Status Quo, Chancen und Herausforderungen von digitalen Medien in der Schule im MINT-Bereich. Prof. Dr. Birgit Eickelmann Universität Paderborn

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1 Status Quo, Chancen und Herausforderungen von digitalen Medien in der Schule im MINT-Bereich Prof. Dr. Birgit Eickelmann Universität Paderborn 2. Nationaler MINT-Lehrerkongress Berlin

2 Übersicht Status Quo Zwischenbilanz der Integration digitaler Medien in den MINT-Unterricht Chancen Fachliches und überfachliches Lernen mit digitalen Medien im MINT-Unterricht unterstützen Ansätze und Beispiele Herausforderungen Stellschrauben für einen modernen MINT-Unterricht mit neuen Technologien

3 Status Quo Status Quo Zwischenbilanz der Integration digitaler Medien in den MINT-Unterricht 1. Die Befunde von ICILS 2013 geben [ ] deutliche Hinweise auf ein bestehendes Missverhältnis zwischen den Potenzialen, die dem Lehren und Lernen mit digitalen Medien zugesprochen werden, und der Realität dessen, was in Klassenräumen geschieht. 2. Dabei zeigt sich der Großteil der Lehrpersonen in Deutschland gegenüber neuen Technologien durchaus aufgeschlossen und positiv eingestellt. Eickelmann, Bos & Gerick, 2014; ICILS 2013 International Computer and Information Literacy Study; S. 29

4 Status Quo Zwei Leitfragen für die Beschreibung einer Zwischenbilanz der Integration digitaler Medien 1. Wie werden digitale Medien aktuell im MINT-Unterricht genutzt? 2. Welche Bedingungen fördern bzw. hemmen den schulischen Einsatz neuer Technologien im MINT- Unterricht? Forschungsergebnisse für die Primarund Sekundarstufe

5 Status Quo Wie werden digitale Medien aktuell im MINT-Unterricht genutzt? Primarstufe: Befunde und Sekundäranalysen TIMSS 2011 Sekundarstufe: Befunde und Sekundäranalysen ICILS 2013 Sekundäranalysen PISA 2012 TIMSS 2011: Trends in International Mathematics and Science Study (IEA) PISA 2012: Programme for International Student Assessment (OECD) ICILS 2013: International Computer and Information Literacy Study (IEA)

6 Status Quo Häufigkeit der Computernutzung durch MINT-Lehrpersonen (ICILS 2013) MINT Mathematik 5,8 5,3 11,2 13,3 32,4 26,3 22,2 31,4 26,9 25,2 45.7% der MINT- Lehrpersonen berichten eine mindestens wöchentliche Computernutzung im Unterricht Naturwissenschaften 5,9 11,8 20,2 27,9 34,1 Informatik 3,2 0,0 8,7 29,4 58, ICILS 2013 Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz

7 Status Quo Häufigkeit der Computernutzung durch Schülerinnen und Schüler in den MINT-Fächern (ICILS 2013, Jgst. 8) 3,8 Mathematik 25,5 70,6 Naturwissenschaften Informatik 7,0 14,7 32,5 43,6 41,7 60,5 Anteil der Nie -Nutzer auf Schülerseite hoch, auch im internationalen Vergleich! in den meisten Stunden und in jeder/fast jeder Stunde in einigen Stunden nie ICILS 2013 Eickelmann et al., 2014

8 Status Quo Computernutzung im Mathematikunterricht (PISA 2012, Jgst. 9) Nie-Nutzer Schüleranteile Datendiagramme mit dem Computer gezeichnet 81 Gleichungen mit einem Computerprogramm gelöst 80 Mit Tabellenkalkulationsprogrammen gearbeitet 70 Geometrische Figuren am Computer gezeichnet 76 Berechnung am Computer durchgeführt Funktionsgraphen am Computer gezeichnet Eigene Analysen internationaler PISA-Datensatz, % auf Ganze gerundet

9 Status Quo Computereinsatz für bestimmte Zwecke im Mathematikunterricht (TIMSS 2011, Jgst. 4) Nur 28 % der Viertklässlerinnen und -klässler in Deutschland nutzen oft (mindestens einmal in der Woche) einen Computer in der Schule (OECD- Mittelwert: 50.5%) Mathematik Mindestens wöchentlich mit mathematischen Konzepten zu befassen: 6% Mindestens wöchentlich Fertigkeiten und Prozeduren üben: 17% Mindestens wöchentlich Informationen recherchieren: 6% Mindestens wöchentlich mathematische Prinzipien explorieren: 6% Angaben der Lehrpersonen, Drossel et al., 2013; Eickelmann et al. 2013

