Der Bildungserfolg hängt stark von den individuellen Lernvoraussetzungen von Schüler*innen ab – insbesondere in den MINT-Fächern. Adaptiver Unterricht, der explizit die individuellen Voraussetzungen berücksichtigt und personalisierte Lernmöglichkeiten bietet, gilt als vielversprechendes didaktisches Konzept, um produktiv mit Heterogenität umzugehen. Digitale Technologien unterstützen Lehrkräfte darin, adaptiven Unterricht effektiv zu gestalten, da sie ihnen innovative Möglichkeiten der Diagnostik und Differenzierung bereitstellen.
Trotz zahlreicher Leuchtturmprojekte im Bereich digitaler Bildung zeichnen sich bisherige Initiativen in der Lehrkräftebildung oft durch eine geringe Flächendeckung, eine unzureichende phasenübergreifende Kooperation und eine geringe Fachspezifität aus. Daher ist eine zentrale Fragestellung des Projektverbunds MINT-ProNeD: Wie können Lehrkräfte qualifiziert und gut ausgebildet werden, um digital gestützten adaptiven Unterricht zu realisieren?
Das Verbundvorhaben MINT-ProNeD hat die Etablierung eines integrativen Gesamtkonzepts für die MINT-Lehrpersonenbildung zum Ziel: in drei interdisziplinären und phasenübergreifenden Netzwerken (Fortbildungen, Unterrichtsentwicklung und -beratung, Future Innovation Hub) und einem querliegenden Arbeitsbereich Translation und Dissemination.
Das Metavorhaben (Digi-EBF II) ist im Rahmenprogramm Empirische Bildungsforschung bzw. im Kontext des BMBF-Forschungsschwerpunktes „Digitalisierung im Bildungsbereich“ angesiedelt. Es verfolgt die übergeordneten Ziele Forschung zu Bildung und Digitalisierung voranzutreiben, sichtbar zu machen und im Zusammenwirken mit der Praxis zu gestalten.
In dem von der Universität Duisburg-Essen (UDE) koordinierten Vorhaben arbeiten die UDE, DIPF, DIE und IWM zusammen. Der Verbund versteht sich als Dienstleister für die Förderprojekte des Forschungsschwerpunkts, dessen Angebote auf bereits gewonnenen (Digi-EBF I) und in der Erhebung befindlichen (Digi-EBF II) Forschungserkenntnissen beruhen.
In Digi-EBF II werden Maßnahmen und Praktiken von Ko-Konstruktion identifiziert, Angebote geschaffen, um Transfer zu ermöglichen und zu gestalten sowie eigene Forschung durchgeführt, um die Herausforderungen und Potenziale von Ko-Konstruktion und Transfer in der Bildung zu erarbeiten. Im Sinne einer gestaltungsorientierten Bildungsforschung werden Ansätze des Zusammenwirkens mit den Förderprojekten reflektiert und in Reflexionstreffen sowie dialogischen Formaten mit Bildungspraxis und Brückenakteuren diskutiert und in einen breiteren Diskurs eingebracht. Das Metavorhaben vernetzt die Förderprojekte untereinander und innerhalb der Forschungscommunity zu inhaltlichen, methodischen und transferbezogenen Themen. Der Stand der Forschung zu praxisrelevanten Fragen zu Bildung und Digitalisierung wird in Forschungssynthesen erarbeitet, praxisnah aufbereitet und über entsprechende Kanäle disseminiert. Begleitend zu diesen Aktivitäten werden verschiedene Formate des Wissenstransfers (Dialogformate, Wissensprodukte und Online-Portale) erforscht und genutzt.
Die Coronavirus-Krise hat den dringenden Bedarf geweckt, Schüler*innen beim Lernen durch digitale Technologien zu unterstützen. Digitale Technologien können sich auch an das Wissen und die Fähigkeiten der Lernenden anpassen und ihnen adaptiv Lernmaterialien und Anweisungen zur Verfügung stellen, die auf ihre Kompetenzen zugeschnitten sind. Dies setzt jedoch voraus, dass die digitale Lernumgebung in der Lage ist, das Verständnis und die Leistung der Lernenden während des Lernprozesses zu modellieren und Vorhersagen über den potenziellen Fortschritt jedes einzelnen Lernenden während der Lernaktivität zu treffen.
Ziel dieses Projekts ist es, theoretische und methodische Grundlagen für die adaptive Unterstützung von Lernenden im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht zu schaffen. Zu diesem Zweck kombiniert das Projekt vier Forschungsstränge:
1) Entwicklung digitaler Lernmaterialien, die auf Lernfortschritten in Mathematik, Biologie, Chemie oder Physik basieren.
2) Sammlung authentischer Daten von Schüler*innen, die sich mit diesem Lernmaterial beschäftigen, um Vorhersagemodelle darüber zu entwickeln, wie sich die Kompetenzen der Lernenden im Laufe der Zeit entwickeln.
3) Rekonstruktion der Lernpfade der Lernenden und schließlich
4) Untersuchung der Wirksamkeit der verschiedenen Lernpfade und der entwickelten didaktischen Unterstützung, die den Lernenden hilft, ihre Lernziele zu erreichen.
