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Die Kultusministerkonferenz, Hochschullehrende und Studierende fordern den Einsatz digitaler Medien in der Hochschulbildung. Die vielfältigen Potentiale digitaler Technologien sollen genutzt werden, um die Lehre weiterzuentwickeln sowie den aktuellen und zukünftigen Herausforderungen von Hochschulen entgegenzuwirken. Beschleunigt durch die Covid-19-Pandemie ist der Einsatz digitaler Technologien in Bildungsinstitutionen in Deutschland eines der aktuell bedeutendsten Themen der Hochschul- und Schulentwicklung. In Bezug auf die Ausbildung von Lehramtsstudierenden fordert die Kultusministerkonferenz (KMK) (2017) eine systematische Herangehensweise, damit zukünftige LehrerInnen relevante digitale Kompetenzen erlangen, um erfolgreich digitale Technologien in der Schule einsetzen zu können.
Studien zeigen jedoch, dass die Möglichkeiten der Digitalisierung bisher nur unzureichend in der Lehre an den Hochschulen in Deutschland (Dittler & Kreidl, 2018; Gilch et al., 2019; Schmid et al., 2017) und speziell in der Lehramtsausbildung (Maxton-Küchenmeister & Meßinger-Koppelt, 2020) realisiert wurden. Dies überrascht, da die Forschung Konzepten und Lernmedien mit digitalen Technologien großes Potential einräumt (z. B. Hillmayr et al., 2017; Ma et al., 2014). Konzepte wie das flipped classroom (Al-Samarraie et al., 2019) oder die Interaktivität (Sosa et al., 2011) können großen Einfluss auf den Lernerfolg von Studierenden haben. Insgesamt kann die Nutzung von digitalen Technologien die Hochschullehre individualisierter, attraktiver, effektiver und flexibler machen (Arnold et al., 2015; Dittler & Kreidl, 2018; Issing & Klimsa, 2009; Popp & Ciolau, 2017; Wachter et al., 2016; Xu & Xu, 2019).
Basierend auf diesen Forderungen und Forschungsergebnissen ist das zentrale Ziel dieser Dissertation die nötige Weiterentwicklung der Hochschullehre von Lehramtsstudierenden der Naturwissenschaften durch die Nutzung digitaler Technologien, um die digitalen Kompetenzen der Lehramtsstudierenden zu stärken. Diese Weiterentwicklung ist in diesem Projekt durch das Modell der Partizipativen Aktionsforschung für die Hochschullehre organisiert (Tolsdorf & Markic, 2018). Mit dem Modell werden neue Lehrkonzepte und digitale Medien in zyklischen Prozessen entwickelt, erprobt, evaluiert und verbessert. Damit die geplanten Neuentwicklungen jedoch lernförderlich für die Studierenden sein können, werden als Teil der Diagnostik, die Lehramtsstudierenden der Naturwissenschaften im Hinblick auf ihr Wissen, ihren Einstellungen und Lernausgangsbedingungen bezüglich digitaler Technologien, beforscht. Konkret werden die Student Readiness for Online Learning (Martin et al., 2020a), das Technological Pedagogical and Content Knowledge (TPACK) (Koehler & Mishra, 2008) und die Überzeugungen von Lehramtsstudierenden bezüglich digitaler Technologien (Admiraal et al., 2017) untersucht, da diese das Lernen und auch das zukünftige Unterrichten von Studierenden mit digitalen Medien beeinflussen (Ertmer & Ottenbreit-Leftwich, 2010; Guzey & Roehrig, 2009). Diese Erkenntnisse werden im Rahmen dieser Arbeit für die Weiterentwicklung der Lehrkonzepte und der digitalen Medien genutzt, sie sind jedoch auch von allgemeinem Forschungsinteresse. Resultierend aus diesen Zielvorgaben, konstituiert sich dieses Dissertationsprojekt in einen Forschungs- und einen Entwicklungsteil.