10 Status Quo Computereinsatzes für bestimmte Zwecke im Sachunterricht (TIMSS 2011, Jgst. 4) Mindestens wöchentlich Fähigkeiten und Verfahren üben: 4% Mindestens wöchentlich nach Informationen suchen: 15% Mindestens wöchentlich Verfahren oder Experimente durchführen: 3% Eickelmann & Vennemann, 2014; Eickelmann et al., 2013

11 Status Quo Primarstufe Schülerleistung: Häufigkeit der Computernutzung und fachliche Kompetenz (TIMSS 2011) Mathematik Naturwissenschaften Selten Oft Selten Oft Deutschland M=528 M=532 M=537 M=522 Mindestens wöchentliche Nutzung digitaler Medien im Mathematikunterricht kleiner Leistungsvorsprung VG EU M=520 M=522 M=527 M= VG OECD M=524 M=523 M=529 M= Internationaler Mittelwert M=491 M=493 M=490 M= Eickelmann et al. 2013; Kahnert & Endberg, 2014; Eickelmann & Vennemann, Leistungsdifferenz Mathematik Leistungsdifferenz Naturwissenschaften

12 Status Quo 2. Welche Bedingungen fördern bzw. hemmen den schulischen Einsatz neuer Technologien im MINT-Unterricht? Unterstützung für Lehrpersonen Sichtweisen und Einstellungen der Lehrpersonen IT-Standorte und IT-Ausstattung Einschätzung zu technischen Problemen Schulische Faktoren Lehrerkompetenzen Hintergrundvariablen

13 Status Quo Primarstufe

14 Status Quo Primarstufe Lehrerperspektive: Angemessene Unterstützung, die Nutzung von Computern im Unterricht zu integrieren Hongkong Singapur Nordirland Katar Australien Kanada (Alberta) Kroatien Neuseeland USA England Slowenien Slowakei Niederlande Polen Ungarn Internationaler Mittelwert Dänemark Deutschland Japan Nur etwa jede siebte Grundschullehrkraft fühlt sich in Deutschland bei der Integration digitaler Medien in den Unterricht unterstützt. Eickelmann, Lorenz, Vennemann, Gerick & Bos, 2014

15 Sekundarstufe: Vertiefende Analysen für den MINT-Bereich zu:

16 Status Quo Sichtweisen der Lehrpersonen auf den Einsatz von IT im Unterricht (ICILS 2013) Verbessert die schulischen Leistungen der Schülerinnen und Schüler 38,9 41,2 41,0 37,1 51,9 Hilft Schülerinnen und Schülern, ein größeres Interesse am Lernen zu entwickeln Hilft den Schülerinnen und Schülern, Informationen wirksamer zu vertiefen und zu verarbeiten 64,0 62,7 60,8 60,4 63,7 64,8 67,4 67,2 69,5 78,7 Ermöglicht den Schülerinnen und Schülern den Zugang zu besseren Informationsquellen 90,0 89,5 88,3 88,0 87, Gesamt MINT Mathematik Naturwissenschaften Informatik Antwortkategorie: Zustimmung ; Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz ICILS 2013

17 Status Quo Standorte schuleigener Computer in Deutschland (ICILS 2013) In den Klassenräumen 17,2 In Computerräumen 100 Transportabel zwischen Klassenräumen In der Bibliothek Computer werden von den Schülerinnen und Schülern mitgemacht 18 43,7 43,5 Anders als in andern ICILS- Teilnehmerländern stehen neue Technologien in Schulen in Deutschland eher nicht unterrichtsnah zur Verfügung ICILS 2013 Antwortkategorie: ja, Angaben aus dem ICILS 2013 Schulfragebogen in Prozent, Gerick, Schaumburg, Kahnert & Eickelmann, 2014

18 Status Quo Einschätzung technischer Probleme (ICILS 2013) Die Computer unserer Schule sind veraltet. In meiner Schule ist der Internetzugang eingeschränkt (z. B. langsame oder instabile Verbindung). Meine Schule hat keine ausreichende IT-Ausstattung (z. B. Computer). 39,3 37,5 43,1 42,6 42,2 45, Mehr als zwei Fünftel der Lehrkräfte gibt technische Probleme mit der schulischen IT- Ausstattung an. MINT-Lehrkräfte schätzen die Relevanz dieser Probleme im Mittel etwas geringer ein als ihre Kolleginnen und Kollegen. Alle Lehrkräfte MINT Lehrkräfte Antwortkategorie: Zustimmung ; Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz ICILS 2013

