Situiertes Lernen am Beispiel der Modified Anchored Instruction: Motivations- und Lernwirksamkeit von Zeitungs- und Werbeaufgaben

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1 Situiertes Lernen am Beispiel der Modified Anchored Instruction: Motivations- und Lernwirksamkeit von Zeitungs- und Werbeaufgaben

2 Überblick I. Ausgangslage und theoretischer Hintergrund II. III. IV. Beispiel und Einordnung von Zeitungs- und Werbeaufgaben Forschungsfragen und Designs Ergebnisse der Interventionsstudien V. Zusammenfassung Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

3 Ausgangslage Ergebnisse internationaler Vergleichsstudien Interesse und Leistung mäßig Defizite bei der Anwendung des Gelernten auf neue innerfachliche und außerfachliche Fragen Problem des trägen Wissens (Whitehead: inert knowledge, 1929) Wodurch wird träges Wissen erzeugt? Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht Quelle: Whitehead, A. (1929). The aims of education and other essays. NY: MacMillan.

4 durch eine unzureichende Verankerung an realen Problemsituationen! 1. Um wie viel Grad haben sich 2,3 kg Sand (c = 0,84 kj/(kg K)) erwärmt, wenn die zugeführte Wärmemenge 70 kj beträgt? Prisma Physik 7-10, Ernst Klett Schulbuchverlag, Stuttgart, Ein glühender Stahlblock mit einer Masse von 1 t hat eine Temperatur von 900 C und kühlt allmählich auf 20 C ab. Wie viel Wärme wird dabei an die Umgebung abgegeben? Link Physik 8, DUDEN PAETEC Schulbuchverlag, Berlin, 2005 Ziel: Stärkere Verankerung der Lerninhalte an der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler, aber wie? Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

5 Anchored Instruction-Ansatz Anforderungen an das Ankermedium Anchored Instruction Ankermedien der ersten Generation waren Spielfilme, dann eigens erstellte Videos. Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht Quelle: Cognition and Technology Group at Vanderbilt (CTGV) (1990). Anchored Instruction and its Relationship to Situated Cognition. Educational Researcher, 19 (6), 2-10.

6 Der originäre AI-Ansatz: Ankermedien der ersten Generation Physik im Film Der Traum des Seglers bei Flaute Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

7 Der originäre AI-Ansatz: Ankermedien der ersten Generation Physik im Film Der Traum des Seglers bei Flaute Ein MünchhausenPhänomen? Aus: MICHAEL VOLLMER KLAUS-PETER MÖLLMANN FRANK ARNOLD (). Münchhausen-Effekt und Schubumkehr Ins eigene Segel blasen. PhiuZ 5/2008 (39), Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

8 Der originäre AI-Ansatz: Ankermedien der ersten Generation Physik im Film Aus: MICHAEL VOLLMER KLAUS-PETER MÖLLMANN FRANK ARNOLD (). Münchhausen-Effekt und Schubumkehr Ins eigene Segel blasen. PhiuZ 5/2008 (39), Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

9 Der originäre AI-Ansatz: Ankermedien der ersten Generation Physik im Film Aus: MICHAEL VOLLMER KLAUS-PETER MÖLLMANN FRANK ARNOLD (). Münchhausen-Effekt und Schubumkehr Ins eigene Segel blasen. PhiuZ 5/2008 (39), Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

10 Der originäre AI-Ansatz: Ankermedien der zweiten Generation eigens erstellte Videos Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

11 Anchored Instruction-Ansatz Anforderungen an das Ankermedium Anchored Instruction Der AI-Ansatz ist neben seinen Vorzügen auch mit erheblichen Problemen verbunden Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht Quelle: Cognition and Technology Group at Vanderbilt (CTGV) (1990). Anchored Instruction and its Relationship to Situated Cognition. Educational Researcher, 19 (6), 2-10.

12 diese beruhen insbesondere auf dem videobasierten Format! Schlechtes Kosten-Nutzen-Verhältnis: Mindestens 100 Stunden Entwicklungszeit pro Stunde Instruktionszeit Technische Unflexibilität: Nutzungsvoraussetzungen liegen fest (Multimedia- Ausrüstung) Didaktische Unflexibilität: Keine Anpassung auf die Bedürfnisse des Unterrichts möglich; Lernvoraussetzungen, Differenzierung, Sprache, Entwicklung eines modifizierten Anchored Instruction-Ansatzes mit dem Ziel einer höheren Praktikabilität und Flexibilität für den Unterricht (Kuhn & Müller, 2005) Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht Quelle: Kuhn, J. & Müller, A. (2005). Ankermedien und Aufgabenkultur im Physikunterricht: Zwei empirische Studien im theoretischen Rahmen des situierten Lernens. Beiträge zur Frühjahrstagung der DPG Berlin 2005 [CD]. Berlin: Lehmanns Media.