Im Forschungsteil werden dementsprechend die Student Readiness for Online Learning, das TPACK und die Beliefs der Lehramtsstudierenden der Naturwissenschaften gegenüber digitalen Technologien in quantitativen Forschungsdesigns untersucht. Die Forschungsergebnisse bezüglich der Student Readiness for Online Learning zeigen, dass Lehramtsstudierenden der Naturwissenschaften grundsätzlich bereit sind mit digitalen Medien zu lernen. Sie schätzen die nötigen Fähigkeiten als generell wichtig für ihr eigenes Lernen ein, sind sich jedoch unsicher, ob sie diese Fähigkeiten erwerben können. Bei der Erforschung der Beliefs der Lehramtsstudierenden zeigt sich, dass sie digitale Medien als etwas bis relativ wichtig und unterstützend in ihrem Lernen und zukünftigem Unterrichten ansehen. Die Untersuchung des TPACKs zeigt, dass Studierende unentschieden sind, inwieweit sie das relevante Wissen zur Nutzung digitaler Medien in ihrem zukünftigen Unterricht haben. Durchgeführte Vergleichsstudien mit den USA dokumentieren, dass Lehramtsstudierende in Deutschland signifikant weniger bereit sind mit digitalen Medien zu lernen und diese als erheblich weniger wichtig und unterstützend für ihr Lernen und zukünftiges Unterrichten einschätzen. Außerdem sehen sich deutsche Lehramtsstudierende als signifikant weniger kompetent an, relevante Fähigkeiten zu erwerben und mit digitalen Technologien zu unterrichten.
Im Entwicklungsteil dieser Dissertation werden diese umfangreichen Erkenntnisse in der Entwicklung der Lehrkonzepte und Medien berücksichtigt. So konnten sowohl zwei erfolgreiche Lehrveranstaltungen, die das flipped classroom-Konzept gewinnbringend einsetzen, als auch interaktive Lernmedien entwickelt werden. Die Mixed-Methods-Begleitforschung zeigt, dass die interaktiven Lernmedien die Studierenden unterstützen und zu einem erfolgreichen Lehrkonzept mit digitalen Medien in der Hochschullehre beitragen können. Weiter konnte durch die entwickelten Lehrveranstaltungen das TPACK der Lehramtsstudierenden positiv beeinflusst werden. Die Beliefs der Lehramtsstudierenden der Naturwissenschaften verändern sich hingegen kaum, jedoch wurde eine selektive Veränderung der Beliefs in Bezug auf einzelne digitale Technologien durch die Covid-19-Pandemie nachgewiesen.
Auf Grundlage dieser Forschungs- und Evaluationsergebnisse wurde das Ziel der Weiterentwicklung der Hochschullehre mit digitalen Medien erfolgreich erreicht. Dabei erwies sich das Modell der Partizipativen Aktionsforschung für die Hochschullehre (Tolsdorf & Markic, 2018) basierend auf den wertvollen Resultaten und der Professionalisierung der Beteiligten, als geeignet für dieses Entwicklung- und Forschungsprojekt. Besonders die Zusammenarbeit mit den Lehramtsstudierenden war gewinnbringend für die Weiterentwicklung der Hochschullehre, da die Studierenden das Entwickelte vielfältig und tiefgehend bewerten und auf dieser Grundlage profunde Verbesserungen möglich waren. Die vielfach erprobten, evaluierten und somit abgesicherten Lehrkonzepte und Lernmedien können als innovative Beispiele von Hochschullehrenden der Fachdidaktik der Naturwissenschaften oder auch darüber hinaus genutzt werden. Dadurch könnte die Weiterentwicklung der Lehre von Hochschullehrenden vereinfacht werden. Die gewonnenen vielfältigen Erkenntnisse der Studien des Forschungsteils können auch außerhalb dieser Dissertation als wertvoll für die fachdidaktische Forschung der Naturwissenschaften angesehen werden. Die erlangten Ergebnisse geben wichtige Hinweise in Bezug auf Lehramtsstudierende und ihre potentielle Nutzung von digitalen Medien in ihrem zukünftigen Unterricht. Die entwickelten Lehrkonzepte und besonders die Lernmedien sind als Open Educational Ressource (OER) im Sinne der Nachhaltigkeit auf der selbst entwickelten Plattform nw-didaktik-digital.de bereitgestellt. Auf diese Weise kann das Entwickelte von Hochschullehrenden der Naturwissenschaften in der Lehramtsausbildung für die Innovation der Lehre einen relevanten Beitrag leisten.
e-Inclusion steht für digitale Inklusion, d. h. die Teilhabe aller an der digitalen Gesellschaft.
Immer mehr Menschen leben und arbeiten in digital vernetzten Umgebungen. Von den Vorteilen der Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) profitieren aber nicht alle im selben Umfang. Es gibt Menschen, die bislang keinen Zugang zu den neuen Medien haben oder die den Umgang mit den Kommunikationsmitteln bisher nicht erlernen konnten. Hier setzt e-Inclusion oder die digitale Inklusion an.
