Fachdidaktische Ansätze für die Kompetenzorientierung in

Interaktive Vorlesungsfragen
Testfrage zum Gebrauch von “Clicker”
Fachdidaktische Ansätze
für die Kompetenzorientierung
in ingenieurwissenschaftlichen
Grundlagenfächern
In welchem Umfang sind Sie bereits mit dem Einsatz von
Hörsaalabstimmungssystemen (“Clicker”) vertraut?
1.
2.
3.
4.
Christian H. Kautz
„Clicker? … noch nie gehört.“
„schon mal irgendwo gesehen oder
miterlebt“
„setze ich selbst häufig ein oder berate Dozenten bei
deren Einsatz“
„Clicker … sind doch längst überholt.“
Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH)
2
TeachING-LearnING, Bochum, 19.06.2012
Interaktive Vorlesungsfragen
Grundlagenfächer im Ingenieurstudium
Testfrage zur Selbsteinordnung der Teilnehmer
•
setzen sich zusammen aus:
– naturwissenschaftlichen Grundlagen (Physik, Chemie, ggf. Biologie)
Welche Beschreibung trifft für Ihre tägliche Arbeit am besten
zu?
– ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen (Mechanik, Grundl. ET, etc.)
– Mathematik und Informatik
– nicht-technischen Grundlagen (?)
1.
2.
3.
4.
„Fachnah“: Geistes- oder Sozialwissenschaften
„Fachnah“: Natur- oder Ingenieurwissenschaften
„Hochschuldidaktisch“: mit Hintergrund wie 1
„Hochschuldidaktisch“: mit Hintergrund wie 2
•
zeichnen sich durch überwiegend theoretische Ausrichtung und
hohen Anteil an abstrakten Inhalten aus,
•
weisen häufig geringe Bestehensquoten in Prüfungen auf,
•
sind häufig Ursache von Studienabbrüchen:
Heublein, U., Zwischen Studienerwartungen und Studienwirklichkeit – Gründe für den Studienabbruch: Ergebnisse einer bundesweiten Befragung von Exmatrikulierten in Maschinenbau-Studiengängen (Hannover, 2009).
Derboven, W., und G. Winker, Ingenieurwissenschaftliche Studiengänge attraktiver gestalten (Berlin, 2010).
Morsch, R.; Neef, W., und Waagemann, C.-H., Das Elend des Grundstudiums (Alsbach, 1986).
Tobias, S., They’re not Dumb, they’re Different – Stalking the Second Tier (Tucson, 1990).
3
4
Beispiel 1: Zwei Aufgaben im Vergleich (E. Mazur)
Fachdidaktisches Projekt an der TUHH
Aktives Lernen im Ingenieurstudium
Projektbeginn: Nov. 2008
Projektlaufzeit: 3 + 1 Jahre
gefördert durch
Quelle: E. Mazur, Peer Instruction: A User’s Manual, Prentice Hall, Upper Saddle River, 1997.
Projektziele:
• Identifizieren von fachspezifischen Verständnisschwierigkeiten
Entwicklung von Lehr- und Lernmaterialien in ingenieurwissenschaftlichen Grundlagenfächern auf Grundlage der
Ergebnisse fachdidaktischer Forschung
• Unterstützung und Evaluation des Einsatzes der Materialien
•
•
Wie ändern sich bei Schließen des Schalters:
Berechnen Sie
– die Helligkeit von Lampe A
– den Strom durch den 2 Ω-Widerstand
– die Helligkeit von Lampe C
– die Potentialdifferenz zwischen den
Punkten P und Q.
– der Strom aus der Batterie
– die Spannung an Lampe B
– die gesamte umgesetzte Leistung
Verallgemeinerung der Erfahrungen mit „Aktivem Lernen“ und
Unterstützung ähnlicher Maßnahmen in anderen Fächern
Welche der beiden Aufgaben zum Gleichstromkreis halten
Sie für schwieriger (für Studierende im 1. oder 2. Semester)?
5
Beispiel 1: Zwei Aufgaben im Vergleich (E. Mazur)
Beispiellösung für qualitative Aufgabe
Welche der Aufgaben ist schwieriger?
