Instruktionale Unterstützung beim Lernen mit Computersimulationen im Fach Biologie

Eckhardt, Marc

Computersimulationen ermöglichen Lernenden Vorteile im Zugang zu Experimenten, die im Biologieunterricht anderweitig oft schwer durchführbar sind. Für einen erfolgreichen Wissenserwerb mit Computersimulationen benötigen Lernende jedoch instruktionale Unterstützung, da entdeckendes, selbstständiges Erarbeiten von biologischen Prinzipien und Konzepten mit Computersimulationen allein meist nicht zu gewünschten Lernerfolgen führt. Die Dateninterpretation und die Selbstregulation des Lernprozesses gelten als zwei identifizierte Problembereiche naturwissenschaftlichen Lernens mit Computersimulationen. Ziel dieser Forschungsarbeit ist ein Beitrag zur Klärung der Frage, mit welchen ausgewählten instruktionalen Maßnahmen zur Dateninterpretation und zur Selbstregulation sich der Wissenserwerb beim Lernen mit Computersimulationen im Fach Biologie verbessern lässt. Es wurde empirisch untersucht, welche Effekte diese instruktionalen Maßnahmen auf den Erwerb von Wissen in den verschiedenen Kategorien Faktenwissen, konzeptuelles Wissen, prozedurales Wissen und intuitives Wissen zeigen. Es wurden ein Computerprogramm zum Thema „Gewässerökologie“ mit einer Computersimulation zur Räuber-Beute-Beziehung sowie ausgewählte, konkrete instruktionale Maßnahmen zur Dateninterpretation und zur Selbstregulation beim Lernen mit Computersimulationen entwickelt und in einer Studie im Biologieunterricht achter Realschulklassen getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die instruktionalen Maßnahmen zur Dateninterpretation und zur Selbstregulation unterschiedlich effektiv auf die Aneignung themenspezifischen Wissens in den verschiedenen Kategorien auswirken. Als vergleichsweise effektive Unterstützung für einen Lernerfolg zeigt sich die instruktionale Maßnahme zur Dateninterpretation, das eigene Simulationsergebnis zu beschreiben und biologisch zu interpretieren. Des Weiteren zeigt eine bestimmte Kombination aus einer instruktionalen Maßnahme zur Dateninterpretation und zur Selbstregulation geringe Effekte auf einen Lernerfolg. In diesem Zusammenhang erscheint die Beschreibung und Interpretation des eigenen Simulationsergebnisses als instruktionale Maßnahme zur Dateninterpretation sowie eine zusätzliche Reflexion über diese Ergebnisse als instruktionale Maßnahme zur Selbstregulation für die erfolgreiche Aneignung von Wissen in den genannten Wissenskategorien beim Lernen mit Computersimulationen als hinderlich. Lernende, die diese instruktionale Maßnahmenkombination erhielten, zeigen zudem eine vergleichsweise hohe, subjektiv wahrgenommene kognitive Belastung während der Arbeit mit der Computersimulation, die nach jeder Intervention von den Lernenden selbst eingeschätzt wurde. Die kognitive Belastung könnte einen kausalen Zusammenhang darstellen, warum sich diese bestimmte Kombination aus zwei verschiedenen instruktionalen Maßnahmen hinsichtlich der themenspezifischen Wissensaneignung in den unterschiedlichen Wissenskategorien beim Lernen mit Computersimulationen als vergleichsweise wenig effektiv erweist.

Computer simulations provide learners with the opportunity to carry out experiments that are otherwise often difficult to conduct in school. For successful knowledge acquisition when learning with computer simulations instructional support is needed, as pure discovery learning with computer simulations does not typically result in desirable learning outcomes. Data interpretation and self-regulation of the learning process are identified as two problem areas of scientific learning with computer simulations. Goal of this research project is a contribution to clarify the question, what kind of instructional measures for data interpretation and for self-regulation when learning with computer simulations is crucial to increase students’ biological knowledge. In an empirical study, effects of these instructional measures on the different knowledge types- factual, conceptual, procedural and intuitive knowledge- were testet. For this reason, a water ecological computer program containing a computer simulation about a predator-prey-relationship as well as particular instructional measures for data interpretation and for self-regulation when learning with computer simulations are developed and testet with eight grade secondary school students in biology lessons. Results show different effects of the instructional measures for data interpretation and for self-regulation on domain specific knowledge acquisition concerning the different knowledge types. A comparatively especial effective learning support appears the instructional measure for data interpretation, to describe and to interpret biological the own simulation outcome. Furthermore, a certain combination of an instructional measure for data interpretation and an instructional measure for self-regulation shows little effects for learning outcomes. In this regard, describing and interpreting the own simulation outcome as instructional measure for data interpretation as well as additionally reflection about these results as instructional measure for self-regulation seem to be detrimental for successful knowledge acquisition. Students who received these both types of instructional support also showed the highest values of cognitive load, which was self-assessed by the students after every session. Cognitive load could be a reason why a certain combination of instructional measures lead to contrary effects for students’ knowledge acquisition when learning with computer simulations.

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Eckhardt, Marc: Instruktionale Unterstützung beim Lernen mit Computersimulationen im Fach Biologie.

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