Ziel des Forschungsprojekts „Adaptivität und Unterrichtsqualität im individualisierten Unterricht“ (Ada*Q) ist es, gemeinsam mit den Preisträgerschulen des Deutschen Schulpreises der Robert-Bosch-Stiftung wissenschaftliche Erkenntnisse und praxisrelevantes Wissen zum produktiven Umgang mit Heterogenität im Unterricht zu generieren.
Im Mittelpunkt des Forschungsinteresses steht die Adaptivität des Unterrichts. Das heißt, es soll untersucht werden, inwieweit Unterrichtskonzepte der Differenzierung und Individualisierung dazu beitragen können, eine möglichst gute Passung zwischen dem Unterrichtsangebot der Lehrenden und den individuellen Lernvoraussetzungen der Schüler*innen herzustellen. Dabei soll auch untersucht werden, welche Bedeutung Unterrichtsqualität für diese Passung hat.
Projektflyer
Wie entwickeln sich grundlegende geometrische Kompetenzen?
Im Projekt des Leibniz-Kompetenzzentrums Frühe Bildung stand die Förderung grundlegender geometrischer Kompetenzen von Kindern im Vorschul- und frühen Schulalter im Mittelpunkt. Dabei sollte das Erkennen und Kategorisieren geometrischer Figuren sowie die Navigation im Raum fokussiert werden. Die übergeordnete Fragestellung war, wie diese grundlegenden geometrischen Kompetenzen gefördert werden können und welche Rolle die sprachliche Interaktion dabei spielt. Zudem sollte der Frage nachgegangen werden, ob sich eine Förderung geometrischer Kompetenzen auf die Verarbeitung von Mengen und Zahlen bzw. auf arithmetische Fertigkeiten auswirkt.
Wie entwickeln sich grundlegende naturwissenschaftliche Kompetenzen?
Phänomene beobachten, Vermutungen aufstellen, Vergleichen, Messen und Hypothesen überprüfen – bislang gibt es wenig Erkenntnisse über die Wirkung solcher grundlegender naturwissenschaftlicher Kompetenzen (Denk- und Arbeitsweisen) auf die weitere Lernentwicklung im frühen Kindesalter. Ziel des Projektes aus dem Leibniz-Kompetenzzentrum Frühe Bildung ist es zu untersuchen, inwieweit sich die Förderung dieser Kompetenzen auf den Erwerb neuen Wissens auswirkt. In der Studie werden verschiedene Interventionen verglichen, in denen die Anteile zu naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen systematisch variiert werden. Die übergeordnete Fragestellung ist, inwiefern das verfügbare Wissen über Denk- und Arbeitsweisen die Entwicklung von konzeptuellem Wissen unterstützt, z. B. zu den Bereichen Magnetismus, Schwimmen und Sinken oder Aggregatzustände.
Welche Zusammenhänge bestehen zwischen allgemein-kognitiven Fähigkeiten und domänen-spezifischen Kompetenzen?
Das Projekt aus dem Leibniz-Kompetenzzentrum Frühe Bildung untersuchte in Kooperation mit der Universität Bamberg frühe Wurzeln der Kompetenzentwicklung. Speziell analysiert wurden Zusammenhänge zwischen allgemein-kognitiven Fähigkeiten (Fähigkeiten der Informationsverarbeitung, exekutive Funktionen) und der domänen-spezifischen Kompetenzentwicklung (sprachliche, mathematische Kompetenzen) in der frühen Kindheit. Der Rolle von Sprache und Sprachentwicklung wurde dabei besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Dies ist nicht zuletzt für Förderungen von besonderer Bedeutung, da Sprache sowohl wichtiges Vermittlungs- und Kommunikationsmittel als auch ein zentrales Repräsentationsmittel darstellt. Im Projekt wurden zwei Schwerpunkte gesetzt, die mit Hilfe bestehender Längsschnittstudien (NEPS, BiKS) analysiert wurden. Zum einen wurde der Einfluss früher Fähigkeiten und Einflussfaktoren im Alter von 7 und 16 Monaten auf die spätere Kompetenzentwicklung in der Kita untersucht. Den zweiten Schwerpunkt bildete die Frage nach dem Zusammenhang zwischen sprachlichen, kognitiven und mathematisch-naturwissenschaftlichen Fähigkeiten beim Übergang von der Kita in die Grundschule.
Nur wer gut Deutsch kann, hat die Möglichkeit an der Schule, am Alltag und Berufsleben teilzuhaben. Bei dem Erlernen der Sprache spielen die Lehrenden eine wichtige Rolle, die Deutsch als Zweitsprache unterrichten. Über welche Fähigkeiten und welches Wissen sie verfügen, wie sie ihren Unterricht gestalten und ob es Unterschiede zwischen Lehrkräften an Schulen und in der Erwachsenenbildung gibt – das untersucht das Projekt COLD (Competencies of school teachers and adult educators in teaching German as a second language in linguistically diverse classrooms). Das Verbundprojekt wurde gemeinsam vom DIE und dem MI initiiert und wird vom DIE geleitet.
