Entwicklung, Evaluation und Optimierung eines Prototyps zur Gestaltung und zum Einsatz digitaler Medien im Chemieunterricht
Final Report Abstract
Ziel des beantragten Transferprojekts war die Entwicklung eines auf die Bedürfnisse der Praxis abgestimmten Unterrichtskonzepts für den Einsatz digitaler Medien im Chemieunterricht in Form eines Prototyps für ein digitales Schulbuch, in den wissenschaftliche E rkenntnisse aus Fachdidaktik und Lehr-Lernpsychologie sowie erfahrungsbasiertes Wissen aus der Praxis einfließen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde zunächst eine Bedarfsanalyse bei N = 351 Lehrkräften aus den Naturwissenschaften durchgeführt, um unter anderem Informationen zu deren Erwartungen an ein digitales Unterrichtskonzept zu erhalten. Darauf aufbauend wurde in Kooperation mit den Praxispartnern, dem Westermann Schroedel Verlag und SMART Technologies , ein eChemBook-Prototyp bestehend aus einem multimedialen E-Book und über interaktive Whiteboard-Technologien implementierten Lernaufgaben entwickelt, mit dessen Hilfe Phänomene wie Druck, Aggregatzustände oder das Lösen von Stoffen unter Anwendung des Teilchenmodells erklärt und illustriert werden. Eine erste Evaluierung des Prototyps mit N = 396 Schülerinnen und Schülern der 7. und 8. Klasse ergab einen deutlichen Wissenszuwachs, der über mehrere Wochen stabil blieb. Dabei profitierten vor allem Schülerinnen und Schüler mit geringem Vorwissen vom Lernen mit dem eChemBook. Im Rahmen von in die Evaluationsstudie eingebetteten Experimenten konnte auch gezeigt werden, dass einzelne Designaspekte des eChemBook wie das Hinzufügen von Hervorhebungen zum Nachvollziehen von Bezügen zwischen Text und Bild (Signaling) sowie die Verwendung interaktiver Lernaufgaben zu einem deutlichen Lernzuwachs führen. Teilweise ist die Wirksamkeit dieser Maßnahmen jedoch vom Vorwissen der Schülerinnen und Schüler abhängig. So führt die Verwendung von Signaling nur bei Lernenden mit geringem Vorwissen zu einer Steigerung des Lernerfolgs, während Lernende mit hohem Vorwissen dadurch eher beeinträchtigt werden. Die im eChemBook umgesetzten Designentscheidungen wurden als Handlungsempfehlungen für die Praxis dokumentiert und von Autoren der Praxispartner genutzt, um eine weitere Einheit des eChemBook zum Atommodell nach Dalton zu entwickeln. Die technische Umsetzung für mehrere Plattformen erfolgt e durch eine professionelle Medienentwicklungsfirma. Der erweiterte Prototyp liegt daher als offline HTML-Umgebung für Windows-und Android-Tablets und reguläre Rechner (OS X, Windows) vor sowie als App für das iPad (kostenloser Download im Apple App Store möglich). Das gesamte eChemBook mit den beiden Themen „Teilchenmodell“ und „Atommodell von Dalton“ verfügt über 158 Seiten, 100 statische Abbildungen, 3 dynamische 3D-Abbildungen, 35 Videos, Animationen und Simulationen sowie 26 interaktive Lernaufgaben. Die Güte dieser Version des eChemBooks wird im Rahmen einer laufenden Implementierungsstudie mit 16 Lehrkräften an 11 Schulen mit 25 Klassen überprüft. Anders als in der ersten Evaluationsstudie wird der Prototyp hier von den Lehrkräften in den regulären Unterricht integriert und die Art der Nutzung ist den Lehrkräften freigestellt. Die Lehrkräfte verwenden die an ihren Schulen jeweils verfügbare Hardware, so dass eine Evaluation unter den infrastrukturellen Bedingungen schulischer Praxis realisiert wird. Ein Teil der Lehrkräfte enthalten dabei zusätzliche Informationen zu Einsatzmöglichkeiten des eChemBooks im Unterricht um zu überprüfen, inwieweit eine zusätzliche didaktische Unterstützung notwendig ist. Aus Forschungssicht hat das Projekt wesentliche Erkenntnisse zu Einstellungen von Lehrkräften zum