Forschung

Das Projekt ist Bestandteil des Transregios 419 SHARP - Simulation-Based Learning in Higher Education. Advancing Research on Process Diagnostics and Personalised Interventions. Übergreifendes Ziel von SHARP ist es, einen Beitrag zur Theoriebildung über die Personalisierung des Lernens mithilfe von Simulationen an der Hochschule zu leisten. Der TRR fokussiert als Forschungskontext auf Diagnose und Intervention – zwei professionelle Praktiken, die in vielen akademischen Professionen von großer Bedeutung sind. Das an der Professur für Didaktik der Physik der TUM durchgeführte Teilprojekt verwendet Videosimulationen zur Förderung der professionellen Wahrnehmung angehender Lehrkräfte beim Diagnostizieren von Chemie- und Physikunterrichtssituationen, die forschendes Lernen beinhalten. In drei experpiemtellen Studien erforscht das Projekt die Bedingungen für effektives personalisiertes repräsentationales Scaffolding, indem die Informationskomplexität der Situation über das erforderliche PCK (fachdidaktisches Wissen) und die Salienz der zu diagnoserelevanten Aspekte an die Bedürfnisse der Lernenden angepasst wird. Das Projekt vergleicht dabei die Wirkung verschiedener Anpassungsgrundlagen (Lernvoraussetzungen und -prozesse) auf kognitive und motivationale Lernprozesse und Lernergebnisse.

Projektleitung: Andreas Vorholzer, Jenna Koenen (TU München), Birgit Neuhaus (Ludwig-Maximilian Universität München)
Mitverantwortliche: Tina Seidel (TU München)
Mitarbeiter*innen im Projekt: Monika Stoeber (TU München)

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542251251

Im Physikunterricht sollen die Lernenden erstens die Inhalte verstehen, um damit neue Probleme lösen zu können (Transfer); zweitens sollen sie sich die Inhalte langfristig merken (Behalten). Um künftiges Lernen zu erleichtern, sollte Unterricht das Erreichen beider Ziele (Transfer und Behalten) simultan fördern (z. B. um konzeptuelle Kenntnisse zum Zusammenhang von Kraft und Bewegung bei linearen Bewegungen für das spätere Lernen zu Rotationsbewegungen nutzbar zu machen). Obwohl beide Ziele idealiter gleichzeitig zu verfolgen wären, wird deren Erreichen zumeist in verschiedenen Forschungsfeldern untersucht. So wird etwa Wissenskonsolidierung (Behalten) in der Forschung zu Abrufübungen untersucht, während verständnisorientiertes Lernen als Voraussetzung für Transfer in der Forschung zum generativen Lernen untersucht wird. In diesem Projekt kombinieren wir im Physikunterricht Abrufübung und generatives Lernen, hier mit Fokus auf Selbsterklärung und das Vergleichen von Beispielen. Wir testen, ob damit nachhaltiger Lernerfolg (gemessen nach acht Wochen) in Bezug auf Behalten von Fakten, Transfer und Erleichtern künftigen Lernens gefördert werden kann.

Projektleitung: Prof. Dr. Alexander Renkl (Universität Freiburg), Prof. Dr. Claudia von Aufschnaiter (Justus-Liebig-Universität Gießen)
Mitverantwortliche: Alexander Eitel (Justus-Liebig-Universität Gießen), Tino Endres (Universität Freiburg), Andreas Vorholzer
Mitarbeiter*innen im Projekt: Johanna Bohm (Universtität Freiburg)

Homepage: https://www.uni-wuerzburg.de/for5254/start/

Das Projekt ist Teil der DFG-Forschungsgruppe 5254: Nachhaltiges Lernen: Kognitive Mechanismen und effektive Umsetzung im Unterricht, die von Prof. Dr. Tobias Richter (Universität Würzburg) geleitet wird. Förderkennziffern: RE 1040/20-1 und AU 155/12-1