19 Status Quo Erklärung IT-Nutzung im Unterricht von MINT-Lehrpersonen (ICILS 2013) ß (SE) Abhängige Variable: Häufigkeit der Computernutzung beim Unterrichten A Schulische Merkmale Ausstattungssituation: Schüler-Computer-Verhältnis -0.2* 0.0 Beeinträchtigungen durch unzureichende IT-Ausstattung B Technischer IT-Support in der Schule für Lehrkräfte C Pädagogischer IT-Support in der Schule für Lehrkräfte C Lehrerfortbildungen über die Integration von IT in den Unterricht und das Lernen D 0.1* 0.1 Selbsteinschätzung der computerbezogenen Lehrerkompetenz E 0.4* 0.2 Priorität des Einsatzes von IT in der Schule F 0.2* 0.1 Positive Sichtweise zum IT-Einsatz im Unterricht G 0.1* 0.0 Hintergrundvariablen Alter H Geschlecht I -0.2* 0.1 R 2.35 Prädiktoren für die Nutzung digitaler Medien für MINT- Lehrpersonen Ausstattungsquantität Fortbildung Eigene Kompetenzen Priorität in der Schule Geschlecht der LP Anders als Gesamtpopulation: Das Alter spielt für MINT- Lehrkräfte keine Rolle. Anmerkungen: ß = Regressionskoeffizient (standardisiert) * signifikante Koeffizienten (p <.05) A 0 - nie; 1 - weniger als einmal im Monat; 2 - mindestens einmal im Monat, aber nicht jede Woche; 3 - mindestens einmal in der Woche, aber nicht jeden Tag; 4 - täglich B 0 - Beeinträchtigungen vorhanden; 1 - keine Beeinträchtigungen C 0 - kein technischer IT-Support; 1 - mindestens eine Art von technischem IT-Support D 0 - keine Fortbildung vorhanden; 1 - Fortbildung vorhanden E 0 - negative Selbsteinschätzung; 1 - positive Selbsteinschätzung F 0 - Zustimmung; 1 - Ablehnung; negativ formuliertes Item G International transformiert auf MW-50 und SD-10 (Min.: 9.3; Max.: 76.9) H 0 - bis 49 Jahre; 1 - ab 50 Jahre I 0 - männlich; 1 - weiblich ICILS 2013 Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz

20 Schulische Ausstattung Lehrereinstellg. Schulebene Schulstrategien Individualebne (Schülerinnen und Schüler) Schulleitungshandeln Status Quo Fortbildungsförderung Schulziele Relevanz Schülerkompetenzen Förderung Schulkultur Erklärung der Computernutzung im Mathematik- Unterricht (PISA 2012) Kooperationsförderung Verantwortung: Personal einstellen Nutzung Internet im Unterricht Nutzung Computer im Mathematikunterricht Peer Review Mathematiklehrer -.31 Computernutzung im Mathematikunterricht Offenheit für neue Unterrichtsformen.46 Computerverfügbarkeit (rekodiert) Ausstattungsprobleme: Computer Ausstattungsprobleme: Internet Ausstattungsprobleme: Software Gerick & Eickelmann, 2014 Sekundäranalysen PISA 2012

21 Schulische Ausstattung Schulebene Lehrer- Einstellg. Schulstrategien Schulleitungshandeln Status Quo PISA 2012: Erklärung der Computernutzung im Mathematikunterricht und Mathematikleistung Computernutzung im Mathematikunterricht negativer Effekt -.38* Mathematikleistung Individualebne Fortbildungsförderung Schulziele -.31 Nutzung Internet im Unterricht -.24 Offenheit für neue Unterrichtsformen Computerverfügbarkeit -.38 Ausstattungsprobleme: Computer Ausstattungsprobleme: Internet fett: p.05 Gerick & Eickelmann, 2014 Sekundäranalysen PISA 2012

22 Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht Status Quo Zwischenbilanz der Integration digitaler Medien in den MINT-Unterricht Chancen Fachliches und überfachliches Lernen mit digitalen Medien im MINT-Unterricht unterstützen Ansätze und Beispiele Herausforderungen Stellschrauben für einen modernen MINT-Unterricht mit neuen Technologien

