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2024 | Buch

Digitale Lehrkräftebildung Mathematik

Forschungsbasierte Entwicklung und Evaluation von Lehrkonzepten im Kontext des Projekts DigiMal.nrw

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Über dieses Buch

Dieser Sammelband lotet die Möglichkeiten und Grenzen digital gestützter Maßnahmen für das Lehramtsstudium Mathematik – insbesondere im Primarbereich und in den Studiengängen des Lehramts Sonderpädagogik – aus. Ziel der entwicklungs- und forschungsbezogenen Beiträge ist es, die Gestaltung und Weiterentwicklung des Lehramtsstudiums mit digitalen Formaten voranzutreiben, deren vielfältige Potentiale aufzuzeigen und somit für Studierende die Zugänge zum Fach und zur Didaktik der Mathematik wirksam zu erweitern.

Behandelt werden insbesondere folgende Fragen:

Welche Potentiale und Grenzen bieten digital gestützte Lehr-Lern-Materialien im Lehramtsstudium Mathematik? Welche Konsequenzen ergeben sich aus dem Einsatz für die (Um-)Gestaltung entsprechender Lehrveranstaltungen? Welche empirischen Erkenntnisse lassen sich aus dem praktischen Einsatz ableiten?

Die Beiträge beziehen sich sowohl auf fachbezogene Inhalte des Studiums (z. B. Geometrie, Arithmetik, Kombinatorik) als auch unterrichtspraktische Ausbildungsanteile zu fachdidaktischen Querschnittsthemen (z. B. Sprachbildung, Heterogenität), die mit digital gestützten Lehr-Lernmaterialien im Lehramtsstudium adressiert werden. Die Darstellungen orientieren sich an entwickelten Materialien, die in unterschiedlichen Lehrveranstaltungen der ersten Phase der Lehramtsausbildung (universitätsübergreifend) eingesetzt, evaluiert und ggf. überarbeitet wurden. Auf diese Weise entstehen sowohl fundierte Konzepte als auch theoriegeleitete und empirisch gestützte Beispiele für die Lehramtsausbildung. Chancen der Nutzung digitaler Formate – sowohl in der Distanz- als auch in der Präsenzlehre – können damit besser verstanden und praktisch weiterentwickelt werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einführung
Zusammenfassung
Digitalisierung gewinnt auf allen Ebenen des Bildungssystems an Bedeutung, und für die Gestaltung und Weiterentwicklung des Lehramtsstudiums Mathematik halten digitale Formate vielfältige Potenziale bereit. Der vorliegende Band versammelt entwicklungs- und forschungsbezogene Beiträge, die die Möglichkeiten und Grenzen digital gestützter Maßnahmen für das Lehramtsstudium Mathematik – insbesondere im Primarbereich – ausloten mit dem Ziel, dass für Studierende die Zugänge zum Fach und zur Didaktik der Mathematik wirksam erweitert werden. Das einleitende Kapitel gibt einen Überblick über die Beiträge des Bandes und setzt diese in Beziehung, u .a. hinsichtlich der empirischen Erkenntnisse und Konsequenzen für den Einsatz im Lehramtsstudium.
Florian Schacht, Petra Scherer
Kapitel 2. Welche Materialien und Ressourcen nutzen Lehramtsstudierende der Mathematik?
