Jürgen Roth Forschung rund um Lehr-Lern-Labore

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1 Jürgen Roth Forschung rund um Lehr-Lern-Labore Das Beispiel Mathematik-Labor Mathe ist mehr LeLa-Tagung Würzburg

2 Vernetzung Zentrum für Bildung und Forschung an Außerschulischen Lernorten LeLa-Tagung Würzburg

3 Entwicklungsverbund Schülerlabore als Lehr-Lern-Labore Erhebung und Weiterentwicklung von Lehrformaten in Lehr-Lern-Laboren Instrumente zur Diagnose und Modellierung von Lehr-Lern-Prozessen Erstellung und Nutzung von Videovignetten LeLa-Tagung Würzburg

4 Inhalt Forschung rund um Lehr-Lern-Labore Das Beispiel Mathematik-Labor Mathe ist mehr 1 Forschendes Lernen im Lehr-Lern-Labor 2 Lehr-Lern-Labore: Forschungsperspektiven 3 Beispielprojekt ViviAn: Lernprozessdiagnose und Unterrichtshandeln LeLa-Tagung Würzburg

6 Aspekte Schülerlabor Lehr- Lern- Labor Forschungslabor Roth (2013) LeLa-Tagung Würzburg

8 Lernumgebungen Roth & Weigand (2014) Medien, Material (offene) Arbeitsaufträge Gruppenarbeit Kommunikation Forschendes Lernen Dokumentation Selbständiges Arbeiten Mathematik- Labor Reflexion Vollrath & Roth (2012) LeLa-Tagung Würzburg

9 Vernetzung mit dem Unterricht Roth (2013) Lernort Schule Lernort Schule Forschendes Lernen Vorbereitung Arbeitsheft Nachbereitung Schmidt, I., Di Fuccia, D. S. & Ralle, B. (2011) Lehrplan mathe-labor.de LeLa-Tagung Würzburg

11 Forschendes Lernen im Lehr-Lern-Labor (idealisiert) Wissen über Diagnosetools & Methoden der Prozessanalyse (c) Denk- & Lernprozesse der Schülerlabor- Besucher/innen diagnostizieren Diagnosedaten & Prozessdokumente; Wissen über Analyse- & Reflexionsmethoden (b) Schülerlabor-Situation durchführen, erproben und individuell fördern Zyklisches Forschendes Lernen im Lehr- Lern-Labor (d) Abgelaufene Lehr- & Lernprozesse theoriegeleitet evaluieren und reflektieren Wissen über praktische Durchführung und individuelle Förderung (a) Lernumgebung planen und Lernmaterialien konstruieren (e) Planung und Materialkonstruktion adaptieren Reflexionsergebnisse & ihre Interpretation; fachliches und fachdidaktisches Wissen Nordmeier et al. (2014) LeLa-Tagung Würzburg

12 Forschendes Lernen im Lehr-Lern-Labor (real) Einsatz von ViviAn für Diagnose & Reflexion (Lernprozess, Arbeitsmittel, Kooperation) Didaktik der Zahlbereichserweiterungen Einsatz von ViviAn für Diagnose & Reflexion (Lernprozess, Arbeitsmittel, Kooperation) Didaktik der Geometrie und der Algebra MA-Arbeiten BA-Arbeiten Empirische Auswertung (Videos, Arbeitshefte, Leistungstests) Seminar zu Forschungsfragen Didaktisches Seminar Labor-Lernumgebungen (Erproben, Entwickeln, Überarbeiten, Erproben) Roth (2015) LeLa-Tagung Würzburg

14 Fachdidaktische Entwicklungsforschung Forschung der Arbeitsgruppe Empirische Grundlagenforschung Unterrichtsforschung Umgang mit Heterogenität Figurenbegriff Grundvorstellungen Funktionsbegriff Darstellungen Fachsprache Funktionsbegriff Bruchzahlbegriff Computereinsatz Experimentieren und Simulieren Argumentationsprozesse Repräsentationen Blended Learning Entwicklung von Handlungskompetenz Videovignetten zur Analyse von Unterrichtsprozessen Prozessdiagnose Hochschuldidaktische Forschung LeLa-Tagung Würzburg

16 Lehr-Lern-Labore Forschungsperspektiven Gestaltung von Lernumgebungen Lernprozesse Lernerfolg Motivation, Beliefs, Relevanz LeLa-Tagung Würzburg

17 Gegenständliche Materialien Computersimulationen Gestaltung von Lernumgebungen Lernerfolg Scheuring & Roth 2017 LeLa-Tagung Würzburg

18 Die Simulationen Scheuring & Roth 2017 LeLa-Tagung Würzburg

19 Interventionsstudie Experimentalgruppe 1 Vortest 40 min eine Woche Intervention (4 h): gegenständliche Materialien Nachtest 40 min Experimentalgruppe 2 Vortest 40 min eine Woche Intervention (4 h): Computersimulationen Nachtest 40 min Kontrollgruppe Vortest 40 min eine Woche Keine Intervention Nachtest 40 min Dreizehn 6. Klassen (N = 282) Schuljahr 2015/16 vor den Sommerferien Scheuring & Roth 2017 LeLa-Tagung Würzburg