13 Modifizierte Anchored Instruction Anforderungen an das Ankermedium MAI In den ersten Studien zum MAI-Ansatz wurde die Wirksamkeit von Zeitungsaufgaben untersucht Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

14 Zeitungsaufgaben Beispiele und Effektivität 1. Beschreibe, wie mit dem Drei-Schluchten- Staudamm elektrische Energie erzeugt wird. Verdeutliche Deine Erklärungen durch ein Energieflussdiagramm. 2. Welche Wassermasse wird in dem Stausee gespeichert, wenn der Wirkungsgrad bei Wasserkraftwerken etwa 80% beträgt? 3. Erstelle ein Modellexperiment, mit dem Du die Funktionsweise des Drei-Schluchten- Staudammes erklären kannst. 4. Wäge Vor- und Nachteile dieses Projektes gegeneinander ab. Ziehe dabei in Betracht, dass eine vierköpfige Familie in etwa kwh elektrische Energie jährlich benötigt. 5. Wie lange wird mit dem Staudamm jährlich elektrische Energie erzeugt? Was meinst Du dazu? Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht VDI Nachrichten,

15 Zeitungsaufgaben Beispiele und Effektivität 1. Beschreibe, wie mit dem Drei-Schluchten- Staudamm elektrische Energie erzeugt wird. Verdeutliche Deine Erklärungen durch ein Energieflussdiagramm. 2. Welche Wassermasse wird in dem Stausee gespeichert, wenn der Wirkungsgrad bei Wasserkraftwerken etwa 80% beträgt? 3. Erstelle ein Modellexperiment, mit dem Du die Funktionsweise des Drei-Schluchten- Staudammes erklären kannst. 4. Wäge Vor- und Nachteile dieses Projektes gegeneinander ab. Ziehe dabei in Betracht, dass eine vierköpfige Familie in etwa kwh elektrische Energie jährlich benötigt. 5. Wie lange wird mit dem Staudamm jährlich elektrische Energie erzeugt? Was meinst Du dazu? Das Kraftwerk des Drei- Schluchten-Staudammes am Jangtse soll eine Leistung von MW haben und jährlich 85 TWh elektrische Energie erzeugen. Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

16 Zeitungsaufgaben Beispiele und Effektivität: MAI-Einordnung MAI Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

17 Zeitungsaufgaben Beispiele und Effektivität: Stichprobe Themenbereich: Geschwindigkeit, Elektrische Energie. AV: Motivation, Lernleistung; UV: Lerngruppe (EG/KG) Weitere Faktoren: Lehrer, Schulsystem, Schulart, Geschlecht, Vorleistung, Lesekompetenz, allg. Intelligenz Population: Insgesamt 911 SuS hierarchische Modellierung Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

18 Zeitungsaufgaben Beispiele und Effektivität: Untersuchungsdesign Woche KONTROLLGRUPPE (KG) EXPERIMENTAL-GRUPPE (EG) 1 Vortests: Intelligenz, Lesekompetenz Motivationsprätest 2 Arbeitsblatt 1 Arbeitsblatt 1 LERNPHASE MIT KONVENTIONELLE N 3 Arbeitsblatt 2 Arbeitsblatt 2 4 AUFGABEN Aktueller Motivationstest (Verlaufstest) LERNPHASE MIT ZEITUNGSAUFGABEN Aktueller Motivationstest Arbeitsblatt 3 Arbeitsblatt 3 5 Motivationsposttest Leistungsposttest konventioneller Unterricht in neuem Stoffgebiet 10 Leistungs-Nachfolgetest konventioneller Unterricht in neuem Stoffgebiet 14 Motivations-Nachfolgetest Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

19 Methodischer Hintergrund Erläuterung der verwendeten Effektstärke Effektstärke Cohen s d 2 1,5 1 0,5 0 2,00 Bloom-Benchmark (Einzelunterricht) SD 0,80 TIMSS Singapur vs. Deutschland Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht p d = = X EG X SD P KG 2 ( N 1) SD + ( N 1) EG N EG EG + N KG KG 2 SD groß (d 0,8) 2 KG mittel (0,5 d < 0,8) klein (0,2 d < 0,5)

