machen?

- Welche Methoden unterstützen den kognitiven Prozess beim Übergang der Betrachtungen und des Verständnisses von der Stoffebene auf die Teilchenebene?

- Welche Herausforderungen zeigen sich bei der Implementierung der DU-Methodik in der Ausbildung von Sekundarlehrpersonen?

- Wie wirkt sich DU-Methodik auf das gesamte Unterrichtssetting aus und welche weiteren Kompetenzen werden neben den Fachkompetenzen gefördert? (Umgang mit Komplexität, Kreativität, scientific literacy etc.)

3. Vorgehen

In einer Vertiefungswoche erarbeiten sich Studierende Lerninhalte im Zusammenhang mit der DU-Methodik: Zuerst in der Natur mit allen Sinnen beobachten und wahrnehmen (Kontextualisierung) und dann darin beobachtbare Phänomene mit eigenen Fragestellungen erforschen und ergründen. Die Studierenden stellen «Fragen an die Natur» und erleben dadurch reales naturwissenschaftliches Arbeiten, welches weit über das Bearbeiten bestehender Laborvorschriften hinausgeht. Das Suchen nach einer geeigneten Untersuchungsmethode, das Auswerten und kritische Hinterfragen der erhaltenen Resultate erhält so einen höheren Stellenwert (scientific/data literacy).

4. Erste Resultate und Diskussion

Die gemachten Erfahrungen werden während der Woche dokumentiert, diskutiert und reflektiert. Mit diesem Poster werden erste Auswertungen vorgestellt und weitere Vorgehensweise zur Diskussion gestellt.

Augmented Reality Applikationen (AR-Apps) wird ein grosses Potential zur Förderung der naturwissenschaftlichen Denkweise von Lernenden im MINT-Bereich zugeschrieben, insbesondere im Bereich der mentalen Modelle. Mittels AR werden reale Objekte, z.B. Realexperimente, mit Informationen und digitalen Darstellungen angereichert. Bisher existierende AR-Apps gehen allerdings oft nicht über einen Beispielcharakter hinaus. Aktuelle Studien liefern vielfältig Hinweise darauf, dass der Einsatz von AR-Anwendungen im Unterricht weitgehend positive Wirkungen auf affektiver Ebene zeigen und die Visualisierung von abstrakten Konzepten erleichtert wird (Radu, 2014; Ibanez & Delgado-Kloos, 2018; Garzón et al, 2019; Ajit et al, 2021; Schweiger et al, 2022). Das Projekt Augmented Reality für den Unterricht in den MINT-Fächern untersucht einerseits Gelingensbedingungen und Wirkungen des Einsatzes von Augmented Reality (AR) auf der Primar- und Sekundarstufe I (5.-9. Schuljahr) und nutzt diese Erkenntnisse andererseits für die (Weiter-)Entwicklung von Lernmaterialien. Dabei werden in der Projekterarbeitung durch den Einbezug der Lehrpersonen und Schulklassen transdisziplinäre Ansätze verfolgt. Inhaltlich fokussiert das Projekt auf die Förderung des Modelldenkens und des Konzeptverständnisses im naturwissenschaftlichen Unterricht zum elektrischen Stromkreis, weil insbesondere bei dieser Thematik aufgrund der Präsenz häufiger Fehlvorstellungen ein Desiderat für Verständnisförderung besteht (Burde, 2018; Burde & Wilhelm, 2017). Um das Verständnis zu unterstützen, werden bekannte Analogien zum Stromkreis, wie das Fahrradkettenmodell, das Röhren- und Wasserhöhenmodell, eingesetzt.

Zur Prüfung der dargelegten Aspekte sowie der Frage nach Merkmalen eines gewinnbringenden AR-Einsatzes im Unterricht (Radu, 2014), werden folgende Forschungsfragen abgeleitet:

FF1: Welche Lerneffekte und affektiven Wirkungen hat der Einsatz von AR in einer Lernumgebung zum elektrischen Stromkreis?

FF2: Welche Bedingungen müssen beim Einsatz von AR für einen möglichst optimalen Lernerfolg berücksichtig werden?

Die Umsetzung der Forschung erfolgt gemäss des Design-Based Research Ansatzes in einem dreiteiligen, quasi-experimentellen Studiendesign. Während in der ersten Teilstudie das selbständige Lernen mit AR bezogen auf das Modell- und Konzeptverständnis im Zentrum steht, werden im zweiten Teil der Umgang mit den Modelldarstellungen und die Interaktion mit der AR-App während des Lernprozesses mit qualitativen Videoanalysen untersucht. Die gewonnen Erkenntnisse fliessen anschliessend für den dritten Teil in die mehrwöchige Intervention im praktischen Unterricht auf Volksschulebene ein.

Im Fokus der geplanten Teilstudie I als Intervention mit 400 Schüler*innen an einem ausserschulischen Lernort steht das Potential von AR zur Förderung der Modellkompetenzen von Lernenden. Die Lernenden arbeiten mit einer AR-App zu Stromkreismodellen, die in Zusammenarbeit der Hochschule „X“ und der Hochschule „Y“ interdisziplinär entwickelt wurde. Mithilfe dieser App können drei gängige Stromkreismodelle illustriert werden (Kreienbühl et al, 2020). Es wird erwartet, dass die adaptive und zeitgleiche Darstellung von Stromkreisexperiment und -modell die Lernenden im Aufbau der spezifischen Modellkompetenz sowie von Konzepten zum Stromkreis unterstützt. Die Studie untersucht die Explizitheit der Lernanleitungen, das eigenständige Erschliessen der Modelle und die Bedeutsamkeit der allgemeinen Modellkompetenzen. Dabei wird während der Intervention der Einfluss von AR auf häufige Fehlvorstellungen und die spezifischen Modellkompetenzen zum Stromkreis geprüft. Die Erhebung soll Anhaltspunkte liefern, welche Lernenden besonders von der AR-Nutzung profitieren können und inwiefern eine gewinnbringende Nutzung von der Art des verwendeten Modells abhängig ist. Das Studiendesign, die Datenerhebung und erste Erkenntnisse aus der Pilotierung zur Teilstudie I werden präsentiert.

An optimal support of students’ learning requires tailoring learning activities and formal instruction to individual learning prerequisites and reasonable next steps in the learning process. One approach that has become increasingly prevalent in didactical conceptualizations of learning across various domains is Learning Trajectories (LT; Confrey, 2019; Duschl, 2019). LT are used to build cognitive models as a basis for curriculum design, competence assessments and instruction (Daro et al., 2011), with an emphasis on student learning rather than the logic of the domain (Corcoran et al., 2009). There are multiple ways that LT are conceptualized, depending on their uses. Recent research shows an increased focus on LT that are aimed at monitoring students’ learning and guiding decision-making to plan meaningful next learning steps, especially as a foundation for adaptive learning technologies (e.g., Confrey & Shah, 2021; Suh et al., 2021).

An ongoing challenge is to bring together didactical conceptualizations of competence development with state-of-the-art psychometric approaches, in order to develop valid and coherent LT that are useful for teachers’ decision-making (Confrey & Shah, 2021; Thompson & Nash, 2022). Psychometric models, in particular item response models (Lobato & Walters, 2017), are applied to statistically evaluate LT and serve as the methodological foundation of LT-based competence assessments. Only recently, researchers have started to use alternative models to better address the needs of a more fine-grained delineation of student learning paths (Thompson & Nash, 2022).

In this spirit, the SaTiM project aims to incorporate LT from the domain of linear functions into a fine-grained, network-like model of competencies and combine this conceptual approach with innovative diagnostic methodologies from the family of Cognitive Diagnostic Models (CDM), specifically, Competence-based Know-ledge Space Theory (CbKST; Stefanutti & de Chiusole, 2017). The development of functional thinking is a cornerstone of mathematics education, with linear functions as an important class for the targeted age group (lower secondary grades), linking proportional thinking from earlier grades to the generalization to more complex classes such as quadratic or exponential functions. This significance is reflected in a rich research body on both general (functional thinking) and specific issues (e.g., development of the slope concept; e.g., Zindel, 2021).

In the SaTiM project, drawing upon this research foundation, we will develop a competence model for the domain of linear functions, create test items, and collect student response data via computerized assessments. CbKST methods will be utilized to statistically evaluate and refine the hypothesized model. As a tangible project outcome, the technical developments required for implementing the competence assessment and carrying out empirical studies will be made available as a freely accessible digital application for public use, targeted in particular at mathematics teachers.

The SaTiM project is funded by a SNSF grant and scheduled to start in 2024. At the conference, the project’s aims, timeline, and theoretical and statistical foundations will be presented.

Grundlegende Fragestellung: Wie kann ein exemplarisches Projekt der Begabungs- und Begabtenförderung reflektiert und in die Lehrer*innenbildung transformiert werden, um Professionalisierungsprozesse angehender Lehrpersonen in künstlerischen Fächern zu unterstützen?

Der Professionalisierungsprozess in künstlerischen Fächern erfordert von Studierenden den Aufbau einer Expertise in Bezug auf eine Sensibilisierung für ästhetische Erfahrungen und gestalterische Prozesse und dessen Gelingensbedingungen. Dazu bedarf es einer kontinuierlichen reflektierten Auseinandersetzung mit dem eigenen Denken, den eigenen Vorerfahrungen und dem professionsbezogenen Handeln im schulischen Kontext (Albert, 2020, S. 35). Im Rahmen der Ausbildung können von außen Impulse und Anregungen zur Bildung und Reflexion gegeben werden, am Ende sind es die Studierenden selbst, die in einem selbstverantworteten Lern- und Entwicklungsprozess Handlungssicherheit und eine gefestigte professionelle Haltung erarbeiten (Lehmann & Mieg, 2018, S. 39). Durch die reflektierte Auseinandersetzung mit Praxisprojekten, kann in Lehr- Lernsettings über den konstruktiven Austausch die eigene Praxis ergänzt und Wissen produziert werden. Was wiederum ein Reframen des Denkens und eine Veränderung der Praxis ermöglicht (Albert, 2020, S. 37).

Zu unseren Tätigkeiten als Dozentinnen an Pädagogischen Hochschulen ist unser Arbeitsfeld in der Praxis auf der Primarschulstufe das Lernforum Kunst und Musik, ein Pull- Out Programm der Begabungs- und Begabtenförderung der Stadt Rapperswil-Jona. Wir verorten uns im Bereich der Kulturellen und Ästhetischen Bildung. Unsere Arbeitsweise besteht darin, mit herausfordernden transdisziplinären Lerneinheiten Prozesse anzustossen, worin die Kinder individuelle Lösungswege suchen und umsetzen. Dabei regen wir musikalische und gestalterische Entwicklungen an, mit dem Ziel, die individuellen Fähigkeiten und Potentiale der Kinder zu fördern. Mit der Grundhaltung, dass das „Fragwürdige“ der Kinder Eingang in die schulische Bildung erhalten soll, arbeiten wir aktuell mit dem Ansatz des Forschenden Lernens (Reitinger, 2013, S. 20). Wissen wird ausgehend von eigenen Fragen über ästhetische Erfahrungen aktiv konstruiert und Kompetenzen eigenverantwortlich aufgebaut. Hierbei trägt eine forschende (offene, neugierige) Haltung zum Aufbau von individuellen Gestaltungsprozessen bei. Die Kinder übernehmen ihren Teil der Verantwortung im Lernen. Wir bieten Raum für eigene Fragen, denen mit musikalischen und gestalterischen Mitteln nachgegangen werden können. Wir verzichten im Unterrichtssetting auf strukturierende Methoden und Phasenmodelle und lenken die Kinder im Sinne der vier Kriterien nach Reitinger durch die Auseinandersetzungen der forschenden Lernprozesse. Es sind dies authentisches Explorieren, Erfahrungsbasiertes Hypothetisieren, kritischer Diskurs und konklusionsbasierter Transfer (Reitinger & Gunzenreiner, 2023, S. 60). Diese Prozesse im laufenden Schuljahr 23/24 werden von uns und den Kindern dokumentiert, um sie ganz im Sinne der reflexiven Praxis (Schön, 1983), wie auch der Beobachtung des je eigenen Lernzuwachses der Lernenden festzuhalten. Es werden Formate und Wege gesucht, wie die Erfahrungen der Beteiligten aus diesen Lernprozessen reflektiert und für die Hochschullehre praktisch nutzbar gemacht werden können. Welche Formate für den Wissenstransfer sind geeignet, damit angehende Lehrpersonen durch die Beobachtung und Auseinandersetzung mit ästhetischen Forschungsprozessen (Kämpf-Jansen, 2021) von Schüler*innen aus der Ferne in ihrer Sensibilität für individuelle Lernwege von Kindern und Jugendlichen gestärkt werden. Absicht ist es, die Studierenden zur Reflexion ihrer Lehrpraxis zu ermutigen, damit sie den Perspektivwechsel vom Lehren zum Lernen vollziehen und eine lernzentrierte Herangehensweise im Unterricht entwickeln können (Schratz, 2020).