2
(ca. 5 min)
Durch Schließen des Schalters wird Lampe C kurzgeschlossen,
d.h. die Spannung an Lampe C ist Null. Es ergibt sich dadurch
eine Reihenschaltung von zwei (statt zuvor drei) Lampen mit
einem geringeren Gesamtwiderstand. Die gesamte Spannung
fällt nun an den Lampen A und B ab, also jeweils die Hälfte der
Batteriespannung an jeder der beiden Lampen, im Unterschied
zu einem Drittel der Batteriespannung zuvor. Daraus folgt:
Bitte stimmen Sie ab:
1 Die qualitative. 6
Die quantitative.
- Lampe A wird heller.
- Lampe C erlischt.
- Der Gesamtstrom nimmt zu.
- Die Spannung an Lampe B nimmt zu.
3
Beide gleich.
4
- Die gesamte umgesetzte Leistung (P=U·I) nimmt zu, da die
Spannung U gleich bleibt und der Strom I zunimmt.
Weiß nicht.
7
8
Beispiellösung für quantitative Aufgabe
Beispiellösung für quantitative Aufgabe
Gewähltes Lösungsverfahren: Maschenstromverfahren
Fortsetzung der Lösung mithilfe des Maschenstromverfahrens
1. Festlegen der Maschenumläufe:
2. Aufstellen der Maschengleichungen:
Summe aller Widerstände in der Masche
mal Maschenstrom minus Summe der
gemeinsamen Widerstände mal Ströme
der jeweils anderen Masche ist gleich
Summe der vorzeichenbehafteten
Spannungen im Maschenumlauf.
IA
IB
3. Lösen der Maschengleichungen:
8 Ω ⋅ I A − 2 Ω ⋅ I B = −8 V
·3
24 Ω ⋅ I A − 6 Ω ⋅ I B = −24 V
−2 Ω ⋅ I A + 6 Ω ⋅ I B = −12 V
damit folgt
(2 Ω + 6 Ω)⋅ I A − 2 Ω ⋅ I B = −8 V
−2 Ω ⋅ I A + (2 Ω + 4 Ω)⋅ I B = −12 V
⇒ 22 Ω ⋅ I A = −36 V
I A = − 18 11 A
I B = − 28 11 A
und nach Einsetzen oben
Aber leider sind wir noch nicht ganz fertig …
9
Beispiellösung für quantitative Aufgabe
(10 – 15 min)
Fortsetzung der Lösung mithilfe des Maschenstromverfahrens
10
Beispiel 1: Zwei Aufgaben im Vergleich (E. Mazur)
Bitte stimmen Sie noch einmal ab:
4. Berechnen des gesuchten Stroms aus Maschenströmen:
Welche der Aufgaben ist schwieriger?
I 2Ω = I A − I B = 10 11 A = 0,91 A
5. Berechnung der Spannung nach dem Ohm’schen Gesetz:
1 Die qualitative. 2
3
4
Die quantitative.
U PQ = I 2Ω · 2 Ω = 1,82 V
Zur Erinnerung:
Berechnen Sie
– den Strom durch den 2 Ω-Widerstand
– die Potentialdifferenz zwischen den
Punkten P und Q.
11
Beide gleich.
Weiß nicht.
12
Beispiel 1: Ergebnisse beider Aufgaben im Vergleich
Punkteverteilung der Klausurteilnehmer
(Physik als Nebenfach im ersten Studienjahr)
qualitative Aufgabe
quantitative Aufgabe
Die Suche nach Fehlvorstellungen
Source: E. Mazur, Peer Instruction: A User’s Manual, Prentice Hall, Upper Saddle River, 1997.
Ergebnis der qualitativen Aufgabe
deutet auf charakteristisches Fehlverständnis hin
13
Beispiel 2: Erwünschte Antwort und Ergebnis
Beispiel 2: Der Fünf-Lampen-Test
Die drei Stromkreise bestehen aus identischen Glühlampen
und Batterien. Nehmen Sie an, daß die Batterien ideale
Spannungsquellen sind (d. h. ihr Innenwiderstand ist Null).
„An A, D und E liegt jeweils die (gleiche) Batteriespannung
an. Da die Glühlampen identisch sind, müssen sie deshalb
auch die gleiche Helligkeit haben.
An B und C liegt jeweils die halbe Batteriespannung an.
B und C sind deshalb im Vergleich zu einander gleich hell,
aber weniger hell als A.“
Sortieren Sie die fünf Glühlampen A bis E entsprechend
ihrer Helligkeit (unter Verwendung der Symbole >, <, und =).