Das Wissen über benutzergeneriertes Design ist für die Implementierung von assistiver Technologie (AT) für alle Gruppen von Menschen mit Behinderungen wissenschaftlich belegt und praktisch erprobt mit Ausnahme von Menschen mit kognitiven Behinderungen. Es gibt kaum eine inklusive Beteiligung dieser Zielgruppe als Mitforscherinnen und Mitforscher sowie als Experten, obwohl die Nutzerforschung zur kognitiven Zugänglichkeit (cognitive accessibility) des W3C die Herausforderungen für Menschen mit Lernschwierigkeiten oder kognitiven Behinderungen bei der Nutzung von Webinhalten und -technologien beschreibt (vgl. W3C/WAI, 2016).
In den Sozialwissenschaften existieren inklusive Forschungsansätze für die Zielgruppe, in der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung (F&E) werden jedoch inklusive Ansätze bislang vermisst. Das State of the Art zeigt, dass es an Kriterien für ein inklusives Forschungsdesign und an geeigneten Instrumenten und Methoden zur Unterstützung der Kommunikation und Interaktion in Forschung und Entwicklung fehlt, um Menschen mit kognitiven Behinderungen einzubeziehen (vgl. u. a. Istenič Starčič, A.; BAGON, S. 2013). Der Ausschluss der Zielgruppe von Forschung, einschließlich der Entwicklung von assistiven Technologien (AT) und Barrierefreiheit, basiert auf Problemen bei der Überwindung von Kommunikationsbarrieren und den Annahmen, dass Menschen mit kognitiven Behinderungen keine unabhängigen Entscheidungen fällen oder wertvolle Beiträge leisten können.
Es gibt unterschiedlichste Perspektiven auf inklusive Forschung und Entwicklung. Die übergreifende Forschungsfrage lautet deshalb: Können und sollen Nutzerinnen und Nutzer mit kognitiven Behinderungen, basierend auf einem inklusiven-partizipativen Forschungsansatz, aktiv an Forschung und Entwicklung für IKT und an einem User-Centred Design Forschungsprozess teilnehmen?
TEIL A dieser Arbeit zeigt die verschiedenen Perspektiven der inklusiven-partizipativen Forschung auf, um eine Orientierung zu geben.
In TEIL B wird das Forschungskonzept IPAR-UCD im Detail vorgestellt und in die einzelnen Forschungsphasen sowie in entsprechende Instrumente und Methoden eingeführt.
Biodiversität erleben mit ortsbezogenen Spielen – Biodiversität to go (BioDiv2Go) / Finde Vielfalt
(2020)
Verantwortlich für den Artenrückgang sind v.a. wir. Die breite Bevölkerung nimmt die Biodiversität vor Ort kaum wahr und misst Kenntnis und Schutz kaum Bedeutung zu.
Um die lokale Biodiversität zu entdecken und schätzen zu lernen, wurden im Rahmen des BMBF/BMU-Projekts „Finde Vielfalt - Biodiversität erleben mit ortsbezogenen Spielen (BioDiv2Go)“ neue Zugänge entwickelt. Schlüssel ist, die Biodiversität durch zeitgemäße Technologien auf mobilen elektronischen Endgeräten (Smartphones, Tablets) erfahrbar zu machen und deren Bedeutung aufzuzeigen. Dies geschah mit sogenannten Geogames (ortsbezogenen Spielen). Die Konzeptionen des erfahrungsbasierten sowie des forschend-entdeckenden Lernens wurden hierbei in motivierender Weise verknüpft und Geogames mit unterschiedlichem Ortsbezug und für unterschiedliche Zielgruppen konzipiert. Zwei Spieletypen werden unterschieden.
(1) Bei „FindeVielfalt Simulation“ erfahren die Spieler/innen wie verschiedene Naturräume nachhaltig genutzt werden können. Über ortsbezogenen Aufgaben lernen sie in einer realen Streuobstwiese z.B. welche Bedeutung Pflanzabstände haben, wie verschiedene Obstsorten genutzt werden können und treffen Entscheidungen für Nutzungs-Dilemmata. In einer Simulation bewirtschaften sie über mehrere Spielrunden eine virtuelle Streuobstwiese. Dabei muss beides erreicht werden: ökonomischer Erfolg und Schutz der Biodiversität. Weitere Simulationen gibt es für Schafbeweidung auf Kalkmagerrasen, Rinder im Alpenvorland und Bergischen Land, Luchs, Wildkatze und Stadtökologie.