Aufgaben haben im Hinblick auf den Kompetenzaufbau und die Kompetenzentwicklung eine bedeutende Rolle im Lernprozess. Für den Kompetenzaufbau haben sich Sets von aufeinander aufbauenden Aufgaben bewährt. Derartige Aufgabensets folgen einem bestimmten Lernprozessmodellansatz und berücksichtigen damit einen kumulierenden Kompetenzaufbau durch ein Arrangement von Konfrontationsaufgaben, Erarbeitungsaufgaben, Übungsaufgaben, Syntheseaufgaben und Transferaufgaben. Konfrontationsaufgaben intendieren bei Lernenden die epistemische Neugier zu wecken, d.h. das Bedürfnis nach neuem Wissen und danach, Wissenslücken zu schliessen. Um dieses Bedürfnis und die resultierende Absicht hervorzurufen, wird angenommen, dass das Staunen, die Irritation und die Abwesenheit von Langeweile dienlich sind. Dabei wird unter 'Staunen' verstanden, dass die Schülerinnen und Schüler von den Phänomenen, auf welche die Aufgabe baut, ergriffen werden und ein Prozess der gedanklichen Auseinandersetzung ausgelöst wird (Beispielitem: „Diese Aufgabe faszinierte mich“). 'Irritation' erzeugende Aufgaben sind solche, die einen kognitiven Konflikt auslösen, verunsichern und beunruhigen können (Beispielitem: „Diese Aufgabe verwirrte mich“). Die Langeweile wurde über Items erfasst wie beispielsweise „Die gestellte Aufgabe war so langweilig, dass ich häufig an etwas anderes dachte“. Insbesondere Problemlöseaufgaben, wie beispielsweise die Konfrontationsaufgaben gemäss des Lernprozessmodellansatzes, erscheinen für die dargelegten Absichten prädestiniert. Diese Art von Aufgaben legen die Lösungswegfindung als auch die entworfene Lösungsidee der Lernenden bei der Lösungserarbeitung offen. Darüber hinaus bilden sie eine Brücke zwischen der individuellen Erfahrungs- und Lebenswelt der Lernenden und den zu erwerbenden Kompetenzen. Hierfür ist es von Bedeutung, die epistemische Neugier bei den Lernenden zu evozieren (Beispielitem der Subskala epistemische Neugier bzgl. Lösungserarbeitung: „Diese Aufgabe machte mich neugierig, mir Lösungsideen auszudenken“; Beispielitem der Subskala epistemische Neugier bzgl. Inhalte: „Ich möchte mehr über dieses Thema erfahren“). Im vorgestellten Projekt werden auf der Grundlage einer naturwissenschaftlichen Aufgabe aus dem Kooperationsprojekt „MINT unterwegs“ die Entwicklung und Validierung eines Skalenmodells erläutert. Im Rahmen einer explorativen Faktoranalyse wurden fünf Faktoren mit jeweils zufriedenstellenden bis hohen Reliabilitäten identifiziert (N = 165). Die Resultate der Entwicklungs- und Validierungsstudie deuten darauf hin, dass die postulierten Faktoren epistemische Neugier bezüglich der Lösungserarbeitung (Cronbach Alpha = .86, Anzahl Items = 4) und die Inhalte erfahren (α = .79, n = 3), Staunen (α = .82, n = 3), Irritation (α = .76, n = 3) sowie Langweile (α = .84, n = 3) bei Lernaufgaben reliabel und valide gemessen werden können.

Klima, Keeling und der Wald: Der Kohlenstoffdioxid-Dynamik digital auf der Spur

Die Keeling-Kurve stellt den mitleren Konzentra􀆟onsverlauf des Spurengases Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre seit dem Jahr 1985 am hawaiianischen Mauna Loa dar und gilt als repräsenta􀆟v für den globalen Konzentra􀆟onsverlauf (Keeling et al. 1995). Sie zeigt einerseits die Zunahme von damals 320 μmol / mol (ppm) CO2 auf momentan über 400 ppm CO2 und andererseits einen charakteris􀆟schen, schwankenden Jahresverlauf aufgrund des die Fotosyntheseleistung dominierenden Vegeta􀆟onszyklus der Nordhemisphäre: Im Frühling und Sommer der Nordhalbkugel überwiegt die pflanzliche Aufnahme von CO2, so dass sich lokal und in Näherung global ein CO2-Konzentra􀆟onsrückgang in den Monaten Mai bis September zeigt.

Ein posi􀆟ver Zusammenhang zwischen atmosphärischen CO2-Gehalten und der durchschnitlichen globalen Temperatur wurde schon in vorindustriellen Experimenten aufgezeigt (Foote 1856; Tyndall 1860) und ist spätestens seit dem UNFCCC - Erdgipfel in Rio 1992 im Zusammenhang mit anthropogenen Einflüssen unter dem Begriff des Klimawandels (Climate Change) als weltweite gesellscha􀅌spoli􀆟sche Herausforderung etabliert (United Na􀆟ons 1992).

Mauna Loa ist dem heimischen Schulzimmer nicht nur geographisch nicht nahe –Studien zeigen, dass auch das Verständnis des Klimawandels gefördert werden sollte (Balmer und Cornehls 2022). Erkenntnisse zum Klimawandel basieren auf der Auswertung von jahrzehntelangen Messreihen von Weterdaten, der Analyse von Eisbohrkernen, der Beobachtung von natürlichen Phänomenen wie Blataustrieb und vielen weiteren, o􀅌 komplexen sowie vernetzten Daten-Analysen. Für das Verständnis des Klimawandels und der informierten Par􀆟zipa􀆟on an aktuellen Diskussionen sind deshalb ein Bewusstsein für die Vorgänge in der Natur, für die Auswirkungen des Klimawandels auf die Natur sowie ein kompetenter Umgang mit Daten sowie mit Prinzipien der Datenakquisi􀆟on zentral (MINT-Kompetenzen).

Der ausserschulische Lernort Wald kann in diesem herausfordernden, o􀅌 abstrakten Feld durch originale Beobachtungs- und Begegnungsmöglichkeiten mit mul􀆟plen Sinnen sowie mit durch elektronische Komponenten wie CO2-Sensoren erweiterten Sinnen einen persönlichen und idealerweise mo􀆟vierenden Bezug zur Thema􀆟k bieten.

Denn wie sehen CO2-Konzentra􀆟onen und vor allem CO2-Dynamiken vor Ort und in Realität eigentlich aus? Kann eine Keeling-Dynamik auch auf diurnaler Zeitskala beobachtet werden, unterscheiden sich zentrale Umweltparameter zwischen Wald und urbanem Raum und wenn ja - welche (MINT-) Lerngelegenheiten lassen sich daraus ableiten?

Im Beitrag disku􀆟eren wir anhand mehrtägiger, hochaufgelöster CO2, Temperatur und Lu􀅌feuch􀆟gkeits-Messungen mitels Micro:bit neue Vernetzungsmöglichkeiten im Schulkontext zwischen den Themenfeldern Klimawandel/Klimakrise, Datenkompetenz und Bildung für Nachhal􀆟ge Entwicklung (Rieckmann 2017).

Dieser Beitrag präsentiert Erkenntnisse zur zielgruppengerechten Konzeption von Erklärvideos für den Sachunterricht durch Studierende, die im Rahmen des Projekts «Filme für den Verständnisaufbau gestalten und reflektieren» (Programm «Nationales Netzwerk MINT-Bildung») gewonnen werden konnten. Erklärungen zu konzipieren, die bei Schüler*innen Verstehensprozesse (Combe/Gebhard 2007) anregen ist mitunter komplex, da fachliches Wissen, Wissen über Lernvoraussetzungen von Schüler*innen (Wissenstand, Interesse, Lebensweltbezug etc.) als auch Wissen über Verstehensprozesse aufeinander bezogen werden müssen (Kulgemeyer, 2018; Gaubitz 2021). Die zielgruppengerechte Aufbereitung von fachlichen Inhalten ist dabei ein zentrales Qualitätskriterium, denn «Erklären kann nur erfolgreich sein, wenn die Bedürfnisse der Adressaten und Adressatinnen aufgegriffen werden» (Kulgemeyer, 2018 S. 9). Haltenberger et al. (2021) und Gaubitz (2021) kommen in ihren Studien zum Einsatz von Erklärvideos in Seminaren der Lehrerbildung zum Schluss, dass Schüler*vorstellungen und -interesse noch stärker in den Blick zu nehmen seien. Die Adaption von Erklärungen an die Adressat*innen wird im Unterricht durch unmittelbare verbale und nonverbale Rückmeldungen durch die Schüler*innen unterstützt, hingegen muss bei der Konzeption von Erklärvideos auf Vorannahmen zurück gegriffen werden, die allerdings ohne unmittelbaren Handlungsdruck des Unterrichts entwickelt werden können. Dies wiederum bietet eine gute Grundlage für die Analyse und Reflexion solcher Annahmen. Um die Fragen danach, worauf Studierende für eine zielgruppengerechten Konzeption von Erklärvideos richten und an welche Bedürfnisse der Schüler*innen sie dabei anschliessen, wurden die Eingangssequenzen von 18 studentischen Erklärvideos sowie die von den Studierenden in ihren Reflexionsarbeiten dokumentierten Begründungen zur deren Gestaltung inhaltsanalytisch analysiert. Die Daten stammen aus zwei Sachunterrichts-Seminaren, ein drittes Seminar mit weiteren Erklärvideos kommt in diesem Semester hinzu. Als interessant erweist sich, dass die Studierenden in ihren Begründungen zur Gestaltung der Videos auf das Interesse der Schüler*innen verweisen, hingegen weisen die Eingangssequenzen der Videos auf unterschiedliche Blickwinkel der Studierenden hin: das Interesse, das Wissen bzw. die Erfahrungen der Schüler*innen. Dies wiederum bietet Ansatzpunkte Studierende dabei zu unterstützen, durch Erklärvideos, aber auch ganz allgemein im Sachunterricht Verständnisprozesse bei Schüler*innen anzuregen.

Zur Beantwortung der Frage: Was ist qualitätsvoller (wirksamer und guter) Fachunterricht? wurden Interviewartikel von 305 Fachdidaktikerinnen und Fachdidaktikern bzw. Lehrpersonen aus 17 Schulfächern beigezogen, die in einer Buchreihe „Wirksamer Fachunterricht.