Quelle: McDermott and Shaffer, American Journal of Physics, 1992.
15
A=D=E>B=C
Richtige Antwort (auch ohne Begründung) wird nur
von 60% der Studierenden im zweiten Semester gegeben.
16
Beispiel 2: Antwortbeispiele von Studierenden
Ergebnisse des Fünf-Lampen-Tests im Vergleich
Etwa 20% richtige Antworten bei
– Studierenden in Einführungsvorlesung Physik an amerikanischen
Hochschulen (N > 1000)
– Lehrkräfte in Naturwissenschaften und Physik an amerikanischen
Schulen (N > 200)
– Hochschul-Lehrenden in nicht-technischen Fächern (N > 50)
Begründungen für „A>D=E“:
„Strom fließt komplett über A. [Bei D, E] teilt sich… der Strom.”
„A bekommt die volle Leistung der Batterie. D und E werden nur
vom halben Strom durchflossen.”
Etwa 40% richtige Antworten bei
– Studierenden im Lehramt Physik in Deutschland (N = 20)
Begründung für „A=B=C“:
Etwa 60% richtige Antworten bei
„In einer Reihenschaltung mit beliebig vielen Glühlampen ist [der
Strom] I immer gleich groß. Bei Parallelschaltung teilt sich der
Strom.“
– Studierenden der Ingenieurwissenschaften in Deutschland nach
einem Semester Grundlagen der Elektrotechnik (N = 150)
– Lehrkräfte der Physik an Gymnasien (N = 28)
Etwa 70 % richtige Antworten bei
Fehlvorstellung: Batterie als Quelle eines konstanten Stroms.
– Doktoranden und Post-Docs (Physik) (N > 100)
17
noch einmal: Beispiel 1
Vorstellung von Batterie als Quelle konstanten Stroms
führt zu richtiger Beantwortung genau einer Teilaufgabe.
18
Erstes Fazit
•
Herkömmliche, d.h. meist quantitative Aufgabenstellungen in
den Grundlagenfächern des Ingenieurstudiums
– sind häufig sehr rechenintensiv und prüfen nur wenig Verständnis
– entsprechen kaum den Tätigkeiten des späteren Berufsalltags
– werden häufig als uninteressant und wenig motivierend empfunden
•
– enthalten kaum Rechnungen, testen dafür aber Verständnis
– werden von Lehrenden bzgl. ihrer Schwierigkeit häufig unterschätzt
– können verbreitete Fehlvorstellungen bei Studierenden aufdecken
Bildquelle: E. Mazur, Peer Instruction: A User’s Manual, Prentice Hall, Upper Saddle River, 1997.
Wie ändern sich bei Schließen des Schalters:
Berechnen Sie
– die Helligkeit von Lampe A
– den Strom durch den 2 Ω-Widerstand
– die Helligkeit von Lampe C
– die Potentialdifferenz zwischen den
Punkten P und Q.
– der Strom aus der Batterie
Qualitative (konzeptuelle) Aufgabenstellungen
– müssen auch Gegenstand von Prüfungen sein
– testen vermutlich einige der Fähigkeiten, die auch im späteren
Berufsalltag gebraucht werden.
– die Spannung an Lampe B
– die gesamte umgesetzte Leistung
19
20
Interaktive Vorlesungsfragen (“Clicker-Fragen”)
Qualitative Fragen in der Vorlesung
„Clicker“-Fragen
22
Interaktive Vorlesungsfragen Beispiel Thermodynamik
Interaktive Vorlesungsfragen Frage zur Hydrostatik (Woche 1-2)
Beispielfrage zur Hydrostatik
In ein auf beiden Seiten oben offenes U-Rohr mit Schenkeln
unterschiedlicher Durchmesser (> 1 cm) wird Wasser so eingefüllt,
dass im linken Schenkel die eingezeichnete Füllhöhe erreicht wird.
Die Füllhöhe im rechten Schenkel (nicht eingezeichnet) …
Füllhöhe rechts ist
Antwortverteilung
Thermodynamik I
2006, N = 158
Thermodynamik I
2007, N = 178
Techn. Mechanik II
2000, N = 168
Clicker
Clicker
schriftlich
… höher
1 %
3 %
1 %
… geringer
25 %
21 %
24 %
1.
ist höher als im linken Schenkel
2.
ist niedriger als im linken Schenkel
… gleich
73 %
72 %
75 %
3.
ist gleich hoch wie im linken Schenkel
… unbestimmt
1 %
2 %
0 %
4.
