Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 01.06.17


Multimedia

7 Lehrprogramme


Ziel der Lehreinheit ist es, Sie in die Lage zu versetzen, Lernprogramme für Unterrichtszwecke zu bewerten bzw. Unterrichtsanwendungen vorzubereiten.

Operatoren der Aufgabenformulierungen sind mit brauner Schrift hervor gehoben.


7.1 Lernen mit Multimedia

7.1.1 Eine kognitive Theorie des Multimedia-Lernens

Mayer (z.B. [1]): Anwendung und Erweiterung der Theorie der dualen Kodierung [2] auf das computergestützte Lernen (vgl. Abb. 1).


Abb. 1: Theorie der dualen Kodierung beim Multimedia-Lernen (verändert nach [3])

Zwei kognitive Systeme in zeitlich aufeinander folgenden Abschnitten:

  1. Aufnahme oberflächlicher Merkmale von textlicher und bildlicher Information zunächst für 500ms bis 1s (max. 2s) in das sensorische Gedächtnis (vgl. z.B. [4]); Selektion für eine Repräsentation im Arbeitsgedächtnis:

    • oberflächliche Textwahrnehmung (Begriffe und/oder Aussagen);

    • oberflächliche Bildwahrnehmung (Bildelemente und deren räumliche Anordnungen zueinander)

  2. Verarbeitung zu internen mentale Repräsentationen (verbal bzw. visuell basiert); Verknüpfungen untereinander und mit Inhalten aus dem Langzeitgedächtnis: Integration zu einem gemeinsamen mentalen Modell (vgl. [1]).

7.1.2 Wesentliche Merkmale (vgl. [5], S. 184 f.)

  • Interaktivität: Ein Unterrichtsmittel ist interaktiv, wenn es dem Benutzer ermöglicht, auf den Ablauf einzuwirken und auf entsprechende Aktionen und Reaktionen angemessen zu reagieren.

  • Individualisierung (syn. Adaptivität): Individualisierung verlangt, dass sich das Unterrichtsmittel auf die individuellen Bedürfnisse des Anwenders abstimmen lässt, z.B. im Hinblick auf das Anspruchsniveau und den Umfang der Aufgaben.

  • Multimedialität: unterschiedliche Medien gekoppelt.


7.2 Softwaretypen

7.2.1 Einteilungsmöglichkeiten

Es gibt unterschiedlichste Vorschläge zur Einteilung von Software (vgl. [6], S. 377 ff.). Extrema:

  • Dichotome Differenzierung: Informationsdarbietung vs. Experimentalbereich
  • Achtstufige Gliederung (vgl. [7], S. 17 f.): „Lehrprogramme, Übungsprogramme, Offene Lehrsysteme, Datenbestände, Lernspiele, Werkzeuge, Experimentier- und Simulationsumgebungen, Kommunikations- und Kooperationsumgebungen“.
  • Unterscheidung: Lernprogramme vs. Lehrprogramme (nach [8])

 
Abb. 2: Lehr- und Lernprogramme, nach [8]


Abb. 3: Eine Übersicht nach [6]

7.2.2. Lernprogramme

Lernprogramme stehen je nach Typ an einer Stelle im Kontinuum zwischen dem „Primat der Instruktion“ [9, S. 606] und konstruktivistischen Vorstellungen vom Lehren und Lernen. Sie sind zum einen klar strukturiert, setzen einen Schritt-für-Schritt-Ansatz und sind multimedial, zum anderen bieten sie instruktionale Hilfen (inhaltlich u./o. lernstrategisch) und sind problemorientiert, um so eine Wissenskonstruktion zu ermöglichen bzw. zu fördern.

Empirische Ergebnisse aus fachdidaktischer Forschung sind widersprüchlich und nicht generalisierbar (vgl. [6]).


7.3 Einsatz im Unterricht

Bei der Planung von Unterricht mit Lehrprogrammen müssen grundlegende didaktische Entscheidungen getroffen werden:

  • Einsatz eines ganzen Programms oder nur eines Programmabschnitts
  • Welche Sozialform wird ausgewählt? Klassen-, Partner- oder Einzelarbeit.
  • In welchem Unterrichtsschritt (Artikulationsstufe) wird das Lehrprogramm eingesetzt? Einstieg, Erarbeitung, Sicherung, Übung oder Vertiefung.

