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Entwicklung eines Selbstlernkurses zur Förderung des Problemlösens im Unterricht auf Basis des 4C/ID-Modells

Das 4C/ID-Modell (Four-Component Instructional Design Model) ist ein bewährter Ansatz zur Gestaltung von Lernumgebungen zum Erwerb komplexer und umfassender Kompetenzen, der darauf abzielt, den Transfer theoretischen Wissens in die Berufspraxis zu erleichtern. Obwohl seine Anwendung in der Lehrkräftefortbildung bisher nicht umfassend dokumentiert ist, bietet das 4C/ID Model eine vielversprechende Grundlage, um Lehrkräfte gezielt dabei zu unterstützen, in und an authentischen Kontexten zu lernen.

Vor diesem Hintergrund werden Online-Selbstlernkurse entwickelt, die auf den Prinzipien des 4C/ID-Modells basieren. Ziel der Kurse ist es, Lehrkräfte dazu zu befähigen, Problemlösen im Mathematikunterricht adaptiv und digital-gestützt in ihren Unterricht integrieren zu können. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Vermittlung mikro-adaptiver Strategien, mit denen Lehrkräfte den aktuellen Lernstand ihrer Schüler*innen präzise diagnostizieren und datengeleitet fördern können. Dies umfasst sowohl die Analyse individueller Denkprozesse als auch die Förderung weiterer Problemlöseschritte durch gezielte didaktische Interventionen.

Ein Kurs orientiert sich exemplarisch am mathematischen Konzept der „Treppenzahlen“, das sich insbesondere zum Fördern von Problemlösekompetenzen eignet. Dieses Beispiel soll Lehrkräfte dazu anregen, mit Schüler*innen übertragbare Problemlösestrategien zu entwickeln, die sich auf weitere Unterrichtsinhalte anwenden lassen.

Weitere Selbstlernkurse sind geplant, die sich mit unterschiedlichen mathematischen Inhalten zum Problemlösen befassen und so das Spektrum praxisnaher Fortbildungsangebote erweitern sollen. Langfristig soll der Kurs Lehrkräfte dabei unterstützen, Problemlösen als grundlegendes Prinzip in ihren Unterricht zu integrieren – unabhängig vom jeweiligen Thema.

Projektmitarbeiterin: Melanie Neck

Teilprojektleitung: Prof. Dr. Frank Reinhold

Im Rahmen des Projekts wurde eine modulare Fortbildung zur Nutzung adaptiver und digitaler Forschungsbücher beim Experimentieren im Sachunterricht entwickelt. Diese Fortbildung richtet sich an Lehrkräfte der Primarstufe, unabhängig davon, ob sie das Fach Sachunterricht regulär oder fachfremd unterrichten.

Das Konzept basiert auf MuxBooks (Multimedia User Experience Books), digitalen Arbeitsheften, die besonders für den Sachunterricht in heterogenen Klassen geeignet sind. Die Fortbildung gliedert sich in fünf Module, von denen zwei (1-2) obligatorisch und drei (A-C) fakultativ sind:

• Modul 1: MuxBooks & BookCreator (obligatorisch). Einführung in das MuxBooks-Konzept und seine Anwendung im Sachunterricht sowie die Software BookCreator
• Modul A: Medienbildung (fakultativ): Medienkompetenzen, Lernkulturen in der digitalen Welt
• Modul B: Experimentieren (fakultativ): Experimentierkompetenzen, Chancen und Hürden
• Modul 2: Heterogenität (obligatorisch): Heterogenitätsdimensionen und Inklusion, Storytelling und Binnendifferenzierung
• Modul C: Reflexion (fakultativ): Reflexion der durchgeführten Unterrichtsstunden mit MuxBooks

In allen Modulen werden praxisnahe und auf MuxBooks bezogene Aufgaben gestellt und Lehrkräfte das Austesten mit eigenen Klassen ermöglicht.

Ziele der Fortbildung

Die Fortbildung befähigt Lehrkräfte, eigene MuxBooks zu erstellen und bestehende digitale Lernmaterialien gezielt an ihre Klassen anzupassen. Neben Präsenzveranstaltungen wird die Fortbildung auch als Selbstlernkurs im OER-Format angeboten.

Projektverlauf und Ergebnisse

1. Entwicklung und Bereitstellung einer OER-Datenbank mit MuxBooks zu Experimenten aus dem Bildungsplan BW (z.B. Verbrennungsdreieck, Luftwiderstand, Löslichkeit von Feststoffen, Wärmeisolation bei Tieren, Stärkenachweiß, Wasserkreislauf/Verdunstung, natürliche Abwasserreinigung)
2. Erprobung und Weiterentwicklung der Fortbildung in Workshops mit Lehrkräften aller Ausbildungsphasen
3. Evaluation und Weiterentwicklung der Fortbildung im Rahmen von Design-Based-Research-Zyklen (DBR)
4. Veröffentlichung von Forschungsergebnissen in Fachzeitschriften, Sammelbänden und Konferenzen

Die Fortbildung bietet Lehrkräften praxisnahe Unterstützung für die Digitalisierung und Individualisierung des naturwissenschaftlichen Unterrichts in der Primarstufe, mit dem Ziel, Schülerinnen und Schüler gezielt im forschenden Lernen zu fördern.