Ich bin mir nicht sicher, welche Antwort
richtig ist.
Füllhöhe links
Folgerung 1: Clicker-Befragungen zeigen valide Ergebnisse.
Wasser
Folgerung 2: Dominante Fehlantwort deutet Fehlverständnis an.
Loverude, M., P. Heron und C. Kautz, Identifying and addressing student difficulties with hydrostatic pressure.
Am. J. Phys. 78, 75-85 (2010).
23
24
Validierung von Clicker-Fragen durch schriftliche Test
Validierung von Clicker-Fragen durch schriftliche Test
Einblick erhalten in das Denken der Studierenden
Einblick erhalten in das Denken der Studierenden
•
durch Zuhören während der Peer-Diskussionen
•
durch Zuhören während der Peer-Diskussionen
•
durch Vergleich mit schriftlichen Fragen
•
durch Vergleich mit schriftlichen Fragen
Clicker-Fragen können bekannte
Fehlvorstellungen aufdecken.
25
Interaktive Vorlesungsfragen (“Clicker-Fragen”)
• Ziele
26
Vorteile von Clickern gegenüber informellen Fragen
Überlegen Sie gemeinsam mit Ihrer Nachbarin oder Ihrem
Nachbarn, welche Vorteile der Einsatz von Clicker-Systemen
gegenüber informellen Fragen in der Vorlesung bietet. [2 min]
– Aktive Beteiligung der Studierenden
– Zeitnahe Lernerfolgskontrolle (formative assessment)
– Rückmeldung an den Dozenten
•
Methode und Technik
Häufig genannte Vorteile:
– Präsentation und individuelle Beantwortung von Multiple-Choice-Fragen
•
Mögliche Beteiligung aller Studierenden
•
Individualität und Gleichzeitigkeit der Antworten
Vorteile
•
Anonymität (gegenüber Mitstudierenden und Dozenten)
Überlegen Sie gemeinsam mit Ihrer Nachbarin oder Ihrem
Nachbarn, welche Vorteile der Einsatz von Clicker-Systemen
gegenüber informellen Fragen in der Vorlesung bietet. [2 min]
•
Automatische Ergebnis-Registrierung und -Archivierung
•
Reiz der Technik und des Neuen
– Erfassung mit Hörsaal-Abstimmsystem (H-ITT, TurningPoint, eInstruction)
– Eventuell Fragestellung in zwei Durchgängen (Mazur, Peer Instruction)
– Diskussion der Antwort(en) im Plenum
•
27
28
Interaktive Vorlesungsfragen • Akzeptanz
Bisherige Erfahrungen
Peer Instruction (by Eric Mazur, Harvard)
•
– Beteiligung der Anwesenden nahezu 100%
– „Schwund“ gegen Semesterende geringer als in früheren Jahren
•
Funktion
– Lernende, die einen Sachverhalt gerade verstanden haben,
können die Schwierigkeiten häufig besser nachvollziehen
als Dozent(inn)en. (Vgl. Threshold Concept)
Bewertung durch Studierende
– nahezu einstimmig sehr positiv (n. 1. Sem: 97% für Fortsetzung)
– Vorlesungsfragen stärken Interesse „sehr“ oder „ziemlich“ (95%),
bzw. „machen Vorlesung attraktiver“ (95%).
– nach eigener Wahrnehmung „sehr” oder „ziemlich” hilfreich für das
Erlernen des Stoffes (85%)
•
Motivation
Einfluss auf Lernerfolg
•
Ziele (über einfachen Clicker-Einsatz hinausgehend)
– Lernen in Peer-Diskussionen ist vermutlich
nachhaltiger als bei Erklärung durch Dozenten
– Studierende üben das Verbalisieren von Inhalten
und fachliches Argumentieren
– Ergebnisse eines Kurztests gegen Ende des Semesters zeigen
geringere Häufigkeit charakteristischer Fehlvorstellungen.
