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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 03.12.2014

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

Status Quo

Status Quo



Eickelmann, Bos & Gerick, 2014; ICILS 2013

International Computer and Information Literacy Study; S. 29

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.“

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?

Forschungs-

ergebnisse

für die Primar-

und

Sekundarstufe

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)

Status Quo

Häufigkeit der Computernutzung durch MINT-Lehrpersonen (ICILS 2013)

0,0

5,9

5,3

5,8

3,2

20,2

25,2

22,2

8,7

27,9

26,9

26,3

58,7

34,1

31,4

32,4

29,4

11,8

11,2

13,3

0 10 20 30 40 50 60 70

Informatik

Naturwissenschaften

Mathematik

MINT

© ICILS 2013

45.7% der MINT-

Lehrpersonen

berichten eine

mindestens

wöchentliche

Computernutzung

im Unterricht

Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz

Status Quo

41,7

60,5

70,6

14,7

32,5

25,5

43,6

7,0

3,8

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Informatik

Naturwissenschaften

Mathematik

in den meisten Stunden und in jeder/fast jeder Stunde in einigen Stunden nie

© ICILS 2013 Eickelmann et al., 2014

Häufigkeit der Computernutzung durch Schülerinnen und Schüler in

den MINT-Fächern (ICILS 2013, Jgst. 8)

Anteil der

„Nie“-Nutzer auf

Schülerseite hoch,

auch im

internationalen

Vergleich!

Status Quo

Computernutzung im Mathematikunterricht (PISA 2012, Jgst. 9)

Nie-Nutzer Schüleranteile

Eigene Analysen internationaler PISA-Datensatz, % auf Ganze gerundet

73

81

76

70

80

81

60 65 70 75 80 85

Funktionsgraphen am Computer gezeichnet

Berechnung am Computer durchgeführt

Geometrische Figuren am Computer gezeichnet

Mit Tabellenkalkulationsprogrammen gearbeitet

Gleichungen mit einem Computerprogramm gelöst

Datendiagramme mit dem Computer gezeichnet

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%

Status Quo

Angaben der Lehrpersonen, Drossel et al., 2013; Eickelmann et al. 2013

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%

Status Quo

Eickelmann & Vennemann, 2014; Eickelmann et al., 2013

Status Quo

-7

-8

-11

-15

2

-1

2

4

-20 -10 0 10

Leistungsdifferenz Mathematik

Leistungsdifferenz Naturwissenschaften

Primarstufe Schülerleistung: Häufigkeit der Computernutzung und

fachliche Kompetenz (TIMSS 2011)

Eickelmann et al. 2013; Kahnert & Endberg, 2014;

Eickelmann & Vennemann, 2014

Mathematik Naturwissenschaften

Selten Oft Selten Oft

Deutschland M=528 M=532 M=537 M=522

VG EU M=520 M=522 M=527 M=516

VG OECD M=524 M=523 M=529 M=521

Internationaler

Mittelwert M=491 M=493 M=490 M=483

Mindestens wöchentliche

Nutzung digitaler Medien im

Mathematikunterricht ↔

kleiner Leistungsvorsprung.

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

Status Quo

Primarstufe

Nur etwa jede siebte

Grundschullehrkraft

fühlt sich in

Deutschland bei der

Integration digitaler

Medien in den

Unterricht unterstützt.

Primarstufe Lehrerperspektive: Angemessene Unterstützung, die

Nutzung von Computern im Unterricht zu integrieren

Status Quo

Eickelmann, Lorenz, Vennemann, Gerick & Bos, 2014

4

14

27

32

33

33

34

39

39

42

43

46

46

48

49

55

59

61

64

0 10 20 30 40 50 60 70

Japan

Deutschland

Dänemark

Internationaler Mittelwert

Ungarn

Polen

Niederlande

Slowakei

Slowenien

England

USA

Neuseeland

Kroatien

Kanada (Alberta)

Australien

Katar

Nordirland

Singapur

Hongkong

Sekundarstufe: Vertiefende Analysen für den MINT-Bereich zu:

Status Quo

© ICILS 2013

87,9

78,7

63,7

51,9

88,0

69,5

60,4

37,1

88,3

67,2

60,8

41,0

89,5

67,4

62,7

41,2

90,0

64,8

64,0

38,9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ermöglicht den Schülerinnen und Schülern den Zugang zu besseren

Informationsquellen

Hilft den Schülerinnen und Schülern, Informationen wirksamer zu vertiefen und

zu verarbeiten

Hilft Schülerinnen und Schülern, ein größeres Interesse am Lernen zu

entwickeln

Verbessert die schulischen Leistungen der Schülerinnen und Schüler

Gesamt MINT Mathematik Naturwissenschaften Informatik

Sichtweisen der Lehrpersonen auf den Einsatz von IT im Unterricht

(ICILS 2013)

Antwortkategorie: ‚Zustimmung‘; Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz

Status Quo

Antwortkategorie: ‚ja‘, Angaben aus dem ICILS 2013 Schulfragebogen in Prozent,

Gerick, Schaumburg, Kahnert & Eickelmann, 2014 © ICILS 2013

Standorte schuleigener Computer in Deutschland (ICILS 2013)

18

43,5

43,7

100

17,2

0 20 40 60 80 100 120

Computer werden von den Schülerinnen und Schülern mitgemacht

In der Bibliothek

Transportabel zwischen Klassenräumen

In Computerräumen

In den Klassenräumen

Anders als in andern ICILS-

Teilnehmerländern stehen

neue Technologien in

Schulen in Deutschland

eher nicht unterrichtsnah

zur Verfügung.

