Lernmedien und Lernerfolg
reale und virtuelle Materialien im Physikunterricht

Empirische Untersuchungen in achten Klassen an Gymnasien (Laborstudie) zum Computereinsatz mit Simulation und IBE

Medienvergleichsstudien der vergangenen Jahre zeigen, dass ein größerer Lernerfolg im Physikunterricht nicht allein durch Einsatz eines Computers zu erreichen ist. Man erwartet insbesondere von der Kombination geeignet gestalteter Materialien, dass sie Schüler dabei unterstützen, zwischen der Welt der mathematischen Modelle und der Welt der Phänomene ein Verknüpfung herzustellen. Für das Schülerexperiment erwartet man, dass virtuelle Materialien wie Interaktive Bildschirmexperimente (IBE) einen großen Lernerfolg bei geringem Logistikaufwand zu erzielen.

Dieses Forschungsprojekt untersucht in einem 2x2-Design den Lernerfolg beim Einsatz computergestützter, virtueller Materialien im Vergleich zu realen Materialien. Für die Untersuchungen wurde eine kurze lernwirksame Unterrichtseinheit "Experimentieren mit einem Augenmodell" in vier Varianten entwickelt. In jeder Variante werden als Materialien ein Medium zur Welt der Phänomene (wahlweise ein Realexperiment oder ein IBE) und ein Medium zur Welt der mathematischen Modelle (wahlweise Papiervorlagen oder eine Computersimulation) mit einander kombiniert. Die Anleitungen und die eingesetzten Medien sind so gestaltet, dass sie die Verknüpfung der Welten fördern: Im Treatment werden die Schüler durch die Anleitungen dazu animiert, wechselweise in der einen oder der anderen Welt zu agieren. Die Computersimulation ist als "materialized model" ausgeführt, um die Verbindung der Welten für die Schüler zu vereinfachen.

Die Schüler werden nach Geschlecht und verschiedenen Personeneigenschaften gleichmäßig auf die Unterrichtsvarianten aufgeteilt. Die so gebildeten Gruppen werden in einem Pre-Post-Test-Design in ihrem Lernerfolges verglichen.

Zur Datenerhebung wurde ein Testinventar entwickelt. Es besteht aus einem Leistungstest, der den Lernerfolg mit Multiple-Choice-Items differenziert nach Welten erhebt, und aus Tests für die wichtigen Lernervariablen. Diese sind: Das domänenspezifisches Vorwissen, die kognitiven und sprachlichen Fähigkeiten, das physikbezogenes Selbstkonzept, die Computerkenntnisse sowie die Computeraffinität.

Die grundsätzliche Überlegenheit einer Medienkombination (Realexperiment Papiervorlage, Realexperiment Simulation, IBE Papiervorlage, IBE Simulation) kann nicht nachgewiesen werden. Ebenso lernen die Schüler mit dem IBE genauso gut wie mit dem Realexperiment, jedoch arbeiten sie mit dem IBE um 28% schneller. Eine differenzierte Analyse zeigt: Die Verwendung der Simulation zusammen mit dem Realexperiment führt in der Welt der mathematischen Modelle zu einem geringerem Lernerfolg. Betrachtet man die reine Reproduktionsleistung, so erreichen die Schüler in der Welt der mathematischen Modelle mit der Papiervorlage einen etwas höheren Lernerfolg als mit der Simulation.

Aus den Korrelations- und Variationsanalysen lässt sich ein sogenanntes iteratives Modell für das Physiklernen ableiten. Dabei werden die kognitiven Fähigkeiten und die Vorkenntnisse so zu einem Einflussmaß verrechnet, dass hierdurch 31% der Variation des Nachtestergebnisses erklärt werden kann. Das Modell ist jedoch noch spekulativ. Wir wollen es zukünftig mit Daten anderer Untersuchungen überprüfen.







14.11.2008


Dr. Claus Brell
brell[at]web.de
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LiVe OPTIK