– Klausurergebnisse (mehr „gute” und „sehr gute” Leistungen)
scheinen dies zu bestätigen
29
30
Literatur zu Clicker-Fragen (Auswahl)
Beatty, Gerace, Leonard, Dufresne (2006), Designing effective questions for
classroom response system teaching, AJP 74, 31:
Goals of clicker questions and mechanisms of attaining them.
Reay, Li, Bao (2008), Testing a new voting machine question methodology,
AJP 76, 171:
Three-question sequence, varying context or boundary cond’s.
Fachdidaktische Untersuchungen
Ding, Reay, Lee, Bao (2009), Are we asking the right questions? Validating clicker
questions by student interviews, AJP 77, 643:
Four-stage response model: comprehend, retrieve, judge, map.
mit empirischen Methoden
Smith, Wood, Adams, Wieman, Knight, Guild, Su (2009), Why Peer Discussion
Improves Student Performance on In-Class Concept Questions, Science 323, 122:
Testing the effectiveness of Peer Instruction through isomorphic questions.
Schmidt (2011), Teaching engineering dynamics by use of peer instruction supported
by an audience response system, EJEE 36, 413: Changing the role of lectures
through advance reading and peer instruction (i.e. aspects of Just-in-Time-Teaching)
31
Untersuchungsmethoden der Fachdidaktik an der TUHH
•
Untersuchungsmethoden der Fachdidaktik an der TUHH
Informelle Methoden
Informelle Methoden
•
- eigene Erfahrungen in Sprechstunden für Studierende
- informelle Beobachtungen im Unterrichtsgeschehen
•
- eigene Erfahrungen in Sprechstunden für Studierende
- informelle Beobachtungen im Unterrichtsgeschehen
Systematische qualitative Methoden
Systematische qualitative Methoden
•
- Fachbezogene semi-strukturierte Interviews mit Studierenden
- Modell-geleitete Beobachtungen in Lehr/Lern-Situationen
•
- Fachbezogene semi-strukturierte Interviews mit Studierenden
- Modell-geleitete Beobachtungen in Lehr/Lern-Situationen
Quantitative Methoden
-
Quantitative Methoden
•
Vortests und Quizzes (kurze schriftl. Tests mit qualit. Fragen)
Interaktive Vorlesungsfragen (Clicker-Fragen)
Klausuraufgaben
Diagnostiktests und Concept Inventories (Multiple-Choice)
-
Vortests und Quizzes (kurze schriftl. Tests mit qualit. Fragen)
Interaktive Vorlesungsfragen (Clicker-Fragen)
Klausuraufgaben
Diagnostiktests und Concept Inventories (Multiple-Choice)
33
34
Beispiel 4: Interview zur Mechanik (nach P. Steif, CMU)
Das eingezeichnete Moment von 60 Nm im Uhrzeigersinn hält das dargestellte Bauteil
im Gleichgewicht. Alle anderen Kräfte auf den Körper wirken in der Zeichenebene
und sind schematisch durch die drei Pfeile links oben dargestellt. Die vier
eingezeichneten Punkte liegen auf einer vertikalen Linie und haben jeweils den
Abstand d = 2 m vom benachbarten Punkt. Alle Kräfte in den Bildern unten wirken
horizontal.
andere
Kräfte
60 Nm
Welche Kräfte und/oder Momente können das gegebene Moment von 60 Nm ersetzen
und das Bauteil im Gleichgewicht halten, wenn alle anderen Kräfte gleich bleiben.
2m
Markieren Sie alle zutreffenden Situationen.
andere
andere
andere
andere
10 N
15 N
(a)
10 N
(b)
andere
andere
andere
30 N
15 Nm
(c)
60 Nm
30 N
(d)
(e)
andere
andere
30 N
60 N
30 N
10 N
15 Nm
15 N
(f)
35
andere
10 N
Beispiel 4: Exzerpt aus Interview 1
Student 1:
Proband zeigt auf Antwortmöglichkeit (c):
”Dieses Moment wird am falschen Ort ausgeübt, was zu einer Rotation um
diesen Punkt führt, und nicht um den Punkt um den es [im Original] rotiert.”
Proband zeigt auf Antwortmöglichkeit (d) ...
“Das ist auch falsch, weil das Moment am falschen Punkt ausgeübt wird.”
Interviewer: „Kann ich mir das irgendwie mit dem Moment vorstellen?“
Student 1: ”Ich versuche den [Körper] um diesen Punkt zu drehen …
Proband deutet auf den Punkt, an dem das Moment eingezeichnet ist.