20 Mittlere Leistung im funktionalen Denken in Logit Leistungszuwachs im funktionalen Denken Scheuring & Roth Simulationsgruppe, N = 123 Materialgruppe, N = 111 Kontrollgruppe, N = p < d = Lernprozesse p < d = Vortest Nachtest p = 1 d = Scheuring & Roth 2017 LeLa-Tagung Würzburg

21 Inhalt Forschung rund um Lehr-Lern-Labore Das Beispiel Mathematik-Labor Mathe ist mehr 1 Forschendes Lernen im Lehr-Lern-Labor 2 Lehr-Lern-Labore: Forschungsperspektiven 3 Beispielprojekt Lernprozessdiagnose und Unterrichtshandeln LeLa-Tagung Würzburg

22 Forschungsprogramm Did. der Zahlbereichserweiterungen Did. der Geom. Did. der Algebra Did. der Zahlbereichserweiterungen Fachdidaktische Grundlagen Did. der Geometrie Did. der Zahlbereichserweiterungen WS 2014/15 SS 2015 WS 2015/16 SS 2016 WS 2016/17 SS 2017 WS 2017/18 SS 2018 Did. Seminar Did. Seminar Did. Seminar Did. Seminar Did. Seminar Schülerlabore als Lehr-Lern-Labore Rita Hofmann Graduiertenkolleg Unterrichtsprozesse Marie-Elene Bartel Patrizia Enenkiel Moritz Walz DiAmant: Graduiertenakademie Schule-Unterricht-Lernen MoSAiK: Qualitätsoffensive Lehrerbildung Bartel & Roth (2017b), Enenkiel & Roth (2017), Hofmann & Roth (2017), Walz & Roth (2017) LeLa-Tagung Würzburg

23 Diagnostische Kompetenz Bedeutung Wesentlich für professionelles Lehrerhandeln Horstkemper (2004); Praetorius u.a. (2012) Ziel: Lernprozesse gestalten Bündel von Fähigkeiten, um den Kenntnisstand, die Lernfortschritte und die Leistungsprobleme einzelner Schüler sowie die Schwierigkeiten verschiedener Lernaufgaben im Unterricht fortlaufend beurteilen zu können, sodass das didaktische Handeln auf diagnostischen Einsichten aufgebaut werden kann. Schülerdiagnose Aufgabendiagnose Unterrichtshandeln Weinert (2000, S. 16) LeLa-Tagung Würzburg

24 Fokus der Prozessdiagnose Begriffslernen Videovignetten Verbalisierungen Materialnutzung Aufgaben/Materialien Schülerdokumente Weitere Materialien Begriffsverständnis Grundvorstellungen Hürden bei der Begriffsentwicklung Bartel & Roth (2015) LeLa-Tagung Würzburg

25 Videovignetten zur Analyse von Unterrichtsprozessen Bartel & Roth (2017a) LeLa-Tagung Würzburg

26 Videovignetten zur Analyse von Unterrichtsprozessen Bartel & Roth (2017a) Bartel & Roth (2017), Enenkiel & Roth (2017), Hofmann & Roth (2017), Walz & Roth (2017) LeLa-Tagung Würzburg

27 LeLa-Tagung Würzburg

29 Es gelingt den Schülern zum Teil nicht, die im Funktionsgraph dargestellten Zusammenhänge zu erfassen (u.a. Achsenbeschriftung). LeLa-Tagung Würzburg

31 Diagnoseaufträge Arbeitsaufträge der Schüler/innen bearbeiten Beobachtungen beschreiben Diagnosen erstellen und begründen (Grundvorstellungen, Schüler(fehl)vorstellungen) Unterrichtshandeln vorschlagen und begründen LeLa-Tagung Würzburg

32 Forschungsperspektive Prozessdiagnose Entwicklung Video Transkript Art der Vignette Terme Funktionen Bruchzahlen Zeitpunkt des Feedbacks Messen Aufgabendiagnose Prozessdiagnose Motivation Praxisrelevanz LeLa-Tagung Würzburg

33 Lehrkompetenzen 1 Terme Funktionen Bruchzahlen Messen 2 3 LIVE 4 5 LeLa-Tagung Würzburg

34 Forschung rund um Lehr-Lern-Labore Lehr-Lern- Labor Forschungs- perspektiven Vernetzung ViviAn Videovignetten zur Analyse von Unterrichtsprozessen Lehrkompetenzen LeLa-Tagung Würzburg

35 dms.uni-landau.de juergen-roth.de Marie-Elene Bartel Jürgen Roth Patrizia Enenkiel Moritz Walz Rita Hofmann Stefan Schumacher Rolf Oechsler Anna Noll Christian Fahse Michaela Scheuring Tobias Rolfes Julia Sommer LeLa-Tagung Würzburg

