Status Quo, Chancen und Herausforderungen
von digitalen Medien in der Schule
im MINT-Bereich
Prof. Dr. Birgit Eickelmann
Universität Paderborn
2. Nationaler MINT-Lehrerkongress Berlin 03.12.2014
Übersicht
Status Quo
Zwischenbilanz der Integration digitaler Medien
in den MINT-Unterricht
Chancen
Fachliches und überfachliches Lernen mit digitalen Medien im
MINT-Unterricht unterstützen – Ansätze und Beispiele
Herausforderungen
Stellschrauben für einen modernen MINT-Unterricht
mit neuen Technologien
Status Quo
Status Quo
Zwischenbilanz der Integration digitaler Medien
in den MINT-Unterricht
Eickelmann, Bos & Gerick, 2014; ICILS 2013
International Computer and Information Literacy Study; S. 29
1. „Die Befunde von ICILS 2013 geben […] deutliche Hinweise auf
ein bestehendes Missverhältnis zwischen den Potenzialen, die
dem Lehren und Lernen mit digitalen Medien zugesprochen
werden, und der Realität dessen, was in Klassenräumen
geschieht.“
2. „Dabei zeigt sich der Großteil der Lehrpersonen in Deutschland
gegenüber neuen Technologien durchaus aufgeschlossen und
positiv eingestellt.“
Status Quo
Zwei Leitfragen für die Beschreibung einer Zwischenbilanz
der Integration digitaler Medien
1. Wie werden digitale Medien aktuell im
MINT-Unterricht genutzt?
2. Welche Bedingungen fördern bzw.
hemmen den schulischen Einsatz
neuer Technologien im MINT-
Unterricht?
Forschungs-
ergebnisse
für die Primar-
und
Sekundarstufe
Status Quo
Wie werden digitale Medien aktuell im MINT-Unterricht genutzt?
Primarstufe:
Befunde und Sekundäranalysen TIMSS 2011
Sekundarstufe:
Befunde und Sekundäranalysen ICILS 2013
Sekundäranalysen PISA 2012
TIMSS 2011: Trends in International Mathematics and Science Study (IEA)
PISA 2012: Programme for International Student Assessment (OECD)
ICILS 2013: International Computer and Information Literacy Study (IEA)
Status Quo
Häufigkeit der Computernutzung durch MINT-Lehrpersonen (ICILS 2013)
0,0
5,9
5,3
5,8
3,2
20,2
25,2
22,2
8,7
27,9
26,9
26,3
58,7
34,1
31,4
32,4
29,4
11,8
11,2
13,3
0 10 20 30 40 50 60 70
Informatik
Naturwissenschaften
Mathematik
MINT
© ICILS 2013
45.7% der MINT-
Lehrpersonen
berichten eine
mindestens
wöchentliche
Computernutzung
im Unterricht
Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz
Status Quo
41,7
60,5
70,6
14,7
32,5
25,5
43,6
7,0
3,8
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Informatik
Naturwissenschaften
Mathematik
in den meisten Stunden und in jeder/fast jeder Stunde in einigen Stunden nie
© ICILS 2013 Eickelmann et al., 2014
Häufigkeit der Computernutzung durch Schülerinnen und Schüler in
den MINT-Fächern (ICILS 2013, Jgst. 8)
Anteil der
„Nie“-Nutzer auf
Schülerseite hoch,
auch im
internationalen
Vergleich!
