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Leibniz Universität Hannover
Universität Kassel
Universität Paderborn
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Foto: Adelheid Rutenburges

Fachdidaktischer Einsatz eines elektronischen Votingsystems zur Aktivierung von Mathematikstudierenden in Erstsemestervorlesungen

Axel Hoppenbrock, Universität Kassel
Betreuer: Prof. Dr. Rolf Biehler

Kurzbeschreibung des Promotionsvorhabens

Ziel des Forschungsprojekt

In den meisten Mathematikvorlesungen präsentiert der Dozent die Sätze und Beweise an der Tafel. Die Aktivität der Studenten ist auf das Zuhören und/oder Abschreiben beschränkt. Durch den Einbau von Votingfragen und damit einhergehende stärkere Aktivität der Studenten erhoffen wir uns eine bessere Aufmerksamkeit über den gesamten Verlauf der Vorlesung und einen besseren Lerneffekt in der Vorlesung.

Stand der Forschung und Erläuterung der Innovation

Ein Problem in „klassischen“ Vorlesungen ist die schwindende Aufmerksamkeit. Nach einer Reihe von Untersuchungen nimmt diese nach ca. 20 Minuten ab (Brown & Tomlinson, 1979; Gerbig-Calcagni, 2009). Aus diesem Grunde empfehlen verschiedene Autoren aktivierende Elemente in die Vorlesung aufzunehmen (Brown & Tomlinson, 1979; Gerbig-Calcagni, 2009). Der Einsatz von Votingfragen und Clicker ist solch ein aktivierendes Element. Beim „Clickern“ werden in der Vorlesung z. B. Multiple-Choice-Fragen gestellt. Jeder Student erhält ein elektronisches Gerät, mit dem er zwischen den Antwortmöglichkeiten auswählen kann. Das Abstimmungsergebnis wird dann mit Hilfe einer PowerPoint Folie präsentiert. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit dem Abstimmungsergebnis umzugehen. In unserer Studie forderten wir die Studenten auf, noch einmal über die Lösung der Fragen mit den benachbarten Kommilitonen zu diskutieren (Peer Instruction). Im Anschluss daran stimmten die Studenten erneut ab und das 2. Abstimmungsergebnis wird präsentiert. Zum Schluss wurde die richtige Antwort erläutert.

Bisherige Untersuchungen – meist aus dem angelsächsischen Bereich – legen dar, dass die Studenten mit dieser Art von Wissensvermittlung zufriedener und engagierter sind (King, 2006; Patry, 2009) und insbesondere aufgrund des Peer Instruction einen höheren Lernzuwachs haben (Crouch & Mazur, 2001; Deslauriers, Schelew, & Wieman, 2011; Hake, 1998). Auch wenn diese Untersuchungen sich auf naturwissenschaftliche Vorlesung, so genannte Mathe-Serviceveranstaltung wie „Mathematik für Ingenieure“ und englische Calculus-Vorlesungen. beschränken, so ist dennoch anzunehmen, dass der Einsatz von Votingfragen in reinen Mathematikveranstaltungen auf dem Niveau einer Analysis I Vorlesung ähnliche Effekte hat. Denn auch beim Einsatz der Votingfragen sowohl in der Vor- als auch in der Hauptstudie zeigte sich, dass der Anteil an richtigen Antworten in der 2. Abstimmung in der Regel deutlich über dem Anteil in der 1. Abstimmung lag (im Schnitt 30 Prozentpunkten). Demnach ist davon auszugehen, dass die Zunahme nicht zufällig ist, sondern dass die Studenten, die vorher falsch lagen, während des Peer Instruction zu neuem Wissen gelangt sind. Ob sie das vielleicht nur einfach von leistungsstärkeren Studenten übernommen haben, oder die Gruppe in der Diskussion wirklich neues Wissen kreiert hatte, ist der Schwerpunkt dieser Untersuchung.