Thema Mediennutzung, alternativen Vorstellungen bei Schülerinnen und Schülern, Effekten der Hervorhebung von Text-Bild-Korrespondenzen, interaktiven Lernaufgaben und 3D-Visiaulisierungen sowie zum selbstregulierten Lernen mit einem digitalen Schulbuch und dessen Einbettung in den naturwissenschaftlichen Unterricht geliefert. Es ist allerdings mit einem sehr hohem Aufwand vor allem im Hinblick auf die Materialerstellung und die Durchführung der umfangreichen Feldstudien verbunden und wäre ohne Bereitstellung zusätzlicher personeller und sächlicher Ressourcen aus den Arbeitsgruppen der Antragsteller nicht realisierbar gewesen. Dieser hohe Aufwand ist aber aus Sicht der Antragsteller vertretbar, da die Projektergebnisse längerfristig in einer hohen Anzahl wissenschaftlicher Publikationen münden werden und zu Folgefragestellungen geführt haben, die derzeit in einem gemeinsamen Forschungsantrag aufbereitet werden. Darüber hinaus hat das Projekt eine große „Strahlkraft“, die sich einers eits in einer Sichtbarkeit in der Presse bemerkbar gemacht hat und sich anderseits in diversen strategisch relevanten Kontexten wie z.B. dem Austausch mit der Bildungspolitik und Stiftungen positiv ausgewirkt hat. Im Hinblick auf die wissenschaftliche Verwertbarkeit plant die Westermann-Verlagsgruppe in Abstimmung mit SMART Technologies, die Inhalte ihres zentralen Lehrwerks Chemie heute SI in das eChemBook zu integrieren und das resultierende Produkt ab 2017 als digitales Schulbuch zu vermarkten. Breyton, R.: Das klickende Klassenzimmer. Leibniz-Journal, 1(2015), 25-26. http://www.schattenblick.de/infopool/sozial/paeda/spasc419.html) Kommer, F., Wirth, J. & Richter, J.: Virtuelle Teilchen. Hohenzollerische Zeitung, 12.12.2014 (auch in: Amtsblatt der Stadt Hechingen – Stadtspiegel, 50 (2014)) Scheiter, K. & Richter, J.: Wenn Forschung auf Praxis trifft – Erfahrungen bei der Umsetzung des eChemBooks. https://www.e-teaching.org/praxis/erfahrungsberichte/eechem_book Schüler testen digitales Chemiebuch, Schwarzwälder Bote, 07.12.2014, http://www.schwarzwaelder-bote.de/inhalt.hechingen-schueler-testen-digitales-chemiebuch.904aca35-812e-4c4d-977b-ff14f3aa9917.html
Publications
- (2014). Das digitale Schulbuch als Lernbegleiter. In J. Maxton-Küchenmeister & Jenny Meßinger-Koppelt (Eds.), Digitale Medien im Naturwissenschaftlichen Unterricht (pp. 75-82). Hamburg: Joachim Herz Stiftung Verlag
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- (2014). eChemB ook: ein interaktives, digitales Schulbuch für den Chemieunterricht. In M. Schuhen & M. Froitzheim (Eds.), Das Elek tronische Schulbuch. Fachdidak tische Anforderungen und Ideen treffen auf Lösungs vorschläge der Informatik (pp. 31-42). Münster: LIT Verlag
Ulrich, N., Richter, J., Scheiter, K., & Schanze, S.
- (2015). Besser lernen mit dem Tablet ? Praktische und didaktische Potenziale sowie Anwendungs bedingungen von Tablets im Unt erricht. In H. Buchen, L. Horster, & H.-G. Rolff (Eds.), Schulleitung und Schulentwick lung (3. Aufl., S. 1-14). Stuttgart: Raabe-Verlag
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- (2015). Multimediale Unterrichtsmaterialien gestalten. Ergebnisse der empirischen Lehr-Lernforschung. Naturwissenschaften im Unterricht Chemie (Digitale Werk zeuge), 26(145), 8-11
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- (2016). Pilotprojekt: Digitales Schulbuch für den Chemieunterricht
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- (2016). Signaling text-picture relations in multimedia learning: A comprehensive meta-analysis. Educational Research Review, 17, 19-36
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(See online at https://doi.org/10.1016/j.edurev.2015.12.003)
