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Sitzungsübersicht
Sitzung
D11‒S18: Computer- und informationsbezogene Kompetenzen von Schülerinnen und Schülern im zweiten internationalen Vergleich und Kompetenzen im Bereich ‚Computational Thinking‘ - Befunde der IEA-Studie ICILS 2018 – Teil 2
Zeit:
Donnerstag, 26.03.2020:
11:15 - 13:00

Ort: S18

Präsentationen

Computer- und informationsbezogene Kompetenzen von Schülerinnen und Schülern im zweiten internationalen Vergleich und Kompetenzen im Bereich ‚Computational Thinking‘ - Befunde der IEA-Studie ICILS 2018 – Teil 2

Chair(s): Birgit Eickelmann (Universität Paderborn, Institut für Erziehungswissenschaft), Wilfried Bos (TU Dortmund, Institut für Schulentwicklungsforschung), Julia Gerick (Universität Hamburg, Fakultät für Erziehungswissenschaft), Amelie Labusch (Universität Paderborn, Institut für Erziehungswissenschaft)

DiskutantIn(nen): Johannes Naumann (Bergische Universität Wuppertal)

Ein sicherer und reflektierter Umgang mit Informations- und Kommunikationstechnologien erscheint im Hinblick auf die vielfältigen Anforderungen in den verschiedenen Lebens- und Arbeitsbereichen in einer digitalen Wissensgesellschaft inzwischen unverzichtbar (Senkbeil et al., 2019). Vor diesem Hintergrund und im Zuge der rasanten Entwicklungen von Digitalisierungsprozessen ergeben sich in Deutschland und weltweit neue Herausforderungen für die Entwicklung von Schulsystemen sowie für eine zeitgemäße Gestaltung von Schule und Unterricht. Die empirische Bildungsforschung kann die mit den gesellschaftlichen Veränderungen notwendigen und zukunftsrelevanten Kompetenzen in den Blick nehmen und neben wissenschaftlich-analytischem Wissen durch theoretisch fundierte empirische Forschung Steuerungswissen für anstehende Entwicklungsprozesse im Bildungsbereich bereitstellen (Eickelmann, 2018). An dieser Stelle setzt die international vergleichende Schulleistungsstudie ICILS (International Computer and Information Literacy Study) an. Die ICILS-2018-Studie (Eickelmann, Bos et al., 2019; Fraillon, Ainley, Schulz, Friedman et al., 2019) fokussiert dabei nach ICILS 2013 (Bos et al., 2014) zum zweiten Mal auf die computer- und informationsbezogenen Kompetenzen von Achtklässlerinnen und Achtklässlern im internationalen Vergleich. Den dynamischen Entwicklungen der letzten Jahre Rechnung tragend, wird zudem im Rahmen eines internationalen Zusatzmoduls der Studie der Kompetenzbereich ‚Computational Thinking‘ erstmalig ergänzt (Eickelmann, Vahrenhold et al., 2019). Beide Kompetenzbereiche werden mit dem hier eingereichten Symposium aufgegriffen und dabei jeweils Ergebnisse vor dem Hintergrund der Tagungsschwerpunkte ‚Bildung gestalten‘, ‚Partizipation erreichen‘ und ‚Digitalisierung nutzen‘ präsentiert und diskutiert. Dabei sei darauf hingewiesen, dass es mit der ICILS-2018-Studie – ausgehend von der zweiten international vergleichenden Testung der Kompetenzen der Achtklässlerinnen und Achtklässler sowie der erneuten Erhebung von voraussetzungs- und prozessbezogenen Rahmenbedingungen des Kompetenzerwerbs entlang des theoretischen Rahmenmodells der Studie (Fraillon, Ainley, Schulz, Duckworth et al., 2019) – erstmalig möglich ist, Vergleiche zwischen den Ergebnissen zweier Messzeitpunkte (Haupterhebung ICILS 2018 und Haupterhebung ICILS 2013), die einen fünfjährigen Zeitraum abbilden, herzustellen. Die Datengrundlage für die Analysen in beiden Teilen des hier eingereichten Symposiums bilden damit neben den repräsentativen Schülerkompetenzdaten aus beiden Studienzyklen im Bereich der computer- und informationsbezogenen Kompetenzen der Achtklässlerinnen und Achtklässler in den 14 an der Studie ICILS 2018 beteiligten Bildungssystemen die Kompetenzen im Bereich ‚Computational Thinking‘. Zudem gehen die nationalen und internationalen Fragebogendaten von Schülerinnen und Schülern, Lehrkräften, Schulleitungen und schulischen IT-Koordinatorinnen und IT-Koordinatoren in die Analysen ein.