Von April 2019 bis September 2022 erfassen Forschende die professionellen Kompetenzen von Lehrkräften in Schule und Erwachsenenbildung beim Unterrichten von Deutsch als Zweitsprache in sprachlich heterogenen Lerngruppen. Das Projekt adressiert somit die besonderen Anforderungen an Lehre und Didaktik, die bildungsbereichsübergreifend durch neu zugewanderte Kinder, Jugendliche und Erwachsene entstanden sind. Die Untersuchungen finden im realen Unterrichtskontext mit Lehrkräften in Vorbereitungsklassen und Integrationskursen statt.
Das interdisziplinäre Projektteam umfasst Expert*innen der Erwachsenenbildung/Weiterbildung, der Fachdidaktik Deutsch/Deutsch als Zweitsprache, der empirischen Bildungsforschung, der Linguistik, der Computerlinguistik und der Psychologie. Ein besonderes Gewicht liegt mit der überwiegenden Besetzung der Projektstellen mit Promovierenden auf der Nachwuchsförderung.
Im Rahmen des Projekts wurde ein Online-Tool entwickelt, mit dem (angehende) Lehrkräfte aller Fächer und Schulformen didaktische Methodenvorschläge für den sprachsensiblen Unterricht kostenlos gezielt suchen und herunterladen können. In den Handreichungen werden dabei nicht nur die Methoden selbst erläutert, vermittelt werden darüber hinaus Variationsmöglichkeiten und Hinweise zum Einbezug von Mehrsprachigkeit.
Nutzende des Online-Tools können die Methoden nach dem zu fördernden sprachlichen Kompetenzbereich, der zu fördernden Sprachhandlung, der Altersgruppe der Schüler*innen, dem zeitlichen Rahmen sowie nach der Sozialform der geplanten Unterrichtseinheit filtern. Je nach Passung zu diesen Kriterien erscheinen die angebotenen Methoden größer, kleiner oder gar nicht.
Sukzessive werden die Methoden seit Ende 2021 außerdem im Rahmen des Projekts ComeIn NRW (Communities of Practice NRW für eine Innovative Lehrerbildung) in Zusammenarbeit mit Studierenden des DaZ-Moduls an der Universität zu Köln um digitale Umsetzungsmöglichkeiten ergänzt, was durch einen Asterisken* in der Benutzeroberfläche des Methodenpools gekennzeichnet ist. In sogenannten Dashboards sind Impulse zur didaktisch sinnvollen Umsetzung der jeweiligen Methoden im digitalen Kontext anhand eines ausgewählten digitalen Tools abrufbar. Die durch den digitalen Raum neu eröffneten Möglichkeiten für Sprachsensibilität und den Einbezug von Mehrsprachigkeit werden in Bezug auf die jeweiligen Methoden hervorgehoben und anhand eines Screencasts veranschaulicht.
Der Methodenpool ist auf Website des MI verfügbar.
Das Vorhaben knüpfte an Vorarbeiten des DIE an, in dem eine Kursplanungsapp für den Bereich der Weiterbildung entwickelt wurde. Die dabei gewonnene Expertise wurde genutzt, um Studierenden und Lehrkräften ein niedrigschwelliges Angebot zur Planung eines sprachsensiblen Unterrichts zur Verfügung zu stellen.
In diesem Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde die webbasierte Suchmaschine KANSAS entwickelt, erprobt und evaluiert. KANSAS soll Lehrkräfte in Kursen der Alphabetisierung und Grundbildung sowie Deutsch als Zweitsprache bei der Unterrichtsvorbereitung unterstützen. Mit KANSAS wird es Lehrenden möglich sein, sowohl das Thema als auch die sprachliche Komplexität von Texten zu bestimmen, die im Internet bzw. in digitalen Textsammlungen gesucht werden sollen. Durch Berücksichtigung des thematischen Interesses sowie des aktuell vorhandenen Kompetenzniveaus Lernender kann die Suchanfrage somit genau auf die Bedürfnisse der Kursteilnehmenden abgestimmt werden. Darüber hinaus können Lehrkräfte mit Hilfe von KANSAS selbst erstellte Texte auf ihre sprachliche Komplexität hin überprüfen. Um auch fortgeschrittenen Lernenden eine selbstständige Recherche von sprachlich angemessenen Texten zu ermöglichen, soll zusätzlich eine vereinfachte Version von KANSAS entwickelt werden.
Das Projekt KANSAS wurde in interdisziplinärer Zusammenarbeit der drei Kooperationsmitglieder unter Leitung des DIE realisiert. Das DIE führte Usability-Studien und (quasi-)experimentelle Untersuchungen zur Wirksamkeit der Suchmaschine durch. Das MI prüfte die mit KANSAS recherchierten Texte hinsichtlich ihrer fachdidaktischen Eignung. Die Theoretische Computerlinguistik der Universität Tübingen setzte die Suchmaschine KANSAS technisch um. Gemeinsam wurde KANSAS in mehreren Entwicklungsversionen optimiert.