Unterrichtsqualität: Perspektiven von Expertinnen und Experten“ (Reinhardt, Rehm & Wilhelm 2018; 2021) erschienen sind. Dafür wurden in jedem Band acht bis zehn Fachdidaktiker*innen aus Hochschulen und Universitäten, ebenso viele Seminarleiter*innen bzw. Expert*innen aus dem Transferbereich sowie erfahrene Lehrer*innen befragt. Es stand das Ziel im Vordergrund, eine Essenz von qualitätsvollem Fachunterricht für die 17 Fächer herauszustellen, wobei bereits erste quantitative und qualitative Ergebnisse im Metaband (2021) herausgearbeitet werden konnten (vgl. Wilhelm, Rehm, Reinhardt & Hellermann, 2021; Hellermann, Reinhardt, Rehm & Wilhelm, 2021). In der nun laufenden erziehungswissenschaftlichen Dissertation (bei Carsten Rohlfs, PH Heidelberg) wird der Fokus auf den qualitätsvollen (wirksamen und guten) Unterricht gelegt, wobei spezifischer 17 Schulfächer in ihren qualitätsbezogenen Gemeinsamkeiten und Unterschieden transversal betrachtet werden. Diese transdisziplinäre anwendungsorientierte Grundlagenforschung soll anhand von quantitativen (fach-, professions- und fragenbezogene erweiterte lexikalische Analyse) und qualitativen (umfangreiche Qualitative Inhaltsanalyse nach Mayring 2015) Verfahren (Mixed Methods) die auf den Fachunterricht bezogenen 306 Artikel der strukturierten Experteninterviews mit der Textanalyse-Software MAXQDA Analytics Pro untersuchen. Genauer werden dabei 8 Fragen untersucht, welche jeweils zu einer der 4 Themen: Fachunterrichtliche Charakteristika, Qualitätsmerkmale und Fachunterrichtsgestaltung, -bewältigung, sowie komplexe Fachlehrkraftsprofessionalität zugeordnet werden können.

In Form eines Schulfächer- und Professionsvergleichs sollen somit differenztheoretische Erkenntnisse in Bezug auf die „Allgemeine Fachdidaktik“ (vgl. Rothgangel, 2017; Rothgangel, Abraham, Bayrhuber, Frederking, Jank & Vollmer, 2020) und die „Vergleichende(-n) Fachdidaktik(-en)“ (la/les didactique(-s) comparée(-s); vgl. Ligozat & Leutenegger, 2012) gewonnen werden. Anschließend sollen diese quantitativen und qualitativen Untersuchungsergebnisse mit den gängigen bzw. nach neuestem Stand gültigen Merkmalen für guten, wirksamen bzw. qualitätsvollen Unterricht verglichen werden (vgl. Klieme, 2019; Praetorius, Herrmann, Gerlach, Zülsdorf-Kersting, Heinitz & Nehring, 2020).

Aufbauend auf diesen neuen Erkenntnissen wird gerade ein wissenschaftstranslatorisches Fortbildungskonzept „QUALIDRAHT“ entwickelt. Der Name setzt sich zusammen aus der Suche nach Merkmalen von qualitätsvollem Fachunterricht und der Notwendigkeit des Anbahnens, Ermöglichen und Erfahren eines fachspezifischen Resonazdrahtes. Das fächersensible Legespiel stellt dabei eine einzigartige thematische Zugangs- und Erarbeitungsweise dar und ermöglicht das Entdecken von den vielfältigen Fächerwelten. Die bisherige Konzeption der Fortbildung umfasst einen fünfstufigen Ablauf: (Online-Umfrage + Vortrag + Entdeckungsphase + Präsentation & Diskussion + Online-Umfrage).

Im Kompetenzmodell von COACTIV werden – neben anderem – Fachwissen und fachdidaktisches Wissen als zwei Kompetenzbereiche des Professionswissens einer Lehrperson ausgewiesen (Baumert u. Kunter 2011). Auch wenn diese Bereiche einander bedingen, werden sie in der Ausbildung von Mathematiklehrpersonen oftmals voneinander getrennt vermittelt. Beim Thema Stellenwertsystem beispielsweise hat sich jedoch gezeigt, dass Studierende Schwierigkeiten beim Transfer des fachlichen und fachdidaktischen Wissens in die Berufspraxis haben (Schneider u. Kolter 2014). Im Rahmen des hier vorgestellten Projekts wurde der Frage nachgegangen, wie mit einem ‹Intelligent Tutoring System› (ITS) der Aufbau und die Vernetzung von Fachwissen und fachdidaktischem Wissen unterstützt werden kann. Dazu wurde eine Online-Selbstlernumgebung zur Förderung des Wissens zu dezimalen und nichtdezimalen Stellenwertsystemen entwickelt und erprobt. Die Vernetzung der beiden Wissensbereiche wurde bei der Entwicklung der Online-Selbstlernumgebung auf drei Arten umgesetzt. (1) Es werden schulstufentypische Veranschaulichungen wie beispielsweise Zahlenstrahl, Punktefeld, Stellenwerttabelle und Zehnersystemholz vorgestellt und entsprechende Aufgaben zuerst im bekannten Kontext des Zehnersystems bearbeitet. (2) Es folgt der Transfer mit analogen Aufgaben im Sechsersystem, bei denen die Studierenden nicht auf ihre bereits verinnerlichten Routinen zurückgreifen können. Dabei müssen sie sich beispielsweise mit den Konzepten der Zahldarstellung, des Zehnerübergangs, der fortgesetzten Bündelung und der Stellenwertschreibweise im Sechsersystem neu auseinandersetzen. Durch diese Gegenüberstellung der beiden Zahlsysteme können die Studierenden bekannte Schwierigkeiten von Schüler:innen beim Zahlbegriffserwerb und beim Operieren selbst wahrnehmen und nachvollziehen. (3) Reflexionen über den eigenen Denkprozess sowie Theorieverknüpfungen sind integrale Bestandteile des Tutors und schliessen die einzelnen Inhaltsblöcke ab. Die Studierenden werden angeregt, ihre eigene Strategie zur Bearbeitung der Aufgaben im Sechsersystem wahrzunehmen und alternative Strategien zu erproben.

Für die Entwicklung des ITS wird das ‹Cognitive Tutor Authoring Tool› (CTAT) verwendet (Aleven et al. 2016). Der Tutor basiert auf einem kognitiven Modell (Aleven u. Koedinger 2013), das die Denk- und Lernprozesse im Themenbereich der Stellenwertsysteme abbildet. Ein solcher intelligenter Tutor ermöglicht es, dass bei der Bearbeitung der einzelnen Aufgaben von den Studierenden bei jedem Lösungsschritt zielgerichtete, adäquate Hilfestellungen (VanLehn 2006) angefordert werden können, die dem bis zu diesem Zeitpunkt gegangenen Lösungsweg entsprechen. Somit agiert das ITS als individueller Lernbegleiter.

Der Stellenwerttutor wurde mit rund 432 Studierenden der Primarstufe und der Sekundarstufe I evaluiert. Im Pretest wurden zur Bestimmung des Vorwissens zu Stellenwertsystemen fünf Aufgaben eingesetzt. Zusätzlich wurde mittels einer vierstufigen Ratingskala die Selbsteinschätzung zum Umgang mit Hilfen sowie zum selbständigen Lösungsverhalten in der Mathematik erhoben. Als Posttest konnten die im Tutor am Ende des Erarbeitungsprozesses gezeigten und erhobenen Kompetenzen verwendet werden. Mit einer vierstufigen Ratingskala wurden wiederum der Umgang mit Hilfen und zusätzlich die Selbsteinschätzungen zur Motivation, zum didaktischen Wissen und der Nutzung von Hilfen erhoben. In der Posterpräsentation werden der entwickelte Tutor und ausgewählte Ergebnisse aus der Evaluation vorgestellt.

Im Bildungskontext gewinnt Augmented Reality (AR) zunehmend an Bedeutung, was sich unter anderem durch positive Effekte im Bereich Motivation und Selbstwirksamkeitserwartung erklären lässt [1,2]. Die Anwendungsbereiche von AR bestehen darin, Unsichtbares sichtbar zu machen sowie Experimente und papierbasiertes Lernen zu unterstützen [3]. Die bisherige Verwendung von tabletgestützten AR-Anwendungen hat den Nachteil, dass die jeweiligen Geräte stets gehalten werden müssen, was zu einer zusätzlichen motorischen und kognitiven Belastung führen kann [4]. Wir postulieren, dass die Verwendung von Head-Mounted Displays (HMDs) eine Lösung dieses Problems darstellt, insbesondere im Bereich naturwissenschaftlicher Experimente, da hier häufig verschiedenste Chemikalien und Geräte eingesetzt werden. Um die sichere Handhabung der Chemikalien und Experimente zu gewährleisten, ist es häufig unabdingbar, beide Hände freizuhaben, was die Verwendung von HMDs ermöglicht. Zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen sprechen kontinuierlich sinkende Preise von HMDs ebenfalls für eine zukünftige Verwendung dieser Technologie.

Unser Projekt beschäftigt sich daher mit zwei Zielen. Zum einen wurde eine augmentierte Lernumgebung mit HMD zum Thema Titration entwickelt, die speziell für reale Laborsituationen konzipiert und umgesetzt wurde. In dieser Studie untersuchen wir das Verhalten der Technologieakzeptanz von Teilnehmenden gegenüber HMD-basierten Augmented Reality (AR)-Anwendungen in Laborsituationen. Darüber hinaus analysieren wir den Mental Load und den wahrgenommenen Workload der Teilnehmenden nach einer entsprechenden Intervention. Schließlich erörtern wir die Anwendungsmöglich-keiten, die die Teilnehmenden im Kontext naturwissenschaftlichen Experimentierens an (Hoch-)Schulen für HMD-basierte AR-Anwendungen sehen. Für die Datenerhebung nutzten wir im Mai 2023 verschiedene Methoden, darunter Fragebögen wie das Technology Acceptance Model (TAM [5]), die Erfassung des Mental Load/Effort [6], den NASA TLX [7] und die Erfassung der Selbstwirksamkeitserwartung (SWE [5]). Zusätzlich führten wir Gruppeninterviews durch und wandten eine induktive qualitative Inhaltsanalyse an [8]. Die Studie umfasste sechs Probandinnen.

Das zweite Ziel des Projektes ist es, am Beispiel von zwei Fallstudien zu untersuchen, wie HMD-gestützte Augmented Reality (AR) die Betreuung von Masterarbeiten unterstützen kann oder unterstützen könnte. Konkret werden folgende Forschungsfragen behandelt: Wie können HMD in Verbindung mit AR-Anwendungen die Betreuung von Masterarbeiten verbessern? Welche Potenziale erkennen Studierende für die Einbeziehung von AR-Anwendungen über HMD bei der Verfassung ihrer Masterarbeiten? Und wie erleben Studierende die Integration von AR-Anwendungen über HMD in die Betreuung ihrer Masterarbeiten? Zur Datenerhebung wurden Einzelinterviews sowohl vor als auch nach der Masterarbeit geführt, die einer induktiven qualitativen Inhaltsanalyse unterzogen wurden. Zusätzlich erfolgte eine Tagebuchstudie, die ebenfalls einer induktiven qualitativen Inhaltsanalyse unterzogen. Die Datenerhebung erstreckte sich von Januar 2023 bis August 2023 und umfasste zwei Probandinnen.

Im Vortrag werden die Ergebnisse der beiden Studien vorgestellt.

Importance: Media and Informatics is a relatively new teaching domain in primary school. In contrast to subjects like mathematics, most pre-service teachers were not taught these topics in primary school and maybe only partly in secondary school. To assure that they can properly teach their future pupils in these domains, pre-service teachers not only need to learn how to teach the topic, but also catch up on the subject itself. For this we need teaching materials (e.g., for knowledge about the Internet: https:// Ref anonymised1). However, it is also important to identify their existing knowledge and identify potential misconceptions. In this study we focus on assessing pre-service teachers’ conceptions about the Internet, which is part of the Informatics systems learning goals in the curriculum of the German-speaking part of Switzerland (Lehrplan 21, D-EDK, 2016).