Der zweite Teil des Symposiums geht mit drei Perspektiven zunächst (Beitrag 1, Drossel, Eickelmann, Schaumburg & Labusch) auf die ICILS-2018-Ergebnisse zur Gestaltung von schulischen Bildungsprozessen im Zuge der Digitalisierung aus der Perspektive der Lehrerinnen und Lehrer ein. Dabei liegt ein Fokus auf der Nutzungshäufigkeit digitaler Medien durch Lehrkräfte und mittels Regressionsanalysen werden die Zusammenhänge zwischen der Häufigkeit der Nutzung digitaler Medien und verschiedenen Voraussetzungs- und Prozessfaktoren betrachtet. Der zweite Beitrag (Schaumburg, Gerick, Drossel & Eickelmann) untersucht die Gestaltung von schulischen Bildungsprozessen im Zuge der Digitalisierung aus der Perspektive der Schülerinnen und Schüler. Der dritte Beitrag (Vahrenhold, Labusch & Eickelmann) geht auf die ICILS-2018-Ergebnisse der Kompetenzen von Achtklässlerinnen und Achtklässlern im Bereich ‚Computational Thinking‘ für Deutschland im internationalen Vergleich ein. Dabei werden die Kompetenzstände der Schülerinnen und Schüler im Bereich ‚Computational Thinking‘ vertiefend in Deutschland differenziert nach Schulformen sowie Schülerhintergrundmerkmalen betrachtet.

 

Beiträge des Symposiums

 

Die Gestaltung von schulischen Bildungsprozessen im Zuge der Digitalisierung aus der Perspektive der Lehrerinnen und Lehrer in ICILS 2018

Kerstin Drossel1, Birgit Eickelmann1, Heike Schaumburg2, Amelie Labusch1
1Universität Paderborn, Institut für Erziehungswissenschaft, 2Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Erziehungswissenschaften

Ein mit besonderer Aufmerksamkeit wahrgenommenes Ergebnis der Studie ICILS 2013 war der Befund, dass der Anteil der Lehrpersonen, der regelmäßig, mindestens wöchentlich digitale Medien im Unterricht einsetzt, in Deutschland geringer ausfiel als in allen anderen Teilnehmerländern (Eickelmann, Schaumburg et al., 2014). Da Lehrkräfte als „keystone species“ (Davis, Eickelmann et al., 2013, S. 439) der Integration digitaler Medien in schulische Lern- und Lehrprozesse gelten und damit für das Arrangement der Lernprozesse eine zentrale Rolle spielen, wurde dieses Ergebnis im bildungspolitischen und wissenschaftlichen Diskurs in besonderem Maße aufgegriffen. Dabei wurde, wie auch in anderen Studien, darauf hingewiesen, dass die Quantität der unterrichtlichen Nutzung digitaler Medien durch Lehrpersonen allein keine Rückschlüsse auf die Qualität ihrer Nutzung erlaubt, die Nutzung allerdings als eine notwendige Voraussetzung für die Realisierung der vielbeschriebenen Potenziale digitaler Medien für das Lernen und Lehren anzusehen ist (Döbeli Honegger, 2016; Scheiter, 2017; Tulodziecki, Herzig et al., 2019). In dem Zusammenhang wurde durch den internationalen Vergleich im Rahmen von ICILS 2013 auch deutlich, dass in Deutschland die Rahmenbedingungen schulischen Lernens und Lehrens und damit die Voraussetzungen für Lehrpersonen, überhaupt digitale Medien in den Unterricht integrieren zu können, deutliche Entwicklungsbedarfe aufwiesen (Gerick et al., 2014). Damit waren zentrale Voraussetzungen für Lehrkräfte, den pädagogischen Handlungsspielraum des Lernens und Lehrens mit digitalen Medien gestalten zu können, in Deutschland in der Fläche nicht gegeben.

