Adaptive Unterstützung beim explorierenden Arbeiten in der Arithmetik

Beschreibung

Fachdidaktischer Hintergrund
Das Explorieren und Untersuchen mathematischer Strukturen wird für viele Inhaltsbereiche und alle Jahrgangsstufen des Mathematikunterrichts als Lernziel angesehen. Im Schweizer Lehrplan 21 ist es in Form von «Kompetenzen» und «Kompetenzstufen» sogar explizit für verschiedene Inhalte ausformuliert. Zudem gibt es empirische Hinweise, dass das Reflektieren von Strukturen den Aufbau konzeptuellen Verständnisses in der Arithmetik besser fördert als die Bearbeitung zusammenhangsloser Aufgaben. Nicht alle Lernenden können mit der Offenheit der Aufgabenstellungen beim explorativen, problemlösenden Arbeiten gleich gut umgehen. Es besteht Grund zur Annahme, dass Selbstregulationsfähigkeiten (worin auch Selbstkonzept, Selbstwirksamkeit und Metakognitionsfähigkeiten eingeschlossen werden) bei diesen differenziellen Effekten eine wichtige Rolle spielen und sie durch ein Scaffolding abgefangen werden können.

Fragestellung der Dissertation

1. Zeigen sich die folgenden differenziellen Effekte im konkreten Unterrichtssetting für den Lerngegenstand «Wissen über Teiler und Vielfache»?
   a)    Exploratives Untersuchen von Zahlbeziehungen ohne Scaffolding Prompts ist förderlich für Lernende mit hohen Selbstregulationsfähigkeiten, jedoch weniger förderlich für Lernende mit niedrigen Selbstregulationsfähigkeiten.
   b)    Explorierendes Untersuchen von Zahlbeziehungen mit Scaffolding Prompts ist förderlich für Lernende mit niedrigen Selbstregulationsfähigkeiten, jedoch weniger förderlich für Lernende mit hohen Selbstregulationsfähigkeiten.
2. Ist ein adaptives Lernsetting, d. h. Scaffolding Prompts werden an die Selbstregulationsfähigkeiten angepasst, einem nicht-adaptiven Lernsetting überlegen?

Arbeitsschritte mit Methodik und Arbeitsprogramm
Untersuchung eines Unterrichtskonzepts zum explorierenden Erwerb von Wissen im Lerngegenstand «Teiler und Vielfache» in zwei Teilstudien, denen beiden ein (quasi-)experimentelles Setting zugrunde liegt.

Schritt 1: Absicherung der differenziellen Wirkung verschiedener Treatments im konkreten Lernsetting
Im Fokus steht eine Hauptstudie (ATI-Studie), die die differenziellen Wirkungen der verschiedenen Treatments innerhalb des Lernsettings in Abhängigkeit von den Voraussetzungen der Lernenden experimentell überprüft. Zentrales Design zur Prüfung der differenziellen Wirkung ist ein 2x2 Design der Heterogenitätsvariable (HV = «Umgang mit offenen Aufgaben») und / oder der Treatments (T1, T2): Die Lernenden erhalten das als geeignet erachtete Treatment oder es erfolgt eine entgegengesetzte Zuteilung.

Im Dissertationsprojekt wird die AV in zwei Aspekte aufgeteilt: AV1 = «Wissen über Teiler und Vielfache» und AV2 = «Explorationsstrategien».
Die Treatments definieren sich als T1 = «Unterricht mit Scaffolding Prompts (für ungünstig ausgeprägte HV)» und T2 = «Unterricht ohne Scaffolding Prompts (für günstig ausgeprägte HV).

Schritt 2: Prüfung der differenziellen Wirksamkeit des adaptiven Lernsettings
Im Fokus steht eine weitere Hauptstudie (ALS-Studie), die die Wirksamkeit des adaptiven Lernsettings im Vergleich zu einem nicht adaptiven Lernsetting überprüft. Auf Basis der Ergebnisse und Prozessdaten der ATI-Studie wird das Lernsetting optimiert. Bei dieser Optimierung steht insbesondere die adaptive Zuteilung der Treatments im Vordergrund. Dabei werden die Treatments T1 und T2 so zugeteilt, dass alle Lernende, das individuell lernförderlichste Treatment erhalten. Dieses adaptive Lernsetting wird mit einem nicht adaptiven Lernsetting, in dem alle Lernenden das gleiche Treatment erhalten, verglichen. In dem nicht adaptiven Lernsetting wird das Treatment ausgewählt, das sich in der ATI-Studie über alle Lernenden hinweg am wirkungsvollsten zeigte.