Die Entscheidungen sind nicht unabhängig voneinander möglich! Ein grundsätzliches Problem beim Einsatz in Partner- oder Einzelarbeit ist die Überprüfung, ob alle Schüler nach Abschluss des Programms oder des Programmabschnitts einen gleichartigen Wissensstand erreicht haben. Entsprechend sind Überlegungen zur Art der Sicherung notwendig.


7.4 Übungen

Übung 1: Bienen live – Lernplattform HOBOS (HOney Bee Online Studies).

  1. Öffnen Sie die Startseite http://www.hobos.de/de, öffnen Sie dort das Register Was ist HOBOS und dann unter Live Daten den Link Live-Ansichten.
  2. Wählen Sie zunächst am Standort Bad Schwartau die Livekameras für den Live-Stream am Stockeingang. Über einen Klick auf Weitere Kameras von diesem Standort können Sie zur Wabengasse wechseln.
    Schlagen Sie zu diesen Streams zwei unterrichtliche Einsatzmöglichkeiten vor. Notieren Sie diese in einem Word-Dokument und speichern Sie dieses auf Ihrem USB-Stick. Das Dokument benötigen Sie weiter unten noch.
  3. Öffnen Sie dann den darunterliegenden Link zum Messwertgenerator. Wählen Sie eine didaktisch sinnvolle Messwertanordnung aus und speichern Sie diese als Screen-Shot in Ihrem Dokument ab.
  4. Wechseln Sie dann in das Register Ereignisse und schauen Sie sich beispielhafte Videos an. Wählen Sie eines aus und notieren Sie eine unterrichtliche Einsatzmöglichkeit.
  5. Öffnen Sie über das Register Mit HOBOS lernen den Link Los geht’s. Sie gelangen auf die Startseite von Hobos bee careful ( http://www.beecareful.hobos.de/ ).
  6. Öffnen Sie im Register Messwerte die Graphische Darstellung der Messwerte.
  7. Wählen Sie STATION Würzburg aus.
  8. Vergleichen Sie nun den kältesten (14.3.) und den wärmsten Tag (2.8.) aus 2013 im Hinblick auf fünf Variablen.
    Stellen Sie zunächst für den ersten Tag folgende Parameter ein:
    • MESSZEITRAUM Beginn 14.3.2013, 0:00 Uhr,
    • MESSZEITRAUM Ende 14.3.2013, 23:00 Uhr.
    • Wählen Sie außerdem die MESSWERTE Bienenstock Wabengassen 1, 3, 6
    • Lufttemperatur Wetter und
    • Ausflüge (Bienen / Minute).
    • Klicken Sie auf Übernehmen und speichern Sie den Graphen über einen Screenshot im Word-Dokument ab.
  9. Stellen Sie dann den zweiten Tag ein:
    • MESSZEITRAUM Beginn 2.8.2013, 0:00 Uhr,
    • MESSZEITRAUM Ende 2.8.2013, 23:00 Uhr ein.
    • Die anderen Messwerte (Bienenstock Wabengassen 1, 3, 6, Lufttemperatur Wetter und Ausflüge (Bienen/Minute) bleiben gleich.
    • Speichern Sie auch diesen Graphen über einen Screenshot in das Word-Dokument.
  10. Diskutieren Sie mit Ihrem Sitznachbarn das unterrichtliche Potential solcher Graphen (z.B. in Biologie, Geographie oder Mathematik).
  11. Stellen Sie nun den Zeitabschnitt 29.7. (0:00 Uhr) bis 11.8.2013 (23:00 Uhr) als Messzeitraum ein und koppeln Sie die Variable Ausflüge (Bienen/Minute) mit der Variablen Lufttemperatur (Umgebung/Wetter). Speichern Sie auch diesen Graphen über einen Screenshot in das Word-Dokument. Formulieren Sie eine Hypothese aus dem Verlauf des Graphen.
  12. Wiederholen Sie nun die Messung mit den Variablen Ausflüge (Bienen/Minute) und Luftfeuchte Wetter und speichern Sie ihren vierten Graphen. Diskutieren Sie mit Ihrem Sitznachbarn:
    • ob sich die Hypothese aus 11 halten lässt und
    • wie Sie diese Graphen zur Förderung des Kompetenzbereichs Erkenntnis-gewinnung nutzen können (vgl. [11, S. 14]). Notieren Sie dazu je einen Satz ins Word-Dokument.
  13. Wechseln Sie in das Register Aufgaben und geben Sie in die Suchmaske das Wort Geometrie ein. Öffnen Sie die fächerübergreifende Aufgabe zur Geometrie der Waben und starten Sie das Lernprogramm (überspringen Sie zunächst den Einstiegsfilm). Untersuchen Sie die Aufgaben. Machen Sie dabei absichtlich Fehler, um die Reaktion des Programms auf mögliche Schülerfehler zu testen. Vergleichen Sie die jeweiligen Aufgabentypen z.B. bezüglich Verständlichkeit, Schwierigkeit u.ä. Beenden Sie das Lernprogramm mit der Back-Taste des Browsers.
  14. Geben Sie nun das Suchwort Gewicht ein und wiederholen Sie die Analyse mit dem Lernprogramm Das Gewicht eines Bienenstocks. Vergleichen Sie abschließend die beiden Lernprogramme hinsichtlich ihrer Anforderungsniveaus. Entscheiden Sie, welches Programm Sie im Unterricht einsetzen würden und notieren Sie einen Grund.