(2) Der zweite Spieletyp ist ein Such- und Sammelspiel. Beim „Grünen Schatz“ werden in der Natur verschiedene Pflanzenarten fotografiert. Die Ausprägung von unterschiedlichen Eigenschaften der Pflanzen, wie Essbarkeit, Heilwirkung oder Besonderheiten sind mit Spielpunkten hinterlegt. Ziel ist es einen vielfältigen Schatz zu sammeln. Hierbei lernen die Spieler/innen, dass Pflanzen nicht nur grün sondern auch für uns Menschen nutzbar sind.
Durch eine Variante des Design-Based-Research-Ansatzes wurde die Spielgestaltung zum Bestandteil des Forschungsprozesses mit zyklischen Analysephasen. Das Forschungsrahmenmodell wurde mit Umweltpsychologen entwickelt und die Inhalte mit Beratung durch Biologen und Naturschützern. Praktiker sowie Jugendliche waren in die Entwicklung der Spielgeschichte einbezogen.
Im Projekt wurden Kompetenzen aus Biologiedidaktik (Pädagogische Hochschule Ludwigsburg) mit der geoinformatischen Spieleforschung (Universität Bamberg) vereint. Als Umsetzungspartner trug das Deutsche Jugendherbergswerk als bundesweiter Träger dazu bei, das Konzept flächendeckend umzusetzen und eine Langfristigkeit zu sichern.
Digitale Kommunikation ist oft von einem Kalkül geprägt. Die Chancen, ein kommunikatives Ziel zu erreichen, können optimiert werden. Durch den strategischen Einsatz technischer sowie verhaltenspsychologischer Faktoren können Kommunikationsangebote so gestaltet werden, dass sie bei einem Adressaten gezielte Handlungsimpulse auslösen.
Basierend auf einer literaturgestützten Inhaltsanalyse werden 19 technische und psychologische Faktoren erörtert, die für diese Kommunikationssituationen relevant sind. In einem zweiten Schritt wird das ‚Engagement‘ von Adressaten verhaltenspsychologisch und medientheoretisch untersucht und auf Basis der 19 Faktoren in einen Modellentwurf überführt, der strategische Kommunikation entlang mehrerer Ebenen systematisiert. Schließlich wird das aufgestellte Modell anhand eines Praxisbeispiels angewandt und Handlungsmaxime werden abgeleitet.
Weitere Forschung kann einzelne Facetten des Modells experimentell überprüfen und erweitern.
Bei dieser Arbeit handelt es sich um eine quantitative und qualitative Untersuchung des bilingualen deutsch-englischen Sachfachunterrichts (Geographie) unter den Auswirkungen des Einsatzes von Medien. Dazu werden die Einflüsse von digitalen Medien in Form von Interaktiven Whiteboards und analogen Medien in Form von Tageslichtprojektoren auf die unterrichtliche Interaktion verglichen. Im Mittelunkt des Erkenntnisinteresses stehen die Menge und die Qualität der mündlichen Äußerungen der Schülerinnen und Schüler unter dem Einfluss von Medien sowie die Menge, Qualität und Art der Verwendung der eingesetzten Medien und entsprechenden Materialien.
Die Grundlage für die Datenerhebung besteht aus der Videographie von zwei Unterrichtseinheiten aus jeweils acht Unterrichtsstunden an Realschulen in Baden-Württemberg als einer nicht-gymnasialen Schulform im Fach Geographie. Die Datenerhebung wurde mit Hilfe von in der explorativ-interpretativen Forschung und sozialen Forschung häufig verwendeten Forschungsinstrumenten durchgeführt: mit der Videographie, der teilnehmenden Beobachtung (Feldnotizen) und zusätzlich dem Verfahren der Triangulation.
Zum Abschluss werden aus den Erkenntnissen der vorliegenden Arbeit Implikationen für die Schul- und Unterrichtspraxis abgeleitet sowie Forschungsperspektiven zum bilingualen Sachfachunterricht mit digitalen Medien eröffnet.
Digitale Medien sind zur Zeit noch eine Randerscheinung in Umweltbildung und Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE). Auch wenn es vielversprechende Ansätze gibt, die u.a. die mobil-LU-Studie von Lude und Kollegen (2013) bundesweit dokumentiert, hört man von Praktikern und Naturschützern kritische Stimmen. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, die Frage zu untersuchen, ob sich ortsbezogene Spiele mit Smartphones, sogenannte Geogames, eignen, Naturverbundenheit aufzubauen und komplexere Lernziele der BNE zu erreichen.