Der Punkt bleibt aber kontinuierlich da stehen. Wenn ich hier versuche, zu
drehen,
Proband deutet auf Antwortmöglichkeit (d)
verschiebe ich auch den Punkt, um den ich ursprünglich ein Moment
erzeugen wollte.”
37
Beispiel 4: Exzerpt aus Interview 2
Interviewer: ”Kann ich mir das mit dem Moment irgendwie vorstellen?
Können Sie mir das darstellen … mit dem Blatt Papier, wenn das das Bauteil
wäre?”
Student 2: ”Ich stelle mir unter dem „Momentenschwerpunkt“ … also da, wo
das Moment angreift … eine Drehachse vor, um die das System durch dieses
Moment gedreht wird.”
Proband stellt seinen seinen Stift am Angriffspunkt des Moments senkrecht
auf das Papier, um die Drehachse anzuzeigen.
Interview-Ergebnisse legen nahe, dass freies Moment als
„Drehwirkung um festen Punkt (Angriffspunkt des Moments)“
missverstanden wird.
Vorstellung im Zusammenhang mit der Dynamik hat Auswirkungen
auf die Lehre zum Thema Äquivalenz in der Statik.
39
Qualitative Fragen in Übungen
„Tutorial“-Arbeitsblätter
3
Äquivalente Kräftesysteme
3.1 Ersetzen eines freien Moments durch eine Kraft?
Kira bearbeitet die Aufgabe, für das gegebene System VIII ein äquivalentes System IX
Arbeitsblätter
fürihre
Hörsaalanzugeben,
und begründet
Lösung wieund
folgt: Gruppenübungen
Entwicklung von Lehr- bzw. Lern-Materialien
Technische Mechanik I
•
Arbeitsblatt 4
Äquivalenz von Kräftesystemen
23.-27. November 2009
Beantworten Sie die folgenden Fragen anhand Ihrer Ergebnisse in Abschnitt 1.1.
b. Teilen Sie die Situationen I bis VII in Gruppen ein, welche die gleichen resultierenden
Kräfte und Momente besitzen.
c. Ist es möglich, anhand der Auswirkungen auf den Körper zwischen den Situationen in
einer Gruppe zu unterscheiden?
⌫
Zwei Kräftesysteme heißen äquivalent, wenn die zugehörigen resultierenden Kräfte und
Momente gleich sind.

•
d. War es um die Äquivalenz der Systeme I-VII zu prüfen, nötig, das resultierende
Moment bezüglich aller Bezugspunkte zu vergleichen? Wenn ja, warum? Wenn nein,
wie viele sind ausreichend, wenn die resultierende Kraft bekannt ist?
2
Konstruktion von äquivalenten Kräftesystemen
Kira: „Mein System II ist zu dem
gegebenem System I äquivalent,
⌃ = d⌃ F⌃ das Moment
da wegen M
von 12 N m bezüglich P durch eine Kraft von 3 N im Abstand d =
4 m von P ersetzt werden kann.“
Viertes von zehn Arbeitsblättern
für Kleingruppenübungen in der
Mechanik I
Kräfte, Momente und freie
Momente wurden in Vorlesung
und früheren Arbeitsblättern
behandelt
12Nm
•
6N
P
Q
1m
6N
II
P
Q
3N
1m
Stimmen Sie dieser Aussage zu? Begründen Sie.
b. Vergleichen Sie die resultierenden Kräfte der beiden Systeme.
P
6N
Q
1m
6N
P
Q
Vorliegendes Blatt soll falsche
Vorstellung von Vertauschbarkeit
von Kräften und freien Momenten
überwinden helfen
c. Vergleichen Sie die resultierenden Momente der beiden Systeme bezüglich Punkt Q .
a. Stimmen Sie dieser Aussage zu? Begründen Sie.
b. Vergleichen Sie die resultierenden Kräfte der beiden Systeme.
Confront*
c. Vergleichen Sie die resultierenden Momente der beiden Systeme bezüglich Q.
Resolve*
41
* McDermott, American Journal of Physics, 2001.
Evaluation des Lernerfolgs durch Diagnostiktests
Messung der Kenntnisse bzw. Fähigkeiten der Studierenden
mithilfe standardisierter Tests am Beginn und Ende einer
Lehrveranstaltung ermöglicht …
•
Elicit*
d. Ist es möglich, ein freies Moment durch eine Einzelkraft an einem (gezielt gewählten) Angriffspunkt zu ersetzen? Begründen Sie.