Status Quo

Einschätzung technischer Probleme (ICILS 2013)

37,5

42,6

39,3

42,2

45,5

43,1

0 10 20 30 40 50

Meine Schule hat keine ausreichende IT-Ausstattung (z. B. Computer).

In meiner Schule ist der Internetzugang eingeschränkt (z. B. langsame oder

instabile Verbindung).

Die Computer unserer Schule sind veraltet.

Alle Lehrkräfte MINT Lehrkräfte

© ICILS 2013 Antwortkategorie: ‚Zustimmung‘; Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz

• 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.

Status Quo

ß (SE)

Abhängige Variable:

Häufigkeit der Computernutzung beim UnterrichtenA

Schulische Merkmale

Ausstattungssituation: Schüler-Computer-Verhältnis -0.2* 0.0

Beeinträchtigungen durch unzureichende IT-AusstattungB 0.1 0.1

Technischer IT-Support in der Schule für LehrkräfteC 0.1 0.3

Pädagogischer IT-Support in der Schule für LehrkräfteC 0.0 0.8

Lehrerfortbildungen über die Integration von IT in den Unterricht und das LernenD

0.1* 0.1

Selbsteinschätzung der computerbezogenen LehrerkompetenzE 0.4* 0.2

Priorität des Einsatzes von IT in der SchuleF 0.2* 0.1

Positive Sichtweise zum IT-Einsatz im UnterrichtG 0.1* 0.0

Hintergrundvariablen

AlterH 0.0 0.1

GeschlechtI -0.2* 0.1

R2 .35

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

Erklärung IT-Nutzung im Unterricht von MINT-Lehrpersonen (ICILS 2013)

Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz

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.

Status Quo

Fortbildungsförderung

Schulziele

Relevanz Schülerkompetenzen

Förderung Schulkultur

Kooperationsförderung

Verantwortung: Personal einstellen

Nutzung Internet im Unterricht

Nutzung Computer im Mathematikunterricht

Peer Review Mathematiklehrer

Offenheit für neue Unterrichtsformen

Computerverfügbarkeit (rekodiert)

Ausstattungsprobleme: Computer

Ausstattungsprobleme: Internet

Ausstattungsprobleme: Software

Sch

ulle

itung

shan

deln

S

chul

-

stra

tegi

en

Lehr

er-

eins

tellg

.

Sch

ulis

che

Aus

stat

tung

Sch

uleb

ene

Computernutzung im

Mathematikunterricht

-.31

.46

Ind

ivid

ual

ebn

e

(Sch

üle

rin

nen

un

d S

chü

ler)

Gerick & Eickelmann, 2014


Erklärung der Computer-

nutzung im Mathematik-

Unterricht (PISA 2012)

Status Quo

Fortbildungs-

förderung

Schulziele

Nutzung Internet

im Unterricht

Offenheit für neue

Unterrichtsformen

Computerverfügbarkeit

Ausstattungsprobleme:

Computer

Ausstattungsprobleme:

Internet

Sch

ulle

itung

s-

hand

eln

Sch

ul-

stra

tegi

en

Lehr

er-

Ein

stel

lg.

Sch

ulis

che

Aus

stat

tung

Sch

uleb

ene

Computernutzung im

Mathematikunterricht

-.31

Individualebne

Mathematik-

leistung

.49

-.38

.22

-.24

-.38*

PISA 2012: Erklärung der Computer-

nutzung im Mathematik-

unterricht und Mathematikleistung

fett: p ≤ .05 Gerick & Eickelmann, 2014


negativer Effekt

Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht

Status Quo



Chancen



Herausforderungen




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


Leuchtturmbeispiele für

die MINT-Fächer Nutzung fachlicher

Potenziale digitaler

Medien in den MINT-

Fächern


Beispiel Primarstufe Sachunterricht

…

Quelle: YouTube-Video Grundschule Bockenheim, Rheinland-Pfalz

Kombination von mobilen Endgeräten

und interaktiven Whiteboards

Aktivierung und Interaktivität

Veranschaulichung fachlicher Inhalte

spielerisches Lernen

höhere Aufmerksamkeit

höhere Motivation

fächerübergreifendes Lernen

Visualisierung und

Schüleraktivierung


Biologie-Beispiele

Open-Classroom

Online-Materialien

Tutorials mit Apps erstellen

Aufgaben und Lösungen einstellen

Videos einbinden

Beispiel Sekundarstufe: Der Open-Classroom und Tablets

selbstständiges und

selbstgesteuertes Lernen

kooperatives Lernen

Visualisierungen nutzen

eigenes Lerntempo


Physik

Mobile Endgeräte als

Experimentiermittel im

naturwissenschaftlichen

Unterricht

Quelle: YouTube, Materialien der TU Karlsruhe, AG Prof. Dr. J. Kuhn, s. auch Beitrag in Maxton-Küchenmeister & Meßinger-Koppelt, 2014

Lebensweltbezug

Authentizität

kognitive und

motivationale Einbindung

der Lernenden

Beispiel:

Messung von Schallereignissen, Visualisierung

Export in Tabellenkalkulationsprogramme möglich

Herausforderungen

Status Quo



Chancen



Herausforderungen



Herausforderungen

3 1 2

Leuchtturmbeispiele für

die MINT-Fächer Nutzung fachlicher

Potenziale digitaler

Medien in den MINT-

Fächern

Integration digitaler

Medien in den

Unterrichtsalltag von

Schulen

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.

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.

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.

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

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