Im Rahmen des Projektes „FindeVielfalt - Biodiversität erleben mit ortsbezogenen Spielen (BioDiv2Go)“ wurde ein Geogame zum Thema Wildkatze entwickelt und evaluiert. Ziel dieses Geogames ist es, Jugendlichen einen kognitiven und affektiven Zugang zum Lebensraum der Wildkatze zu ermöglichen. Verortet ist das Spiel im UNESCO-Biosphärenreservat Rhön, einer Modellregion für eine nachhaltige Entwicklung. Die Spielerzählung behandelt eine grundlegende Herausforderung aller Biosphärenreservate: Die Abwägung von Naturschutz und der Nutzung natürlicher Ressourcen. Das Geogame verbindet dafür die reale Welt mit der virtuellen Spielerzählung: Geführt über eine GPS-Navigation erkunden die Spielgruppen den Naturraum, lösen an relevanten Orten Aufgaben und treffen Entscheidungen in Dilemma-Situationen. In einer integrierten ökologischen Simulation versuchen sie, den Schutz der Wildkatze mit der Holznutzung in ihrem Wald auszubalancieren. Diese Simulation stellt ein zentrales Spielelement dar, das ohne den Einsatz digitaler Technik nicht möglich wäre. Für die Vergleichsstudie wurde ein einfacheres ortsbezogenes Spiel entwickelt, das auch mit mobilen Endgeräten gespielt wird, diese Simulation aber nicht enthält.
In der ersten Studie wird die Übertragung dieser Simulation in den Naturraum und ihre Wirkung auf die Spielfreude untersucht. Ökologische Simulationen für die Bildungsarbeit sind meist sehr komplex und beanspruchen längere Spielzeiten. Für die Anwendung im Rahmen des Geogames mussten deshalb Komplexität und Spielzeit deutlich reduziert werden, ohne aber die inhaltliche Validität zu verlieren. Als Indikator für den Erfolg dieses mehrstufigen Design-Prozesses wird in der Interventionsstudie die Spielfreude der Spielenden erfasst und eine Bewertung der einzelnen Spielelemente erhoben. Es zeigt sich dabei, dass die Simulation zur Spielfreude beiträgt, auch wenn sie nur 3% der Gesamtspielzeit umfasst. Bei den Spielgruppen der Mittelschulen ist eine Bevorzugung des Geogames mit Simulation gegenüber der einfacheren Spielversion feststellbar.
Die Frage nach der Wirkung auf die Naturverbundenheit wird in der zweiten Studie untersucht: Sind die Geogames förderlich für die Naturverbundenheit oder bindet die digitale Präsentation der Aufgaben die Aufmerksamkeit? Für beide Spielformen, das komplexe Geogame mit Simulation und die einfachere Version, zeigen die Ergebnisse einen signifikanten Anstieg der Naturverbundenheit nach dem Spiel. Die Spielfreude wirkt hier als Kovariate, d.h. je höher die Spielfreude ist, desto stärker ist die Entwicklung der Naturverbundenheit.
In der BNE hat die Bewertungskompetenz große Bedeutung. In einer streng operationalisierten Form auf die Teilkompetenz „Bewerten und Entscheiden“ wird sie in der dritten Studie herangezogen, um die Eignung der Geogames für die BNE zu untersuchen. Gelegenheiten zum Bewerten und Entscheiden geben im Geogame die Dilemma-Aufgaben, die in beiden Spielformen zu bearbeiten sind, im komplexeren Geogame kommt die Simulation als weitere Entscheidungssituation hinzu. Diese scheint aber für die Entwicklung der Bewertungskompetenz keine Wirkung zu haben, denn die Ergebnisse sind für beide Spielformen gleich: Nur für die älteren Spielenden (>17 Jahre), die schon mit höheren Werten in das Spiel einsteigen, zeigt sich eine signifikante Verbesserung der Bewertungskompetenz.
Zusammengefasst ergeben diese Studien, dass ortsbezogene Spiele mit mobilen Endgeräten eine vielversprechende Methode für Umweltbildung und BNE sind. Durch Variation der Spielelemente kann der Komplexitätsgrad der Spiele an die entsprechende Zielgruppe angepasst werden. Als erste Heranführung von „naturfernen“ Jugendlichen an den Naturraum sind die aktuellen Geogames ein geeignetes Mittel. Für die Verwirklichung komplexerer Lernziele bei jungen Erwachsenen, wie die Förderung von Bewertungskompetenz, braucht es anspruchsvolle Bewertungsaufgaben und/oder eine stärkere Verankerung der Simulation.