20 Methodischer Hintergrund Erläuterung der verwendeten Effektstärke Effektstärke d 2,50 2,00 1,50 1,00 groß mittelgroß 0,50 klein 0,00 Lernleistung: Unterschied Lernleistung (Transfer): Unterschied Motivation: Unterschied Motivation: Stabilität Lernleistung: Stabilität Motivation ('Authentizität'): 'Manipulation Check' TIMSS Singapur vs. Deutschland N 900 SuS Untersuchungsaspekt Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

21 Welche anderen authentischen Medien haben eine ähnliche Wirksamkeit? Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

22 Werbeaufgaben Beispiel: spezifische Wärmekapazität Um Tee zu kochen, sollen mit Hilfe des dargestellten Wasserkochers zwei Liter Wasser zum Sieden gebracht werden. a) Gelingt dies, wie in der Werbeanzeige behauptet, in weniger als sechs Minuten? b) Was kostet das Erhitzen des Wassers bei einem Kilowattstundenpreis von 20 Cent? c) Wie groß ist der fließende elektrische Strom? d) Berechne den elektrischen Widerstand der Heizspirale! Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

23 Alltagsprobleme Beispiel: spezifische Wärmekapazität Um Tee zu kochen, sollen mit Hilfe eines Wasserkochers (230 V/2 300 W) zwei Liter Wasser zum Sieden gebracht werden. a) Gelingt dies in weniger als sechs Minuten? b) Was kostet das Erhitzen des Wassers bei einem Kilowattstundenpreis von 20 Cent? c) Wie groß ist der fließende elektrische Strom? d) Berechne den elektrischen Widerstand der Heizspirale! Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

24 Einordnung in den MAI-Ansatz Werbeaufgaben MAI Abgesehen von der geforderten narrativen Einbettung erfüllen Werbeaufgaben alle MAI-Designprinzipien Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

25 Forschungsfragen Wirksamkeit, Dosis-Wirkung, Robustheit FF1: Besitzen Werbeaufgaben eine höhere Wirksamkeit als konventionell formulierte Alltagsprobleme (N = 129)? FF2: Welcher Zusammenhang besteht zwischen der eingesetzten Aufgabendosis und der Wirkung auf Motivation und Leistung (N = 360)? FF3: Besitzen Werbeaufgaben auch in Verbindung mit anderen Medien und Unterrichtsmaßnahmen eine höhere Wirksamkeit als konventionell formulierte Alltagsprobleme (N = 116)? Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

26 Forschungsfrage I Wirksamkeit von Werbeaufgaben FF1: Besitzen Werbeaufgaben eine höhere Wirksamkeit als konventionell formulierte Alltagsprobleme (N = 129)? M1. Werbeaufgaben führen zu einem höheren Motivationsgrad verglichen mit konventionell formulierten Alltagsproblemen. M2. Der hervorgerufene Motivationsunterschied hat über einen mittelfristigen Zeitraum Bestand. L1. Werbeaufgaben führen zu einer höheren Leistung verglichen mit konventionell formulierten Alltagsproblemen. L2. Der hervorgerufene Leistungsunterschied hat über einen mittelfristigen Zeitraum Bestand. Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

27 Versuchsdesign: Forschungsfrage I Instruktions- und Testablauf Woche Stunde Experimentalgruppe ( Werbeaufgaben ) Kontrollgruppe (Alltagsprobleme) Einführung der spezifischen Wärmekapazität Grundgleichung der Wärmelehre (Q = c m T) Motivationsprätest 1, Leistungsprätest 1 Arbeitsblatt 1 Arbeitsblatt 2 Motivationsposttest 1, Leistungsposttest 1 Einführung des Heizwertes Motivationsprätest 2, Leistungsprätest 2 Arbeitsblatt 3 Arbeitsblatt 4 Motivationsposttest 2, Leistungsposttest 2 Konventioneller Unterricht Follow up (Motivation, Leistung) Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

28 Versuchsdesign: Forschungsfrage I Erhobene Kovariaten Lesekompetenz Mathematikleistung Konzeptverständnis zur Wärmelehre Allgemeine Intelligenz Mittlere Leistungsstände in den Fächern - Physik - Mathematik - Deutsch Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