Zusammenfassung
In dieser Studie untersuchen wir die Nützlichkeitsbewertungen von Lehramtsstudierenden des nicht-gymnasialen Lehramts der Mathematik (n = 227) in Bezug auf die Materialien und Ressourcen, die ihnen im Rahmen einer Lehrveranstaltung mit fachmathematischen und fachdidaktischen Inhalten zur Verfügung standen. Es zeigt sich, dass die Studierenden auch in der Zeit nach der Corona-Pandemie mehrheitlich die traditionellen Elemente der universitären Mathematiklehre (Vorlesung, Vorlesungsfolien und Kleingruppenübung) als sehr nützlich bewerten. Doch auch obwohl den Studierenden inhaltlich passende Erklärvideos direkt angeboten wurden, suchten sich die Studierenden weiterhin eigene Videos im Internet und bewerteten deren Nützlichkeit ähnlich hoch. Auch wird direkt angebotene und passende Fachliteratur kaum verwendet. Insgesamt zeigt sich in den Ergebnissen der hohe Nutzen des kommunikativen Austauschs mit Übungsgruppenleitungen und Kommiliton:innen, was die Bedeutung von synchronen Veranstaltungen unterstreicht. Schließlich konnten durch Clusteranalyse die drei in vorherigen Arbeiten beschriebenen Nutzungsgruppen „Traditionalists“, „Digitals“ und „All Ressource Users“ bestätigt werden, die sich durch ihr Nutzungsverhalten und durch Ausprägungen ausgewählter affektiver Merkmale charakteristisch unterscheiden. Der Artikel schließt mit Implikationen für die universitäre Lehre und für die weitere Forschung in diesem Bereich.
Leander Kempen, Anke Wischgoll
Kapitel 3. Das Beweisen arithmetischer Zusammenhänge digital unterstützen
Anregungen für Studierende des Lehramts an Grundschulen und sonderpädagogischer Förderung
Zusammenfassung
Die Arithmetik hat in der Lehramtsausbildung für die Grundschule und sonderpädagogische Förderung eine professionsspezifische Bedeutung: Sie stellt einen zentralen mathematischen Inhalt im Studium dar und weist eine hohe unterrichtspraktische Relevanz auf. Zugleich stellt die Arithmetik – und das inhaltliche Beweisen und Darstellen arithmetischer Zusammenhänge – für viele Studierende eine Herausforderung dar. Daher wurden Unterstützungsmaßnahmen zum Beweisen arithmetischer Zusammenhänge für Studierende entwickelt. Im Beitrag werden nach einem Problemaufriss und einer theoretischen Einordnung zwei konzipierte Moodle-basierte digitale Unterstützungsmaßnahmen vorgestellt, die beim Aufbau elementarmathematischen Wissens und dessen mathematikdidaktischer Anwendung unterstützen können. (1) Studierende entwickeln Erklärvideos, in denen sie das eigene Vorgehen beim Führen eines inhaltlich-anschaulichen und eines formalen Beweises dokumentieren und sich anschließend mit unvollständigen Beweisen auseinandersetzen. Danach folgen ein Peer-Feedbackprozess und eine Reflexion des Lernprozesses. (2) Studierende bearbeiten digitale Selbstchecks zum Beweisen, mit automatisiertem und zugleich informativem Feedback zu beweisbezogenen Aktivitäten. Hierbei können sie individuell anwählbare Erklärungen in Form kurzer Videos oder erläuternder Texte nutzen. Diese nutzen prototypische und an gängigen Fehlern orientierte Bearbeitungen von Studierenden. Abschließend werden Einblicke in die Evaluationsergebnisse gegeben, in denen Studierende den Einsatz der digitalen Maßnahmen reflektieren. Es werden Potenziale und Grenzen diskutiert.