Wenngleich sich seither in nationalen Studien, wie etwa dem Länderindikator, tendenziell eine Erhöhung der Nutzungshäufigkeit digitaler Medien durch Lehrkräfte gezeigt hat (Lorenz et al., 2017), wird dargestellt, (1) wie sich die Situation in Deutschland und im internationalen Vergleich aktuell abbildet. Daran anknüpfend, stellt sich (2) die Frage, wie sich verschiedene, als möglicherweise relevant identifizierte Prädiktoren der täglichen Nutzung digitaler Medien durch Lehrkräfte im internationalen Vergleich darstellen und welche Prädiktoren nunmehr die Gestaltung von schulischen Bildungsprozessen im Zuge der Digitalisierung an Gymnasien und anderen Schulformen der Sekundarstufe I rahmen. Bearbeitet werden die vorgenannten Forschungsfragen auf der Grundlage der ICILS-2018-Daten. Die Beantwortung der ersten Forschungsfrage erfolgt mittels deskriptiver Statistiken. Für die zweite Forschungsfrage werden mittels Regressionsanalysen die Zusammenhänge zwischen der Häufigkeit der Nutzung digitaler Medien und verschiedenen Voraussetzungsfaktoren (Erfahrungen der Nutzung digitaler Medien im Unterricht, Selbsteinschätzung der Kompetenzen der unterrichtlichen Nutzung digitaler Medien, IT-Ausstattung) und digitalisierungsbezogene Prozessfaktoren (Lehrerkooperation, schulische Prioritätensetzungen, schulische Bildungsziele) betrachtet.

Hinsichtlich der ersten Fragestellung zeigt sich, dass der Anteil der Lehrkräfte in Deutschland, der täglich digitale Medien in der Schule beim Unterrichten nutzt, mit 23.2 Prozent im Vergleich zu 2013 mehr als doppelt so hoch ausfällt (2013: 9.1%). Allerdings geben die befragten Lehrkräfte dies in den meisten anderen ICILS-2018-Ländern zu einem höheren Anteil an (internationaler Mittelwert: 47.9%).

Hinsichtlich der deskriptiv betrachteten potenziellen Prädiktoren der täglichen Nutzung digitaler Medien durch Lehrkräfte (Frage 2) zeigt sich, dass Lehrkräfte in Deutschland fast durchgängig signifikant geringere Anteile aufweisen als in den meisten anderen ICILS-2018-Teilnehmerländern. Die Ebene der Voraussetzungen betreffend, zeigt sich beispielsweise, dass 55.0 Prozent der Lehrkräfte in Deutschland angeben, dass sie bereits seit mehr als fünf Jahren digitale Medien im Unterricht zu Unterrichtszwecken verwenden (internationaler Mittelwert: 64.7%). Weiterhin ist auf der Prozessebene z.B. ersichtlich, dass etwa die Hälfte der Lehrpersonen in Deutschland angibt (53.6%), mit Lehrkräften der eigenen Schule digitale Ressourcen zu teilen, womit Deutschland das Schlusslicht im internationalen Vergleich darstellt (internationaler Mittelwert: 73.9%). Hinsichtlich der Frage, welche Prädiktoren die Gestaltung von schulischen Bildungsprozessen im Zuge der Digitalisierung rahmen, zeigt sich, dass lediglich eine ausreichende IT-Ausstattung an der Schule auf der Ebene der Voraussetzungen sowie die Priorität des Einsatzes digitaler Medien in der Schule sowohl an Gymnasien als auch an anderen Schulformen in einem positiven Zusammenhang mit der täglichen Nutzung digitaler Medien stehen. Zudem lassen sich schulformspezifische Prädiktoren identifizieren.