Projektmitarbeiterin: Rebecca Klein

Teilprojektleitung: Jun.-Prof. Dr. Nadine Tramowsky

Das Ziel des Teilprojekts Technik besteht in der Entwicklung und Evaluation einer Fortbildung, in der Lehrkräfte Kompetenzen im Umgang mit und im Einsatz von 3D‑CAD‑Software in adaptiven Lehr-Lern-Situationen entwickeln. Die Fortbildung richtet sich dabei inhaltlich vorwiegend an Lehrkräfte des Fachs Technik.

Im Rahmen der Fortbildung erlernen die Lehrkräfte zunächst mit Hilfe eines selbst entwickelten Selbstlernkurses die Grundlagen des digitalen Konstruierens am Beispiel der 3D‑CAD‑Software Onshape. In einem nächsten Schritt werden diese Grundlagen genutzt, um in einem Präsenzworkshop eine größere Verzahnung von fachlichen und fachdidaktischen Aspekten zu erreichen. Dazu durchlaufen die Lehrkräfte als Simulation einer realen Unterrichtssituation in kleinen Teams, den gesamte Konstruktionsprozess, um im Anschluss daran erfahrungsbasiert über Aspekte der Steuerung von Aufgabenschwierigkeiten, der Unterrichtsgestaltung und der Adaptivität im Rahmen von Konstruktionsprozessen im Technikunterricht zu reflektieren. In einem dritten Schritt werden die erworbenen Fähigkeiten und Fertigkeiten sowie das Wissen über adaptiven Unterricht von den Lehrkräften im eigenen Unterricht erprobt. Abschluss findet die Fortbildung in einem synchronen Online-Austausch, um sich über die gemachten Erfahrungen auszutauschen und Netzwerke zu knüpfen.

Die Entwicklung und Evaluation der Fortbildung erfolgt im Rahmen eines Design‑Based Research Ansatzes und auf Basis des Four‑Components Instructional Design (4C/ID) Modells. Dadurch soll eine bedarfsorientierte und praxisrelevante Fortbildung konstruiert werden.

Begleitend dazu wird, gemeinsam mit weiteren Projektstandorten technikdidaktischer Ausrichtung, eine Adaption des DiKoLAN‑Kompetenzrahmens für das Lehramt Technik vorgenommen. Weitere Informationen hierzu werden nach Veröffentlichung des Kompetenzrahmens ergänzt.

Projektmitarbeiter: Adrian Boheim

Teilprojektleitung: Prof. Dr. Jennifer Stemmann

Digitale Medien im Sachunterricht: Gemeinsam lernen & Zukunft gestalten

Mit dem Ziel, das digitale Lernen am Beispiel des Experimentierens zu fördern, arbeiten wir in der Physik der PH Freiburg mit engagierten Lehrkräften im Sachunterricht in einer Professionellen Lerngemeinschaft zusammen. Erfreulicherweise begeistern sich Grundschulkinder problemlos sowohl für Naturphänomene als auch für das Experimentieren. Leider zeigt sich ebenfalls, dass aufgrund komplexer Inhalte und Aufgaben es des Öfteren zu einer Überforderung der Grundschulkinder kommt.

Um die Kinder insbesondere beim Experimentieren zu unterstützen, nutzen wir nutzen digitale Lerncomics, die in einem vorherigen Projekt entstanden sind. Dazu passen wir diese an die Bedürfnisse der Grundschulkinder sowie an dem Unterricht der beteiligten Lehrkräfte an, wobei für uns die Zusammenarbeit und der enge Austausch mit ihnen hohe Relevanz hat. Die Kinder lernen selbstständig mit den Lernumgebungen, indem sie zum einen Tablets oder iPads nutzen und gleichzeitig mit realen Materialien im Hands-on-Stil im Klassenzimmer experimentieren.

Bisher gibt es folgende Lerncomics: Schwimmen und Sinken, Wasserkreislauf, Luft, oder Licht und Schatten. Die bestehenden Lerncomics werden in einem Zyklus aus Erprobung und Optimierung kontinuierlich auch auf Wunsch der Lehrkräfte weiterentwickelt. Die Grundschulkinder erlangen nicht nur inhaltliches Wissen, sondern erlernen auch den zielgerichteten Umgang mit Tablets oder iPads. Von den Kindern bekommen wir im Unterricht Rückmeldungen, die in die Weiterentwicklung der digitalen Lerncomics einfließen. Ferner unterstützen wir die Lehrkräfte vor Ort und sind beim Experimentieren der Kinder dabei, um eventuelle technische Probleme lösen zu können. Bei unserer Arbeit in der Professionellen Lerngemeinschaft stehen die Lehrkräfte und die Kinder im Mittelpunkt. So entsteht ein Unterrichtsdreieck aus Schülerinnen und Schülern, den Lehrkräften und der Hochschule. Alle Beteiligten unterstützen sich gegenseitig und profitieren voneinander.

Projektmitarbeiterin: Dr. Martina Graichen

Teilprojektleitung: Prof. Dr. Silke Mikelskis-Seifert