Veranstaltungsprogramm

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Sitzungsübersicht
Sitzung
F9–1.20: Lernstrategien und Lernen in der Grundschule
Zeit:
Freitag, 27.03.2020:
9:00 - 10:45

Ort: 1.20

Präsentationen

Förderung der Variablenkontrollstrategie durch strukturierte und angeleitete Experimente bei 6- bis 7-Jährigen

Timo Reuter1, Anke Maria Weber1, Julia Flottmann2, Miriam Leuchter1

1University Koblenz-Landau, Deutschland; 2Westfälische Wilhelms-Universität, Münster, Deutschland

Theoretischer Hintergrund

Frühe naturwissenschaftliche Bildung zielt neben der Vermittlung von inhaltsbezogenem Wissen auf die Förderung von Prozesswissen (Dunbar & Klahr, 2012). Dazu zählt das Planen von Experimenten (Zimmerman & Klahr, 2018). Hierbei ist die Variablenkontrollstrategie (VKS) von zentraler Bedeutung (Chen & Klahr, 1999). Kinder verstehen bereits ab einem Alter von vier Jahren, dass sie für ein aussagekräftiges Experiment die interessierende Variable manipulieren müssen (van der Graaf, Segers & Verhoeven, 2015), jedoch haben sie über das Grundschulalter hinaus Schwierigkeiten, andere beteiligte Variablen zu kontrollieren (Bullock & Ziegler, 1999). Diese Fähigkeit zur Variablenkontrolle kann zum einen durch explizit auf die VKS zielende Trainings verbessert werden (Schwichow, Croker, Zimmerman, Höffler & Härtig, 2016). Zum anderen zeigen Schalk, Edelsbrunner, Deiglmayr, Schumacher und Stern (2019), dass 8- bis 11-Jährige die VKS auch implizit lernen können, wenn sie im Rahmen von guided-inquiry wiederholt und über einen längeren Zeitraum valide Experimente durchführen, ohne dabei aber gezielt auf die VKS hingewiesen zu werden. Bislang wurde noch nicht untersucht, ob auch jüngere Kinder die VKS durch wiederholtes Experimentieren im Rahmen von guided-inquiry lernen können, ohne dabei gezielt auf die VKS hingewiesen zu werden. Darüber hinaus stellt sich die Frage, ob ein solcher Lerneffekt bereits nach kurzer Interventionszeit auftritt.

Fragestellung

Verbessert ein 60-minütiger Unterricht mit strukturierten und angeleiteten Experimenten – jedoch ohne explizite Instruktion zur VKS – die Fähigkeit von 6- bis 7-Jährigen, die VKS anzuwenden?

Methode

An der Studie mit experimentellem Prä-Post-Follow-Up-Test-Design nahmen N=145 Kinder (51% männlich, MAlter=6.57 Jahre, SDAlter=.322) aus zehn ersten Klassen teil. Die Klassen wurden in Halbklassen geteilt und zufällig einer von drei experimentellen Bedingungen zugewiesen. Kinder der Experimentalgruppe (EG) 1 führten sechs strukturierte und angeleitete Experimente im Kontext der schiefen Ebene zur potentiellen Energie durch, während Kinder der EG 2 vergleichbare Experimente entweder im Kontext von Schubkarren (einseitige Hebel) oder Statik (Bauklötze) durchführten. Die Experimente regten die Kinder dazu an, Vermutungen aufzustellen, Versuchsanordnungen zu vergleichen, Ergebnisse zu beobachten und zu interpretieren. Eine Kontrollgruppe (KG) erhielt regulären Unterricht im nicht naturwissenschaftlichen Bereich. Die Fähigkeit der Kinder, die VKS anzuwenden, wurde mit elf Multiple-Choice-Items gemessen (ωposttest = .70). Die Items zeigten jeweils ein valides (2 Punkte), ein konfundiertes (1 Punkt) und kein Experiment (0 Punkte) und wurden für die Auswertung zu einem Score verrechnet. Fünf Items waren im Testkontext der schiefen Ebene (Gegenstand des Unterrichts in EG 1), sechs Items im Kontext von Schwimmen und Sinken (weder in EG 1 noch in EG 2 Gegenstand des Unterrichts). Die Durchführung erfolgte in den Klassenräumen durch geschulte Versuchsleiter/innen.