Background: Based on a comprehensive systematic literature review (Ref anonymised2) we developed and piloted concept cartoons to assess children’s conceptions about the Internet (Ref anonymised3). Concept cartoons are a didactic tool that can be used to test and discuss children’s understanding about complex concepts (Keogh & Naylor, 1999). We developed three different packages, which respectively focus on conceptions about the structure of the Internet, Internet search and data transmission on the Internet.

Aim: To assess the conceptions of pre-service teachers about the Internet and compare this to the pilot data we already collected for Grade 5 and 6 children. In addition, we also aim to correct potential misconceptions that the pre-service teachers might hold.

Methods: Participants will be around 65 first-year students from a teacher education university in central Switzerland. The data will be collected in November and December 2023 while the students are in a classroom with their teacher. For the data collection we will use the three online concept cartoons packages, which consist of 17 concept cartoons in total (Ref anonymised4). Each concept cartoon features three children who state their understanding about an aspect of the Internet. For each child, the participants must indicate to what degree they agree with them. After filling out the concept cartoons online, the results will automatically appear in the teacher dashboard and the teachers will discuss the results directly with the class and correct potential misconceptions.

Data scoring & analysis: Each concept cartoon contains a child that represents an intuitive view (correct, but not at a satisfactory level), a child that has a misconception (wrong understanding) and a child that gives a specific description, indicating a more elaborate understanding of the target conception. In scoring the data we will focus on how many students agree with concept cartoon statements that represent misconceptions and for which subarea (structure of the Internet, search, or data transmission) this is particularly prevalent. We will compare the results to our findings for Grade 5 and 6 children.

Die Digitalisierung und die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) schreiten schnell voran, ebenso wie ihre Verfügbarkeit im Bildungsbereich. Der Trend zur Implementierung von IKT in Schulen hat aufgrund der Covid-19-Pandemie zusätzlichen Aufwind erhalten.

Gleichzeitig wurden die Anforderungen und Unzulänglichkeiten bei der Integration von digitalen Geräten im Schulunterricht deutlich [1]. Neben der Frage, wie Tablets gewinnbringend im Chemieunterricht einzusetzen sind, beschäftigen wir uns auch mit den Herausforderungen, die aus der umfangreichen Anschaffung von Hardware für Schulen und Schüler*innen entspringen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der steigenden Produktion von Elektroschrott, die eine mehrschichtige Herausforderung für Mensch und Umwelt darstellt. In diesem Beitrag werden curriculare Materialien vorgestellt, die iPads als das Tablet der Wahl im Bildungsbereich sowohl als Lernwerkzeug als auch gezielt als Lerngegenstand einsetzen. Exemplarisch wird eine Lehr-Lern-Einheit zu Kunststoffen vorgestellt und Ergebnisse aus der Durchführung berichtet.

Tablets, spezifisch iPads, werden von jungen Menschen nicht nur zunehmend im privaten, sondern besonders auch im schulischen Kontext verwendet [2,3,4]. Dieses Projekt beschäftigt sich daher konkret mit den in einem iPad verwendeten Baumaterialien. Dabei sollen den Lernenden Einblicke in das iPad verschafft werden und dies im Hinblick auf die darin verwendeten Materialien, wie zum Beispiel Kupfer, Lithium und Kunststoffe, behandeln. In den letzten Jahren wurden bereits verschiedene erweiterte Lernszenarien wie z. B. zu Neodym in Lautsprechermagneten oder Lithium-Ionen-Batterien erstellt [5,6]. Die Betrachtung von in iPads verbauten Kunststoffen erfolgt anhand deren chemischer und physikalischer Eigenschaften und üblicher verwendeter Herstellungsmethoden sowie Recyclingoptionen. Über die fachchemischen Inhalte hinaus werden auch Aspekte der Nachhaltigkeit, der „Kritikalität" sowie der Umgang mit diesen Materialien hinsichtlich gesundheitsschädigender Wirkungen oder deren Substitutionsmöglichkeiten am „Ende des Lebens“ eines iPads besonders berücksichtigt [4-7]. Als Zielgruppe des Kunststoffmoduls haben wir Schülerinnen und Schüler der zehnten bis dreizehnten Jahrgangsstufe identifiziert. Das Modul besteht aus fünf Teilstationen, von denen jede einen Umfang von ca. 45 min hat. Das Kunststofflernmodul enthält digitale und analoge Lernmaterialien die jeweils teils mittels Papier, teils mittels (animierten) Augmented Reality (AR)-Modellen angereichert sind.

Privacy is a precious commodity that we value and protect. “The right to be alone” (Westin, 1970) or “the control of an appropriate flow of information” (Nissenbaum, 2010) in non-digital everyday life, with friends, family, or at work, is a challenge and is based on a long individual process of learning and experience. Currently, privacy as a fundamentally fuzzy construct is conflicted between a growing need for protection and an eroding understanding in favour of participation in digital communities and content. A mature awareness of privacy and privacy competencies are becoming increasingly important and have been included in school curricula. Theories such as educational reconstruction (Kattmann, 1997) or conceptual change (Posner, 1982) focus on the learners' prior knowledge, pre-concepts, and lifeworld of the subject matter. When teachers align their teaching to these theories and make use of students' prior knowledge, they will provide higher-quality lessons. Nevertheless, there is little knowledge about children’s and youth’s conceptions of privacy.

This study aims to conduct an interdisciplinary systematic literature review of the existing knowledge on children's and adolescents' understanding of privacy between the ages of 6 and 18, to identify research gaps and to systematize their conceptions in five relevant scientific perspectives:

(1) complexity of conceptions (number of aspects, interconnectedness) based on Nissenbaum's Contextual Integrity Framework (2010)

(2) social range of understanding based on Livingstone's Spheres (2019)

(3) degree of reflection on own actions and trade-offs analogous to the Privacy Paradox (Barnes, 2006; Kokolakis, 2017)

(4) content orientation (legal, philosophical, technical, psychological)

(5) social feedback (Sarigol, 2014).

The first results show that there is little empirical research, that children's ideas of privacy vary greatly, are strongly influenced by individual experiences, and tend to be more intuitive than elaborate. Based on these findings, we can conclude that it is hard to speak of fundamentally wrong conceptions of privacy. Some of them are naïve, poorly elaborated, or not yet well developed, with increasing age, the complexity of understanding and conceptions rises. However, all of the children's statements contain both starting points and potential for more individualized learning settings on the topic of privacy. We conclude with the implications of our findings for the education system and for future research, such as empirical studies that clarify which aspects of privacy are reflected in children's and adolescents' preconceptions to provide a basis for didactic reconstruction and lifeworld-orientated teaching units.

Durch die Einwanderung erleben Kinder zunehmend über die regionalen Sprachen hinaus eine «lebensweltliche Mehrsprachigkeit» (Gogolin, 2019). Diese Vielfältigkeit kommt in der Schule selten zur Geltung, auch wenn die aktuelle Forschung Belege dafür liefert, dass die verschiedenen Sprachen der Lernenden ein Lernpotenzial darstellen. Es bedarf somit einerseits einer Nutzung dieses Potenzials in der Schule und andererseits weiterer Forschung, die vor allem die bereits festgestellten Potenziale der Mehrsprachigkeitsaktivierung (Redder, Krause, Prediger, Uribe & Wagner, 2022) stufenweise bzw. lerngegenstandsspezifisch angeht. Im Vortrag werden Ergebnisse eines Projektes präsentiert, das genau an dieser Stelle anknüpft. Im Forschungsinteresse steht die übergeordnete Frage, wie die sprachlichen Ressourcen der Kinder für das Mathematiklernen im Kindergarten fruchtbar gemacht werden können. So werden die Erkenntnisse zum mathematischen Lernen unter Bedingungen des Mehrsprachigkeitseinbezugs in der Kindergartenstufe weiter ausgeschärft. Inhaltlich wird dieses Beleuchten der Mehrsprachigkeit am Beispiel der strukturnutzenden Anzahlbestimmung (Sprenger, 2021) untersucht, welche als eine der zentralen Basiskompetenzen für das Mathematiklernen betrachtet wird. Allgemein sind für mathematische Aktivitäten und für das Lernen von Mathematik der Umgang mit Darstellungen und die Kommunikation darüber von zentraler Bedeutung (Ott, 2016). Gleichzeitig bilden der Umgang mit Darstellungen sowie die Schul- und Familiensprache wichtige Aspekte des ganzheitlichen sprachlichen Repertoires und sind entscheidende Bedeutungsträger im Prozess der Wissenskonstruktion.

Im Projekt werden dementsprechend die folgenden zwei Forschungsfragen verfolgt:

• Inwiefern kann der Umgang mit Darstellungen im Kontext der strukturnutzenden Anzahlbestimmung als kognitiv-reichhaltige Handlung zur Anregung von sprachenvernetzendem Handeln produktiv gemacht werden?

• Wie wirkt sich wiederum sprachvernetzendes Handeln auf den Umgang mit diesen Darstellungen aus?

Diese Fragen wurden im Projekt mittels Design-based Research in einem iterativen Prozess zwischen Entwicklung und Analyse untersucht (Prediger & Link, 2012). Als Setting für die Mehrsprachigkeitsaktivierung wurde die Konstellation Eltern-Kind-Lehrperson genutzt. Im Vortrag wird die so entstandene mehrsprachigkeitsaktivierende, sprach- und darstellungsvernetzende Lernumgebung zur strukturnutzenden Anzahlbestimmung im Kindergarten vorgestellt und es werden weitere Erkenntnisse zu den oben genannten Forschungsfragen präsentiert.

In den letzten beiden Dekaden fand in nahezu allen Bereichen des Lebens eine tiefgreifende digitale Transformation statt, welche die Art und Weise, wie wir leben, verändert hat. Diese Transformation hat unsere Gesellschaft und unseren Alltag in vielerlei H insicht beeinflusst.

Insbesondere dem Feld der Künstlichen Intelligenz ist seit der Veröffentlichung von ChatGPT im November 2022 eine große Bedeutung zu gekommen . Künstliche Intelligenz (KI) hat das Potenzial, viele Aspekte unseres Lebens zu revolutioniere n, sei es in der Medizin, der Automobilindustrie oder im Bildungsbereich. Aber nicht nur KI, sondern auch andere Zukunftstechnologien wie Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) haben in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Diese Technologien bieten viele Vorteile für das Lernen und Lehren. Einige der Vort eile sind z.B. die Verbesserung des inhaltlichen Verständnisses, die Motivation und die Zusammenarbeit [1 5]

Daher ist es unumgänglich, dass Schüler:innen und Studierende lernen, wie sie diese Technologien (KI, AR, VR) effektiv einsetzen können, um ihre Bildung und ihr Verständnis zu verbessern. Zudem müssen die Lehrkräfte und Lehramtsstudierenden adäquat auf den Einsatz dieser Technologien im Unterricht vorbereitet werden [6 9]

Im Rahmen des Projektes "Future Skills 4 Science Teacher" werden zunächst Lernmodule für Schüler:innen entwickelt, die diese Zukunftstechnologien abdecken. Studierende bekommen im Rahmen eines Seminars die Möglichkeit, eigene Lerneinheiten zu entwickeln und diese mit den Schüler:innen zu erproben. Dieser praxisorientierte Ansatz ermöglicht es, die Effektivität der Lernmodule in realen Lernumgebungen zu überprüfen und kontinuierlich zu verbessern.