 

Die Gestaltung von schulischen Bildungsprozessen im Zuge der Digitalisierung aus der Perspektive der Schülerinnen und Schüler – Ergebnisse von ICILS 2018

Heike Schaumburg1, Julia Gerick2, Kerstin Drossel3, Birgit Eickelmann3
1Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Erziehungswissenschaften, 2Universität Hamburg, Fakultät für Erziehungswissenschaft, 3Universität Paderborn, Institut für Erziehungswissenschaft

Seit mehr als zwei Jahrzehnten kommen Untersuchungen zur Häufigkeit, mit der Schülerinnen und Schüler digitale Medien nach eigenen Angaben im Unterricht nutzen, zu dem Ergebnis, dass digitale Medien an Schulen in Deutschland vergleichsweise selten in den Unterricht eingebunden werden (z.B. Gerick et al., 2018). Dieses Ergebnis zeigen internationale Vergleiche sowohl für den Primar- als auch für den Sekundarbereich (Eickelmann & Vennemann, 2014; Sälzer & Reiss, 2016). In der ICIL-Studie 2013 gab weniger als ein Drittel (31.4%) der Achtklässlerinnen und Achtklässler in Deutschland an, digitale Medien mindestens wöchentlich in der Schule zu nutzen. Der Anteil der Schülerinnen und Schüler, der nach eigener Aussage täglich in der Schule mit digitalen Medien lernte, lag nur bei 1.6 Prozent (Eickelmann, Schaumburg et al., 2014). Deutschland lag damit weit unter dem internationalen Mittelwert und der Vergleichsgruppe der untersuchten EU-Teilnehmerländer. Weiterhin zeigte sich, dass digitale Medien in Deutschland schwerpunktmäßig im Fach Informatik genutzt wurden und nur ein recht begrenztes Spektrum digitaler Werkzeuge und didaktischer Einsatzformen Eingang in den Unterricht gefunden hatte.

Im vorliegenden Beitrag wird die Nutzung digitaler Medien durch Schülerinnen und Schüler auf der Grundlage der ICILS-2018-Studie für Deutschland im internationalen Vergleich erneut und differenzierter betrachtet. Dazu werden entlang des theoretischen Rahmenmodells der ICILS-2018-Studie (Fraillon, Ainley, Schulz, Duckworth et al., 2019), das die Nutzung digitaler Medien sowohl im Bereich schulischer und außerschulischer Prozesse verortet als auch Faktoren auf der Voraussetzungsebene betrachtet, folgende Fragestellungen bearbeitet: (1) Über welche Erfahrungen verfügen die Schülerinnen und Schüler in der Nutzung digitaler Medien? (2) Wie gestaltet sich die schulische und außerschulische Nutzung digitaler Medien von Achtklässlerinnen und Achtklässlern in Deutschland im internationalen Vergleich? (3) In welchem Zusammenhang steht diese differenziert nach Schulform mit den computer- und informationsbezogenen Kompetenzen der Achtklässlerinnen und Achtklässler in Deutschland? Der Beitrag setzt damit zunächst im internationalen Vergleich mit deskriptiven Analysen an (Fragen 1 und 2) und untersucht anschließend mit einem regressionsanalytischen Ansatz die Zusammenhänge zwischen Nutzungsvariablen und den Kompetenzen (Frage 3). Dabei erscheint besonders interessant, ob sich auch im Rahmen von ICILS 2018 für Deutschland das auffällige Ergebnis zeigt, dass sich – wie im Rahmen von ICILS 2013 festgestellt – ein signifikanter negativer Zusammenhang der Häufigkeit schulischer Nutzung digitaler Medien durch Achtklässlerinnen und Achtklässlern und ihren computer- und informationsbezogenen Kompetenzen abbildet (Eickelmann et al., 2014).