Ergebnisse

Kinder, die Unterricht mit strukturierten und angeleiteten Experimenten erhielten (EG 1 und EG 2), verbesserten sich in der VKS, wohingegen Kinder der KG keine Veränderung erkennen ließen. Ein Wachstumskurvenmodell zeigte für den Testkontext der schiefen Ebene einen signifikanten Effekt der Zeit (γ10=0.06, p=.044) und einen signifikanten Unterschied zwischen EG 1 und KG über die Zeit (γ11=−0.24, p < .001), nicht aber zwischen EG 1 und EG 2. Im Testkontext von Schwimmen und Sinken ergab ein Wachstumskurvenmodell einen signifikanten Effekt der Zeit (γ10=0.11, p =.003). Deskriptiv verbesserten sich auch hier beide EG, während die KG konstant blieb. Jedoch waren die Gruppenunterschiede zu klein, um statistisch signifikant zu sein. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine 60-minütige Unterrichtsstunde, in der die Kinder strukturierte und angeleitete Experimente durchführten, zu einer Verbesserung der VKS-Fähigkeit führte. Offenbar gelang es den 6- bis 7-jährigen Kindern unabhängig vom Kontext der Experimente eine übergeordnete Repräsentation des Funktionsprinzips der Variablenkontrolle aufzubauen und dieses Prinzip unabhängig vom Testkontext anzuwenden. Limitationen der Studie sowie theoretische und praktische Implikationen werden diskutiert.



Förderung der adaptiven Strategiewahl durch verschachteltes Lernen im Mathematikunterricht der Grundschule

Lea Nemeth, Timo Flückiger, Katharina Werker, Julia Arend, Frank Lipowsky

Universität Kassel, Deutschland

Hintergrund

Forschungsergebnisse zeigen, dass Grundschüler*innen nach der Einführung der schriftlichen Subtraktion selten adaptiv rechnen, sondern das schriftliche Normalverfahren häufig als Universalstrategie nutzen (Selter, 2001). Ein vielversprechender Ansatz, den adaptiven Strategieeinsatz von Lernenden zu fördern, stellt das verschachtelte Lernen dar. Verschachteltes Lernen (interleaved pratice) – d.h. die abwechselnde Behandlung von Inhalten (abcdabcdabcdabcd) – kann im Vergleich zur häufig anzutreffenden geblockten Behandlung von Lerninhalten (aaaabbbbccccdddd) als wünschenswerte Erschwernis beim Lernen (Bjork & Bjork, 2011; Dunlosky et al., 2013) und damit als Strategie zur kognitiven Aktivierung von Lernenden begriffen werden (Lipowsky et al., 2019). Das Verschachteln der Lerninhalte geht mit kognitiv anspruchsvollen Diskriminations- und Vergleichsprozessen einher, wodurch der Erwerb nicht nur prozeduralen, sondern auch konditionalen Wissens unterstützt werden kann (Birnbaum et al., 2013; Brunmair & Richter, in press; Ziegler & Stern, 2014). Aufgrund der herausfordernden kognitiven Prozesse, die durch das verschachtelte Lernen evoziert werden, kann angenommen werden, dass insbesondere leistungsstärkere Schüler*innen sowie Lernende, die mehr Freude an der Auseinandersetzung mit kognitiv anspruchsvollen Aufgaben haben (Need for Cognition, NFC), profitieren.

Fragestellungen

Im vorliegenden Beitrag wird überprüft, ob durch das verschachtelte Behandeln von Subtraktionsstrategien die Adaptivität sowie die Korrektheit der Lösungen stärker gefördert werden können als durch ein geblocktes Vorgehen. Zudem wird geprüft, ob das Vorwissen und der NFC der Schüler*innen einen Einfluss auf die Lernzuwächse haben.

