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Konzeption, Erprobung und Evaluation einer Blended Learning-Fortbildung für MINT-Lehrkräfte zu Experimento | 10+ mit digitalen und analogen Inhalten
Konzeption, Erprobung und Evaluation einer Blended Learning-Fortbildung für MINT-Lehrkräfte zu Experimento | 10+ mit digitalen und analogen Inhalten
Lehrkräftefortbildungen werden als wichtige Stellschraube zur Verbesserung von Unterrichtsqualität angesehen. Die vorliegende Forschungsarbeit stellt die Konzeption, Durchführung und Evaluation einer Blended Learning-Fortbildung für MINT-Lehrkräfte zu Experimento | 10+ mit digitalen und analogen Inhalten vor. Bei Experimento handelt es sich um das Bildungsprogramm der Siemens Stiftung, mit welchem sich diese für die Förderung des naturwissenschaftlich-technischen Unterrichts einsetzt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das Fortbildungskonzept zu Experimento | 10+, dem Programmteil für Lehrkräfte weiterführender Schulen, grundlegend überarbeitet, weiterentwickelt und hinsichtlich seiner Wirksamkeit sowie inhaltlichen Passung untersucht. Bereits vor der Weiterentwicklung von Experimento lag der Schwerpunkt auf verschiedenen Schülerexperimenten zu „Energie“, „Umwelt“ und „Gesundheit“, die sich unter anderem besonders für den Chemieunterricht eignen. Die praktische Erprobung der Versuche stellt einen wichtigen Teil der Lehrkräftefortbildung dar. Darüber hinaus wurde die zweitägige Präsenzfortbildung im Zuge der Überarbeitung mit neuartigen digitalen Online-Selbstlern-Modulen angereichert. So ist die Lehrkräftefortbildung nun in einem zeitgemäßen Blended Learning-Format konzipiert, bei dem sich digitale Phasen mit laborpraktischen Erprobungsphasen in Präsenz abwechseln. Dadurch werden die Vorteile des Präsenzlernens mit denen des selbstgesteuerten digitalen Lernens verbunden. Die Online-Module umfassen drei innovative Themen: Wertebildung im naturwissenschaftlichen Unterricht, Inklusion und sprachsensibler Fachunterricht sowie Computational Thinking. Besonders das Thema Computational Thinking ist bislang nur wenigen naturwissenschaftlichen Lehrkräften im Detail bekannt. Es handelt sich dabei um eine Problemlösekompetenz, die in der digitalen Welt vermehrt an Bedeutung gewinnt. Damit nutzt die Fortbildung nicht nur in der Konzeption die Möglichkeiten der Digitalität, sondern berücksichtigt diese auch inhaltlich. Ein wesentliches Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung der interaktiven Online-Module und deren inhaltliche sowie mediendidaktische Ausgestaltung. Sie umfassen unter anderem theoretische Hintergründe, Unterrichtsmaterialien und interaktive Übungen zu den angebotenen Themen. Daneben wurden speziell hierfür Videos von authentischen Unterrichtssituationen angefertigt, welche unter anderem als Good-Practice-Beispiele dienen. Die Lehrkräfte wählen im Vorfeld der Fortbildung zwei der drei Module in einer Mehrheitsentscheidung aus. Diese werden jeweils in Vorbereitung auf die beiden Präsenzphasen absolviert. In den Präsenzveranstaltungen diskutieren die Lehrkräfte dann die selbstständig digital erarbeiteten Inhalte und verknüpfen sie mit den Experimenten aus Experimento | 10+. Für das Modul zu Computational Thinking ist darüber hinaus ein neues Experiment zur pH-Messung unter Verwendung des Mikrocontrollers Arduino entwickelt worden, welches in der Online-Anwendung theoretisch vorgestellt und anschließend in Präsenz von den Lehrkräften praktisch erprobt wird. Das Aufzeigen von Bezügen zwischen Computational Thinking und naturwissenschaftlichen sowie insbesondere chemiedidaktischen Kontexten stellt somit ein zentrales Anliegen sowohl des entsprechenden Online-Moduls als auch der vorliegenden Arbeit dar. Außerdem werden in der Forschungsarbeit grundlegende Merkmale wirksamer Lehrkräftefortbildungen sowie Gelingensbedingungen für stimmige Blended Learning-Konzepte dargelegt. Daraus resultierten konkrete Abwägungen beim Konzeptionsprozess der Fortbildung. Auch auf die zuletzt nochmals deutlicher offenbar gewordene Anforderung zum Erwerb digitaler Medienkompetenzen bei Lehrkräften wird eingegangen. Der Beitrag von Experimento | 10+ hierzu wird ebenfalls beleuchtet. Mittels der dazugehörigen wissenschaftlichen Begleitforschung wird evaluiert, wie die Fortbildung von den teilnehmenden Lehrkräften wahrgenommen wird (Akzeptanz), wie sich die Einstellungen der Lehrkräfte durch die Fortbildung verändern (z. B. hinsichtlich digitaler Medien oder Schülerexperimenten), inwieweit es Veränderungen im Wissen der Teilnehmenden gibt (z. B. über Computational Thinking) und ob eine nachhaltige Umsetzung der Fortbildungsinhalte im Unterricht erfolgt. Die Evaluation zeigt in der Tat eine hohe Zufriedenheit mit der gesamten Blended Learning-Fortbildung. Insgesamt weist die Lehrkräftefortbildung hauptsächlich kurzfristige Wirkungen auf. In Teilen konnte sie aber auch zu langfristigen Verbesserungen hinsichtlich der Einstellungen (z. B. in Hinblick auf Schülerexperimente), des