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Digitale Tools im MINT-Unterricht | Eine Metaanalyse

Immer größer und vielfältiger wird das Angebot an digitalen Werkzeugen zur Lernunterstützung. Das wirft die Frage auf, welche Angebote tatsächlich zur Förderung von Lernprozessen geeignet sind, und welche Rahmenbedingungen dafür nötig sind.

Dieser Frage geht die 2020 durchgeführte Metaanalyse „The potential of digital tools to enhance mathematics and science learning in secondary schools: A context-specific meta-analysis” von Hillmayr, Ziernwald, Reinhold, Hofer und Reiss nach.

Es wurden sechs Typen von digitalen Tools auf Ihre Wirksamkeit speziell im Unterricht in MINT-Fächern in der Sekundarstufe untersucht.

Die Studie wurde vom Clearing House Unterricht untersucht und aufbereitet.

Digitale Tools im Unterricht

Welche Typen gibt es und wie kommen sie effektiv zum Einsatz?
Das Clearing House Unterricht hat die Metaanalyse geprüft und in einem Kurzreview aufgearbeitet.

Technische Universitaet Muenchen (TUM), School of Education: Qualitaetsoffensive Teach @ TUM , Bereich Toolbox Lehrerbildung, Lehren und Lernen im digitalen Zeitalter; Projektleitung Prof. Doris Lewalter und Dr. Silke Schiffhauer;  Hier werden Unterrichtssituationen nachgespielt, die später in der Lehrerbildung an der TUM Verwendung finden sollen und auf Lernplattformen veroeffentlicht werden. Die „Lehrein" wurde dabei von einer Dozentin gespielt, die von der TU damit beauftragt wurde; und wer kann besser verschiedene Schueler spielen, als Schueler selbst? Die Oberstufentheatergruppe  mit SchuelerInnen des Gymnasiums Kirchseeon wirkten bei den gescripteten Videaotutorials mit. Fotografiert am 09.12.2017;   Foto: Astrid Eckert / TU Muenchen; Verwendung frei fuer die Berichterstattung ueber die TU Muenchen unter Nennung des Copyrights
© Astrid Eckert / TU Muenchen; © istock.com/ rashadashurov

Aufbau der Metaanalyse

Im Fokus der Metaanalyse liegt die Wirksamkeit digitaler Werkzeuge einerseits auf den Lernerfolg und andererseits  auf die Einstellung der Lernenden zu dem unterrichteten Fach. Dabei werden als digitale Tools hier computergestützte Programme und Anwendungen verstanden, die den Lernprozess in der Schule unterstützen sollen. Welche Endgeräte dabei verwendet werden, steht im Hintergrund.

Das breite Spektrum digitaler Anwendungen wird dabei von den Autorinnen und Autoren der Analyse in sechs Typen eingeordnet.

Hier handelt es sich um Übungsprogramme zur Übung und Wiederholung von bereits Erlerntem. Die Lernenden erhalten ein individuelles Feedback zu Ihrer Lösung.

Diese Tools vermitteln Wissen meist in Form kleiner Lerneinheiten. Darüber hinaus werden oft Möglichkeiten zur Vertiefung und Übung des Erlernten angeboten.

Wie digitale Tutoren vermitteln auch diese Programme Wissen und bieten Übungsmöglichkeiten. Darüber hinaus bieten Sie eine adaptive, individuelle Steuerung, so dass die Lernenden je nach Wissensstand und Kompetenz stärker gefördert oder gefordert werden.

Im Gegensatz zu Tutor-Systemen wird bei Hypermedia nicht entlang eines vorgegebenen Lernpfades gelernt, sondern die Schülerinnen und Schüler wählen frei die Inhalte aus einer Vielzahl multimedialer Angebote aus, anhand derer sie die Lerninhalte entdecken. Selbstreguliert können die Lernenden so Wissenslücken schließen oder sich neue Inhalte erarbeiten.

Diese Art von Werkzeugen erlaubt es komplexe mathematische Zusammenhänge und Konzepte dynamisch zu visualisieren. Oft ist auch eine interaktive Exploration der Lerninhalte durch Schülerinnen und Schüler möglich.

Tools dieser Art simulieren reale Situationen und ermöglichen so z. B. naturwissenschaftliche Experimente außerhalb von Laborumgebungen. Lernende können so komplexe Sachverhalte selbstständig erfassen und nachvollziehen.

Für die Analyse zogen Hillmayr und Kolleginnen und Kollegen 92 Primärstudien mit 92 Effektstärken zum Lernerfolg und 16 Primärstudien zu Einstellung der Lernenden zum Unterrichtsfach aus den Jahren 2000 bis 2018 heran. Der Fokus der Studien mit insgesamt knapp 15000 Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe liegt klar auf Tools für den Unterricht. Werkzeuge die auch außerhalb des Unterrichts geeignet sind, gewisse Lernerlebnisse zu ermöglichen, werden ausgeschlossen.

Darüber hinaus wurden Einfluss- und Kontextbedingungen untersucht, um Aussagen über Bedingungen für einen effektiven Einsatz der Anwendungen ableiten zu können.

H5P Mathematik Formelsatz Screenshot Drag Text
Interaktive Aufgabe mit H5P

Ergebnisse der Metaanalyse

Insgesamt kommt die Analyse zu dem Ergebnis, dass Schülerinnen und Schüler vom Einsatz digitaler Tools im Unterricht profitieren. Im Vergleich zu Unterricht ohne den Einsatz entsprechender digitaler Werkzeuge konnte ein positiver Gesamteffekt mit einer Effektstärke von g=0,65 festgestellt werden. Für die Einstellungen gegenüber dem jeweiligen Fach wurde ebenso ein positiver Gesamteffekt mit einer Stärke von g=0,45 gefunden.

Bei der Untersuchung der Einflussmoderatoren konnte lediglich für die gezielte Schulung der Lehrkräfte eine signifikante Verbesserung der Wirksamkeit des Einsatzes digitaler Tools festgestellt werden.

Darüber hinaus zeigt sich deskriptiv, dass dynamische mathematische Visualisierungen und (intelligente) Tutoren besonders positive Auswirkungen auf den Lernerfolg haben.

Effektstärkebarometer nach Hattie; Grafik in Anlehnung an Lotz & Lipowsky (2015)

Fazit für die Praxis

Der Einsatz digitaler Werkzeuge und Anwendungen zahlt sich gemäß der Metaanalyse aus. Es werden positive Effekte sowohl auf den Lernerfolg als auch auf die Einstellung zum Fach nachgewiesen. Insbesondere die hohe Wirksamkeit des Einsatzes dynamischer mathematischer Visualisierungen und (intelligenter) Tutorsystemen wird deutlich.

Gleichzeitig wird die Bedeutsamkeit entsprechender Schulungen der Lehrkräfte unterstrichen.

Praxisbroschüre

In der begleitenden Praxisbroschüre zur Metaanalyse finden Sie konkrete Beispiele und Hinweise für die Unterrichtspraxis.

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