Der Zugmodus in 3D-dynamischen Geometriesystemen(DGS)

In dem vorliegenden Kapitel werden die verwendete Methodologie und die konkrete Durchführung bzw. Auswertung von Studie 1 im Detail vorgestellt. Die Fragestellung zur Öffnung des Gegenstandsbereichs sowie das methodische Vorgehen und Design der Studie werden zu Beginn des Kapitels konkretisiert, wobei die geforderten Gütekriterien qualitativer Forschung Mayrings am aktuellen Projekt zu reflektieren sind. Es schließt sich eine a priori Analyse der Aufgaben an, die über die allgemeine Problematik des Zugmodus in 3D-Umgebungen aus Forschersicht, Aufgabenstellungen, Lösungsmöglichkeiten und erwartete Schwierigkeiten bei den jeweiligen Bearbeitungen informiert. In dem sich anschließenden Abschnitt sind die Ergebnisse der Bearbeitungen nach Aufgaben getrennt aufgeführt, wobei sich an jede Ergebnisdarstellung eine Kurzinterpretation der Resultate anschließt, die sich auf das gewonnene Datenmaterial stützt. In Abschnitt 4.3.8 sind die Ergebnisse aufgabenübergreifend zusammengefasst, um einen abschließenden Überblick über die Resultate zu gewinnen und eine globale Betrachtung, unabhängig von einzelnen Aufgaben, zu ermöglichen. Im Anschluss sind anhand der gewonnenen Ergebnisse Konsequenzen und Entscheidungen über den weiteren Forschungsverlauf zu treffen, die im letzten Abschnitt dieses Kapitels erörtert werden, wobei auch die Frage der Methodenanpassung für das zukünftige Vorgehen eingebunden ist.

In dem vorliegenden Kapitel erfolgt zunächst eine Erläuterung des methodischen Vorgehens und der konkreten Forschungsfragen von Studie 2. Im Anschluss werden Themen und Abläufe der Einführungsveranstaltungen zu den Programmen Archimedes Geo 3D und Cabri 3D vorgestellt, um die Kenntnisse der Probanden zu Beginn von Studie 2 adäquat angleichen zu können. Es folgt eine a priori Analyse der verwandten Aufgaben, in der mögliche Vorgehensweisen, Lösungen und Probleme der Umsetzung angesprochen sind. Nach den quantitativen Auswertungen der einzelnen Aufgaben folgen qualitative Analysen der einzelnen Gruppenbearbeitungen, wobei im Anschluss alle in der betreffenden Aufgabe aufgetretenen Verwendungsweisen des Zugmodus identifiziert und in einem weiteren Schritt Auffälligkeiten der Bearbeitungen festgehalten werden. Ein qualitativer Vergleich mit Ergebnissen der ersten Studie rundet die Analyse der empirisch vorliegenden Befunde ab. Das Kapitel schließt mit einer Reflexion der Ergebnisse auf theoretischer Ebene, wobei die identifizierten Verwendungsweisen des Zugmodus mit teilweise neu definierten Fachtermini belegt und wesentliche Entscheidungen für den weiteren Forschungsverlauf angesprochen werden.

Im vorliegenden Kapitel wird die theoretische Basis für die Durchführung von Studie 3 aufgrund der Ergebnisse und Vorarbeiten von Studie 2 erarbeitet. Zunächst erfolgen Definitionen von Begriffen, deren Verwendung für 3DUmgebungen geeignet sind und die darüber hinaus eine natürliche Verallgemeinerung bereits bekannter Begriffe aus ebenen Umgebungen darstellen. Es schließt sich die Erarbeitung eines vorläufigen Kategoriensystems an, dessen Subkategorien aus verschiedenen Komplexitätsstufen, Artefakteinschränkungen und Verwendungsweisen des Zugmodus bestehen, deren konkrete Definitionen direkt aus den erhaltenen Ergebnissen der zweiten Studie resultieren, vgl. hierzu die Abschnitte 5.5.3, 5.5.4, 5.5.6 und 5.5.9. Im darauf folgenden Abschnitt wird Ergebnissen der dritten Studie durch eine Ergänzung von Einträgen des Kategoriensystems vorgegriffen. Diese zusätzlichen Einträge werden in Studie 3 zur vollständigen Kodierung benötigt. Um eine bessere Lesbarkeit zu gewährleisten wird das endgültige Kategoriensystem bereits im vorliegenden Kapitel erarbeitet, sodass Durchführung und Auswertung von Studie 3 nicht durch eine Anpassung des Kategoriensystems unterbrochen werden müssen. Das Kategoriensystem übernimmt in Studie 3 die Rolle eines Auswertungsinstruments, das quantitative Auswertungen erlaubt und somit qualitative Betrachtungen ergänzt.