selbstberichteten Wissens (über Wertebildung und Computational Thinking) und der Kompetenzen (v. a. Medienkompetenzen) der Lehrkräfte beitragen., In-service teacher training programmes are seen as an important factor for improving the quality of teaching. This thesis deals with the conceptualisation, implementation, and evaluation of a blended learning teacher training programme for STEM teachers on Experimento | 10+ with digital and analogue content. Experimento is the Siemens Stiftung’s international education programme. The aim of Experimento is to foster high-quality science and technology education. By means of the presented thesis, the concept of Experimento | 10+, the programme’s part for secondary education, was fundamentally revised and further developed. Moreover, it was examined in terms of its impact as well as its fit with the expectations of the teachers. Even before the further development, classroom experiments on the topics of energy, the environment, and health, which are highly suitable for chemistry lessons, were a key element of Experimento. Therefore, the practical testing of the experiments is an important part of the teacher training programme. During the revision process, the two-day face-to-face course was augmented by newly designed digital online self-learning modules. Thus, the teacher training is now offered in a blended learning format, consisting of alternating digital phases, and face-to-face phases in which the teachers can perform the specified experiments. Through this, the advantages of self-regulated digital learning as well as face-to-face learning can be used. The online modules cover three innovative topics: Values education in science classrooms, inclusion and language-sensitive teaching as well as Computational Thinking. The term Computational Thinking is still unfamiliar to most science teachers although this problem-solving technique has increasingly gained in importance in the discussions about competences that are required to deal with complex problems in a digital world. Thus, the teacher training programme refers to digitality not only in terms of conceptualisation but also takes this aspect in account by its content. A central goal of this thesis was to develop the interactive online modules. These were designed from the ground up in terms of content and media didactics. They comprise of theoretical background, teaching materials, and interactive applications. In addition, school lesson videos of authentic teaching situations were produced specifically for this project. These serve as examples for good teaching practice. In the run-up of the training programme, the teachers choose two of the three offered online modules. A majority decision determines which modules are dealt with in depth during the training. These modules must be completed in preparation for the two face-to-face sessions, during which the teachers discuss the topics, that they have worked out digitally. The acquired knowledge is linked with the experiments from Experimento | 10+. Furthermore, a new experiment on measuring pH values with an Arduino microcontroller has been developed for the module on Computational Thinking. This is presented theoretically in the online module and subsequently tested practically by the teachers during the associated face-to-face session. Thus, a central concern of both the corresponding online module and this thesis is to point out interconnections between Computational Thinking and the science contexts, especially regarding chemistry education. Furthermore, this thesis presents basic characteristics of effective in-service teacher training programmes as well as conditions for coherent blended learning concepts. This results in specific considerations regarding the conceptual process of the training programme. The need for teachers to acquire digital media competencies, which has recently become more apparent, is also addressed and the contribution of Experimento | 10+ is discussed. For the in-service teacher training programme for professional development an accompanying questionnaire survey was conducted. This research evaluates how the training is perceived by the participating teachers (acceptance), how the attitudes of the teachers change because of the training (e. g., about digital media or classroom experiments), to what extent there are changes in the knowledge of the participants (e. g., about Computational Thinking) and whether the teachers implement the content of this programme into the classroom sustainably. The evaluation, in fact, revealed a high level of satisfaction with the entire blended learning teacher training. Overall, the programme mainly has short-term effects, but nevertheless it could also contribute to long-term improvements in the attitudes (e. g., about classroom experiments), the self-reported knowledge (concerning values education and Computational Thinking), and competences (especially media competences) of the teachers.