Aus diesem Grunde wird daher exemplarisch anhand verschiedener Diskussionen zu Votingfragen untersucht, wie die jeweilige Gruppe ihr Wissen konstruiert. Die zentralen Forschungsfragen dabei sind:

Was sind Bedingungen, Möglichkeiten und Verlauf der Diskussion zwischen Studenten beim Peer Instruction und wie sieht ein gelungener Interaktionsprozess- also ein Prozess bei dem die Studenten zu neuem Wissen gelangen- im Vergleich zu einem weniger gelungenen aus?

1. Auf welche Art und Weise konstruiert die Gruppe im Rahmen der Diskussion ihr mathematisches Wissen?

  • Wie sieht der Konstruktionsprozess inhaltlich aus? Welchen Lernweg gehen die Studenten?
  • In wie weit werden die angestrebten mathematisch inhaltlichen Lernziele der jeweiligen Votingfragen erreicht?

2.

  • Welche epistemologische Bedingungen liegen den eingenommenen Sichtweisen zugrunde?
  • Welche (interaktiven) Bedingungen führen zu einer intensiven oder nicht intensiven Beschäftigung mit den mathematischen Inhalten und Zielen der Frage? Welche Rollen nehmen die Studenten in diesem Fall ein.

Im Wintersemester 11/12 wurde eine Vorstudie gestartet, die erste Erfahrungen mit Votingfragen lieferte, auf deren Ergebnissen dann der weitere Teil der Studie aufbaute.

Das Design der Intervention im WS 11/12 war folgendes: In drei 90minütigen Vorlesungen, die sich alle mit der Differentialrechnung beschäftigten, wurden 8 Votingfragen eingeschoben, sodass es im Schnitt alle 34 Minuten eine Frage gab. Die Gespräche ausgewählter Studentengruppen wurde aufgezeichnet und ausgewertet, ebenso wie eine fragebogengestützte Nachbefragung. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Aufmerksamkeit signifikant steigt (Hoppenbrock & Biehler, 2012).

Im WS 12/13 wurde der Einsatz der Votingfragen vertieft. In vier 90minütigen Analysis I Vorlesungen wurden 18 Votingfragen integriert, 16 davon mit Peer Instruction. Die Diskussionen von jeweils 7 Studentengruppen wurden mit Diktiergeräten aufgezeichnet, später nach den GAT Regeln transkribiert (Breidenstein, 2004 ) und werden nun auf interaktive Wissenskonstruktionen untersucht. Um die dort stattfindenden Wissenskonstruktionen zu erschließen, wird ein interpretativ-epistemologischer Ansatz gewählt, der auf Bauersfeld und Krummheuer zurückgeht (Maier & Voigt, 1991). Dazu werden die Diskussion in Phasen gegliedert und einem interpretativen Forscherkreis (hier Mitgliedern aus der Arbeitsgruppe) per turn-by-turn Analyse paraphrasiert und interpretiert.

Erste Analysen der Gruppendiskussionen legen nahe, dass der Begriff Peer Instruction irreführend ist, wenn man ihn so auffasst, dass der Student einer Diskussionsgruppe mit der richtigen Antwort, den übrigen Studenten die richtige Antwort erklärt (Instruction). Vielmehr ist wirklich kooperatives Lernen in den Gruppen zu erkennen, bei denen trotz der kurzen Zeit fundamentale Lernprozesse im Sinne von Miller (Miller, 1986, 2006) zu beobachten sind und bestärkt damit die Forschungsergebnisse von Smith et al (Smith et al., 2009).

Publikationen

Biehler, R., Hoppenbrock, A., Klemm, J., Liebendörfer, M., Wassong, T. (2012): Training of student teaching assistants and e-learning via math-bridge – Two projects at the German Centre for Higher Mathematics Education. In D. Waller (Hrsg.), CETL-MSOR Conference Proceedings 2011, S. 21-27

Hoppenbrock, A., Biehler R. (2012): Fachdidaktischer Einsatz eines elektronischen Votingsystems zur Aktivierung von Mathematikstudierenden in Erstsemestervorlesungen, In: Beiträge zum Mathematikunterricht 2012, S. 389 – 392

Ansprechpartner

Axel Hoppenbrock
Universität Paderborn

Büro:          J2.322
Telefon:      05251 - 60 - 2648
E-Mail:         hoppenbrock(at)khdm(dot)de