Skip to content

Mit digitalen Tools effektiv lernen: Neue Befunde für den MINT-Unterricht

Vom klassischen Lernprogramm bis hin zu Virtual Reality: In den vergangenen Jahren hat sich eine Vielzahl an nützlichen digitalen Tools für den Unterricht etabliert. Allerdings ist es für Pädagog*innen nicht immer leicht zu entscheiden, welche dieser Anwendungen oder Lernumgebungen in ihrem jeweiligen Kontext sinnvoll sind. Von wissenschaftlicher Seite bietet nun eine neue Metaanalyse Orientierung: Sie identifiziert sechs verschiedene Arten von digitalen Tools und untersucht, wie sich ihr Einsatz im Unterricht auf die Leistung und Einstellung von Schüler*innen auswirkt.

Ein Beitrag von Dr. Andreas Hetmanek und Annika Schneeweiss

Die Metaanalyse von Hillmayr und Kolleg*innen aus dem Jahr 2020 untersucht, wie sich der Einsatz von verschiedenen Arten von digitalen Tools im Unterricht auf die Leistung und die Einstellung von Schüler*innen auswirkt – und zwar speziell in den naturwissenschaftlichmathematischen Fächern und in der Sekundarstufe. Auf der Basis von 92 Studien, die sie für die Metaanalyse heranziehen, beschreiben sie sechs verschiedene Typen von digitalen Tools: 

  • Drill and Practice-Programme: klassische Lernprogramme zur Übung und Wiederholung von Inhalten. Die Lernenden erhalten Rückmeldung zu ihren Antworten oder Lösungen.
  • Digitaler Tutor: Diese Programme vermitteln Wissen in Lerneinheiten und bieten die Möglichkeit zum Üben und Vertiefen von Wissen.
  • Intelligenter digitaler Tutor: Diese Programme haben eine zusätzliche adaptive Funktion: Die zu vermittelnden Inhalte werden an den aktuellen Wissensstand des Lernenden angepasst, zum Beispiel durch den Schwierigkeitsgrad von Aufgaben oder durch zusätzliche Unterstützung.
  • Hypermedia: Hier können Schüler*innen frei und ohne vorgegebene Struktur die Inhalte explorieren. Querverweise und Links zu verschiedenen multimedialen Dokumenten ermöglichen es ihnen, sich selbstreguliert Wissen zu erarbeiten.
  • Dynamische mathematische Visualisierungen: Anhand von veränderbaren visuellen Darstellungen können Lernende komplexe mathematische Modelle und Zusammenhänge erkunden.
  • Virtual Reality: Diese Anwendungen simulieren eine reale Situation, in der Lernende komplexe Sachverhalte explorieren und nachvollziehen können, wie etwa aufwendige naturwissenschaftliche Experimente.

Der Fokus der Untersuchung liegt auf Tools, die für den Unterricht entwickelt wurden. Computerspiele, die auch unabhängig von Unterricht funktionieren, sind nicht Teil der Untersuchung. Zudem wird untersucht, ob verschiedene Einflussfaktoren und Kontextbedingungen die Anwendungen die Wirksamkeit der digitalen Anwendungen zusätzlich beeinflussen. Sie erfassen beispielsweise, wie viele Schüler*innen gleichzeitig mit einem digitalen Tool arbeiten, ob sie dabei von der Lehrkraft oder von Mitschüler*innen zusätzliche Unterstützung erhalten, ob das Tool ergänzend oder als Ersatz für bestimmte Elemente des Unterrichts eingesetzt wurde und ob die Lehrkräfte für den Einsatz dieser Tools gezielt geschult wurden. Alle diese Studien vergleichen dabei immer Unterricht mit einem digitalen Tool mit Unterricht, der zwar dieselben Inhalte vermittelt, aber ohne digitale Tools gestaltet wird.

Wie genau so eine experimentelle Untersuchung vonstattengeht, zeigt eine beispielhafte Studie aus der Metaanalyse: Im Rahmen der Studie von Frailich, Kesner & Hofstein von 2009 sollten Schüler*innen der zehnten Klasse ein besseres Verständnis von Strukturen chemischer Bindungen – d. h. von Metallen, Ionen- und Molekularverbindungen – vermittelt werden. Für einen Teil der Schüler*innen – der sogenannten Experimentalgruppe – stand eine Website mit strukturierten Materialien zur Verfügung: Sie enthielt visuelle Modellierungen der chemischen Verbindungen und deren Strukturen.