Gleichzeitig werden Lehramtsstudierende die Möglichkeit erhal ten, selbst Lernmodule mit dem Fokus auf Zukunftstechnologien zu entwickeln und diese anschließend mit Schüler:innen zu testen. Es wird dabei u.a. erforscht, welche Vorstellungen und Einstellungen die Schüler:innen und die Studierenden in Bezug auf Zukunftstechnologie haben, um die Lehr und Lernprozesse besser an ihre Bedürfniss e anzupassen. Im Rahmen dieses Beitrages wird es einen Einblick in das Lehrkonzept sowie die Konzeption und Evaluation der ersten Lernmodule geben. Die präsentierten Ergebnisse bilden die Basis für die Entwicklung und Erforschung weiterer Lernmodule zum Thema Zukunftste chnologien in den Naturwissenschaften. Diese Forschung und Entwicklung sind entscheidend, um sicherzustellen, dass Bildung im Zeitalter der Digitalisierung zeitgemäß und effektiv bleibt.

Der sprachbewusste Fachunterricht hat zum Ziel, das fachliche Lernen mithilfe eines bewussten Einsatzes der Sprache zu ermöglichen (Schmellentin & Lindauer, 2020). Ungeachtet des Hintergrunds der Schüler*innen soll sprachliche Bildung ermöglicht werden, womit der sprachbewusste Fachunterricht einen wichtigen Beitrag zur Partizipation aller Schüler*innen an schulischen Bildungsprozessen leistet (Schmellentin, 2023, S. 17). Obwohl mündliche Sprachbereiche in den Konzepten zum sprachbewussten Fachunterricht mitgedacht und teilweise ausformuliert sind (z. B. Hörverstehen vorentlasten, Unterrichtsgespräche führen, vgl. Lindauer et al., 2013, 2021), bleiben viele Aspekte wenig ausdifferenziert und didaktische Konzepte beziehen sich vornehmlich auf die sprachbewusste Unterstützung von Schüler*innen im Bereich des Leseverstehens (Schmellentin et al., 2017; Schmitz, 2016). An diesem Punkt setzt das Projekt «Mündlichkeit im sprachbewussten Fachunterricht» an.

Der geplante Posterbeitrag stellt ein laufendes transdisziplinäres Entwicklungsforschungsprojekt vor (Projektstart im Januar 2024), bei dem Lehrpersonen und PH-Dozierende im Rahmen eines Design Research-Prozesses (Dube & Prediger, 2017; Hussmann et al., 2013) kollaborieren. Das Projekt ist somit im sog. hybriden ‚third space‘ (u. a. Leonhard et al., 2016; Zeichner, 2010) angesiedelt. Drei Projektteams entwickeln in unterschiedlichen Fachbereichen (Geschichts-, Englisch-, Sportunterricht) je ein Lehr-Lernarrangement im mündlichen Bereich des sprachbewussten Fachunterrichts. Die übergeordneten Fragestellungen lauten:

- Inwiefern unterstützen sprachbewusst gestaltete mündliche Aspekte des Fachunterrichts das Lernen der Schüler*innen in den entsprechenden Fächern?

- Welche Designprinzipien (d. h. Elemente der lokalen Theorieentwicklung, die sich potenziell auf andere Kontexte übertragen lassen, vgl. z. B. Dube & Hussmann 2019, S. 29) können von den entwickelten Unterrichtsgegenständen abgeleitet werden?

Die Lehr-Lernarrangements werden jeweils auf der Grundlage theoretischer Erkenntnisse in mehreren Zyklen („Designexperimenten“) erprobt, evaluiert und weiterentwickelt (vgl. Prediger, 2021). Die Erprobungen der Lehr-Lernarrangements werden videografiert und interaktionsanalytisch untersucht (u. a. Deppermann, 2018; Hausendorf et al., 2016; Mondada, 2019). Ausserdem werden Befragungen mit den Schüler*innen sowie teilnehmende Beobachtungen durchgeführt und inhaltsanalytisch ausgewertet (Kuckartz & Rädiker, 2022).

Im Posterbeitrag wird mittels conjecture maps (Sandoval, 2014) aufgezeigt, wie die Lehr-Lernarrangements empirisch untersucht werden, was jeweils die (vermutete) Grundlage für die Weiterentwicklung der Lehr-Lernarrangements im nächsten Zyklus bildet, und wie gleichzeitig die lokale Theorieentwicklung stattfindet.

Die Titration ist ein wesentliches Experiment im Chemieunterricht und folgt einer bestimmten Vorgehensweise. Sie dient der Bestimmung der Konzentration einer unbekannten Lösung und beinhaltet die Auswahl eines geeigneten Indikators basierend auf dem Äquivalenzpunkt. Dieser Lehransatz ermöglicht den Schüler:innen das Erlernen der Titrationstechnik, das Aufstellen von Reaktionsgleichungen und vertieft das stöchiometrische Rechnen.

Normalerweise erfolgen die Beobachtungen auf makroskopischer Ebene, wobei die Schüler:innen das Tropfen der Maßlösung und den Farbumschlag des Indikators beobachten können. Sensoren ermöglichen die pH-Wert- sowie Tropfenanzahl-Bestimmung zu erleichtern. Das Verständnis der chemischen Reaktion, die zum Farbumschlag des Indikators bei der Titration führt, kann jedoch für Schüler:innen herausfordernd sein. Sie müssen verstehen, dass der Indikator bei der Neutralisation keine Rolle spielt und dass nicht immer genau die gleiche Menge an Säure und Base für eine Neutralisation benötigt wird [1, p.4; 2, p.239]. Schwierigkeiten ergeben sich auch aus den Prozessen bei einer Säure-Base-Titration, die auf submikroskopischer Ebene erklärt werden müssen [3, p.8]. Die submikroskopische und makroskopische Ebene kann jedoch gleichzeitig mithilfe von Augmented Reality (AR) vermittelt werden. AR ist eine Technologie, die die physische Welt mit computergenerierten Informationen und virtuellen Objekten erweitert. AR ermöglicht es, digitale Inhalte in die reale Umgebung einzublenden, sodass sie scheinbar miteinander interagieren. Dies geschieht in der Regel mithilfe von AR-fähigen Geräten wie Smartphones, Tablets oder speziellen AR-Brillen.

In dieser Studie, durchgeführt im Rahmen des ARiELLE-Projekts, wurde das Experiment "Titration von Schwefelsäure mit Natronlauge" als Grundlage verwendet und mit AR angereichert. Bei diesem Experiment können Schüler:innen den Indikatorumschlagspunkt auf makroskopischer Ebene beobachten, während AR-Visualisierungen den submikroskopischen dynamischen Prozess darstellen. Die Studie untersucht, wie der Gestaltungsparameter "Inhaltliche Nähe zur Realität" [4] das Blickverhalten der Lernenden beeinflusst und wie dies ihr Verständnis des submikroskopischen Prozesses beeinflusst. Die Analyse basiert auf 72 Datensätzen, die Eye-Tracking-Daten, Videos, Tests und Audioaufnahmen umfassen. Durch die Anwendung von Triangulation werden erste Daten auf dem Poster präsentiert.

Die prozessbegleitende, formative Beurteilung (FA) wird im Lehrplan 21 als eine von drei Beurteilungssäulen des kompetenzorientierten Unterricht verdeutlicht (Bildungsdirektion, 2017, Grundlagen). Von transparenten Kriterien mit engem fachlichen Bezug ausgehend, werden im FA effektive Diskussionen moderiert (Smith & Stein, 2018) und Lernaufgaben geschaffen, die dem Kind und der Lehrperson den aktuellen Lernstand aufzeigen. Dieser wird zur Erreichung neuer Lernziele in lernförderlichem Feedback rückgemeldet und der Unterricht entsprechend adaptiert. Sowohl im Peerassessment (PA), dem kooperativen Beurteilen, als auch im Selfassessment (SA), der Selbstreflexion und -beurteilung, werden die Schüler:innen als Ressource füreinander und als Agenten ihres eigenen Lernens aktiviert (Black & Wiliam, 2009; Heritage, 2007). Dabei wird der Lehrperson eine entscheidende Rolle zugetragen (Harris & Brown, 2013).

Der Forschungsstand zeigt substanzielle Effekte des FA unter anderem auf das fachliche Lernen (Black & Wiliam, 2009). Jedoch wird dessen Unterrichtseinsatz als deutlich entwicklungsfähig beschrieben (Buholzer et al., 2020). Hier setzt die folgend vorgestellte, vom SNF finanzierte, interdisziplinäre Interventionsstudie an.

Im Rahmen der pädagogisch-psychologisch-mathematikdidaktischen Studie wird eine dreiteilige, hybride Weiterbildung (Intervention) von insgesamt 8,5 Stunden (inklusive Vor-/Nachbereitung) für Lehrpersonen der vierten und fünften Klassenstufen durchgeführt. Die Weiterbildung befasst sich mit der lernförderlichen Umsetzung von PA bzw. SA am Lerngegenstand «Rechenstrategien der Multiplikation und Division».

Das variable Anwenden von Rechenstrategien (Padberg & Benz, 2021; Verschaffel, 2023) und die Freiräume in deren Notation stellen ein zentrales Lernziel der betreffenden Jahrgangsstufen dar («Notieren eigener Rechenwege», Bildungsdirektion, 2017, Mathematik) und ermöglichen den Lernenden das Bewusstmachen ihrer Denkwege für sich (SA) und für andere (PA). Vorangegangene Studien (Schulz & Leuders, 2018) zeigten grosse Effekte des Vergleichens und Beurteilens von Rechenwegen, das eine vertiefte, lernförderliche Durchdringung von Rechenstrategien ermöglicht.

Der Fokus des Posters liegt auf dem mathematikdidaktischen Ziel der Studie, die Überprüfung der Wirksamkeit der inhaltsspezifischen Weiterbildung, hinsichtlich a) des mathematikdidaktischen Professionswissen der Lehrperson und b) des mathematischen Lernens der Schüler:innen. Weitergehend soll untersucht werden, inwieweit das Professionswissen der Lehrperson die Wirksamkeit der Weiterbildung auf das fachliche Lernen der S:S vermittelt (Mediatoranalyse).

Die Daten werden in einem randomisierten Prä-Post-Wartekontrollgruppendesign erhoben. Die Lehrpersonen beantworten vor der Weiterbildung und nach der Unterrichtsdurchführung Fragebögen, die im mathematikdidaktischen Teil das Professionswissen zu Multiplikations- und Divisionsstrategien, möglichen Fehlern sowie Prognosen hinsichtlich deren Erwartungen in der eigenen Klasse umfassen. Zudem werden Prä-, Post- und Follow-up-Fragebögen bei den Schüler:innen erhoben, deren mathematikdidaktischer Teil über Textaufgaben sowie Multiplikations- und Divisionsaufgaben das Operationsverständnis und die Strategienutzung erhebt. Die Daten werden mittels mehrebenenanalytischen Regressionsmodellen ausgewertet.

Die Gesamtstichprobe (N=104, Stand 03.11.23) unterteilt sich in 54 vierte, 47 fünfte und drei Mischklassen der deutschsprachigen Schweiz. Die randomisierte Zuteilung erfolgte in Interventionsgruppen PA (N=31) bzw. SA (N=32) und Wartekontrollgruppe (N=41).

Zum Zeitpunkt der 6. Tagung Fachdidaktik, fanden die Weiterbildungen der Interventionsgruppen statt. Es wurden die Daten der Lehrpersonen, sowie der meisten fünften und einigen vierten Klassen erhoben. Anhand des Poster sollen erste mathematikdidaktische Befunde zur Wirkung der Weiterbildung auf das Lehrpersonenprofessionswissen sowie ggf. auf das Lernen der Fünftklässler:innen berichtet werden. Ausserdem soll die Posterpräsentation den Austausch mit weiteren Fachdidaktiker:innen zur Bedeutung des Projektes für die Mathematikdidaktik und künftige hybride, interdisziplinäre Weiterbildungen an Pädagogischen Hochschulen unterstützen.