Computational Thinking, Lehrkräftefortbildung, Lehrerfortbildung
Knie, Lisa
2022
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Knie, Lisa (2022): Konzeption, Erprobung und Evaluation einer Blended Learning-Fortbildung für MINT-Lehrkräfte zu Experimento | 10+ mit digitalen und analogen Inhalten. Dissertation, LMU München: Faculty of Chemistry and Pharmacy
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Abstract

Lehrkräftefortbildungen werden als wichtige Stellschraube zur Verbesserung von Unterrichtsqualität angesehen. Die vorliegende Forschungsarbeit stellt die Konzeption, Durchführung und Evaluation einer Blended Learning-Fortbildung für MINT-Lehrkräfte zu Experimento | 10+ mit digitalen und analogen Inhalten vor. Bei Experimento handelt es sich um das Bildungsprogramm der Siemens Stiftung, mit welchem sich diese für die Förderung des naturwissenschaftlich-technischen Unterrichts einsetzt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das Fortbildungskonzept zu Experimento | 10+, dem Programmteil für Lehrkräfte weiterführender Schulen, grundlegend überarbeitet, weiterentwickelt und hinsichtlich seiner Wirksamkeit sowie inhaltlichen Passung untersucht. Bereits vor der Weiterentwicklung von Experimento lag der Schwerpunkt auf verschiedenen Schülerexperimenten zu „Energie“, „Umwelt“ und „Gesundheit“, die sich unter anderem besonders für den Chemieunterricht eignen. Die praktische Erprobung der Versuche stellt einen wichtigen Teil der Lehrkräftefortbildung dar. Darüber hinaus wurde die zweitägige Präsenzfortbildung im Zuge der Überarbeitung mit neuartigen digitalen Online-Selbstlern-Modulen angereichert. So ist die Lehrkräftefortbildung nun in einem zeitgemäßen Blended Learning-Format konzipiert, bei dem sich digitale Phasen mit laborpraktischen Erprobungsphasen in Präsenz abwechseln. Dadurch werden die Vorteile des Präsenzlernens mit denen des selbstgesteuerten digitalen Lernens verbunden. Die Online-Module umfassen drei innovative Themen: Wertebildung im naturwissenschaftlichen Unterricht, Inklusion und sprachsensibler Fachunterricht sowie Computational Thinking. Besonders das Thema Computational Thinking ist bislang nur wenigen naturwissenschaftlichen Lehrkräften im Detail bekannt. Es handelt sich dabei um eine Problemlösekompetenz, die in der digitalen Welt vermehrt an Bedeutung gewinnt. Damit nutzt die Fortbildung nicht nur in der Konzeption die Möglichkeiten der Digitalität, sondern berücksichtigt diese auch inhaltlich. Ein wesentliches Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung der interaktiven Online-Module und deren inhaltliche sowie mediendidaktische Ausgestaltung. Sie umfassen unter anderem theoretische Hintergründe, Unterrichtsmaterialien und interaktive Übungen zu den angebotenen Themen. Daneben wurden speziell hierfür Videos von authentischen Unterrichtssituationen angefertigt, welche unter anderem als Good-Practice-Beispiele dienen. Die Lehrkräfte wählen im Vorfeld der Fortbildung zwei der drei Module in einer Mehrheitsentscheidung aus. Diese werden jeweils in Vorbereitung auf die beiden Präsenzphasen absolviert. In den Präsenzveranstaltungen diskutieren die Lehrkräfte dann die selbstständig digital erarbeiteten Inhalte und verknüpfen sie mit den Experimenten aus Experimento | 10+. Für das Modul zu Computational Thinking ist darüber hinaus ein neues Experiment zur pH-Messung unter Verwendung des Mikrocontrollers Arduino entwickelt worden, welches in der Online-Anwendung theoretisch vorgestellt und anschließend in Präsenz von den Lehrkräften praktisch erprobt wird. Das Aufzeigen von Bezügen zwischen Computational Thinking und naturwissenschaftlichen sowie insbesondere chemiedidaktischen Kontexten stellt somit ein zentrales Anliegen sowohl des entsprechenden Online-Moduls als auch der vorliegenden Arbeit dar. Außerdem werden in der Forschungsarbeit grundlegende Merkmale wirksamer Lehrkräftefortbildungen sowie Gelingensbedingungen für stimmige Blended Learning-Konzepte dargelegt. Daraus resultierten konkrete Abwägungen beim Konzeptionsprozess der Fortbildung. Auch auf die zuletzt nochmals deutlicher offenbar gewordene Anforderung zum Erwerb digitaler Medienkompetenzen bei Lehrkräften wird eingegangen. Der Beitrag von Experimento | 10+ hierzu wird ebenfalls beleuchtet. Mittels der dazugehörigen wissenschaftlichen Begleitforschung wird evaluiert, wie die Fortbildung von den teilnehmenden Lehrkräften wahrgenommen wird (Akzeptanz), wie sich die Einstellungen der Lehrkräfte durch die Fortbildung verändern (z. B. hinsichtlich digitaler Medien oder Schülerexperimenten), inwieweit es Veränderungen im Wissen der Teilnehmenden gibt (z. B. über Computational Thinking) und ob eine nachhaltige Umsetzung der Fortbildungsinhalte im Unterricht erfolgt. Die Evaluation zeigt in der Tat eine hohe Zufriedenheit mit der gesamten Blended Learning-Fortbildung. Insgesamt weist die Lehrkräftefortbildung hauptsächlich kurzfristige Wirkungen auf. In Teilen konnte sie aber auch zu langfristigen Verbesserungen hinsichtlich der Einstellungen (z. B. in Hinblick auf Schülerexperimente), des selbstberichteten Wissens (über Wertebildung und Computational Thinking) und der Kompetenzen (v. a. Medienkompetenzen) der Lehrkräfte beitragen.