Das vorliegende Kapitel beinhaltet die Methodologie und den Ablauf der Datenerhebung von Studie 3 inklusive einer a priori Analyse der verwandten Aufgaben. Zunächst werden die neu erarbeitete Methodologie und die zu beantwortenden Forschungsfragen thematisiert, welche jeweils auf die Beschreibung längerfristiger Entwicklungen im Bereich von Werkzeugkompetenzen und Verwendungsweisen des Zugmodus abzielen. Es schließt sich eine detaillierte Beschreibung des Seminarverlaufs an, dessen Teilnehmer die Probanden der dritten Studie bilden. Das Kapitel schließt mit einer a priori Analyse der sechs Aufgaben, deren Bearbeitung von Probandenseite zu Beginn, im Verlauf bzw. am Ende des Semesters stattfindet. Aufgrund des Umfangs der in Studie 3 erhobenen Daten ist deren Auswertung in den folgenden Kapiteln 8 und 9 dargestellt.

In der folgenden Analyse werden zunächst die Konstruktionsaufgaben (Tetraeder II, Oktaeder III, Würfel V) mithilfe des erarbeiteten Analysierungsrasters quantitativ ausgewertet und interpretiert, wobei die Benutzung verschiedener Verwendungsweisen des Zugmodus im Fokus steht. Es schließt sich eine qualitative Analyse der einzelnen Gruppenbearbeitungen zu jeder Konstruktionsaufgabe an, welche abschließend gemeinsam diskutiert werden. Im letzten Abschnitt dieses Kapitels erfolgt die Darlegung eines Typisierungsprozesses, an dessen Ende eine Typologie bezüglich am Datenmaterial nachweisbarer Bearbeitungsmerkmale von Konstruktionsaufgaben stehen wird, in welche die einzelnen Probandengruppen einzuordnen sind.

Im vorliegenden Kapitel werden die explorativen Aufgaben I, IV und VI ausgewertet. Der strukturelle Aufbau ist zu dem des vorausgegangenen Kapitels analog. Zunächst erfolgt die Auswertung der quantitativen Daten, an die sich die Analyse der qualitativen Betrachtungen anschließt. Dabei werden geeignete Bearbeitungsmerkmale der Probandengruppen zur Kegelschnittaufgabe (IV) und zur Würfelschnittaufgabe (VI) identifiziert. Im letzten Abschnitt sind die Ergebnisse zueinander in Beziehung zu setzen und zur Generierung zweier Typologien T _{E, Kegel} und T _E,Würfel zu verwenden. Da die explorativen Aufgaben deutliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Anforderungen aufweisen, müssen für diese Aufgaben zwei Typologien erstellt werden, welche im folgenden Kapitel mit der bereits erarbeiteten Typologie T _K für Konstruktionsaufgaben zu einer vom konkreten Datenmaterial abstrahierten Typologie T erweitert werden.

Um die teilnehmenden Gruppen von Studie 3 ganzheitlich zu beschreiben, wird zunächst eine zusammenfassende Darstellung der einzelnen Gruppen über alle Aufgaben hinweg durchgeführt. Diese Zusammenfassung der gruppenspezifischen Eigenschaften bzw. Auffälligkeiten dient dazu, die empirische Basis der später auszuführenden aufgabenunabhängigen Typologie, welche aber noch im Datenmaterial verankert ist und sich an den bereits gebildeten Typologien T _K , T _E,Kegel und T _E,Würfel orientiert, zu explizieren.

Im abschließenden Fazit sind zunächst wichtige Ergebnisse des gesamten Forschungsprozesses subsumiert, wobei diese Ergebnisse im Zusammenhang ihres Entstehens dargestellt werden, um den prozesshaften Charakter des Forschungsvorhabens nachzuzeichnen. Im Anschluss werden Forschungsdesiderate auf ihre direkte Verwertbarkeit in der Lehre und hinsichtlich ihres schulpraktischen Nutzens reflektiert, wobei insbesondere auf spezielle Hürden während des Lernprozesses im Umgang mit 3D-Umgebungen hingewiesen wird. Möglichkeiten der konkreten Umsetzung in der Lehre stehen dabei ebenso im Fokus. Der folgende Abschnitt knüpft direkt an die Problematik von Nutzerschwierigkeiten im Umgang mit 3D-DGS an. Hierbei werden Forschungsdesiderate im Hinblick auf deren Berücksichtigung und Einbindung in zukünftigen Entwicklungen im Softwarebereich diskutiert. Das zusammenfassende Kapitel schließt mit einem Ausblick auf unterschiedliche Möglichkeiten der Verwertbarkeit und weiter zu verfolgenden Fragestellungen aufgrund der neu vorhandenen Erkenntnisse im Bereich der zukünftigen Lehr- und Lernforschung in DGS-Umgebungen.