Fragen der Nachhaltigkeit sind von Komplexität und Kontroversität geprägt. Unterricht im Sinne einer emanzipatorischen Bildung für nachhaltige Entwicklung, soll Schüler:innen an den Umgang mit solchen Fragen heranführen, indem in Unterrichtsarrangements einerseits systemisches Denken und andererseits das Erkunden von ethischen Dilemmata ins Zentrum gestellt werden (Vare & Scott, 2007). Fragen bezüglich Nachhaltigkeit zu Themenbereichen wie dem Biodiversitätsverlust oder dem Klimawandel lösen oft emotionale Reaktionen aus. Grund und Singer-Brodowski (2020) plädieren daher für eine emotionssensible Bildung für Nachhaltige Entwicklung. Neben dem Hinterfragen von Bedeutungsperspektiven und Gewohnheiten können durch die Konfrontation mit Nachhaltigkeitsthemen Zukunftsängste oder Wut entstehen. Es scheint wichtig, diesen Emotionen Raum zu geben und den Lernenden die Möglichkeit zu bieten Befürchtungen zu formulieren. So können realistische Hoffnungen aufgebaut und unrealistische vermieden werden.

Ausgehend vom Modell der faktischen und ethischen Komplexität bzw. der fachlichen und moralischen Kontroversität (Ohl, 2013) sowie dem Modell zu transformativem Lernen (Förster et al., 2019) wird im Poster das Theoriegebäude sowie das Design zum Forschungsprojekt «Unterricht zu Nachhaltigkeit: komplex, kontrovers und emotional» erläutert und zur Diskussion gestellt. Die geplante Studie geht der Frage nach, wie in einem solchen Unterrichtsarrangement die Professionskompetenz der Lehrperson, die Unterrichtsqualität sowie der Lernerfolg im Umgang mit komplexen und kontroversen Fragen bei Schüler:innen zusammenhängen. Dazu wird ein Planspiel konzipiert, welches einen transformativen Lernprozess ermöglicht. Die Schüler:innen werden dadurch mit Komplexität und Kontroversität konfrontiert. Ziel ist, entscheidende Faktoren und Wechselwirkungen des Lehrens und Lernens im Kontext einer Bildung für Nachhaltige Entwicklung zu identifizieren. Eine zentrale Rolle spielen darin die emotionalen Reaktionen der Lernenden. Konkreter untersucht wird im Forschungsprojekt: (1) der Zusammenhang zwischen der fachdidaktischen Qualität des Planspiels, der emotionalen Involviertheit der Schüler:innen und dem Lernertrag (2) der Zusammenhang zwischen Persönlichkeitsvariablen, der emotionalen Involviertheit sowie dem Lernertrag der Schüler:innen (3) der Einfluss der Lernsituation mit unterschiedlich hoher Komplexität und Kontroversität des Planspiels auf die emotionale Involviertheit und dem Lernertrag der Schüler:innen sowie (4) der Zusammenhang zwischen der Professionskompetenz der Lehrperson und der fachdidaktischen Qualität des Planspiels.

Die heutige Gesellschaft sieht sich mit einer hochgradig digitalisierten Welt konfrontiert. Die Bildungsforschung beschäftigt deshalb zunehmend die Frage, wie Lernende und Lehrende optimal auf diese vorbereitet werden können. Neben der zielbringenden Verwendung digitaler Medien wird dabei die aktive Mitgestaltung der digitalen Umgebung mit Hilfe von Kompetenzen der Informatik adressiert. Hierzu zählen besonders die Kompetenzen, die unter dem Begriff des „Computational Thinking“ zusammengefasst werden [1]. Viele dieser Kompetenzen spielen auch in naturwissenschaftlichen Problemlöseprozessen eine zentrale Rolle [2]. Um im schulischen Bereich der Vernetzung von naturwissenschaftlichen mit informatischen Themen gerecht zu werden, bietet sich ein fächerübergreifender Zugang an. Bisher wurde allerdings kaum evaluiert, von welchen Kriterien der Erfolg eines naturwissenschaftlich-informatischen Unterrichts (NIU) abhängt.

Deshalb werden im Rahmen des Projektes GeNIUS die Gelingensbedingungen von NIU beforscht. Basierend auf einer Analyse der Rahmenbedingungen in der Praxis werden nach dem Prinzip der partizipativen Aktionsforschung [3] und des „design based research“ in Zusammenarbeit mit Lehrkräften NIU-Szenarien entworfen und in Schulen erprobt. Damit sich bei den SuS frühzeitig ein grundlegendes Verständnis für die Vernetzung der Naturwissenschaften mit der Informatik entwickeln kann, liegt der Schwerpunkt des Projekts auf dem naturwissenschaftlichen Anfangsunterricht und die entwickelten Szenarien gliedern sich in diese Altersstufe ein. In den verschiedenen, entwickelten Sequenzen werden neben einem gewinnbringenden Einsatz von Microcontrollern und der Arbeit mit Algorithmen in Form von Flussdiagrammen und Blockcode auch der Umgang mit künstlicher Intelligenz im Naturwissenschaftsunterricht adressiert. Aus der Evaluation dieser Szenarien in der Praxis werden Gelingensbedingungen für NIU abgeleitet. Darüber hinaus wird untersucht, ob sich durch NIU die fachlichen Kompetenzen der Schüler*innen verbessern, inwiefern sich die Vorstellung der jeweiligen Fächer bei den Lernenden und Lehrenden verändert und ob sich auch deren fachliches Interesse und Selbstwirksamkeitserwartung weiterentwickelt. Die aus der Evaluation gewonnenen Erkenntnisse werden in Form von Best-Practice Beispielen öffentlich zur Verfügung gestellt und dazu genutzt, naturwissenschaftliche Lehrkräfte in Fortbildungen auf einen gewinnbringenden NIU vorzubereiten.

Im Rahmen dieses Beitrags wird ein Einblick in die Konzeption und Evaluation der NIU-Szenarien gegeben. Die präsentierten Szenarien und daraus resultierende Ergebnisse bilden die Basis für die Erforschung der Gelingensbedingungen von NIU.

Dem Formativem Assessment und insbesondere Peer- und Selbst-Assessment (PASA), die als zwei grundlegende Ansätze des formativen Assessments aufgefasst werden, wird ein hohes Potenzial zugeschrieben, Schüler:innen im selbstregulierten Lernen zu unterstützen und die selbstbestimmte Lernmotivation der Lernenden zu fördern (Andrade & Valtcheva, 2009; Hondrich et al., 2018). Die Förderung dieser beiden Faktoren durch PASA ist besonders relevant, da sie als Determinanten schulischen Lernens und als zentrale Bildungsziele der heutigen Wissensgesellschaft gelten (Dresel & Lämmle, 2020; Götz & Nett, 2020; Ramseier, 2004)

Die Bedeutung von formativem (Peer- und Self-) Assessment für das Lernen spiegelt sich auch im Lehrplan 21, der die förderorientierte Beurteilung als grundlegendes fächerübergreifendes Unterrichtshandeln definiert (D-EDK, 2015). Auch wenn PASA im Lehrplan 21 ein fächerübergreifendes Anliegen darstellt, benötigt seine Umsetzung im Unterricht eine fachspezifische Ausrichtung, weshalb Deane & Sparks (2019) von «discipline-specific formative Assessment» sprechen. Lehrpersonen müssen bei der lernwirksamen unterrichtlichen Planung von PASA «the interaction of general principles, strategies, and techniques with reasonably deep cognitive-domain understanding» (Bennett, 2011, S. 15) beachten und entsprechend domänenspezifisch umsetzen.

Zugleich lässt sich feststellen, dass Lehrpersonen bei ihrer unterrichtlichen Umsetzung oftmals Defizite aufweisen, die sich u.a. auf unzureichend entwickeltes Professionswissen zum formativen PASA zurückführen lassen (Buholzer et al., 2020; Oswalt, 2013). Um die Lehrpersonen dabei zu unterstützen, ihr Wissen in Bezug auf PASA zu erweitern und dadurch qualitativ hochwertige Gestaltung von PASA zu fördern, wurde im Rahmen des FORMA-Projektes (FORmatives Assessment im Mathematikunterricht), in welcher auch die Dissertation der Autorin zu verorten ist, eine Weiterbildung entwickelt. Diese Weiterbildung fokussiert einerseits pädagogisch-psychologische Aspekte des formativen PASA und stellt andererseits mathematikdidaktische Spezifikationen vor. Die FORMA-Weiterbildung verfolgt somit das Ziel, durch die Erweiterung des für PASA erforderliche Professionswissen, die unterrichtliche Gestaltung von PASA zu verbessern und dadurch Fortschritte im fachlichen wie auch überfachlichem Lernen der Schüler:innen zu bewirken.

Die Wirksamkeit der Intervention wird mit einem randomisierten Prä-Post-Follow-Up-Wartekontrollgruppendesign untersucht. In der Teilstudie, auf der die Dissertation basiert, werden vor und nach der Intervention 90 Klassen (je 30 pro Interventionsgruppe PA, Interventionsgruppe SA, Wartekontrollgruppe) anhand eines Fragebogens zu ihrer Motivation und ihrer Selbstregulierung und deren Lehrpersonen zu ihrem Professionswissen hinsichtlich des formativen PASA sowie zu ihren epistemologischen Überzeigungen befragt. Zur Erfassung der unterrichtlichen Umsetzung von PA und SA wird in jeder Klasse eine Lektion der Unterrichtseinheit videografisch dokumentiert und so die Qualität von PA bzw. SA mittels Ratingverfahren bestimmt. Mit den Daten dieser Erhebungen soll die folgende übergeordnete Fragestellung der Dissertation beantwortet werden: Wie und inwiefern lässt sich das für die lernförderliche Umsetzung von PASA notwendige Professionswissen und die unterrichtliche Umsetzung durch eine Intervention in Form einer Weiterbildung entwickeln und wie beeinflusst diese Entwicklung das selbstregulatorische Lernen und die selbstbestimmte Lernmotivation von Schüler:innen?

Im Rahmen des Posters wird einerseits die interventionelle Weiterbildung und ihrer Konzeption zugrunde liegende Theorie lernwirksamer Weiterbildungen vorgestellt. Andererseits werden die Merkmale effektiver PASA, die einen zentralen Inhalt der Weiterbildung darstellen und die Grundlage für die Auswertung der Videos bilden, präsentiert.

Viele gesellschaftliche Themen wie Pandemien, Energieversorgung oder Klimakrise haben einen wissenschaftlichen Hintergrund, werden aber in den Medien oft unsachlich diskutiert. Um solche Maßnahmen diskutieren zu können, müssen junge Menschen Argumentations- und Kritikfähigkeit erwerben (Billingsley et al., 2021; Tyrrell & Calinger, 2020).

Das Pilot-Projekt ProNatArg des Instituts für mathematische, naturwissenschaftliche, und technische Bildung (IMNT) an der Pädagogischen Hochschule St. Gallen zielt darauf ab, die Argumentationsfähigkeit sowie die Medienkompetenz von Schüler/-innen der Sekundarstufe zu stärken, indem diese mit fundierten wissenschaftlichen Argumenten gesellschaftliche Probleme lösungsorientiert diskutieren. Im Rahmen des Projektes wird ein Unterrichtsmodell vorgeschlagen, das Lehrpersonen der Sekundarstufe I zeigt, wie sie bei Jugendlichen die notwendigen Fähigkeiten fördern können, um sie für eine verantwortungsvolle Teilnahme an Massnahmen zur Pandemiebekämpfung zu stärken. Die bereitgestellten Unterrichtsreihen basieren auf einem Problemlösungsansatz, bei dem sozialwissenschaftlich-relevante Themen (SSI) im Mittelpunkt stehen (Presley et al., 2013).