Methode

In der experimentellen Studie wurden die verschachtelte und die geblockte Lernumgebung im Mathematikunterricht von 12 Grundschulklassen (N = 236) des 3. Schuljahres implementiert. Hierbei wurden die Lernenden jeder Klasse randomisiert aufgeteilt, sodass eine Klassenhälfte die Subtraktionsstrategien geblockt erlernte und die andere verschachtelt. Die Intervention umfasste 14 Unterrichtsstunden und wurde von geschulten Mitarbeitern*innen durchgeführt. In der verschachtelten Lernbedingung wurden die behandelten Subtraktionsstrategien (vier halbschriftliche und das schriftliche Normalverfahren) abwechselnd behandelt und von den Schülern*innen hinsichtlich ihrer Adaptivität für bestimmte Aufgaben verglichen. In der geblockten Bedingung wurden die Subtraktionsstrategien nacheinander behandelt und die Charakteristika jeder Strategie erarbeitet, bevor die nächste Strategie thematisiert wurde.

Als abhängige Variablen wurden u.a. die Korrektheit und die Adaptivität untersucht. Diese wurden mit einem Rechenstrategietest zu vier Messzeitpunkten (T1: Prätest; T2: Posttest; T3: Follow-up-Test 1; T4: Follow-up-Test 2) erfasst. Geschulte Kodierer*innen schätzten für jede Aufgabe die Adaptivität der Strategien ein (κw ≥ .63). Als mögliche moderierende Variablen wurden das vor der Intervention erhobene arithmetische Vorwissen sowie der NFC einbezogen und deren Effekte auf den Ausgangswert und den Lernzuwachs untersucht.

Ergebnisse

Anhand von quadratischen Wachstumskurvenmodellen kann gezeigt werden, dass die Lernbedingung prädiktiv für die Lernzuwächse in der Korrektheit und in der Adaptivität ist: Die Schüler*innen der verschachtelten Lernbedingung weisen zu T2, T3 und T4 in beiden abhängigen Variablen höhere Werte auf.

Mehrgruppen-Wachstumskurvenmodelle (verschachtelt vs. geblockt) mit dem arithmetischen Vorwissen und dem NFC als Prädiktoren ergeben folgende Befunde: Für die abhängige Variable Korrektheit zeigt sich in beiden Lernbedingungen ein positiver Einfluss des arithmetischen Vorwissens auf den Ausgangswert, jedoch nicht für den NFC. Der Entwicklungsverlauf wird weder in der geblockten noch in der verschachtelten Bedingung durch das arithmetische Vorwissen und den NFC beeinflusst.

In Bezug auf die Adaptivität zeigt sich, dass der Ausgangswert sowohl in der geblockten als auch der verschachtelten Bedingung lediglich durch das arithmetische Vorwissen positiv beeinflusst wird. Zudem geht ein höherer NFC mit einem stärkeren Anstieg der adaptiven Strategiewahl in der verschachtelten Bedingung einher, während das arithmetische Vorwissen den Entwicklungsverlauf in der geblockten Bedingung positiv beeinflusst.

Diskussion

Die Studie zeigt, dass verschachteltes Lernen und die Anregung zum Vergleichen ein hohes Potential haben, prozedurales Wissen und die Wahl adaptiver Strategien von Drittklässlern zu fördern. Von diesem Vorgehen profitieren alle Lernende unabhängig ihres Vorwissens. Demgegenüber wirkt sich die Freude an der Auseinandersetzung mit kognitiv anspruchsvollen Aufgaben moderierend auf den Lernzuwachs in der Adaptivität beim verschachtelten Lernen aus.