29 Forschungsfrage II Dosis-Wirkungs-Beziehung FF2: Welcher Zusammenhang besteht zwischen der eingesetzten Aufgabendosis und der Wirkung auf Motivation und Leistung (N = 360)? Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

30 Versuchsdesign: Forschungsfrage II Instruktions- und Testablauf Woche Stunde Experimentalgruppe ( Werbeaufgaben ) Kontrollgruppe (Alltagsprobleme) Einführung der spezifischen Wärmekapazität Grundgleichung der Wärmelehre (Q = c m T) Motivationsprätest 1, Leistungsprätest 1 Arbeitsblatt 1 Arbeitsblatt 2 Motivationsposttest 1, Leistungsposttest 1 Einführung des Heizwertes Motivationsprätest 2, Leistungsprätest 2 Arbeitsblatt 3 Arbeitsblatt 4 Motivationsposttest 2, Leistungsposttest 2 Konventioneller Unterricht Follow up (Motivation, Leistung) Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

31 Versuchsdesign: Forschungsfrage II Instruktions- und Testablauf Woche Stunde Experimentalgruppe ( Werbeaufgaben ) Kontrollgruppe (Alltagsprobleme) Einführung der spezifischen Wärmekapazität Grundgleichung der Wärmelehre (Q = c m T) Motivationsprätest 1, Leistungsprätest Arbeitsblatt 1 Motivationsposttest 1, Leistungsposttest 1 Einführung des Heizwertes Motivationsprätest 2, Leistungsprätest Arbeitsblatt 2 Motivationsposttest 2, Leistungsposttest 2 Konventioneller Unterricht Follow up (Motivation, Leistung) Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

32 Ergebnisse der Interventionsstudien Motivation mit Manipulation Check Effektstärke Cohen s d 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0,80 0,82 *** 0,65 ** 0,40 * 0,40 * 0 TIM SS Singapur vs. Deutschland M otivation; hohe Dosis und Kontrolle (FFI) Authentizität ('M anipulation Check') (FFI) M otivation; mittlere Dosis, hohe Variabilität (FFIII) Authentizität ('M anipulation Check') (FFIII) Ausgewählte Ergebnisse kontrastiert zum Ergebnis der TIMS-Studie (TIMSS-Konsortium; 1995) Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

33 Dosis-Wirkungs-Beziehung Motivationseffekt FF2: Welcher Zusammenhang besteht zwischen der eingesetzten Aufgabendosis und der Wirkung auf Motivation und Leistung (N = 360)? n = 17 Pilotstudie n = 11 Hauptstudie (FF1) n = 9 Ergänzungsstudie ( Robustheit, FF3) n = 6 Ergänzungsstudie ( Dosis-Wirkung, FF2) n = 0 Nulldosis Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

34 Dosis-Wirkungs-Beziehung Motivationseffekt g ( ) = n n0 d n 1+ e k g Sättigungsgrenze n Aufgabenzahl n 0 Lage des Wendepunkts k Steigungsparameter Gesamtmotivation Authentizität g 0,966 0,776 9,346 9,036 0,923 1,033 r adj. 2 0,996 0,980 Folie 34 Selbstkonzept Patrik 1,180 Vogt Authentische 10,068 Aufgaben 0,77 im Physikunterricht 0,999 n 0 k

35 Dosis-Wirkungs-Beziehung Motivationseffekt Effektstärke (Cohen d ) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 95 %-Konfidenzintervall Anzahl der Aufgaben Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

36 Ergebnisse der Interventionsstudien Beeinflussung der Leistung Experimentalgruppe (WA) Kontrollgruppe (ka) Spezifische Wärmekapazität Heizwert von Brennstoffen 100 d = 0,36*** (N = 274) d = -0,24* (N = 275) Leistung in % TCI Leistungstest 1 Leistung in % TCI Leistungstest 2 Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

37 Diskussion der Ergebnisse Zeitungs- vs. Werbeaufgaben Motivationsunterschiede von EG und KG bei Werbeaufgaben (d = 0,82) geringer als bei Zeitungsaufgaben (d = 1,66) Erklärungsansatz: Erwartung-mal-Wert-Theorie Kein konsistenter Leistungseffekt bei Werbeaufgaben Erklärungsansatz: Motivationsschwellenwert für kognitive Aktivierung Einstellungen gegenüber Werbeanzeigen; in Analogie zu Television is,easy and print is,tough (Salomon, 1984) Werbung ist kiki, Zeitung seriös! Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

