Lernumgebungen wirksam gestalten

Lernen und Bildung findet in schulischen, außerschulischen, beruflichen und außerberuflichen Kontexten statt. Die empirische Bildungsforschung untersucht in vielen verschiedenen Kontexten, wie Lernumgebungen – das heißt, konkrete Lernsituationen, aber auch Materialien und Aufgaben wirksam gestaltet werden können.

Die Forschungsprojekte im Bereich »Design« decken eine große Bandbreite an Themen ab: Sie entwickeln Simulationsumgebungen oder untersuchen die Wirksamkeit einzelner Unterrichtsmethoden, wie Flipped Classroom, Lernen in Gruppen oder Lernen mit digitalen Medien. Andere Projekte widmen sich der Frage, wie bestimmte Personengruppen – zum Beispiel eher lernstarke oder lernschwache Schülerinnen und Schüler, oder Jungen und Mädchen – gezielt gefördert werden können.

Projektbeispiele

Ausstellungsdesigns zu konflikthaften naturwissenschaftlichen Themen

Museen haben als Orte gesellschaftlicher Diskussion die Aufgabe, einem breiten Publikum auch kontroverse Themen angemessen zu präsentieren. Das DFG-Transfer-Projekt entwickelt und realisiert einen solchen exemplarischen Ausstellungsbereich im Deutschen Museum zum Thema Nutztiere. Das Projekt untersucht unter anderem, wie sich unterschiedliche Designvarianten der Aufbereitung von Inhalten auf die (Lern-)Erfahrungen der Museumsbesucherinnen und -Besucher auswirken – in motivationaler, affektiver und kognitiver Hinsicht.

Ziel ist es, herauszufinden, welche Lernprozesse in solchen informellen Lernsituationen stattfinden. Museumsprofessionals können so ihre Ausstellungen auf der Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse gestalten.

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Kompetenzen in der Pflegeausbildung messen und unterstützen

Wie kann man in der Pflege das Belastungsempfinden verringern, Versorgungsqualität durch berufsübergreifende Zusammenarbeit fördern und den Fachkräftemangel bekämpfen?

Das Projekt »EKGe – Erweiterte Kompetenzmessung im Gesundheitsbereich« sucht Ansätze in der Pflegeausbildung, indem es erstmals mit innovativen technologiegestützten Verfahren – wie prozessnahen Erhebungen und videobasierten Tests – prüft, was die Ausbildung in Praxiseinrichtungen wirksam macht, unter anderem bezüglich der Befähigung zu interprofessioneller Kooperation, und ein digital gestütztes Training zur Bewältigung pflegespezifischer Belastungen entwickelt.

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Alle Forschungsprojekte

  • Debugging im Informatikunterricht

Debugging ist ein Schlüsselproblem des Informatikunterrichts: Programmierfehler zu finden und zu beheben stellt für Schülerinnen und Schüler ein erhebliches Hindernis beim Programmierenlernen dar und ist eine große Quelle für Frustration. Gleichzeitig stehen auch die Lehrkräfte vor der Herausforderung, allen Lernenden gleichzeitig gerecht zu werden. In diesem Forschungsprojekt wird untersucht, wie Schülerinnen und Schüler befähigt werden können, selbstständig Programmierfehler zu beheben.

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  • ProMus - Mit Prompts im Museum selbstgesteuert lernen

Wie kann selbstgesteuertes Lernen im Museum effektiv funktionieren? Studien zeigen, dass es häufig wenig effektiv ist, wenn sich Schülerinnen und Schüler Inhalte im Museum komplett eigenständig erarbeiten. Das DFG-Projekt „ProMus“ untersucht, welche Art instruktionaler Prompts – das heißt Anleitungen, Hilfestellungen & Denkanstöße zur Unterstützung des Lernprozesses – die Schülerinnen und Schüler während ihres selbstgesteuerten Ausstellungsbesuchs im Verkehrszentrum des Deutschen Museums München zu einer intensiveren und aktiveren Beschäftigung mit den Exponaten anregen kann.

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  • Visit-Math

Wie erkennen Lehrkräfte die Fähigkeiten und Fertigkeiten ihrer Schülerinnen und Schüler? Im Rahmen des interdisziplinären Forschungsprojekts COSIMA untersucht das Projekt VISIT-Math, wie simulationsbasierte Lernumgebungen im Lehramtsstudium gestaltet und eingesetzt werden können, um die Diagnosekompetenzen von angehenden Mathematiklehrkräften zu trainieren und zu verbessern.