Schüler*innen profitieren vom Einsatz der digitalen Tools im Unterricht

Tipp

Begleitend zur Metaanalyse gibt es auch eine Praxisbroschüre für Lehrkräfte, in der die zentralen Ergebnisse, Umsetzungen und Einsatzmöglichkeiten digitaler Tools anschaulich aufbereitet sind. Sie kann ebenfalls über die Seite des Kurzreviews heruntergeladen werden.

Kurzreview:
Digitale Tools im Unterricht: Welche Typen gibt es und wie kommen sie effektiv zum Einsatz?
www.bit.ly/38gKRnN

Fortbildungen zu digitalen Anwendungen besonders wirksam

Die Lehrkräfte der Experimentalgruppe nahmen vor dem Unterricht an einem Vorbereitungskurs für die Nutzung der Website teil. Die 161 Schüler*innen bearbeiteten die Website mit vier Lerneinheiten zu unterschiedlichen chemischen Stoffen. Sie arbeiteten dabei interaktiv in Kleingruppen aus zwei bis drei Personen. Die 93 Schüler*innen der sogenannten Kontrollgruppe hingegen erhielten Unterricht zu den gleichen Inhalten, nur ohne die Ergänzung um die Website. Im abschließenden Wissenstest schnitten die Lernenden der Experimentalgruppe signifikant besser ab als die der Kontrollgruppe. Die Befunde der Studie lassen darauf schließen, dass die Schüler*innen durch den Einsatz der Website die komplexen Inhalte besser verstehen und lernen konnten.

Fazit für die Unterrichtspraxis

Die Ergebnisse dieser einzelnen Studie decken sich mit den Ergebnissen der Metaanalyse insgesamt: Schüler*innen profitieren auf bedeutsame Weise vom Einsatz der digitalen Tools im Unterricht – und zwar sowohl im Hinblick auf ihre Leistung als auch im Hinblick auf ihre Einstellung dem jeweiligen Unterrichtsfach gegenüber. Auch wenn der Einsatz aller sechs Arten von digitalen Tools im Unterricht positive Effekte hervorbringt, so ist aus den Befunden der Metaanalyse zugleich herauszulesen, dass sich (intelligente) digitale Tutoren und dynamische mathematische Visualisierungen, wie sie zum Beispiel in der Mathematiksoftware GeoGebra angeboten werden, besonders positiv auswirken. Außerdem zeigt die Untersuchung, dass gezielte Trainings oder Fortbildungen für Lehrkräfte, die die digitalen Tools im Unterricht einsetzen, einen klaren Mehrwert
erzeugen. Die verschiedenen digitalen Tools oder Anwendungen sind in allen mathematischnaturwissenschaftlichen Fächern ähnlich hilfreich – hier unterscheiden sich die Befunde zwischen den verschiedenen Fächern kaum. Die digitalen Tools können auch unabhängig vom Alter der Schüler*innen eingesetzt werden, auch wenn sich die leichte Tendenz abzeichnet, dass die Anwendungen in höheren Jahrgangsstufen noch etwas größere Auswirkungen haben.

Weitere Informationen

Das Clearing House Unterricht (TU München) wird im Rahmen der Qualitätsoffensive Lehrerbildung vom Ministerium für Bildung und Forschung gefördert. Das Modellprojekt bereitet die aktuell beste wissenschaftliche Evidenz zu Themen des MINT-Unterrichts für die Lehrerbildung auf. www.clearinghouse-unterricht.de

Beitrag teilen:

