Digitale Kompetenz beim Modellieren und Experimentieren
Theoretischer Hintergrund
Im Physikunterricht ist das Arbeiten mit Modellen ein wesentlicher Bestandteil der Erkenntnisgewinnung, doch Schülerinnen und Schüler haben mit dem hohen Abstraktionsgrad Schwierigkeiten (Fruböse, 2010). Mithilfe des Ansatzes der Augmented Reality (AR) können diese Schwierigkeiten durch die Kombination aus realem Experimentieren und gleichzeitigem, digitalen Modellieren möglicherweise überwunden werden (Teichrew & Erb, 2020).
Da viele Lehrkräfte ihre eigenen digitalen Kompetenzen häufig als unzureichend einschätzen (Initiative D21, 2016), wird im Rahmen des Teilprojektes „diMEx“ ein Aus- bzw. Fortbildungskonzept für (angehende) Lehrkräfte entwickelt, in welchem die Nutzung von AR im experimentierbasierten Physikunterricht vermittelt werden soll. Das Konzept soll langfristig in die universitäre Ausbildung eingebunden werden und dient der Vernetzung der drei Phasen der Lehrkräfteausbildung.
Forschungsziele & Maßnahmen
Das Projekt geht den Fragen nach, inwiefern sich Digitalisierungs- und Modellkompetenzen von (angehenden) Lehrkräften in Fort- und Ausbildung fördern lassen und wie die beschriebene Nutzung von AR den Umgang mit Modellen im Physikunterricht verbessern kann. Weiterhin wird erforscht, inwiefern sich die Einstellungen der Lehrkräfte hinsichtlich der Implementierung digitaler Modellierungen in ihrem Unterricht verändern. Die anhand einer quantitativen Bedarfsanalyse (Freese et al., eingereicht) entwickelte Fortbildung erstreckt sich über mehrere Veranstaltungen und orientiert sich am DOIT-Modell (Horz & Schulze-Vorberg, 2017). Bei der wissenschaftlichen Begleitung des Projektes wird ein Mixed-Methods Ansatz verfolgt. Die Befragung zur Bedarfsanalyse und Einstellungen der Lehrkräfte gegenüber digitalen Medien und deren Einsatz im Unterricht erfolgt quantitativ, jedoch wird im Laufe der Fortbildung auch eine qualitative Befragung zu mehreren Messzeitpunkten stattfinden. In diesem Zusammenhang ist geplant, die Entwicklung der ICT-Skills, der Selbstwirksamkeitserwartung und der Überzeugungen zum Einsatz von digitalen Medien und Modellen im schulischen Unterricht der (angehenden) Lehrkräfte längsschnittlich zu erfassen. Die summative Evaluation wird schließlich quantitativ erfolgen.
Freese, M., Winkelmann, J., Teichrew, A. & Ullrich, M. (eingereicht). Nutzung von und Einstellungen zu Augmented Reality im Physikunterricht. Tagungsbandbeitrag zur virtuellen GDCP–Jahrestagung 2020.
Fruböse, C. (2010). Der ungeliebte Physikunterricht. Ein Blick in die Fachliteratur und einige Anmerkungen aus der Praxis. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 63, 7, 388–392.
Horz, H. & Schulze–Vorberg, L. (2017). Digitalisierung in der Hochschullehre. In Konrad Adenauer Stiftung (Hrsg.), Digitale Gesellschaft – Gestaltungsräume (S. 57–71).
Initiative D21 e. V. (2016). Sonderstudie „Schule Digital“. Lehrwelt, Lernwelt, Lebenswelt: Digitale Bildung im Dreieck SchülerInnen–Eltern–Lehrkräfte.
Teichrew, A. & Erb, R. (2020). Einsatz und Evaluation eines Augmented Reality–Experiments zur Optik. In S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019 (S. 987–990). Universität Duisburg–Essen.
Weiterführend:
Freese, M., Winkelmann, J., Teichrew, A. & Ullrich, M. (2020). Digitale Kompetenz beim Modellieren und Experimentieren im Physikunterricht. Entwicklung eines Fortbildungskonzepts zur Implementierung von Augmented Reality im Physikunterricht. In PhyDid B – Didaktik der Physik, Beiträge zur DPG–Frühjahrstagung des Fachverbands Didaktik der Physik in Bonn 2020 (S. 181–185).
Winkelmann, J., Ullrich, M. & Freese, M. (angenommen). Physikalische Phänomene erforschen. Zeitgleiches Experimentieren und digitales Modellieren mit Hilfe von Augmented Reality. transfer Forschung – Schule (6), 225–227.
Ziel des Teilprojekts:
Entwicklung, Durchführung und Evaluation einer Lehrkräftefortbildung zum Einsatz von Augmented Reality (AR)-Experimenten im Physikunterricht
Forschungsfragen:
1.1 Inwiefern trägt eine Kombination von realen Experimenten mit digitalen Modellierungen in einer AR-Umgebung zu einem verbesserten Umgang von Lehrkräften mit Modellen im Physikunterricht bei?
1.2 Inwiefern trägt die Reflexion bei Lehrkräften über den Entstehungsprozess von Modellen zu einem verbesserten Umgang mit Modellen im Physikunterricht bei?
1.3 Steigert sich die Bereitschaft der Lehrkräfte zur Implementation von Modellen im Physik-unterricht nach der Teilnahme an der Fortbildung?
2.1 Lassen sich durch die erstellten AR-Experimente und ihre Implementation die digitalen Kompetenzen der Lehrkräfte hinsichtlich des Einsatzes von AR verbessern?
2.2 Ist eine Steigerung der Qualität der erstellten AR-Experimente im Verlauf der Fortbildung erkennbar?
3 Wie verändert sich die Bereitschaft der Lehrkräfte zum Einsatz digitaler Werkzeuge im Physik-unterricht durch die Teilnahme an der Fortbildung?
Studiendesign:
Intervention mit Pre-/Post-/Follow-up-Untersuchung
Zielgruppe/n:
Lehrkräfte und LiV aller Schulformen des Faches Physik
Maßnahmen / Produkte:
- Umgesetzt: Fortbildungskonzept für die Erstellung und den Einsatz von digitalen GeoGebra-Modellen und Augmented Reality-Experimenten für den Physikunterricht (in Form von GeoGebra-Einheiten)
- Geplant: OER-Sammlung zum Veröffentlichen und Teilen der erstellten Lehr-Lern-Materialien aus der Fortbildung (in Form eines GeoGebra-Buchs) zur Identifikation von Trainingsbedarf, individuell adaptierbare Trainingssituationen