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  • Forschungssynthese Digitales Lesen

Lesen mit digitalen Medien hat in der Freizeit sowie im Schul- und Universitätskontext an Bedeutung gewonnen. Entsprechend haben zahlreiche Studien den Nutzen digitaler Leseumgebungen untersucht. Die Forschungssynthese Digitales Lesen verfolgt die Ziele herauszufinden, welche Rolle der Einsatz von Lesestrategien in digitalen Leseumgebungen spielt und in welchem Zusammenhang Lesestrategien mit Leseverständnis und -motivation im digitalen Kontext stehen.

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  • Kollaboration in Programmierprojekten

Versionskontrollsysteme sind für die Zusammenarbeit in Softwareprojekten unerlässlich. Allerdings gibt es für blockbasierte Sprachen und den Anfangsunterricht keine adäquaten Werkzeuge, die Kollaboration ermöglichen. Im Rahmen dieses Forschungsschwerpunkts wird mit Smerge ein Versionskontrollsystem für Programmieranfängerinnen und -anfänger entwickelt und untersucht, wie Lernende in Programmierprojekten kollaborieren und welchen Einfluss kollaboratives Arbeiten auf den Entwurf und das Design von Programmen hat.

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  • Critical Thinking im Laborpraktikum fördern

Laborpraktika sind in den naturwissenschaftlichen Fächern fester Bestandteil der universitären Ausbildung. In der Regel erfolgt die Gestaltung mit Versuchsskripten, die beschreiben, wie ein Versuch durchgeführt werden soll. Diese Skripte enthalten in der Regel aber kaum Anregungen, die Inhalte oder Methoden des Fachs zu reflektieren. Dadurch entsteht isoliertes Wissen.
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Projekts haben deshalb Ergänzungen zu diesen Skripten entwickelt und evaluiert. Sie sollen Studierende dazu anregen, kritisch zu denken und deren Wissen so besser zu vernetzen.

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  • D1Ma2 - Diagnosekompetenzen in Mathematik in einer simulationsbasierten Lernumgebung fördern

Schülerleistungen richtig zu diagnostizieren, ist eine wichtige Kompetenz von Lehrkräften. In dem Projekt wird eine simulationsbasierte Lernumgebung zur Erfassung und Förderung des Diagnostizierens entwickelt. Studierende und Lehrkräfte schätzen darin die mathematischen Kompetenzen von virtuellen Schülerinnen und Schülern anhand ihrer schriftlichen Aufgabenlösungen ein. Die Lernumgebung enthält verschiedene Unterstützungsmaßnahmen, die im Projektverlauf untersucht und angepasst werden. Das Projekt ist Teil des interdisziplinären Forschungsprojekts COSIMA.

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  • Unter welchen Bedingungen funktioniert Flipped Classroom?

Im Flipped Classroom lernen Schülerinnen und Schüler Inhalte, die traditionell durch Vorträge oder von der Lehrkraft im Unterricht direkt vermittelt werden, mithilfe von digitalen Medien vor der Unterrichtsstunde. Die Anwendung und Vertiefung des Wissens hingegen findet anschließend im Klassenunterricht statt. Nicht alle Lernenden jedoch können diese Arbeitsphasen, in denen sie selbstregulativ – das heißt eigenständig – lernen, erfolgreich nutzen.

Das Forschungsprojekt untersucht deshalb in ganz unterschiedlichen Ausbildungskontexten (z.B. Hochschullehre oder Polizeiausbildung) ob und unter welchen Bedingungen Flipped Classroom erfolgreich sein kann.

 

  • Leistungsstarke Schülerinnen und Schüler fördern

In Schulklassen zu unterrichten, in denen die Schülerinnen und Schüler sehr unterschiedliche Fähigkeiten und Voraussetzungen mitbringen, ist für Lehrkräfte häufig eine große Herausforderung. Das Forscherteam am Zentrum für Internationale Vergleichsstudien erstellt aktuell eine Forschungssynthese zu der Frage, wie gerade leistungsstarke, hoch motivierte oder sehr interessierte Schülerinnen und Schüler gefördert werden können. Sie konzentriert sich dabei auf spezielle Fördermaßnahmen und die Frage, wie diese im regulären Unterricht umgesetzt werden können. Für die Forschungssynthese fasst das Projektteam den bisherigen Forschungsstand zu dieser Fragestellung zusammen, analysiert die Befunde, stellt eine Übersicht über verschiedene Maßnahmen zusammen und erfasst die Auswirkungen auf die gesamte Schülerschaft.