Individualisierte Lerngelegenheiten im frühen naturwissenschaftlichen Sachunterricht der Grundschule. Ergebnisse einer experimentellen Interventionsstudie

Ann-Kathrin Laufs, Sebastian Kempert

Universität Potsdam, Deutschland

Theoretischer Hintergrund

Kindern mit unterschiedlichen Lern- und Entwicklungsvoraussetzungen die Teilhabe am Unterricht zu ermöglichen, ist ein zentrales Ziel bildungspolitischer und pädagogischer Bemühungen. Bei der Ausgestaltung von Lernprozessen im heterogenen Klassenzimmer haben sich verschiedene Strategien individueller Förderung etabliert (Dumont, 2019). Ein Vorgehen, welches das Potenzial hat adaptiv auf individuelle Voraussetzung einer heterogenen Schülerschaft einzugehen, ist die Kontextualisierung von Lernaufgaben anhand von individuellen Interessen der Kinder (Walkington & Hayata, 2017). Sowohl das mit den Interessengegenständen verbundene Vorwissen als auch die damit verbundene emotional-motivationale Orientierung stellen förderliche Bedingungen für Lernprozesse dar (Krapp & Prenzel, 2011) und können insbesondere für lernschwache Kinder den Zugang zum Lehrgegenstand erleichtern.

Der positive Zusammenhang von (Fach-)Interesse und Lernen wurde bisher insbesondere in den Bereichen Mathematik und Textlernen untersucht und empirisch belegt (z. B. Jansen, Lüdtke & Schroeders, 2016; Schiefele, Krapp & Schreyer, 1993; Walkington, 2013). Empirische Studien zu den zugrundliegenden kognitiven Mechanismen, z. B. zur Rolle des Arbeitsgedächtnisses, sind jedoch selten und in ihren Ergebnissen widersprüchlich (Krapp, 2010). Zudem fehlen Studien, welche das Potenzial des Einbezugs individueller Interessen in die Vermittlung von Lerninhalten im Bereich des frühen naturwissenschaftlichen Unterrichts der Grundschule betrachten.

Fragestellung

In einem aktuellen DFG-Forschungsprojekt gehen wir daher der Frage nach, inwieweit sich außerschulische Interessen von Grundschulkindern eignen, um Vermittlungs- und Lernvorgänge im Lernfeld Sachunterricht durch Kontextualisierung zu individualisieren und Lernerfolge positiv zu beeinflussen.

Methode

In einem experimentellen Pre-Post-Interventionsdesign erfassen wir die außerschulischen Interessen von N=158 Grundschulkindern der 3. und 4. Jahrgangsstufe. Im Anschluss erhalten die Kinder in Kleingruppen zwei Lerneinheiten zur Vermittlung einer naturwissenschaftlichen Experimentierstrategie (die sog. Variablenkontrollstrategie [VKS], Chen & Klahr, 1999). Die Experimentalgruppe (EG) erhält eine ihrer außerschulischen Interessen entsprechend kontextualisierte Lerneinheit, während die Kontrollgruppe (KG) eine Vermittlung in einem Standardsetting (Magnetismus) erhält. Eine unbehandelte Kontrollgruppe (uKG) erhält im relevanten Zeitraum keine Förderung.

Neben der Erfassung des Verständnisses der VKS werden in der Studie auch sprachliche und kognitive Variablen erhoben. Im vorliegenden Beitrag soll die Implementation einer interessensbasierten Intervention im frühen naturwissenschaftlichen Sachunterricht, sowie mögliche Effekte des Interesseneinbezugs auf den Lernerfolg berichtet werden. Weiterhin werden die sprachlichen und kognitiven Variablen der Kinder in ihrer Rolle als mögliche Moderatoren analysiert.

Ergebnisse

Erste Analysen zeigen, dass hinsichtlich des Interesses ein signifikanter Unterschied zwischen EG und KG besteht: Die EG weist ein durchschnittlich höheres Interesse an den Kontexten (d=1.5) und am Konzept der VKS (d=.86) auf. Darüber hinaus weist die EG sowohl beim Verständnis der Transferaufgaben (d=.40) als auch bei der Bewertung eines kontrollierten Experiments (d=.39) signifikant bessere Ergebnisse als die KG auf. Das höhere Interesse begünstigt vermutlich eine tiefergehende Auseinandersetzung mit dem Lerninhalt.

Die Relevanz der Ergebnisse für die Gestaltung individualisierter und inklusiver Unterrichtsangebote und mögliche Limitationen der Studie werden abschließend diskutiert.