Es zeigt sich, dass mehr als ein Drittel (35.7%) der Achtklässlerinnen und Achtklässler in Deutschland über eine mindestens fünfjährige Erfahrung mit der Nutzung digitaler Medien verfügt. In fast allen anderen ICILS-2018-Teilnehmerländern fallen die entsprechenden Anteile höher aus (internationaler Mittelwert: 46.3%). Auch hinsichtlich der in der Schule erlernten IT-basierten Fähigkeiten liegt der Anteil in Deutschland unter dem internationalen Durchschnitt.

Weiter lässt sich feststellen, dass die Nutzung digitaler Medien durch Achtklässlerinnen und Achtklässler in der Schule für schulbezogene Zwecke in Deutschland (22.8%) sowie die Nutzung digitaler Medien außerhalb der Schule für schulbezogene Zwecke (42.0%) jeweils signifikant unter dem internationalen Mittelwert (44.0% bzw. 50.9%) liegen.

Hinsichtlich des Zusammenhanges der betrachteten Faktoren mit den computer- und informationsbezogenen Kompetenzen der Achtklässlerinnen und Achtklässler zeigt sich für Deutschland, dass die Dauer der Erfahrung mit der Nutzung von Desktop-Computern oder Notebooks bzw. Laptops und die Häufigkeit der außerschulischen Nutzung für schulbezogene Zwecke in einem positivem Zusammenhang mit den computer- und informationsbezogenen Kompetenzen stehen. Die Häufigkeit der schulischen Nutzung für schulbezogene Zwecke zeigt dagegen einen negativen Zusammenhang. Differenziert nach der besuchten Schulform weist lediglich die Dauer der Erfahrung mit der Nutzung digitaler Medien an anderen Schulformen der Sekundarstufe I einen positiven Effekt auf. Der signifikant negative Zusammenhang der Häufigkeit schulischer Nutzung digitaler Medien und den computer- und informationsbezogenen Kompetenzen bildet sich in der differenzierten schulformspezifischen Betrachtung demnach nicht ab.

 

Digitalisierung, Bildung und Partizipation reloaded – Ergebnisse des ICILS-2018-Zusatzmoduls ‚Computational Thinking‘

Jan Vahrenhold1, Amelie Labusch2, Birgit Eickelmann2
1Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Informatik, 2Universität Paderborn, Institut für Erziehungswissenschaft

Computational Thinking wird in der Studie ICILS 2018 anknüpfend an Wing (2006) und nach Aho (2012) als Gesamtheit der Denkprozesse betrachtet, die dazu genutzt werden, Probleme und Verfahren zu deren Lösungen so zu modellieren, dass eine algorithmische Verarbeitung möglich wird. Kompetenzen im Bereich ‚Computational Thinking‘ betreffen somit kognitive Prozesse, die deutlich über reine Anwendungen von Hard- und Software hinausgehen. Sie fokussieren auf Problemlösungsprozesse, die durch Entwicklung und Anwendung von Algorithmen und damit verbundenen Prozessen der Modellierung und Formalisierung auch einer Umsetzung auf einem Computer bzw. digitalen System zugänglich gemacht werden können (Eickelmann, Vahrenhold et al., 2019). Im Zuge der Kompetenzentwicklung in diesem Bereich wird davon ausgegangen, dass Schülerinnen und Schüler sowohl fachspezifische als auch allgemeine Problemlösungsfähigkeiten, die unabhängig von einer konkreten Programmiersprache und Entwicklungsumgebung sind, entwickeln (Barr & Stephenson, 2011).