SSI sind komplexe gesellschaftliche Probleme, die eine Verbindung zur Wissenschaft aufweisen, wie z.B. der Klimawandel oder die Gentherapie. Durch die Behandlung dieser Themen im schulischen Kontext werden die Schüler/-innen bei der Entwicklung einer fundierten Entscheidungsfähigkeit unterstützt (Sadler et al., 2005). Die Anwendung des SSI-Ansatzes im naturwissenschaftlichen Unterricht bietet den Schüler/-innen die Möglichkeit, ihre wissenschaftliche Kompetenz zu fördern (Presley et al., 2013). Billingsley und Kollegen/-innen (2021) testeten die Anwendung von SSI im Unterricht und kamen zum Schluss, dass die Anwendung von wissenschaftlichen Prinzipien zur Lösung realer Probleme einen spezifischen Beitrag zur Fähigkeit Entscheidungen zu treffen leistet. Die Schüler/-innen lernen kritisch über die Genese des Wissens, über die Anwendung und die Kommunikation von Wissen nachzudenken. Die Durchführung von Diskussionen, in denen sie zur Stellungnahme und Kundgabe der eigenen Meinung aufgefordert wurden, kristallisierte sich als ein wichtiger methodischer Aspekt aus dieser Studie heraus. Ähnlich konnte Mei (2019) zeigen, dass eine Unterrichtsreihe mit einem SSI-Ansatz das kritische Denken von Schüler/-innen der Sekundarstufe bezüglich der Auseinandersetzung mit sozialwissenschaftlichen Fragestellungen (SSIs), der Diskussion von SSIs aus verschiedenen Perspektiven und der Verwendung glaubwürdiger Quellen zur Unterstützung ihrer Argumente fördern konnte. Analog zu den Erkenntnissen aus den dargelegten Studien könnte also auch von einem Zusammenhang zwischen Argumentations- und kritischen Denkfähigkeiten der Schüler/-innen und der Umsetzung des SSI-Ansatzes ausgegangen werden. Es interessiert daher, inwiefern die Argumentationsfähigkeit mit der Medienkompetenz und dem Wissen der Jugendlichen über COVID zusammenhängen könnte.

Um dieser Forschungsfrage nachzugehen, wurde ein mixed-methods Forschungsansatz gewählt. Vor der Unterrichtsreihe (Pre-Test) und am Ende der Unterrichtsreihe (Post-Test) wird mittels Fragebogen ein Wissenstest über COVID durchgeführt (quantitativ). Die Argumentationsfähigkeit sowie die Medienkompetenz werden durch Selbstberichte der Schüler/-innen erhoben und mittels qualitativer Analysen ausgewertet. Die Zielgruppe im Projekt stellen drei Lehrkräfte und ihre ca. 60 Schüler/-innen in der 8. und 9. Jahrgangsstufe auf der Sekundarstufe I dar. Die Wahl für diese Zielgruppe gründet auf den Rahmenvorgaben des Lehrplan 21, die vorgeben, dass sich Schülerinnen und Schüler der Oberstufe mit vielfältigen sozialen und kulturellen Gegebenheiten aus unterschiedlichen Perspektiven auseinandersetzen sollen.

Das Erlernen eines kritischen Umgangs mit Medien hilft jungen Menschen, mit negativen Emotionen in Zeiten der Verwirrung umzugehen. Dies vorgestellte Pilot-Projekt könnte dazu beitragen, weitere Implikationen des Ansatzes für die Praxis zu entwickeln.

Jedem Menschen sollte der Zugang zum Bewusstsein, welchen Einfluss der Mensch auf die Welt hat, möglich gemacht werden. Daher sollte Nachhaltigkeitsbildung allen angeboten werden [1]. Bisher wurde in einer Studie im Auftrag des Rats für Nachhaltige Entwicklung der Bundesregierung durch die Autoren Müller-Christ, Giesenbauer und Tegeler (2018) ein Überblick zum Stand der Umsetzung der SDGs im deutschen Bildungssystem gegeben [2]. Die Ergebnisse zeigen, dass nur an einem Bruchteil der Schulen die SDGs überhaupt erwähnt oder in das schulische Konzept integriert werden. Bislang werden die SDGs nur vereinzelt wahrgenommen, kommuniziert und umgesetzt. Dies geschieht hauptsächlich an Schulen, die bereits einen Schwerpunkt auf Umwelt- und Naturbildung, Globales Lernen oder Bildung für nachhaltige Entwicklung gesetzt haben. Weitere Forschung konnte ebenfalls zeigen, dass Bildung zur nachhaltige Entwicklung (BNE) in der formalen Bildung - insbesondere in den naturwissenschaftlichen Fächern - nur unzureichend Platz bekommt und eher auf allgemeiner Ebene stattfindet [1]. Die Auseinandersetzung mit Nachhaltigkeit passiert hier nur oberflächlich und besonders kontroverse und in der Forschung noch ungeklärte Diskussionen werden größtenteils vermieden [3,4]. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Schülerlabore einen treibenden Innovationsmotor hierfür darstellen, der eine komplexe Betrachtung von Nachhaltigkeitsthemen ermöglicht. Schülerlabore haben allerdings nur eine geringe Reichweite und Kapazität und können daher nur eine begrenzte Anzahl von Schüler*innen erreichen [5,6]. Hier bietet die Nutzung von Information and Communication Technologies (ICT) ein großes Potential, welches seit den letzten Jahren zunehmend an Relevanz gewinnt [7] Die Verwendung von Smartphones und anderen mobilen Geräten ermöglichen es, Bildung für alle unabhängig von persönlichem Hintergrund zugänglich zu machen [8,9]. Aus diesem Grund wird in diesem DBU geförderten Projekt eine digitale Lernplattform aufgebaut, in der Nachhaltigkeitsthemen ausgewählter Sustainable Development Goals (SDGs) in kleinen, interaktiven Einheiten behandelt werden. Hierfür wurden die Biosphären SDGs des Wedding-Cake-Modells von Rockström und Sukhdev (2016) ausgewählt [10]. Die Lerneinheiten oder Bausteine der SDGs können hierbei von Informationstexten, über Podcasts, Videos, Live-Interaktionen, Augmented Reality bis hin zu Lernspielen reichen. Hierdurch soll jede*r Zugang zu Inhalten der Schülerlabore und eine komplexe und ganzheitliche Auseinandersetzung mit Nachhaltigkeitsthemen erhalten. Es wird eine aktive Teilnahme an der Gestaltung und Kollaboration an der Plattform möglich gemacht, indem Inhalte auch von externen Expert*innen der Fachdidaktischen Forschung, Studierenden, Lehrpersonen oder weiteren Personen der interessierten Öffentlichkeit bereitgestellt werden können.

In dem Beitrag stellen wir die Plattform sowie erste Evaluationsergebnisse vor.

Das Projekt "MINT-ProNeD - Professionelle Netzwerke zur Förderung adaptiver, prozessbezogener digital-gestützter Innovationen in der MINT-Lehrpersonenbildung" ist ein länderübergreifendes Kooperationsvorhaben, das maßgeblich durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt wird. Es nimmt eine prominente Stellung als eines der führenden Kompetenzzentren für digitales und digital gestütztes Unterrichten in Schulen und Weiterbildungen ein. Die zentrale Ausrichtung dieses Projekts liegt auf der progressiven Entwicklung der Lehrkompetenzen im Bereich der digital gestützten adaptiven MINT-Unterrichtsgestaltung, wobei das bewährte Rahmenkompetenzmodell DiKoLAN (Finger et al., 2020) als essentielle Leitlinie fungiert.

Adaptiver Unterricht nach Corno (2008) bezieht sich auf die Anpassung des Unterrichts an die individuellen Bedürfnisse und Fähigkeiten der Lernenden. Das Ziel von adaptiven Lernumgebungen besteht darin, den Lernenden möglichst passgenaue Inhalte und Methoden anzubieten, um sie bestmöglich in ihrem Lernprozess zu unterstützen. Dabei liegt der Fokus nicht ausschließlich auf individualisiertem Lernen, sondern vielmehr darauf, die individuellen Stärken und Schwächen der Lernenden gezielt zu nutzen, um sowohl als Gruppe als auch individuell voneinander zu profitieren und gezielt gefördert zu werden. Digitale Technologien können einen wertvollen Beitrag zur Umsetzung von adaptivem Unterricht leisten, da sie eine Vielzahl an individuellen Unterstützungsmöglichkeiten sowohl für Lehrkräfte als auch für Lernende bereitstellen (Huwer, Banerji, & Thyssen, 2020). Sie ermöglichen es, den Unterricht effektiver an die Bedürfnisse der Lernenden anzupassen und somit eine verbesserte Lernumgebung zu schaffen.

Durch gezielte Maßnahmen strebt das Projekt primär die Optimierung des Lernerfolgs an, indem verstärkt auf den Einsatz digital-gestützter, adaptiver Förderung von prozessbezogenen Kompetenzen im Unterricht gesetzt wird. Das Gesamtprojekt zeichnet sich durch ein ganzheitliches Konzept für die Lehrkräftebildung aus, das auf einer Verknüpfung von drei interdisziplinären Netzwerken basiert. Diese Netzwerke bilden das Fundament für eine nachhaltige und zukunftsweisende Weiterentwicklung der Lehrpersonenbildung im MINT-Bereich. Sie setzen sich zusammen aus: Netzwerk (1) ist zuständig für die Planung und Durchführung von Lehrerfortbildungen; Netzwerk (2) bildet eine Weiterführung aus den Fortbildungen in Form von Unterrichtsentwicklung und -beratungen für Lehrkräfte und Netzwerk (3) unterstützend bereit, damit neuste zukunftsweisenden Technologien gesichtet und erprobt werden können.

Notre thèse de doctorat s’inscrit dans le cadre d’un projet financé par le Fonds national suisse. L’objectif principal de ce projet est d’interroger la dialectique entre les pratiques enseignantes et l’activité des élèves en résolution de problèmes mathématiques, envisagée en tant qu’objet d’enseignement et d’apprentissage à part entière. Notre recherche porte plus particulièrement sur l’étude des pratiques effectives ordinaires d’enseignant·es exerçant au niveau primaire lorsqu’ils et elles engagent leurs élèves dans de telles activités. Nous visons ainsi à mieux comprendre comment ils et elles organisent et gèrent de telles séances, en particulier à la lumière des deux processus complémentaires que sont la dévolution et l’institutionnalisation. Autrement dit, nous nous proposons d’analyser leur manière de dévoluer la résolution de problèmes et ce qu’ils et elles institutionnalisent à l’issue de ces séances. En complément, nous cherchons à étudier la manière dont les enseignant·es soutiennent l’activité de leurs élèves, en particulier les régulations des apprentissages qui s’opèrent dans leurs interactions avec elles et eux (Allal, 2007). L’analyse de ces régulations est à mettre en lien avec les pratiques d’évaluation formative et nous nous appuierons ici sur le travail de Chanudet (2019). Pour ce faire, des observations (3 à 5 séances) seront réalisées dans six classes du cycle 2 (élèves âgé·es de 8 à 12 ans) sur un temps « long », à l’échelle d’une année scolaire. Les données récoltées (enregistrements audiovisuels des séances en classe) seront analysées, dans une visée compréhensive, avec les outils issus du cadre théorique de la double approche ergonomique et didactique (Robert & Rogalski, 2002). L’identification et la caractérisation des pratiques enseignantes ordinaires (effectives) en résolution de problèmes s’appuiera également sur des entretiens menés avant et après ces séances avec les enseignant·es de sorte à mieux comprendre leurs objectifs, leurs choix mais aussi les contraintes qui pèsent sur leur enseignement. Par ailleurs, l’ensemble des énoncés des problèmes proposés aux élèves pendant l’année seront recueillis afin d’en étudier la nature et l’articulation, dans le but de mieux saisir l’itinéraire cognitif que proposent les enseignant·es à leurs élèves.