38 Weitere Medien, die sich in MAI einordnen lassen Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

39 Weitere MAI-Medien Comic-/Cartoonaufgaben Aus: Superman #1 (1939), Nr. 1, S. 5 Damit der Reporter Clark Kent alias Superman den Chef der Zeitung Daily Star mit einer Story beeindrucken kann, muss er das Telefonat des Redakteurs abhören. Dazu springt er mit einem Satz zum Fenster des Arbeitszimmers des Redakteurs in ca. 80 m Höhe. 1. Mit welcher Kraft muss Superman alias Clark Kent abspringen, um mit einem Sprung das Fenster des Redakteurs zu erreichen? Gehen Sie dazu davon aus, dass er ca. ¼ s benötigt, um seine Masse von ca. 100 kg vom Boden abzustoßen. Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht 2. Ist Supermans Kraft tatsächlich so außerirdisch? Diskutieren Sie dies auch, indem Sie Supermans Absprungskraft mit Beispielen aus dem Tierreich vergleichen.

40 Weitere MAI-Medien Comic-/Cartoonaufgaben Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

41 Weitere MAI-Medien Chataufgaben Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

42 Weitere MAI-Medien Chataufgaben Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

43 Aufgabe 1. Lies dir den Chat zunächst gründlich durch und markiere die aus physikalischer Sicht wesentlichen Aussagen. Weitere MAI-Medien Chataufgaben 2. Wie Einstein völlig zu Recht anmerkt, ist die von Carsten angegebene Gleichung hier nicht anwendbar. Stütze dies durch eine einfache Rechnung. Tipp: Schätze die Periodendauer für die unterste Etage mit der von Carsten angegebenen Beziehung ab und prüfe das Ergebnis auf Plausibilität. 3. Informiere dich z. B. im Internet über die physikalische Größe Federkonstante. a. Carsten merkt an, dass die Seillänge in der von Franz angegebenen Gleichung nicht vorkommt, die Periodendauer also von der Seillänge unabhängig sein muss. Kläre den scheinbaren Widerspruch auf. b. Begründe ausführlich die von Einstein angegebene Abhängigkeit, dass nämlich das Quadrat der Periodendauer zur Seillänge proportional ist. 4. Einstein schlägt vor, die Periodendauer in Abhängigkeit von der Etagenzahl zu messen. Dies gelingt z. B. mit Beschleunigungssensoren, wie sie u. a. in Smartphones verbaut sind. a. Euch steht ein Smartphone mit der App Accelogger bzw. ein iphone/ipod touch/ipad mit der App SPARKvue zur Verfügung. Legt das Gerät auf den Boden eines Aufzugs und messt die Beschleunigungskomponente in z-richtung (lotrechte Komponente der Beschleunigung). Versetzt den Aufzug wie von Michi vorgeschlagen durch einmaliges Hüpfen in Schwingung und bestimmt die Schwingungsdauer in Abhängigkeit der Etagenzahl (oberste Etage = 0, zweithöchste = 1, ). b. Trägt das Quadrat der Periodendauer und die Etagenzahl in einem Koordinatensystem gegeneinander ab. Könnt ihr den vermuteten linearen Zusammenhäng mit euren Messwerten bestätigen? c. Mikkey weist auf das Dämpfungssystem des Aufzugs hin. Könnt ihr die Existenz eines solchen Dämpfungssystems experimentell untermauern? d. Dämpfungssystem und Seil kann man als Hintereinanderschaltung zweier Federn betrachten. Entnehmt die scheinbare Seillänge des von euch untersuchten Aufzugs aus dem Diagramm von Aufgabe b. Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

44 Weitere MAI-Medien Chataufgaben Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

45 Zusammenfassung! Ergebnisse internationaler Schulleistungsvergleichsstudien; Interesse und Leistung der deutschen Schülerinnen und Schüler mäßig! Signifikante und praktisch relevante Motivationsunterschiede zugunsten der EG bei Zeitungs- und Werbeaufgaben! Monoton wachsender Zusammenhang zwischen der Aufgabendosis und dem hervorgerufenen Motivationsunterschied! Hoher Leistungsunterschied bei Zeitungsaufgaben, kein konsistenter Leistungseffekt bei Werbeaufgaben Folie Patrik Vogt Authentische Aufgaben im Physikunterricht

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