Status Quo
Computernutzung im Mathematikunterricht (PISA 2012, Jgst. 9)
Nie-Nutzer Schüleranteile
Eigene Analysen internationaler PISA-Datensatz, % auf Ganze gerundet
73
81
76
70
80
81
60 65 70 75 80 85
Funktionsgraphen am Computer gezeichnet
Berechnung am Computer durchgeführt
Geometrische Figuren am Computer gezeichnet
Mit Tabellenkalkulationsprogrammen gearbeitet
Gleichungen mit einem Computerprogramm gelöst
Datendiagramme mit dem Computer gezeichnet
Computereinsatz für bestimmte Zwecke im Mathematikunterricht
(TIMSS 2011, Jgst. 4)
Nur 28 % der Viertklässlerinnen und -klässler in Deutschland nutzen „oft“
(mindestens einmal in der Woche) einen Computer in der Schule (OECD-
Mittelwert: 50.5%)
Mathematik
Mindestens wöchentlich mit mathematischen Konzepten zu befassen: 6%
Mindestens wöchentlich Fertigkeiten und Prozeduren üben: 17%
Mindestens wöchentlich Informationen recherchieren: 6%
Mindestens wöchentlich mathematische Prinzipien explorieren: 6%
Status Quo
Angaben der Lehrpersonen, Drossel et al., 2013; Eickelmann et al. 2013
Computereinsatzes für bestimmte Zwecke im Sachunterricht
(TIMSS 2011, Jgst. 4)
Mindestens wöchentlich Fähigkeiten und Verfahren üben: 4%
Mindestens wöchentlich nach Informationen suchen: 15%
Mindestens wöchentlich Verfahren oder Experimente durchführen: 3%
Status Quo
Eickelmann & Vennemann, 2014; Eickelmann et al., 2013
Status Quo
-7
-8
-11
-15
2
-1
2
4
-20 -10 0 10
Leistungsdifferenz Mathematik
Leistungsdifferenz Naturwissenschaften
Primarstufe Schülerleistung: Häufigkeit der Computernutzung und
fachliche Kompetenz (TIMSS 2011)
Eickelmann et al. 2013; Kahnert & Endberg, 2014;
Eickelmann & Vennemann, 2014
Mathematik Naturwissenschaften
Selten Oft Selten Oft
Deutschland M=528 M=532 M=537 M=522
VG EU M=520 M=522 M=527 M=516
VG OECD M=524 M=523 M=529 M=521
Internationaler
Mittelwert M=491 M=493 M=490 M=483
Mindestens wöchentliche
Nutzung digitaler Medien im
Mathematikunterricht ↔
kleiner Leistungsvorsprung.
Status Quo
2. Welche Bedingungen fördern bzw. hemmen den schulischen
Einsatz neuer Technologien im MINT-Unterricht?
Unterstützung für Lehrpersonen
Sichtweisen und Einstellungen der Lehrpersonen
IT-Standorte und IT-Ausstattung
Einschätzung zu technischen Problemen
Schulische Faktoren
Lehrerkompetenzen
Hintergrundvariablen
Status Quo
Primarstufe
Nur etwa jede siebte
Grundschullehrkraft
fühlt sich in
Deutschland bei der
Integration digitaler
Medien in den
Unterricht unterstützt.
Primarstufe Lehrerperspektive: Angemessene Unterstützung, die
Nutzung von Computern im Unterricht zu integrieren
Status Quo
Eickelmann, Lorenz, Vennemann, Gerick & Bos, 2014
4
14
27
32
33
33
34
39
39
42
43
46
46
48
49
55
59
61
64
0 10 20 30 40 50 60 70
Japan
Deutschland
Dänemark
Internationaler Mittelwert
Ungarn
Polen
Niederlande
Slowakei
Slowenien
England
USA
Neuseeland
Kroatien
Kanada (Alberta)
Australien
Katar
Nordirland
Singapur
Hongkong
Sekundarstufe: Vertiefende Analysen für den MINT-Bereich zu:
Status Quo
© ICILS 2013
87,9
78,7
63,7
51,9
88,0
69,5
60,4
37,1
88,3
67,2
60,8
41,0
89,5
67,4
62,7
41,2
90,0
64,8
64,0
38,9
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Ermöglicht den Schülerinnen und Schülern den Zugang zu besseren
Informationsquellen
Hilft den Schülerinnen und Schülern, Informationen wirksamer zu vertiefen und
zu verarbeiten
Hilft Schülerinnen und Schülern, ein größeres Interesse am Lernen zu
entwickeln
Verbessert die schulischen Leistungen der Schülerinnen und Schüler
Gesamt MINT Mathematik Naturwissenschaften Informatik
Sichtweisen der Lehrpersonen auf den Einsatz von IT im Unterricht
(ICILS 2013)
Antwortkategorie: ‚Zustimmung‘; Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz
Status Quo
Antwortkategorie: ‚ja‘, Angaben aus dem ICILS 2013 Schulfragebogen in Prozent,
Gerick, Schaumburg, Kahnert & Eickelmann, 2014 © ICILS 2013
Standorte schuleigener Computer in Deutschland (ICILS 2013)
18
43,5
43,7
100
17,2
0 20 40 60 80 100 120
Computer werden von den Schülerinnen und Schülern mitgemacht
In der Bibliothek
Transportabel zwischen Klassenräumen
In Computerräumen
In den Klassenräumen
Anders als in andern ICILS-
Teilnehmerländern stehen
neue Technologien in
Schulen in Deutschland
eher nicht unterrichtsnah
zur Verfügung.