Digitale Lernumgebungen wurden in den letzten Jahren an deutschen Hochschulen zunehmend in den Blick genommen, um u. a. Studierenden mit ungünstigen Lernvoraussetzungen das Aufholen fehlender Vorkenntnisse zu ermöglichen und so einen Beitrag zum Studienerfolg zu leisten. Digital vorgehaltenen Angebote erscheinen vielversprechend, weil sie den Lernenden eine selbstbestimmte und flexible Bearbeitung ermöglichen. Empirische Befunde zeigen jedoch, dass das Potential solcher Umgebungen bisher von vielen Lernenden nicht optimal genutzt wird, z. B. weil die Bearbeitung nicht persistent erfolgt oder nach kurzer Zeit abgebrochen wird. Ein Grund hierfür scheint zu sein, dass das selbstbestimmte Lernen mit digitalen Lernangeboten hohe Anforderungen an die Selbstregulation der Lernenden stellt, z. B. weil eigenen Fähigkeiten und Nachholbedarfe realistisch eingeschätzt sowie passende Angebote ausgewählt und aufgesucht werden müssen. Um Lernende bei der selbstregulierten Bearbeitung zu unterstützen, sind Erkenntnisse dazu erforderlich, wie Bearbeitungs- und Selbstregulationsprozesse in digitalen Umgebungen ablaufen und welche Schwierigkeiten dabei auftreten. Erkenntnisse dieser Art liegen bisher fast ausschließlich für Umgebungen vor, in denen Lernenden Informationen (Fakten, Erklärungen etc.) z. B. in Form von Texten oder Videos zur Verfügung gestellt werden (z. B. Hypermedia-Umgebungen). Im Gegensatz dazu wird das selbstregulierte Lernen in Umgebungen, in denen vor allem (mit Informationen angereicherte) Aufgaben bearbeitet werden, selten in den Blick genommen. Die Bearbeitung von Aufgaben wird jedoch als für das Lernen wesentlich angesehen und ist zudem Teil der akademischen Lehr-/Lernkultur in den MINT-Fächern. Hier setzt das Projekt an: In einer ersten Studie sollen die Bearbeitungs- und Selbstregulationsprozesse von Physikstudierenden bei der Bearbeitung einer digitalen aufgabenbasierten Lernumgebung zu Grundlagen der Mechanik erfasst sowie selbstregulationsbezogenen Schwierigkeiten identifiziert werden. Es soll zudem untersucht werden, in welchem Zusammenhang diese Prozesse sowie das Auftreten spezifischer Schwierigkeiten mit ausgewählten Personenmerkmalen und dem Lernerfolg stehen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen nicht nur zu einem besseren Verständnis der ablaufenden Selbstregulationsprozesse beitragen, sondern auch Hinweise für die Entwicklung von Maßnahmen liefern, mit denen eine persistente Bearbeitung unterstützt werden kann. Einzelne besonders vielversprechend erscheinende Maßnahmen sollen in einer zweiten Studie in die Lernumgebung implementiert und deren Effekt auf die Bearbeitungs- und Selbstregulationsprozesse in einem experimentell angelegten Setting untersucht werden. Das Projekt soll so einen Beitrag dazu leisten, die Mechanismen gelingender und misslingender selbstregulierter Nutzung aufgabenbasierter Lernumgebungen zu verstehen und Hinweise für die Entwicklung erfolgreicher(er) Unterstützungsmaßnahmen abzuleiten.

Projektleitung: Andreas Vorholzer, Alexander Eitel (Justus-Liebig-Universität Gießen)
Mitverantwortliche: Claudia von Aufschnaiter (Justus-Liebig-Universität Gießen), Joachim Stiensmeier-Pelster (Justus-Liebig-Universität Gießen)
Mitarbeiter*innen im Projekt: Julius Weckler (TU München), Jonas Gabi (Justus-Liebig-Universität Gießen), Anna Kienitz (Justus-Liebig-Universität Gießen)

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - VO2255/1-1 & EL1080/3-1

DigiProMIN ist ein Projektverbund unter der Leitung von Prof. Dr. Katharina Scheiter, der aus insg. neun deutschen Universitäten besteht und Teil des BMBF-geförderten MINT-Kompetenzzentrums ist. Ziele von DigiProMIN sind unter anderem die forschungsbasierte Entwicklung von fachspezifischen und fächerverbindenden Professionalisierungsbausteinen für die Gestaltung digital gestützten Unterrichts in Mathematik, Informatik und den Naturwissenschaften. Im Zuge der Entwicklung dieser Bausteine sollen Möglichkeiten des effektiven Einsatzes digitaler Medien in der Fort- und Weiterbildung von Lehrkräften identifiziert und prototypisch umgesetzt werden. Der Physik-Cluster innerhalb des Projektverbunds widmet sich diesen übergeordneten Zielen im Kontext des forschend-entdeckenden Lernens im Physikunterricht. Innerhalb des Clusters wird eine digital-gestützte Lehrerfortbildung entwickelt, die aus mehreren Basis- und Aufbaumodulen besteht, und den Aufbau von professionellen Kompetenzen zur Planung und Umsetzung von digital-gestütztem forschend-entdeckendem Lernen unterstützt.