Facebook
Twitter
LinkedIn
Pinterest
XING
WhatsApp
Email

Ähnliche Beiträge

Programmieren Lego
Gesponserte Inhalte
23. Januar, 2023
Wer keinerlei Erfahrung mit digitalem Unterricht hat, der möchte das Thema oft gar nicht aufgreifen. Aber mit dem handlungsorientierten Lernkonzept SPIKE TM Essential von LEGO® Education gelingt es spielend leicht, Grundschulkindern der Klassen 1 bis 4 die Grundprinzipien des Programmierens beizubringen.
Waerme
23. Januar, 2023
Mithilfe von Thermografie- oder Wärmebildkameras lässt sich die für unsere optische Wahrnehmung nicht erfassbare Infrarotstrahlung detektieren und sichtbar machen. Die von verschiedenen Gegenständen oder Lebewesen emittierte Wärmestrahlung wird durch die Programmierung der Kamera so umgerechnet, dass sogenannte Falschfarbenwärmebilder entstehen. Unterrichtliche Erfahrungen zeigen, dass Lernende diese Farbcodierung zumeist intuitiv verstehen.
Citizen Science © Gesine Born
5. Januar, 2023
Pinguine in der Antarktis zählen, Galaxietypen identifizieren oder Tiere der Serengeti bestimmen – Citizen Science bietet vielfältige Möglichkeiten zum Mitforschen für Schüler*innen.
2022_11_24_Schulmatrial EO Banner_ohne Text und Logo
Gesponserte Inhalte
1. Dezember, 2022
Das Schulmaterial der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR und Klett MINT erklärt anschaulich, wie Erdbeobachtung funktioniert und welchen Nutzen der Blick von oben für uns auf der Erde hat.
Blogbeitrag_Präparate-Hosentasche_Header
25. November, 2022
Das Mikroskopieren stellt eine für die Naturwissenschaften einzigartige Arbeitsweise dar und ist als eine Form des Untersuchens für den Biologieunterricht von besonderer Bedeutung. Beim Mikroskopieren werden die Sinne durch das Mikroskop erweitert und Objekte sowie Phänomene der Natur erfahrbar, die makroskopisch nicht untersucht werden können. Neben den systematischen Beobachtungen können aber auch weitere Fähigkeiten gefördert werden.
Wolf
14. Oktober, 2022
Seit über 20 Jahren leben wieder Wölfe in Deutschland. Die Rückkehr des Wolfes wird von Naturschutzgruppen begrüßt und von Jäger*innen sowie Nutztierhalter*innen kritisch gesehen. Zu Recht? Betrachten wir einmal die von der Dokumentations- und Beratungsstelle des Bundes zum Thema Wolf (DBBW) veröffentlichten Daten durch die Mathematikbrille.
MZ-02-22_Beitragsbild-3D-Druck
25. August, 2022
Es scheint ein Charakteristikum des fortschreitenden 21. Jahrhunderts zu sein, dass unser Alltag geprägt ist von globalen Krisen, die von der Menschheit nur dann gelöst werden können, wenn sie sich kollektiv intelligent verhält. Ob und wie das gelingen kann, ist mit Sicherheit auch eine Frage unseres Bildungssystems.
MZ-02-22_Blogbeitrag_Fischereispiel
8. August, 2022
Auch in der Wirtschaftswissenschaft werden Experimente mittlerweile zur Untersuchung einer Vielzahl von Fragestellungen genutzt: Die experimentelle Wirtschaftsforschung gilt als etablierte Disziplin.
MZ-02-22_Beitragsbild_Energie
29. Juli, 2022
Biomasse, Sonnenenergie, Windkraft und Wasserkraft sind die Themen der Zukunft. Grund genug, sie bereits heute auf spielerische Weise in den Unterricht einzubinden. Dieser Beitrag gibt spannende Unterrichtsideen in Form von Stationen und Experimenten.
MZ-02-22_Beiragsbild-Hecken
8. Juli, 2022
Hecken sind viel mehr als nur ein Sichtschutz für Haus und Garten. Sie sind ein wichtiger Lebensraum, in dem sich so manche tierische Überraschung versteckt, und können zudem Treibhausgasemissionen kompensieren – vorausgesetzt, es handelt sich um Naturhecken aus einheimischen Sträuchern.
MZ-01-22_Beitragsbild_Rätsel-Würfelaufkleber
8. Juni, 2022
Auf MINT Zirkel gibt es Knobel- und Rätselspaß mit Heinrich Hemme.
MZ-01-22_Beitragsbild_Geldscheine
7. Juni, 2022
Schaut man in die Geldbörsen in aller Welt, so entdeckt man viele Banknoten, die voller Mathematik, Physik und Astronomie sind. Wer nach Tadschikistan reist, wird mit großer Sicherheit auch einen 20-Somoni-Schein in seiner Geldbörse haben. Darauf ist der Universalgelehrte Avicenna abgebildet.