Übung 2: Lernprogramme NAWI-Interaktiv.

  1. Öffnen Sie die Startseite zur Plattform NAWI-Interaktiv
    http://129.70.40.49/nawi/die-idee.html.

  2. Informieren Sie sich über den Hintergrund zu dieser Plattform.

  3. Öffnen Sie die Übersicht Biologie und Chemie, dort das Programm Faszination Wasser. Öffnen Sie das Thema Die „Haut“ des Wassers und lesen Sie die Webseite.

  4. Wechseln Sie zum Register Arbeitsblätter und laden Sie sich die zugehörigen Arbeitsblätter herunter (zurück mit der Back-Taste des Browsers).

  5. Vergleichen Sie die Informationen der Webseite mit den Aufgaben der Arbeitsblätter und lösen Sie beispielhaft einzelne Aufgaben. Öffnen Sie parallel dazu die aktuellen Bildungsstandards für Biologie bzw. Chemie:
    http://www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/2004/2004_12_16-Bildungsstandards-Biologie.pdf [S. 13 ff.] http://www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/2004/2004_12_16-Bildungsstandards-Chemie.pdf [S. 11 ff.]).
    Ordnen Sie
    den Aufgaben zur Bearbeitung der Webseite in Ihrem Word-Dokument konkrete Standards zu, die hierbei gefördert werden können.

  6. Diskutieren Sie andere Einsatzmöglichkeiten der auf dieser Webseite verfügbaren Medien.

  7. Führen Sie das Quiz als vorhandene Erfolgskontrolle durch und machen Sie dabei absichtlich unterschiedliche Fehler. Klassifizieren Sie die dann angebotenen Informationen als Lernhilfen inhaltlicher bzw. strategischer Art.

  8. Informieren Sie sich abschließend über andere Angebote zum Thema Wasser auf dieser Seite.

Übung 3: Atmung.

  1. Öffnen Sie das Programm Atmung in der Kurs-Software. Sie ist auch online verfügbar:
    http://www3.hhu.de/biodidaktik/Atmung/index.html 
  2. Wählen Sie die Einheit Bau unseres Atemsystems und analysieren Sie die Startseite im Hinblick auf instruktionale Hilfen. Wählen Sie dann die kürzere Version des Programms aus.
  3. Gehen Sie von dort zu den interessanten Details der Luftröhre. Schauen Sie sich den Film an (unter Umständen müssen Sie den Film erst herunterladen und dann erst ist er zu öffnen) und klicken Sie dann zurück zur Kurzform.
  4. Wechseln Sie zur Mind-Map zurück und gehen Sie über Struktur und Funktion zum Prinzip der Oberflächenvergrößerung.
  5. Schauen Sie sich die drei Modellversuche zur Veranschaulichung an und vergleichen Sie deren Aussagen.
  6. Führen Sie abschließend das Quiz durch (Steuerleiste links).
  7. Schlagen Sie Veränderungen an diesem Lernprogramm vor, damit die (vermuteten) Lehrziele besser erreicht werden können. Notieren Sie diese in Ihrem Word-Dokument.