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  • Wie geschlechterspezifische Förderung gelingen kann

Die Frage nach Geschlechterunterschieden im Bildungsbereich ist ein Thema, das Bildungsforscher und Pädagogen seit Langem beschäftigt. Mädchen scheinen weniger Interesse und Motivation in »typischen Jungsfächern« wie Physik oder Informatik zu haben – Jungen hingegen sich offenbar weniger für das Lesen.
Solche Unterschiede, die keine kognitiven, sondern motivationale Ursachen haben, können zu Leistungsunterschieden führen und die Berufswahl beeinflussen. Das Projekt untersucht mithilfe einer Forschungssynthese, wie wirksam Interventionen sind, die Unterschiede zwischen Schülerinnen und Schülern – zum Beispiel im Hinblick auf ihre Sichtweisen und ihr Selbstverständnis – reduzieren sollen.

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  • Mathematisches Modellieren fächerübergreifend anwenden

Mathematische Modelle in der Biologie ermöglichen u.a. die Prognose von Entwicklungen, z.B. beim Bakterienwachstum, der Ausbreitung von Krankheiten oder Klimaveränderungen. Etwas mathematisch zu modellieren bedeutet, eine reale Fragestellung in eine mathematische zu übersetzen, nachfolgend ein mathematisches Modell entwickeln, um dann die Fragestellung mithilfe von mathematischen Methoden zu lösen. Die Projekte untersuchen, wie die häufig schwierige mathematische Modellierung mit unterschiedlichen Visualisierungen unterstützt werden kann. Statische Darstellungen zum Beispiel ermöglichen die Bearbeitung von Modellierungsaufgaben besser als dynamische Darstellungen, allerdings ist dies auch von den Vorkenntnissen in Mathematik und Biologie abhängig.

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  • TEVI - Improvement of Teacher Education Videos

In der Ausbildung von Lehrkräften werden häufig Videos eingesetzt, um deren psychologisch-pädagogisches Wissen und fachdidaktisches Wissen zu fördern.
Aus der Perspektive des instruktionalen Multimediadesigns werden diese Videos allerdings häufig auf eine Weise genutzt, die sich ungünstig auf das Lernen auswirkt oder ihm sogar entgegenwirkt. Das Projekt untersucht deshalb, wie der Erwerb von psychologisch-pädagogischem Wissen und fachdidaktischem Wissen dadurch gefördert werden kann, dass beim Einsatz von Unterrichtsvideos wichtige Prinzipien des Multimediadesigns berücksichtigt werden. Konkret geht es dabei um effektives Unterrichten im Fach Biologie.

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  • Quantencomputing als Thema informatischer Bildung

Das junge und komplexe Feld der Quantentechnologien gilt als eines der vielversprechendsten Zukunftsthemen und wird zunehmend zur Projektionsfläche für gesellschaftliche Erwartungen und Ängste. Gleichzeitig fehlt es bislang an einer informatikdidaktischen Aufarbeitung des Themengebiets. In diesem Projekt werden grundlegenden Ideen und Prinzipien, Anwendungsmöglichkeiten und gesellschaftliche Implikationen der Quanteninformatik identifiziert und Unterrichts- und Fortbildungskonzepte entwickelt.

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  • Be-IT-Ink: Inklusiv Lernen mit Virtual und Augmented Reality

Im Forschungsprojekt »Be-IT-Ink« werden Auszubildende mit Lernbehinderungen durch Virtual Reality- und Augmented Reality-Umgebungen beim Lernen unterstützt. Ziel ist es unter anderem, ihnen den Einstieg in den Arbeitsmarkt zu erleichtern. Mithilfe dieser Technologien lernen sie fachübergreifende Themen, etwa zur Arbeitssicherheit. Zudem sollen spezielle Übungen das räumliche Vorstellungsvermögen der Auszubildenden fördern. Die Virtual- und Augmented Reality-Lernumgebungen ermöglichen es den Nutzerinnen und Nutzern, die Lerninhalte selbstständig und in ihrer eigenen Lerngeschwindigkeit einzuüben.

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  • Data & AI Literacy

Jede und jeder benötigt heute Kompetenzen, um Daten kompetent zu speichern, zu nutzen, zu analysieren, aber auch, um Folgen und Auswirkungen auf unsere Gesellschaft abschätzen zu können. Dabei ist es zentral, Kompetenzen zu vermitteln, die – unabhängig von aktuellen Technologien und “Hypes” – langfristig zum Verstehen und Gestalten der digitalen Welt befähigen. In diesem Forschungsschwerpunkt werden zugrundeliegende Ideen und Prinzipien identifiziert, forschungsgeleitet in Form von Lehr-Lern-Konzepten aufbereitet und evaluiert sowie der Transfer in die Unterrichtspraxis untersucht.

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