Status Quo
Einschätzung technischer Probleme (ICILS 2013)
37,5
42,6
39,3
42,2
45,5
43,1
0 10 20 30 40 50
Meine Schule hat keine ausreichende IT-Ausstattung (z. B. Computer).
In meiner Schule ist der Internetzugang eingeschränkt (z. B. langsame oder
instabile Verbindung).
Die Computer unserer Schule sind veraltet.
Alle Lehrkräfte MINT Lehrkräfte
© ICILS 2013 Antwortkategorie: ‚Zustimmung‘; Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz
• Mehr als zwei
Fünftel der
Lehrkräfte gibt
technische
Probleme mit der
schulischen IT-
Ausstattung an.
• MINT-Lehrkräfte
schätzen die
Relevanz dieser
Probleme im Mittel
etwas geringer ein
als ihre Kolleginnen
und Kollegen.
Status Quo
ß (SE)
Abhängige Variable:
Häufigkeit der Computernutzung beim UnterrichtenA
Schulische Merkmale
Ausstattungssituation: Schüler-Computer-Verhältnis -0.2* 0.0
Beeinträchtigungen durch unzureichende IT-AusstattungB 0.1 0.1
Technischer IT-Support in der Schule für LehrkräfteC 0.1 0.3
Pädagogischer IT-Support in der Schule für LehrkräfteC 0.0 0.8
Lehrerfortbildungen über die Integration von IT in den Unterricht und das LernenD
0.1* 0.1
Selbsteinschätzung der computerbezogenen LehrerkompetenzE 0.4* 0.2
Priorität des Einsatzes von IT in der SchuleF 0.2* 0.1
Positive Sichtweise zum IT-Einsatz im UnterrichtG 0.1* 0.0
Hintergrundvariablen
AlterH 0.0 0.1
GeschlechtI -0.2* 0.1
R2 .35
Anmerkungen: ß = Regressionskoeffizient (standardisiert) * signifikante Koeffizienten (p < .05)
A 0 - nie; 1 - weniger als einmal im Monat; 2 - mindestens einmal im Monat, aber nicht jede Woche; 3 - mindestens einmal in der Woche, aber nicht jeden Tag; 4 - täglich B 0 - Beeinträchtigungen vorhanden; 1 - keine Beeinträchtigungen C 0 - kein technischer IT-Support; 1 - mindestens eine Art von technischem IT-Support D 0 - keine Fortbildung vorhanden; 1 - Fortbildung vorhanden E 0 - negative Selbsteinschätzung; 1 - positive Selbsteinschätzung F 0 - Zustimmung; 1 - Ablehnung; negativ formuliertes Item G International transformiert auf MW-50 und SD-10 (Min.: 9.3; Max.: 76.9) H 0 - bis 49 Jahre; 1 - ab 50 Jahre I 0 - männlich; 1 - weiblich
© ICILS 2013
Erklärung IT-Nutzung im Unterricht von MINT-Lehrpersonen (ICILS 2013)
Analysen für diesen Vortrag, nationaler ICILS 2013-Datensatz
Prädiktoren für die
Nutzung digitaler
Medien für MINT-
Lehrpersonen
• Ausstattungsquantität
• Fortbildung
• Eigene Kompetenzen
• Priorität in der Schule
• Geschlecht der LP
Anders als
Gesamtpopulation:
Das Alter spielt für MINT-
Lehrkräfte keine Rolle.
