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Die Fehlersuche an elektronischen Schaltungen gehört im Themenbereich der Elektrotechnik zu einem der zentralen Bildungsinhalte des Technikunterrichts. Auch die OECD sieht bei PISA das Diagnostizieren von Fehlern in einem nicht funktionierenden System als fächerübergreifend bedeutende Problemlösekompetenz naturwissenschaftlichen Unterrichts an. Für das Fach Technik standen empirische Evidenzen zu geeigneten Gestaltungsvarianten der curricular intendierten Ziele zur Fehlersuche an elektronischen Schaltungen bisher noch aus. Dieser Forschungslücke begegnet die vorliegende Arbeit mit der theoriegeleiteten Erarbeitung eines geeigneten Unterrichts und dessen Evaluation in einer schulpraktischen Intervention.
Es wird dezidiert untersucht, ob, und wenn ja, inwieweit Lernende mit einem speziellen Unterrichtssetting im Anschluss an den Cognitive Apprenticeship Ansatz durch die gezielte Konfrontation mit realen (fehlerhaften) Schaltungen und der Aufgabe zur strukturierten Fehleranalyse günstiger in ihrer Kompetenz- und Motivationsentwicklung gefördert werden können als Schüler(innen), die eine an der Fertigungsaufgabe orientierte und tradierte Unterrichtsgestaltung durchlaufen. Als Feldexperiment in der Schulpraxis wird über fünf Stundenblöcke der Technikunterricht von n = 18 Klassen mit n = 230 Schüler(innen) der 9. und 10. Jahrgangsstufe in einem Experimental-Kontrollgruppenvergleich im Längsschnitt evaluiert. Während in den Experimentalgruppen zwischen einem uniformen und multiplen Schulungskontext bzgl. der eingesetzten elektronischen Schaltungen unterschieden wird, erhalten Lernende der Kotrollgruppe einen an der Fertigungsaufgabe orientierten traditionellen Unterricht.
Die Ergebnisse der Studie können dahingehend interpretiert werden, dass mit einem situierten Unterricht zur Fehlersuche an elektronischen Schaltungen im Anschluss an den Cognitive Apprenticeship Ansatz eine weitestgehend positive Kompetenzentwicklung bei den Schüler(innen) erreicht wird. Sowohl im elektrotechnischen Fachwissen als auch in der Fehleranalysefähigkeit steigern Lernende im Vergleich zur Kontrollgruppe ihre Outputqualitäten mit einem mittleren bis großen Effekt. Die Ergebnisse ordnen sich in die bisherige Befundlage zu Cognitive Apprenticeship Interventionen der verwandten MINT-beteiligten Fächer Mathematik, Physik und Chemie ein und zeigen außerdem ähnliche Effektstärken, wie sie Hattie (2016) in seiner interdisziplinären Metaanalyse für den Einfluss von Problemlösen im Unterricht auf den Lernerfolg von Schüler(innen) nachweist. Keine signifikant positivere Entwicklung zeigt sich jedoch in den verschiedenen Motivationsformen, der Emotionalen Befindlichkeit und der Freude an Denkaufgaben. Die Annahme, dass Lernumgebungen mit uniformen Repräsentationsformen effektiver für die Fehleranalyse innerhalb dieses Kontextes sind als multiple Formen sowie dass Lernumgebungen mit multiplen Repräsentationsformen effektiver in der Transferfähigkeit der Fehleranalysefähigkeit sind als uniforme Formen, kann ebenfalls nicht bestätigt werden.