Annika Raßbach, Kira Karras, Karina Höveler, Marcus Nührenbörger, Daniel Walter
Kapitel 4. Vorlesungen digital gestalten
Entwicklung und Erforschung interaktiver Bücher in der Veranstaltung Elementare Geometrie
Zusammenfassung
Für die Umsetzung einer digitalen Lehrkräftebildung im Fach Mathematik bietet sich die Teildisziplin der elementaren Geometrie zur Erforschung und Entwicklung digitaler Medien besonders an, da geometrische Lernumgebungen durch die Integration dynamischer Geometriesoftware, digitaler Aufgabenformate (z. B. Drag-and-Drop-Aufgaben) und digitaler Assessment-Formate reichhaltig gestaltet werden können. Aus diesem Grund wurde an der Universität Duisburg-Essen in der Veranstaltung Elementare Geometrie im Grundschullehramt und im Lehramt für Haupt-, Real-, Sekundar-, und Gesamtschulen eine digitale Vorlesung angeboten, bei der bestehende Vorlesungsmaterialien in interaktive Bücher der Software H5P überführt wurden. Ziel der ursprünglichen wie der neuen Veranstaltung ist, dass Studierende geometrische Konzepte und Verfahren verstehen und dass sie die zentralen geometrischen Prozesse des Konstruierens, Beweisens und Modellierens kennenlernen. Bei der Weiterentwicklung zur digitalen Veranstaltung stellte sich die Frage nach dem Potenzial der beiden zentralen Designprinzipien der ursprünglichen Vorlesungskonzeption (Darstellungsvernetzung und kognitive Aktivierung) und wie diese von den Studierenden wahrgenommen und beurteilt werden. In diesem Beitrag werden zunächst die Frage digitaler Medien an Schule und Hochschule (4.1) sowie die beiden zentralen Gestaltungsprinzipien (4.2) theoretisch fundiert, anschließend der Aufbau der Veranstaltung dargelegt (4.3), bevor die Umsetzung als digitale Lehrveranstaltung (4.4) vorgestellt wird. Es folgen die Einblicke in die begleitende Forschung der entwickelten Lernmaterialien (4.5) und die gewonnenen Erkenntnisse (4.6), die ein durchaus positives Bild der Studierenden zeichnen.
Julia Marie Stechemesser, Marcel Klinger, Bärbel Barzel, Florian Schacht
Kapitel 5. Schnupperkurs zur elementaren Kombinatorik
Interaktive Bücher für Erstsemester
Zusammenfassung
Kombinatorik ist – trotz Verankerung in Bildungsstandards und Lehrplan – für viele Grundschullehramtsstudierende zu Studienbeginn oftmals ein nur oberflächlich behandeltes Themengebiet. Gleichzeitig bietet die Kombinatorik in der Studieneingangsphase aber vielfältige Potenziale, da Studierende – losgelöst von der reinen Anwendung von Formeln – zunächst niederschwellige Erkundungen im Bereich des Strukturierens und systematischen Zählens vornehmen können. So kann Mathematik aus einer anderen Perspektive erfahrbar werden, indem Studierende grundschulrelevante Aufgaben verstehensorientiert bearbeiten und gleichzeitig fachlich vertiefend analysieren. Digitale Medien bieten dabei für die Gestaltung einer entsprechenden fachlichen Lehrveranstaltung zur Kombinatorik vielfältige Möglichkeiten. Beispielsweise können Studierende zusätzlich zu den regulären Lernangeboten der Veranstaltung durch digitale Medien und Werkzeuge wie etwa Erklärvideos und digitales Feedback besonders im Übergang von der Schule zur Hochschule unterstützt werden. Ein Beispiel für die Entwicklung eines entsprechenden Angebots ist der digitale Schnupperkurs zur elementaren Kombinatorik, welcher an der Universität Duisburg-Essen für Grundschullehramtsstudierende des ersten Semesters entwickelt und erprobt wurde. Dieser Schnupperkurs besteht aus Moodle-basierten interaktiven Büchern, die hinsichtlich ihrer hochschuldidaktischen Konzeption, der technischen Umsetzung mit der Software H5P und des Einsatzes in der Lehrveranstaltung in diesem Beitrag vorgestellt werden. Weiterführend werden empirische Ergebnisse der Begleitforschung präsentiert, die durch die Diskussion über den universitätsübergreifenden Einsatz der Aufgaben ergänzt werden.