Status Quo
Fortbildungsförderung
Schulziele
Relevanz Schülerkompetenzen
Förderung Schulkultur
Kooperationsförderung
Verantwortung: Personal einstellen
Nutzung Internet im Unterricht
Nutzung Computer im Mathematikunterricht
Peer Review Mathematiklehrer
Offenheit für neue Unterrichtsformen
Computerverfügbarkeit (rekodiert)
Ausstattungsprobleme: Computer
Ausstattungsprobleme: Internet
Ausstattungsprobleme: Software
Sch
ulle
itung
shan
deln
S
chul
-
stra
tegi
en
Lehr
er-
eins
tellg
.
Sch
ulis
che
Aus
stat
tung
Sch
uleb
ene
Computernutzung im
Mathematikunterricht
-.31
.46
Ind
ivid
ual
ebn
e
(Sch
üle
rin
nen
un
d S
chü
ler)
Gerick & Eickelmann, 2014
Sekundäranalysen PISA 2012
Erklärung der Computer-
nutzung im Mathematik-
Unterricht (PISA 2012)
Status Quo
Fortbildungs-
förderung
Schulziele
Nutzung Internet
im Unterricht
Offenheit für neue
Unterrichtsformen
Computerverfügbarkeit
Ausstattungsprobleme:
Computer
Ausstattungsprobleme:
Internet
Sch
ulle
itung
s-
hand
eln
Sch
ul-
stra
tegi
en
Lehr
er-
Ein
stel
lg.
Sch
ulis
che
Aus
stat
tung
Sch
uleb
ene
Computernutzung im
Mathematikunterricht
-.31
Individualebne
Mathematik-
leistung
.49
-.38
.22
-.24
-.38*
PISA 2012: Erklärung der Computer-
nutzung im Mathematik-
unterricht und Mathematikleistung
fett: p ≤ .05 Gerick & Eickelmann, 2014
Sekundäranalysen PISA 2012
negativer Effekt
Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht
Status Quo
Zwischenbilanz der Integration digitaler Medien
in den MINT-Unterricht
Chancen
Fachliches und überfachliches Lernen mit digitalen Medien im
MINT-Unterricht unterstützen – Ansätze und Beispiele
Herausforderungen
Stellschrauben für einen modernen MINT-Unterricht
mit neuen Technologien
Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht
1. Schüleraktivierung und Veränderung der Lernkultur
2. Nutzung digitaler Medien zum Umgang mit Heterogenität und Unterstützung
inklusiver Unterrichtssettings
3. Förderung selbstständigen, kooperativen und forschenden Lernens und
insgesamt methodische Bereicherung
4. Unterstützung der Strukturierung von Arbeits- und Lernprozessen
5. Unterstützung der Verknüpfung schulischen und außerschulischen Lernens
6. Förderung überfachlicher Kompetenzen (u.a. Methodenkompetenz,
Medienkompetenz, computer- und informationsbezogener Kompetenzen)
7. Unterstützung fächerspezifischen Lernens und Nutzung fachlicher Potenziale
z. B. Visualisierungen, Simulationen, Modellbildungen, Auslagerung komplizierter
Berechnungen, Arbeiten mit Realitätsbezügen (aktuelle Quellen, Daten),
Unterstützung längerfristiger Projekte
Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht
Leuchtturmbeispiele für
die MINT-Fächer Nutzung fachlicher
Potenziale digitaler
Medien in den MINT-
Fächern
Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht
Beispiel Primarstufe Sachunterricht
…
Quelle: YouTube-Video Grundschule Bockenheim, Rheinland-Pfalz
Kombination von mobilen Endgeräten
und interaktiven Whiteboards
Aktivierung und Interaktivität
Veranschaulichung fachlicher Inhalte
