empirische Studien: Lernmedien und Lernerfolg reale und virtuelle Materialien im Physikunterricht

L-Forschung.de Seminar Dortmund 2005, Claus Brell

empirische Studien:Lernmedien und Lernerfolg

reale und virtuelle Materialien im Physikunterricht

Kooperation Universität Bremen (Horst Schecker)Universität Dortmund (Heike Theyßen)Universität Düsseldorf (Dieter Schumacher)Bearbeitung: Claus Brell

Start: Ende 2002geplanter Abschluss: Ende 2006aktuell: Voruntersuchungen


Ziel

Einsatz Neuer Medienin der Schule istpositiv besetzt

Experimente sindwichtiger Bestandteildes Physikunterrichtes

Forschungsergebnissezur Lernwirksamkeit derneuen Medien uneinheitlich

Empirischer Vergleich der Lernwirksamkeit verschiedener Lernumgebungen- mit realen und computerbasierten Materialien - mit gleichen Rahmenbedingungen- unter Berücksichtigung der Lernervoraussetzungen

Ziel

Stand heute


Forschungsstand

Einfluss der Art der Lernumgebung auf den Lernzuwachs ist von personenbezogene Aspekten abhängig(Blömeke 2003, Kummer 2000)

Einsatz des Computers fördert den Gebrauch einer physikbezogenen Sprache(Hucke 2000, Buty 2002)

Es wird unterstellt: Vorwissen und kognitive Fähigkeiten haben einen positiven Einfluss auf den Lernerfolg.(Nerdel 2002)

Befunde und Hinweise


Fragestellung

Bewirken virtuelle Experimente und Computeranimation vergleichbaren Lernzuwachs wie Realexperimente und grafische Modelle?

Untersuchungen mit Schülern der achten Klasse an Gymnasien

Optik des Auges

ThemaundPbn

Laborstudie: herausgelöst aus Schulalltag


Differenzierung nach Welten

Verknüpfung

„Kennen“ und „Können“

Welt der Phänomene Welt der mathematischen Modelle

Lernzuwachs

Welten: Schoster 1998, Buty 2002


Medien (Phänomene)

Das IBE zeigt Phänomene!

ExperimentundIBE

[Demo]


Medien (math. Modelle)


Medien und Welten

Welten

Medien

virtuell„zum Anschauen“

real„zum Anfasssen“

Welt derPhänomene

Welt dermath. Modelle

IBE„Augenmodell“

Realexperiment„Augenmodell“

Animation Strahlengang

Strahlengang-Konstruktion mitStift und Papier


Medien und Unterrichtsszenarien

SZENARIEN

MEDIEN


Fragestellung – Konkretisierung

Bewirken virtuelle Experimente und Computeranimationen vergleichbaren Lernzuwachs wie Realexperimente und grafische Modelle?

Forschungs-Frage

Unterschiede im Lernzuwachs bei den 4 verschiedenen Szenarien?konkret

Unterschiede im Lernzuwachs in den Welten (Phänomene, math. Modelle) bzw. Verknüpfung der Welten?

Wie hängt der Lernzuwachs bei den Szenarien differenziert nach Welten von den Lernervoraussetzungen ab?- physikbezogenes Selbstkonzept- für Physiklernen relevante kognitive Fähigkeiten- Computerkenntnisse- Vorwissen in geometrischer Optik

Welche Unterschiede im Lernverhalten lassen sich in den verschiedenen Szenarien beobachten?


Hypothesen ( formal, beispielhaft)

Nullhypothese H0:

Der Lernzuwachs ist in den vier Szenarien gleich

Alternativhypothese H1:

Der Lernzuwachs ist in den computergestützten Szenarienmit 95% Sicherheit (Signifikanzniveau 0,05)

um 20 % verschieden von den nicht computergestützten.

...weitere Ausdifferenzierung erforderlich


Untersuchungsdesign (Ablauf)

vier Gruppen je Schulklasse

Vorwissen, Vortest

Nachtest

Tre

atm

ent V

ideos

Schule

Uni

Begleittests(Lernervoraussetzungen, Lesekompetenz)

Arbeitsblätter (Strahlengangkonstruktion, sphärische Grenzfläche)

Unterricht


Begleittests

KognitiveFähigkeiten

Selbstkonzept

Lese-kompetenz

Kognitive Fähigkeiten, Selbstkonzept, Computerkenntnisse, Lesekompetenz

Zeitaufwand maximal 45 Min. „brutto“

Computerk.