Julia Marie Stechemesser, Christian Rütten, Petra Scherer
Kapitel 6. Digital gestützte Lehr-Lernmaterialien zum Themenfeld Mathematische Potenziale im inklusiven Mathematikunterricht und ihr Einsatz in der Lehrkräfteausbildung
Zusammenfassung
Die Ausbildung inklusions- und digitalisierungsbezogener Kompetenzen stellen zwei aktuelle Querschnittsaufgaben der Lehrkräftebildung dar. Im Teilprojekt Heterogenität im Mathematikunterricht – Potenziale des Verbundprojektes DigiMal.nrw sind diese beiden Querschnittsaufgaben zusammengeführt worden, indem modularisierte, digitale Lern- und Lehrangebote zu dem Themenschwerpunkt Mathematische Potenziale im inklusiven Mathematikunterricht für die universitäre Lehrkräfteausbildung theoretisch fundiert entwickelt, erprobt und als Open Educational Ressource (OER) zur Verfügung gestellt wurden. Der Artikel zeigt ein Beispiel auf, inwiefern digitale Lehr-Lern-Materialien in der universitären Lehre das Lernen von Studierenden auf unterschiedlichen Ebenen bereichern können. Die Ergebnisse der Evaluation geben interessante Einblicke dahingehend, dass durch die Gesamtstruktur der digital gestützten Lehr-Lernmaterialien nicht nur inhaltliche Zugänge, sondern ebenso grundlegende methodisch-digitale Lernerfahrungen und Reflexionsangebote eröffnet werden.
Anna-Maria Billigen, Elke Söbbeke, Lara Sprenger
Kapitel 7. Qualitätskriterien für mathematikbezogene Erklärvideos – beispielhaft aufgezeigt am Thema Schwierigkeiten beim Rechnenlernen
Zusammenfassung
Wie die Ergebnisse aktueller Vergleichsstudien zeigen, verfügen ca. 25 % der in Deutschland unterrichteten Schüler*innen am Ende ihrer Grundschulzeit nur über unterdurchschnittliche mathematische Kompetenzen. Um diesem Umstand zu begegnen und zukünftige Lehrkräfte für Schwierigkeiten beim Rechnenlernen zu sensibilisieren, ist im Teilprojekt Heterogenität beim Mathematiklernen ein digitales Lernangebot zu ebendiesem Schwerpunktthema Schwierigkeiten entstanden. Ein zentrales Element des Lernangebotes stellen anhand von Qualitätskriterien erarbeitete Erklärvideos für Studierende dar, die zur Vermittlung fachdidaktischer Grundlagen genutzt werden können. Im vorliegenden Beitrag werden zentrale Merkmale vorgestellt, die als Indikatoren für Schwierigkeiten beim Rechnenlernen gelten. Zudem wird der Begriff des Erklärvideos näher erörtert, und ein literaturbasierter Katalog mit Qualitätskriterien für lernwirksame Erklärvideos wird erarbeitet. Daran anknüpfend werden die zum Themenschwerpunkt entwickelten Lernmaterialien vorgestellt sowie der Einsatz und die Evaluation eines exemplarischen Erklärvideos zum Thema Tragfähiges Zahlverständnis geschildert und ausgewertet.
Nina Glasmeyer, Christoph Selter
Kapitel 8. Inklusiver Mathematikunterricht
Entwicklung, Erprobung und Transfer von digitalen Lehr-Lern-Materialien für das Lehramtsstudium
Zusammenfassung
Der professionelle Umgang mit Vielfalt in der inklusiven Schule ist eine zentrale Aufgabe von Lehrkräften und damit die Vorbereitung darauf eine zentrale Anforderung an die Lehrkräftebildung. Im Teilprojekt Heterogenität des Gesamtprojekts DigiMal wurden für diese zentrale Herausforderung in drei unterschiedlichen Modulen digitale modularisierte Veranstaltungsmaterialien erstellt, die als Open Educational Ressources (OER) zur Verfügung stehen. Diese können flexibel in Präsenz- oder Blended-Learning-Formaten, zur individuellen Vertiefung oder zur Prüfungsvorbereitung eingesetzt werden. Im Beitrag werden die entwickelten Materialien des Moduls 1 „Inklusiver Mathematikunterricht“ auf der Basis zentraler Konzeptionen präsentiert, Einsatzszenarien in verschiedenen Veranstaltungstypen (Großveranstaltung & Seminar, Einsatz in der Präsenz- & digitalen Lehre) erläutert und konkretisiert sowie Erfahrungen aus dem Transfer berichtet.