In der Zusammenschau über unterschiedliche Ansätze der curricularen schulischen Verankerung des Bereichs ‚Computational Thinking‘ können international im Kern drei Ansätze identifiziert werden (Eickelmann, 2019): Computational Thinking (1) als fächerübergreifender Kompetenzbereich; (2) als Teil der Informatik und (3) als eigenständiges Fach bzw. Lernbereich. Die Unterschiedlichkeit der theoretischen Ansätze zum Bereich ‚Computational Thinking‘ (Yadav et al., 2018) sowie die Dynamik des Kompetenzbereiches erschwerten über Jahre eine theoretisch hinreichend ausgereifte Konzeptionierung von Computational Thinking, sodass dieser Kompetenzbereich bisher einer direkten Messung jenseits lokaler Kontexte schwer zugänglich war (Grover & Pea, 2013). Erstmalig wurde über ein internationales Zusatzmodul im Rahmen von ICILS 2018 die Untersuchung des zumindest in Deutschland vergleichsweise neuen Kompetenzbereiches ‚Computational Thinking‘ im internationalen Vergleich auf der Grundlage repräsentativer Stichproben und eigens neu für ICILS 2018 entwickelter computerbasierter Schülertests realisiert (Fraillon, Ainley, Schulz, Friedman et al., 2019). Hinsichtlich der Kompetenzen im Bereich ‚Computational Thinking‘ wird im Rahmen der Studie ICILS 2018 zwischen Fähigkeiten zur Konzeptualisierung des Problems (Teilbereich I) und zur Operationalisierung (Teilbereich II) der Lösung unterschieden. Teilbereich I ‚Probleme konzeptualisieren‘ umfasst drei Aspekte: über Wissen und Verständnis von digitalen Systemen verfügen; Probleme formulieren und analysieren und relevante Daten erheben und repräsentieren. Teilbereich II ‚Lösungen operationalisieren‘ umfasst zwei Aspekte: Lösungen planen und bewerten sowie Algorithmen, Programme und Schnittstellen entwickeln.

Anhand von Testmodulen und Beispielitems werden in dem Beitrag zunächst der Kompetenzbereich ‚Computational Thinking‘ und seine Teilbereiche veranschaulicht. Anschließend wird die Forschungsfrage (1) Über welche Kompetenzstände verfügen Achtklässlerinnen und Achtklässler in Deutschland im internationalen Vergleich im Bereich ‚Computational Thinking‘? bearbeitet. Vertiefend werden für Deutschland die Kompetenzstände differenziert nach verschiedenen Schülergruppen betrachtet; hierbei wird die Forschungsfrage (2) Wie stellen sich die Kompetenzstände im Bereich ‚Computational Thinking‘ differenziert nach Schulform sowie nach Schülerhintergrundmerkmalen (Geschlecht, soziale Herkunft, Migrationshintergrund) dar? behandelt. In einem abschließenden Schritt (Forschungsfrage 3) wird aus Sicht der Schülerinnen und Schüler sowie der Lehrkräfte die Förderung der Kompetenzen in Schule und Unterricht im internationalen Vergleich beschrieben.

Die mittleren Kompetenzen im Bereich ‚Computational Thinking‘ der Achtklässlerinnen und Achtklässler in Deutschland betragen 486 Punkte und liegen signifikant unter dem internationalen Mittelwert (500 Punkte). Gymnasiastinnen und Gymnasien in Deutschland (549 Punkte) erreichen um gerundet 98 Punkte signifikant höhere mittlere Kompetenzen im Bereich ‚Computational Thinking‘ als Schülerinnen und Schüler anderer Schulformen der Sekundarstufe I (450 Punkte). Zudem lassen sich in den Kompetenzen im Bereich ‚Computational Thinking‘ in Deutschland keine geschlechtsspezifischen, jedoch herkunfts- und migrationsbedingte Disparitäten feststellen. Achtklässlerinnen und Achtklässler in Deutschland geben zum höchsten Anteil (63.2%) an, mindestens im mittleren Umfang in der Schule gelernt zu haben, Diagramme zu verstehen, die lebensnahe Problemstellungen beschreiben oder darstellen, während Lehrkräfte zum höchsten Anteil (63.8%) angeben, mindestens mit etwas Nachdruck zu fördern, einen komplexen Prozess in kleinere Teile herunterzubrechen.

Die Ergebnisse zum Zusatzmodul ‚Computational Thinking‘ werden vor dem Hintergrund aktueller Entwicklungen in Deutschland, zukünftiger Perspektiven für die empirische Bildungsforschung und damit insgesamt vor dem Hintergrund der thematischen Schwerpunkte der Tagung diskutiert.