spielerisches Lernen
höhere Aufmerksamkeit
höhere Motivation
fächerübergreifendes Lernen
Visualisierung und
Schüleraktivierung
Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht
Biologie-Beispiele
Open-Classroom
Online-Materialien
Tutorials mit Apps erstellen
Aufgaben und Lösungen einstellen
Videos einbinden
Beispiel Sekundarstufe: Der Open-Classroom und Tablets
selbstständiges und
selbstgesteuertes Lernen
kooperatives Lernen
Visualisierungen nutzen
eigenes Lerntempo
Chancen: digitale Medien im MINT-Unterricht
Physik
Mobile Endgeräte als
Experimentiermittel im
naturwissenschaftlichen
Unterricht
Quelle: YouTube, Materialien der TU Karlsruhe, AG Prof. Dr. J. Kuhn, s. auch Beitrag in Maxton-Küchenmeister & Meßinger-Koppelt, 2014
Lebensweltbezug
Authentizität
kognitive und
motivationale Einbindung
der Lernenden
Beispiel:
Messung von Schallereignissen, Visualisierung
Export in Tabellenkalkulationsprogramme möglich
Herausforderungen
Status Quo
Zwischenbilanz der Integration digitaler Medien
in den MINT-Unterricht
Chancen
Fachliches und überfachliches Lernen mit digitalen Medien im
MINT-Unterricht unterstützen – Ansätze und Beispiele
Herausforderungen
Stellschrauben für einen modernen MINT-Unterricht
mit neuen Technologien
Herausforderungen
3 1 2
Leuchtturmbeispiele für
die MINT-Fächer Nutzung fachlicher
Potenziale digitaler
Medien in den MINT-
Fächern
Integration digitaler
Medien in den
Unterrichtsalltag von
Schulen
Herausforderungen
1
Integration digitaler Medien in den Unterrichtsalltag
von Schulen
Verknüpfung des Einsatzes digitaler Medien zu
übergreifenden pädagogischen Zielsetzungen
Moderne und unterrichtsnahe IT-Ausstattung der
Schulen
Prioritätensetzungen in den Schulen und
Unterstützung der Lehrpersonen
Rahmenbedingungen schaffen und Lehrerinnen
und Lehrer dort abholen, wo sie stehen.
Herausforderungen
2
Nutzung fachlicher Potenziale digitaler Medien in den
MINT-Fächern
Kompetenzen der Lehrpersonen stärken und
Einstellungen entwickeln
Aus- und Fortbildung der Lehrpersonen
(Stichwort: TPCK)
Fokussierung: fachlicher Kompetenzerwerb
Kooperationen, Vernetzung, Unterrichtsmaterialien
Curricula und Prüfungen, Qualitätssicherung
Lehrpersonen befähigen digitale Medien kompetenzorientiert
einzusetzen und Verbindlichkeiten schaffen.
Herausforderungen
3
Leuchtturmbeispiele
Freiräume schaffen zur Weiterentwicklung von
Fachdidaktik unter den Bedingungen der
rasanten technologischen Entwicklungen
Lehrerinnen und Lehrer „mitnehmen“
Leuchtturmbeispiele ermöglichen. Aber: Für eine
flächendeckende Verankerung digitaler Medien in
den MINT-Fächern alle Lehrpersonen
einbeziehen.
Herausforderungen für einen modernen MINT-Unterricht
„Für Deutschland stellt sich die große Herausforderung,
alle Schulen und alle Lehrpersonen in die Lage zu
versetzen, neue Technologien zielgerichtet und
kompetenzorientiert in schulisches Lehren und Lernen
zu integrieren.“
Eickelmann, Bos & Gerick, 2014; ICILS 2013
International Computer and Information Literacy Study; S. 29