36 Literaturverzeichnis Bartel, M.-E. & Roth, J. (2017a). Diagnostische Kompetenz von Lehramtsstudierenden fördern Das Videotool ViviAn. Erscheint in: J. Leuders, M. Lehn, T. Leuders, S. Ruwisch & S. Prediger (Hrsg.): Mit Heterogenität im Mathematikunterricht umgehen lernen Konzepte und Perspektiven für eine zentrale Anforderung an die Lehrerbildung. Springer, Wiesbaden. Bartel, M.-E. & Roth, J. (2017b). Vignetten zur Diagnose und Unterstützung von Begriffsbildungsprozessen. In: Institut für Mathematik der Universität Potsdam (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht WTM-Verlag, Münster. Bartel, M.-E. & Roth, J. (2015). Diagnostische Kompetenz durch Videovignetten fördern. In: F. Caluori, H. Linneweber-Lammerskitten & C. Streit (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht Münster: WTM-Verlag, S Enenkiel, P. & Roth, J. (2017). Diagnosekompetenz mit Videovignetten fördern Der Einfluss von Feedback. In: Institut für Mathematik der Universität Potsdam (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht WTM-Verlag, Münster. Hofmann, R. & Roth, J. (2017). Fähigkeiten und Schwierigkeiten im Umgang mit Funktionsgraphen erkennen Diagnostische Fähigkeiten von Lehramtsstudierenden fördern. In: Institut für Mathematik der Universität Potsdam (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht WTM-Verlag, Münster. Horstkemper, M. (2004). Diagnosekompetenz als Teil pädagogischer Professionalität. Neue Sammlung, 44(2), Noll, A., Roth, J. & Scholz, Markus (2017). Lernmaterialien für Inklusionsklassen gestalten Sind Piktogramme hilfreich? In: Institut für Mathematik der Universität Potsdam (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht WTM-Verlag, Münster. LeLa-Tagung Würzburg

37 Literaturverzeichnis Nordmeier, V., Käpnick, F., Komorek, M., Leuchter, M., Neumann, K., Priemer, B., Risch, B., Roth, J., Schulte, C., Schwanewedel, J., Upmeier zu Belzen, A. & Weusmann, B. (2014). Schülerlabore als Lehr-Lern-Labore: Forschungsorientierte Verknüpfung von Theorie und Praxis in der MINT- Lehrerbildung. Unveröffentlichter Projektantrag. Praetorius, A.-K., Lipowsky, F. & Karst, K. (2012). Diagnostische Kompetenz von Lehrkräften: Aktueller Forschungsstand, unterrichtspraktische Umsetzbarkeit und Bedeutung für den Unterricht. In R. Lazarides & A. Ittel (Hrsg.), Differenzierung im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht. Implikationen für Theorie und Praxis (S ). Bad Heilbrunn: Klinkhardt. Roth, J. (2008): Systematische Variation Eine Lernumgebung vernetzt Geometrie und Algebra. Mathematik lehren, 146, S Roth, J. (2013): Mathematik-Labor Mathe ist mehr Forschendes Lernen im Schülerlabor mit dem Mathematikunterricht vernetzen. Der Mathematikunterricht, 59/5, S Roth, J. (2015): Lehr-Lern-Labor Mathematik Lernumgebungen (weiter-)entwickeln, Schülerverständnis diagnostizieren. In: F. Caluori, H. Linneweber-Lammerskitten & C. Streit (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht Münster: WTM-Verlag, S Roth, J. (2017). Videovignetten zur Analyse von Unterrichtsprozessen (ViviAn) Ein Entwicklungs-, Forschungs- und Lehrprogramm. In: Institut für Mathematik der Universität Potsdam (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht WTM-Verlag, Münster, 2017 Roth, J. & Weigand, H.-G. (2014): Forschendes Lernen Eine Annäherung an wissenschaftliches Arbeiten. Mathematik lehren, 184, S. 2-9 LeLa-Tagung Würzburg

38 Literaturverzeichnis Scheuring, M. & Roth, J. (2017). Computer-Simulationen oder gegenständliche Materialien Was fördert funktionales Denken besser? In: Institut für Mathematik der Universität Potsdam (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht WTM-Verlag, Münster, 2017 Schmidt, I., Di Fuccia, D. S. & Ralle, B. (2011): Außerschulische Lernstandorte Erwartungen, Erfahrungen und Wirkungen aus der Sicht von Lehrkräften und Schulleitungen. In: MNU 64/6 (2011), Vollrath, H.-J.; Roth, J. (2012). Grundlagen des Mathematikunterrichts in der Sekundarstufe. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag. Weinert, F. E. (2000). Lehren und Lernen für die Zukunft Ansprüche für das Lernen in der Schule, Pädagogisches Institut Bad Kreuznach. LeLa-Tagung Würzburg