Schwerpunkt des Teilprojekts am Lehrstuhl für Physikdidaktik der TUM ist die Entwicklung eines Vertiefungsmoduls, das Lehrkräfte dabei unterstützen soll, im Kontext des forschend-entdeckenden Lernens mit Hilfe digitaler Werkzeuge den Aufbau fachmethodischer Kompetenzen (z. B. aus dem Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung) von Lernenden zu fördern. Entsprechende Ansätze (insb. explizite Instruktion; Vorholzer et al., 2019) und deren digitale Umsetzung werden exemplarisch am Schritt „Fragen & Hypothesen formulieren“ des Forschungsprozesses aufbereitet. Zentrale Elemente des Vertiefungsmoduls sind die digital-gestützte Erarbeitung fachdidaktischer und digitalisierungsbezogener Grundlagen zur Umsetzung expliziter Instruktion, die co-konstruktive Entwicklung einer spezifischen Unterstützungsmaßnahme für den eigenen Unterricht, die Erprobung dieser Maßnahme im Unterricht und eine gemeinsame Reflexion der Erprobung.

Projektleitung des Teilprojekts: Andreas Vorholzer
Mitverantwortliche: Knut Neumann (IPN Kiel)
Kooperationspartner im Cluster: Andreas Borowski (Universität Potsdam), Burkhard Priemer (Humboldt-Universität zu Berlin), Jochen Kuhn (Ludwig-Maximilian-Universität München)
Mitarbeiter*innen im Projekt: Pervin Aygül (TU München)

Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung, Familie, Ernährung, Seniorn, Frauen und Jugend (BMBFSFJ).

Das Projekt ist Teil des Kompetenzzentrums DigiProMIN – Digitalisierungsbezogene und digital gestützte Professionalisierung von MIN-Lehrkräften. In dem Zentrum kooperieren neun deutsche Universitäten. Weitere Informationen zu diesem und weiteren Kompetenzzentren finden Sie hier.

In einer Zeit, in der gesellschaftliche und politische Diskurse über wissenschaftliche Themen mitunter als „postfaktisch“ bezeichnet und von Debatten um „Fake-News“ und „Fake-Science“ begleitet werden, kommt dem Aufbau eines angemessenen Verständnisses naturwissen­schaftlicher Denk- und Arbeitsweisen eine besondere Bedeutung zu. Ein wissenschaftliches Studium sollte Studierende u. a. dazu befähigen, sich kritisch und reflektiert mit Ergebnissen (pseudo-)wissenschaftlicher Forschung auseinanderzusetzen, zwischen der Wertigkeit eigener, persönlicher Erfahrungen und Überzeugungen auf der einen Seite und wissen­schaftlich fundierten Erkenntnissen auf der anderen Seite klar zu unterscheiden, um sich in gesellschaftlichen Diskursen positionieren zu können.

Obwohl Studierende im Kontext der universitären Ausbildung mit (natur-)wissenschaftlichen Methoden und Ergebnissen vielfältige Berührungspunkte haben, werden die spezifischen Denk- und Arbeitsweisen und deren Relevanz z. B. für den „Wissenschaftsbetrieb“ an der Universität, für naturwissenschaftliche, technische oder medizinische Berufsfelder sowie für gesellschaftliche Frage­stellungen vergleichsweise selten explizit zum Gegenstand gemacht. Hier setzt das Projekt an. Ziel des Projekts ist es, digitale Lernbausteine zu zentrale natur­wissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen (u. a. das Planen variablenkontrollierter Untersuchungen, die Analyse der Qualität von Evidenz, die Auswertung und Aufbereitung von Daten) zu entwickeln und im Sinne eines Flipped-Classroom-Ansatzes mit spezifischen Prakti­kumsversuchen zu verknüpfen. Die Abstimmung zwischen den beteiligten Disziplinen (Biologie, Chemie, Physik und Medizin) soll unterstützen, dass die angestrebten Denk- und Arbeitsweisen nicht isoliert gelernt, sondern miteinander vernetzt und fächerübergreifend angewendet werden können. Die Nutzung digitaler Medien trägt dabei der aktuellen gesellschaftlichen und bildungs­politischen Entwicklung Rechnung und leistet einen Beitrag zur Flexibilisierung und Öffnung des Studiums , ohne die Verbindlichkeit und den Ertrag der Anwesenheit am Lern- und Bildungsort Universität aufzulösen.

Neben der Entwicklung der Lernaubsteine soll das Projekt Erkenntnisse dazu liefern, welche Lernziele aus der Sicht von Lehrenden und Studierenden in den naturwissenschaftlichen Praktika besonders relevant sind und welche Maßnahmen typischerweise ergriffen werden, um diese Ziele zu erreichen.

Projektleitung: Andreas Vorholzer, Nicole Graulich (Justus-Liebig-Universität Gießen), Prof. Dr. Dittmar Graf (Justus-Liebig-Universität Gießen)
Mitarbeiterin im Projekt: Julia Ortmann (Justus-Liebig-Universität Gießen)

Laufzeit: 04/2020 - 04/2022

Gefördert durch zentralen und dezentralen QSL-Mittel der Justus-Liebig-Universität Gießen