Uta Häsel-Weide, Ninja Del Piero, Kerstin Gerlach, Annika Hüser
Kapitel 9. Digitale Lernumgebungen in Kombination von Input und Aktivitäten: Bausteine zum sprachbildenden Mathematikunterricht für verschiedene Didaktik-Veranstaltungen
Zusammenfassung
Digitale Lernumgebungen ermöglichen die Integration neuer didaktischer Themen in bestehende Lehrveranstaltungen, diese Grundidee wurde im Projekt DigiMal-Sprachbildung für das Thema Sprachbildender Mathematikunterricht verfolgt. Entwickelt wurden Bausteine im Umfang von 0,5–5 Stunden, die in unterschiedlichen didaktischen Lehrveranstaltungen wie z. B. Didaktik der Arithmetik, Algebra, Stochastik, Einführung in die Mathematikdidaktik oder Vorbereitungsseminaren für die Praxisphase integriert werden können, damit Lehramtsstudierende exemplarisch an ausgewählten Themen sprachliche Anforderungen identifizieren sowie sprachbildende Unterstützungs- und Förderansätze kennen lernen können. In digitalen Lernumgebungen wurden aktivierende Formate mit Unterrichtsszenen und Lernendenprodukten gezielt mit vorgelagerten und systematisierenden Instruktionsvideos kombiniert. Zudem wurden diverse vertiefende digitale Aktivitäten entwickelt. Die zugrunde liegenden Designprinzipien werden im Beitrag ebenso beschrieben wie die zentralen Inhalte und exemplarische Aktivitäten der entwickelten Bausteine.
Monika Post, Anke Wischgoll, Julia Stark, Daniela Götze, Susanne Prediger
Kapitel 10. OER nutzen – nicht nur produzieren. Potenziale und Grenzen einer communityinternen und hochschulübergreifenden Zusammenarbeit
Zusammenfassung
Viele Entwicklungsforschungsprojekte im Kontext von Open Educational Ressources (OER) adressieren insbesondere die Produktion von OER. Die Frage nach der Nutzung und Adaption wird dabei häufig nicht oder nur unzureichend thematisiert. Dies ist umso gravierender, als der Sinn und Zweck von OER mindestens ebenso sehr in der Produktion wie in der Adaption und Nutzung für die eigene Lehre liegt. Dabei zeigen vielfältige Beispiele und Erfahrungen, mit welchen Hürden der Einsatz bestehender OER in die eigene Lehre verbunden sein kann – angefangen von fehlender Systemkompatibilität bis hin zu hohen inhaltlichen Hürden, die die Nutzung für die eigene Lehre erschweren bis gar unmöglich machen können. Im vorliegenden Beitrag werden Lessons Learnt aus dem Projekt DigiMal.nrw abgeleitet, die Hinweise für eine gelingende Dissemination von OER liefern können. Dabei spielt die Zielgruppenadäquatheit mindestens eine ebenso große Rolle wie eine Transparenz über die zugrunde liegenden Systeme und Inhalte sowie eine – idealerweise – verbundorientierte Produktion von OER und schließlich die Möglichkeit einer – ebenfalls verbundorientierten – Implementation.
Petra Scherer, Florian Schacht
Metadaten
Titel
Digitale Lehrkräftebildung Mathematik
herausgegeben von
Florian Schacht
Petra Scherer
Copyright-Jahr
2024
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-69804-4
Print ISBN
978-3-662-69803-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-69804-4