Auszug aus KFT: Q2, N2, N3, geplant V3

Reduzierte Itemzahl, Bearbeitungszeit 4 Min je Subtest

Selbsteinschätzung

Aufgabe analog Pisa, ggf. obsolet mit KFT V3

Selbsteinschätzung


motivationale Aspekte / Interessantheit

MessungderInter-essantheit

Interessantheit: Person – Gegenstand – Relation

hier: Schüler – Unterricht - Relation

Messung: Selbstauskunft des Schülers über sein momentanes Befinden.

Messung

Jetzt im Moment finde ich den Unterricht..

1 * während der Begleittests

2 * jeweils bei der Bearbeitung eines Arbeitsblattes

3 * während des Treatments

Referen

z


Vorwissen, Vor- und Nachtest

Aufbau Vorwissen: etwa 10 Items, 7 Min. Zeit

Vor- und Nachtest: gleich, 22 Items, 15 Min. Zeit

Items: Multiple Choice, eine richtige Antwort

Vignetten-Technik

SituationsbeschreibungFragestellung( ) Distraktor.....( ) richtige Antwort.....( ) Distraktor

Items differenziert nach Welten und Lösungsmöglichkeiten:einschrittige , mehrschrittige, Kombinations-Lösungen.

?


Itemkonstruktion

Möglichkeiten

SituationsbeschreibungFragestellung( ) Distraktor( ) Distraktor ( ) Distraktor ( ) richtige Antwort( ) Distraktor

Feste Anzahl :4 Distraktoren „Ratezwang“

SituationsbeschreibungFragestellung( ) Distraktor( ) Distraktor .....( ) richtige Antwort[ ] Ausweichantwort

Nur attraktive Distraktoren,Ausweichmöglichkeit

Alternative Gestaltung der Antwortmöglichkeiten:

4 Distraktoren,Ratezwang, Angabe der Antwortsicherheit

SituationsbeschreibungFragestellung( ) Distraktor( ) Distraktor ( ) Distraktor ( ) richtige Antwort( ) Distraktor Sicher?[ ] ja [ ] nein


Welt der Phänomene

Welt dermath. Modelle

Verknüpfungder Welten

Szenarioklassischnur Real

Szenariomultimedial1Realexp.+Animation

Szenariomultimedial2IBE+Stift / Papier

Szenariovirtuellnur Computer

...so etwas soll herauskommen...

Lernzuwachs


Erste Befunde

… aus Begleittests

Häufigkeitsverteilungen

physik. Selbstkonzept

41 Pbn; α=0,93

Korrelation Selbstkonzept und kognitiven Fähigkeiten: r=0,29 (20 Pbn)

Korrelation zwischen Selbstkonzept und Interessantheit: r=0,15 (20 Pbn)

Korrelationen

0

2

4

6

8

10

12

14

5 bis 8 9 bis 12 13 bis 16 17 bis 20 21 bis 24 25 bis 28

Computerkenntnisse kognitive Fähigkeiten

20 Pbn, α = 0,80 20 Pbn, α = 0,89


Erste Befunde

… aus Vor- und Nachtest, 1. Vorstudie mit 20 Pbn

Bearbeitungsdauer Nachtest: 23 Items, zwischen 6 und 15 Minuten

Nutzung der „Ausweichantwort“:Vortest: 22 %Nachtest: 5 %

Vor- und Nachtest noch in der Entwicklung!

… aus Vor- und Nachtest, 2. Vorstudie mit 22 Pbn

Angabe „ziemlich Sicher“ = jaVortest: 10 %, α = 0,66Nachtest: 50 %, α = 0,9

Korrelation Vorwissen / Lernzwachs: r=0,5*

Korrelation Selbstkonzept /Lernzuwachs:: r=0,4

Korrelation KFT /Lernzuwachs:: r=0,27


Zeitplan

Entwicklung der Begleittests

Entwicklung der Leistungstests

Entwicklung der Fragestellung

Voruntersuchungen

Hauptuntersuchung

Zusammenfassung der Ergebnisse

Ende 2002 bis E

nde 2006

Entwicklung der Unterrichtsszenarien


Diskussion

Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit

Aktuelle Informationen:www.L-Forschung.de

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? Workshopangebot:

Expertenrating:Itemschwierigkeit und Einordnung in Welten

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