23 Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht 1. Schüleraktivierung und Veränderung der Lernkultur 2. Nutzung digitaler Medien zum Umgang mit Heterogenität und Unterstützung inklusiver Unterrichtssettings 3. Förderung selbstständigen, kooperativen und forschenden Lernens und insgesamt methodische Bereicherung 4. Unterstützung der Strukturierung von Arbeits- und Lernprozessen 5. Unterstützung der Verknüpfung schulischen und außerschulischen Lernens 6. Förderung überfachlicher Kompetenzen (u.a. Methodenkompetenz, Medienkompetenz, computer- und informationsbezogener Kompetenzen) 7. Unterstützung fächerspezifischen Lernens und Nutzung fachlicher Potenziale z. B. Visualisierungen, Simulationen, Modellbildungen, Auslagerung komplizierter Berechnungen, Arbeiten mit Realitätsbezügen (aktuelle Quellen, Daten), Unterstützung längerfristiger Projekte

24 Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht Nutzung fachlicher Potenziale digitaler Medien in den MINT- Fächern Leuchtturmbeispiele für die MINT-Fächer

25 Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht Beispiel Primarstufe Sachunterricht Visualisierung und Schüleraktivierung Kombination von mobilen Endgeräten und interaktiven Whiteboards Aktivierung und Interaktivität Veranschaulichung fachlicher Inhalte spielerisches Lernen höhere Aufmerksamkeit höhere Motivation fächerübergreifendes Lernen Quelle: YouTube-Video Grundschule Bockenheim, Rheinland-Pfalz

26 Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht Beispiel Sekundarstufe: Der Open-Classroom und Tablets selbstständiges und selbstgesteuertes Lernen kooperatives Lernen Visualisierungen nutzen eigenes Lerntempo Biologie-Beispiele Open-Classroom Online-Materialien Tutorials mit Apps erstellen Aufgaben und Lösungen einstellen Videos einbinden

27 Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht Physik Mobile Endgeräte als Experimentiermittel im naturwissenschaftlichen Unterricht Lebensweltbezug Authentizität kognitive und motivationale Einbindung der Lernenden Beispiel: Messung von Schallereignissen, Visualisierung Export in Tabellenkalkulationsprogramme möglich Quelle: YouTube, Materialien der TU Karlsruhe, AG Prof. Dr. J. Kuhn, s. auch Beitrag in Maxton-Küchenmeister & Meßinger-Koppelt, 2014

28 Herausforderungen Status Quo Zwischenbilanz der Integration digitaler Medien in den MINT-Unterricht Chancen Fachliches und überfachliches Lernen mit digitalen Medien im MINT-Unterricht unterstützen Ansätze und Beispiele Herausforderungen Stellschrauben für einen modernen MINT-Unterricht mit neuen Technologien

29 Herausforderungen Integration digitaler Medien in den Unterrichtsalltag von Schulen Nutzung fachlicher Potenziale digitaler Medien in den MINT- Fächern Leuchtturmbeispiele für die MINT-Fächer 1 2 3

30 Herausforderungen 1 Integration digitaler Medien in den Unterrichtsalltag von Schulen Verknüpfung des Einsatzes digitaler Medien zu übergreifenden pädagogischen Zielsetzungen Moderne und unterrichtsnahe IT-Ausstattung der Schulen Prioritätensetzungen in den Schulen und Unterstützung der Lehrpersonen Rahmenbedingungen schaffen und Lehrerinnen und Lehrer dort abholen, wo sie stehen.

31 Herausforderungen 2 Nutzung fachlicher Potenziale digitaler Medien in den MINT-Fächern Kompetenzen der Lehrpersonen stärken und Einstellungen entwickeln Aus- und Fortbildung der Lehrpersonen (Stichwort: TPCK) Fokussierung: fachlicher Kompetenzerwerb Kooperationen, Vernetzung, Unterrichtsmaterialien Curricula und Prüfungen, Qualitätssicherung Lehrpersonen befähigen digitale Medien kompetenzorientiert einzusetzen und Verbindlichkeiten schaffen.

32 Herausforderungen 3 Leuchtturmbeispiele Freiräume schaffen zur Weiterentwicklung von Fachdidaktik unter den Bedingungen der rasanten technologischen Entwicklungen Lehrerinnen und Lehrer mitnehmen Leuchtturmbeispiele ermöglichen. Aber: Für eine flächendeckende Verankerung digitaler Medien in den MINT-Fächern alle Lehrpersonen einbeziehen.

33 Herausforderungen für einen modernen MINT-Unterricht Für Deutschland stellt sich die große Herausforderung, alle Schulen und alle Lehrpersonen in die Lage zu versetzen, neue Technologien zielgerichtet und kompetenzorientiert in schulisches Lehren und Lernen zu integrieren. Eickelmann, Bos & Gerick, 2014; ICILS 2013 International Computer and Information Literacy Study; S. 29

34 Vielen Dank für Ihre Zeit.