Abstract

In-service teacher training programmes are seen as an important factor for improving the quality of teaching. This thesis deals with the conceptualisation, implementation, and evaluation of a blended learning teacher training programme for STEM teachers on Experimento | 10+ with digital and analogue content. Experimento is the Siemens Stiftung’s international education programme. The aim of Experimento is to foster high-quality science and technology education. By means of the presented thesis, the concept of Experimento | 10+, the programme’s part for secondary education, was fundamentally revised and further developed. Moreover, it was examined in terms of its impact as well as its fit with the expectations of the teachers. Even before the further development, classroom experiments on the topics of energy, the environment, and health, which are highly suitable for chemistry lessons, were a key element of Experimento. Therefore, the practical testing of the experiments is an important part of the teacher training programme. During the revision process, the two-day face-to-face course was augmented by newly designed digital online self-learning modules. Thus, the teacher training is now offered in a blended learning format, consisting of alternating digital phases, and face-to-face phases in which the teachers can perform the specified experiments. Through this, the advantages of self-regulated digital learning as well as face-to-face learning can be used. The online modules cover three innovative topics: Values education in science classrooms, inclusion and language-sensitive teaching as well as Computational Thinking. The term Computational Thinking is still unfamiliar to most science teachers although this problem-solving technique has increasingly gained in importance in the discussions about competences that are required to deal with complex problems in a digital world. Thus, the teacher training programme refers to digitality not only in terms of conceptualisation but also takes this aspect in account by its content. A central goal of this thesis was to develop the interactive online modules. These were designed from the ground up in terms of content and media didactics. They comprise of theoretical background, teaching materials, and interactive applications. In addition, school lesson videos of authentic teaching situations were produced specifically for this project. These serve as examples for good teaching practice. In the run-up of the training programme, the teachers choose two of the three offered online modules. A majority decision determines which modules are dealt with in depth during the training. These modules must be completed in preparation for the two face-to-face sessions, during which the teachers discuss the topics, that they have worked out digitally. The acquired knowledge is linked with the experiments from Experimento | 10+. Furthermore, a new experiment on measuring pH values with an Arduino microcontroller has been developed for the module on Computational Thinking. This is presented theoretically in the online module and subsequently tested practically by the teachers during the associated face-to-face session. Thus, a central concern of both the corresponding online module and this thesis is to point out interconnections between Computational Thinking and the science contexts, especially regarding chemistry education. Furthermore, this thesis presents basic characteristics of effective in-service teacher training programmes as well as conditions for coherent blended learning concepts. This results in specific considerations regarding the conceptual process of the training programme. The need for teachers to acquire digital media competencies, which has recently become more apparent, is also addressed and the contribution of Experimento | 10+ is discussed. For the in-service teacher training programme for professional development an accompanying questionnaire survey was conducted. This research evaluates how the training is perceived by the participating teachers (acceptance), how the attitudes of the teachers change because of the training (e. g., about digital media or classroom experiments), to what extent there are changes in the knowledge of the participants (e. g., about Computational Thinking) and whether the teachers implement the content of this programme into the classroom sustainably. The evaluation, in fact, revealed a high level of satisfaction with the entire blended learning teacher training. Overall, the programme mainly has short-term effects, but nevertheless it could also contribute to long-term improvements in the attitudes (e. g., about classroom experiments), the self-reported knowledge (concerning values education and Computational Thinking), and competences (especially media competences) of the teachers.