Übung 4: Selbstlehrprogramme aus dem Eduvinet-Programm.

  1. 1. Öffnen Sie im Browser die Übersichtsseite zu den Biologie-Programmen des Eduvinet: http://www.mallig.eduvinet.de.
  2. Suchen Sie unter Interaktive Selbstlernkurse das ABC der Wirbellosen und dort das Programm Die Bienensprache. Öffnen Sie das Programm.
  3. Lesen Sie zunächst die Anleitung Wie arbeitet man mit einem Selbstlernkurs.
  4. Arbeiten Sie dann die Einheit durch und überprüfen Sie alle Links. Notieren Sie ggf. auffallende Probleme.
  5. Ordnen Sie die Bienenuhr als Modell ein. Geben Sie an, welche Vorteile Sie in diesem Programmpunkt erkennen.
  6. Führen Sie abschließend den Trainer und den Lückentext durch, machen Sie dabei auch absichtliche Fehler, um die Reaktion des Programms darauf zu testen. Notieren Sie eine abschließende Wertung in wenigen Sätzen.

Übung 5: Zusammenfassende Bewertung.

  1. Öffnen Sie im Browser die Übersichtsseite zu den Biologie-Programmen des Eduvinet: http://www.mallig.eduvinet.de .
  2. Suchen Sie unter Interaktive Selbstlernkurse den Link Nutzung der Materialien und öffnen Sie die Seite.
  3. Öffnen Sie dort den Link unter dem Konzept für einen Vortrag zum Thema "Unterricht aus dem Internet".
  4. Arbeiten Sie die Links links außen von Netzstunde bis Verständnis durch, schreiben Sie sich die hier angegebenen Vorteile der Selbstlernkurse auf. Überprüfen Sie diese durch den Test ausgewählter Beispiele. Notieren Sie eine abschließende Wertung in wenigen Sätzen.

Quellen:

  1. [1] Mayer, R. E. (2001). Multimedia Learning. Cambridge: Cambridge University Press.

  2. [2] Paivio, A. (1986). Mental representations: A dual-coding approach. New York: Oxford University Press.

  3. [3] Nerdel, C. (2002): Die Wirkung von Animation und Simulation auf das Verständnis von stoffwechselphysiologischen Prozessen. Dissertation Christian-Albrechts-Universität, Kiel.

  4. [4] Di Lollo, V. (1980). Temporal integration in visual memory. Journal of Experimental Psychology: General, 109, 75-97.

  5. [5] Killermann, W., Hiering, P., & Starosta, B. (2005). Biologieunterricht heute. Eine moderne Fachdidaktik. Donauwörth: Ludwig Auer, 13. Auflage.

  6. [6] Gropengießer, H., & Kattmann, U. (2008; Hrsg.). Fachdidaktik Biologie. Köln: Aulis, 8. Aufl. [7] Tulodziecki, G., & Herzig, B. (2002). Computer & Internet im Unterricht. Berlin: Cornelsen.

  7. [8] Schanda, F. (1995). Computer-Lernprogramme, Weinheim: Beltz.

  8. [9] Reinmann-Rothmeier, G., & Mandl, H. (2001). Unterrichten und Lernumgebungen gestalten. In: Krapp, A. & Weidenmann, B. (Hrsg.): Pädagogische Psychologie. Ein Lehrbuch (601-646). Weinheim: Beltz PVU, 4. Auflage.

  9. [10] Stäudel, L. (2005). Aufgaben mit gestuften Lernhilfen. Unveröffentlichtes Manuskript, Universität Kassel. Online verfügbar:
    http://sinus-transfer.uni-bayreuth.de/fileadmin/MaterialienBT/Leipzig/gestufte_Lernhilfen.pdf  (20.5.2014).

  10. [11] KMK (2005). Bildungsstandards im Fach Biologie für den Mittleren Bildungsabschluss. Online verfügbar:
    http://www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/2004/
    2004_12_16-Bildungsstandards-Biologie.pdf  (16.5.2014).


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