Notre recherche vise, dans un deuxième temps, la mise en place d’un travail collaboratif avec les enseignant·es observé·es, l’enjeu étant de mieux comprendre certains aspects de leurs pratiques professionnelles, d’engager une réflexion commune quant à des moyens de soutenir la mise en œuvre de la résolution de problèmes dans les classes et donc de générer de nouveaux savoirs, à partir du double point de vue chercheur·euses-praticien·nes (Bednarz, 2015). Il s’agira ensuite d'analyser leur potentielle évolution à la suite d’un tel travail collaboratif : notre thèse cherche ainsi à étudier l’effet du dispositif de formation sur les pratiques des enseignant·es. Ainsi, l’année suivant ce travail collaboratif, de nouvelles observations et analyses seront réalisées en vue de repérer un possible changement de leurs pratiques.

Das Fach bzw. Modul «Medien und Informatik» ist ein in sich sehr interdisziplinäres Feld, weil gesellschaftlich-kulturelle Fragen, technologische und anwendungsorientierte in gleichem Masse eine Rolle spielen. Das noch sehr junge Fach kann bisher kaum auf fachspezifische bzw. fachdidaktische Forschungsmethoden Bezug nehmen, weshalb vorliegende Arbeit relevant erscheint.

Es zeigt sich in verschiedenen Studien eine erhebliche Bedeutung von teacher beliefs für die Bildungsforschung (Pajares, 1992) und Pintrich beschreibt beliefs als das wertvollste psychologische Konstrukt für die Lehrerinnen- und Lehrerbildung (1990). Gerade für ein junges Fach, wie Medien und Informatik, welches die Studierenden selbst nicht in der Form erlebt haben, bieten die beliefs einen wichtigen Ausgangspunkt fachdidaktischer Ausbildung.

Das Forschungsprojekt untersucht die Vorstellungen bzw. teacher beliefs (Kirchner, 2016) von angehenden Primarlehrpersonen in Bezug auf Medien- und Informatikunterricht vor und nach einem fachdidaktischen Seminar anhand von Zeichnungen. Vorliegender Beitrag vergleicht die Ergebnisse des für diese Arbeit ausgearbeiteten bildanalytischen qualitativen Verfahrens mit denen des Kodierschemas DMECS-R (anonym, 2022).

Die fachdidaktische Ausbildung in Medien und Informatik zum Untersuchungszeitpunkt bestand aus einem informatik- und mediendidaktischen Einführungsseminar «Produktive Medienarbeit» und einem fachdidaktischen Seminar «Moduldidaktik». Vor und nach dem Seminar «Moduldidaktik» baten wir die Studierenden ihre Vorstellung von Medien- und Informatikunterricht zu zeichnen.

Zeichnerische Methoden (Thomas et al., 2001) sind in unterschiedlichen Fachdidaktiken bereits genutzt worden z.B. in Mathematik (Utley et al., 2020), Technik (Vo & Hammack, 2021) oder Physik (Markic & Eilks, 2007). Ein spezifisches methodisches Vorgehen zum Kodierprozess selbst wurde jedoch noch nicht entwickelt. Die vorliegende Arbeit schliesst diese Lücke mit einem aus der Segmentanalyse von Roswitha Breckner (Breckner, 2010) abgeleiteten Verfahren.

Es wurden die Zeichnungen zweier Studierenden mittels eines iterativen Vorgehens segmentanalytisch ausgewertet und die Auswertung kommunikativ validiert. Zusätzlich wurden die Ergebnisse einer Inhaltsanalyse der Begleittexte und eines Interviews in die qualitative Auswertung einbezogen.

Im Vergleich zum DMECS-R, welches Oberflächenstrukturen der teacher beliefs aufdecken konnte und fachdidaktisch relevante Ergebnisse im Hinblick auf die Vorstellungen der Studierenden über Medien- und Informatikunterricht lieferte, konnten mit der Segmentanalyse tieferliegende, unbewusste Bildbedeutungen, die nicht an einzelnen Objekten im Bild festhaltbar sind, erfasst werden. Weiterhin wird aufgezeigt, dass die Segmentanalyse zusätzliche Einblicke in die teacher beliefs der Studierenden eröffnet. Einzugebender Text bietet eine umfassende Einführung in die Adaption der Segmentanalyse zur Auswertung von Bildern im fachdidaktischen Kontext und zeigt anhand einiger Kernaussagen auf, wie Tiefenstrukturen von teacher beliefs sichtbar werden.

Gestaltungsunterricht in der Schweiz ist ein obligatorischer Bestandteil des Fächerkanons der obligatorischen Schule. Als solcher ist er Teil des allgemeinen Bildungsauftrags der Schule, der darin besteht, Kinder und Jugendliche zu kritischen, verantwortungsbewussten und unabhängigen Bürgern einer zukünftigen Gesellschaft heranzubilden (CIIP 2010; D-EDK 2016). Es ist daher sowohl im Hinblick auf die Fachdidaktik als auch auf die Allgemeinbildung durchaus relevant, den Unterricht in gestalterischen Fächern zu untersuchen, in denen wir eine spezifische Dynamik vorfinden: die ständige und zentrale Interaktion zwischen Mensch und Objekt. Design ist eine Disziplin, die sich stark an den Bedürfnissen der Gesellschaft orientiert. Designunterricht bietet deswegen die Möglichkeit, sich über die Konzeption und Gestaltung von Objekten zahlreichen aktuellen Problematiken zu nähern. Designunterricht aus der Perspektive von soziologischen und philosophischen Konzepten betrachtet, wie z. B. der Technologieidee von Simon (1996) oder der Akteur-Netzwerk-Theorie von Latour (1994), eröffnet Möglichkeiten, ein fachdidaktisches Modell zu entwickeln, das die Interaktion zwischen Individuum und Objekt im gestalterischen Lernprozess präzisiert.

In einer systematischen Literaturanalyse zur Rolle und Bedeutung zur Interaktion von Objekten und Menschen wurden Theorien und Konzepte verschiedener Autoren aus verschiedenen Disziplinen wie Philosophie, Psychologie, Soziologie und den Neurowissenschaften untersucht. Diese Analyse erlaubt es, Ansätze aus verschiedenen Disziplinen zu identifizieren, die für die Entwicklung eines didaktischen Modells für den Gestaltungsunterricht sprechen, der die Objektinteraktion als fachspezifisches Element in den Vordergrund stellt.

Identifiziert wurden hier vor allem Konzepte wie die erzählende Funktion von Objekten über die Entstehung sozialer Strukturen (Simon 1996), die Fähigkeit von Objekten, eine soziale Situation zu gestalten (Latour 1994), der Aufforderungscharakter von Objekten zu bestimmten Handlungen (Objektaffordanz) (Latour 1994; De Los Reyes 2023) und letztlich auch die Auswirkung auf die kognitive Entwicklung durch die sensorielle Auseinandersetzung mit Objekten (Raynal & Rieunier 1997).

Die Ergebnisse der Analyse erlauben die Entwicklung eines fachdidaktischen Modells – das Modell «ODA – Objekt als didaktischer Agent», das neben den klassischen Akteuren des Gestaltungsunterrichts - den Lernenden, den Lehrenden und dem situativen Kontext – das Objekt als weiteren Agenten identifiziert und bewusst für die Ausgestaltung des gestalterischen Lernprozesses nutzt.

Der Beitrag stellt die Ergebnisse der Analyse sowie das fachdidaktische Modell ODA vor und gibt einen Ausblick auf eine empirische Untersuchung zur Verifizierung des Modells.

Der Vortrag kann auf deutsch und/oder französisch gehalten werden.

In der präsentierten Unterrichtseinheit haben Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, die Verbindung zwischen natürlichen Gegebenheiten und der Entstehung alter Hochkulturen zu erforschen. Dabei liegt ein starker Fokus auf praktischen Aktivitäten. Nachdem die Schüler zuvor Ägypten als Hochkultur studiert haben, werden sie ermutigt, zu verstehen, wie natürliche Faktoren zur Bildung solcher Zivilisationen beigetragen haben und über die Bedeutung eines schriftlichen Rechtssystems für ein erfolgreiches Zusammenleben nachzudenken, wobei der Codex Hammurabi als Schwerpunkt dient.

Die Theorie besagt, dass natürliche Bedingungen die Entwicklung zentral organisierter Kulturen beeinflussen können, was jedoch diskussionswürdig ist. Dennoch kann für die Hochkulturen des Alten Ägyptens und Babyloniens behauptet werden, dass die Natur der jeweiligen Flüsse Nil, Euphrat und Tigris Herausforderungen darstellte, die nur von organisierten Gesellschaften bewältigt werden konnten. Die schwankende Intensität der Nilüberschwemmungen erforderte beispielsweise bauliche Maßnahmen sowohl zur Nutzung als auch zum Schutz vor dieser Naturgewalt. In Mesopotamien führten die großen Mengen an Sedimenten, die von den großen Flüssen mitgeführt wurden, regelmäßig zu versandeten Häfen und Bewässerungskanälen. Gelegentlich mussten sumpfige Gebiete entwässert werden, da sie Brutstätten für Krankheiten wie Malaria darstellten. Großprojekte zur Bewässerung und Flutkontrolle in beiden Hochkulturen erforderten die organisierte Zusammenarbeit einer großen Gruppe von Menschen. Um dieses Zusammenleben funktionsfähig zu machen, waren klare Regeln unerlässlich. Eines der ältesten schriftlich festgehaltenen Gesetze, der Codex Hammurabi (CH), dient als Beispiel. Trotz wissenschaftlicher Debatten über seinen genauen Zweck verkörpert er das Prinzip des lex talionis. Obwohl dieses antike System heute möglicherweise grausam erscheint und mit zeitgenössischen rechtlichen Standards unvereinbar ist, diente das talionische Prinzip sowie das schriftliche Gesetz im Allgemeinen dazu, die Eskalation von Gewalt zu verhindern. Infolgedessen stellt das talionische Prinzip, wie es im CH verkörpert ist, einen Schritt zur Regelung des gesellschaftlichen Zusammenlebens dar, eine unverzichtbare Voraussetzung für ein erfolgreiches Zusammenleben in der Gemeinschaft. Die schriftliche Dokumentation und öffentliche Präsentation von Gesetzen bietet zudem die Möglichkeit, Ungerechtigkeiten anzuprangern und Rechte einzufordern. In der vorgestellten Doppelstunde liegt der Schwerpunkt vor allem auf der Förderung der reflexiven Kompetenz der Schüler.

Die interaktive Beziehung zwischen menschlicher Kultur und Natur, wie sie im Alten Ägypten und in Babylon repräsentativ dargestellt ist, dient als Modell dafür, wie Menschen auf ihre Umwelt reagieren und in natürliche Prozesse eingreifen. Dieses Konzept ist heute angesichts der Herausforderungen des Klimawandels, einem weiteren Ergebnis des Wechselspiels zwischen Kultur und Natur, besonders relevant. Daher verdeutlicht die Untersuchung der Ursprünge antiker Hochkulturen als Reaktion auf Naturgefahren den Schülern, wie Menschen ihr schöpferisches Potenzial einsetzen können, um sich angesichts natürlicher Zwänge zu behaupten.

Darüber hinaus ermöglicht die Beschäftigung mit dem CH den Schülern ein Verständnis für die Bedeutung eines schriftlichen Rechtssystems für das gemeinsame Leben in der Gemeinschaft. Der CH eignet sich besonders gut dafür, das Verständnis für grundlegende Rechtsprinzipien wie das Prinzip der Gleichbehandlung zu schärfen. In der 6. Klasse befinden sich die Schüler auf einer Entwicklungsstufe, in der sie möglicherweise die Konsequenzen ihres Handelns noch nicht vollständig erfassen. Dennoch kann das Verständnis für die Verbindung zwischen dem menschlichen Einfluss auf die Umwelt und der Bedeutung allgemeiner Regeln zur Entwicklung eines verantwortungsvollen Verhaltens beitragen.