2
•
3N
1m
a. Hannes bearbeitet die Aufgabe, dem gegebenen System I ein ihm äquivalentes System
II zu erstellen und seine Antwort zu begründen:
I
12Nm
II
2.1 Beispiel eines Studierenden
Hannes: „Mein System II ist zu
dem gegebenem I äquivalent, da
wegen M = d F das Moment
von 12 Nm bezüglich P durch
eine Kraft von 3 N im Abstand
d = 4 m von P ersetzt werden
kann.“
I
Vergleich des Eingangsniveaus mit früheren Jahrgängen
Bewertung des Lernerfolgs bei Veränderungen in der Lehre
am Beispiel des Statics Concept Inventory in der Mechanik 1
Arbeitsblätter
+JiTT
43
Der lange Weg zur
Kompetenzorientierung …
42
Der Weg zur Kompetenzorientierung (1)
Der Weg zur Kompetenzorientierung (2)
Qualitative Aufgaben stellen höhere Anforderungsniveaus in
den üblichen Lernziel-Taxonomien als herkömmliche Aufgaben
Bloom (1956)
Bewertung
Synthese
Analyse
Anwendung
Verständnis
Faktenwissen
Dubs (2004)
Bologna Handbuch
Beurteilen
… aber die beiden höchsten Niveaus werden auch mit
solchen konzeptuellen Fragen vermutlich nicht erreicht
Bloom (1956)
Bewertung
Information
Synthetisieren
erzeugen
Analysieren
Kompetenzen
„Verstehen”
Information Anwenden
verarbeiten Sinn erfassen
Fertigkeiten
„Können”
Information Wiedergeben
erinnern Wiedererkennen
Kenntnisse
„Kennen”
Synthese
Analyse
Anwendung
Verständnis
Faktenwissen
Dubs (2004)
Bologna Handbuch
Beurteilen
Information
Synthetisieren
erzeugen
Analysieren
Kompetenzen
„Verstehen”
Information Anwenden
verarbeiten Sinn erfassen
Fertigkeiten
„Können”
Information Wiedergeben
erinnern Wiedererkennen
Kenntnisse
„Kennen”
45
46
Die nächsten Schritte (1): “FERMI-Aufgaben”
Die nächsten Schritte (2): Beurteilungs-Aufgaben
Aufgaben, in denen Informationen nicht vollständig gegeben sind
und deshalb selbst ausgewählt und abgeschätzt werden müssen:
Aufgaben, in denen ein Lösungsansatz auf seine Tauglichkeit oder
Vereinbarkeit mit anderen Annahmen geprüft wird:
Ein Containerschiff fährt mit etwa 8 Knoten (≈ 4 m/s), wenn
seine Motoren gestoppt werden. Die Geschwindigkeit nimmt
dann innerhalb von 10 Minuten auf die Hälfte ab.
Es soll angenommen werden, dass die (negative)
Beschleunigung proportional zum Quadrat der
2
Geschwindigkeit ist, also a(v) = −cv .
Bestimmen Sie die Geschwindigkeit
in Abhängigkeit von der Zeit.
Bestimmen Sie den Ort
in Abhängigkeit von der Zeit.
v(t) =
2400 m
t + 600 s
s(t) = 2400 m · ln(1 +
t
)
600 s
Überprüfen Sie die Antwort auf Konsistenz (keine Widersprüche).
Überprüfen Sie die Antwort auf Validität (keine unrealistischen
Ergebnisse).
47
48
Zweites Fazit
Herkömmliche, quantitative Aufgaben in den technischen
Grundlagenfächern sind aus verschiedenen Gründen
unzureichend.
• Qualitative (d.h. konzeptuelle) Fragen eignen sich besser zur
Entwicklung des Verständnisses der fachlichen Inhalte.
• Fachdidaktische Untersuchungen können wertvolle Hinweise
für die Formulierung guter qualitativer Aufgaben geben,
indem sie verbreitete Fehlvorstellungen aufdecken.
• Das Erreichen höherer Niveaustufen der Lernziel-Taxonomien
(Kompetenzen) kann auch in Grundlagenfächern angestrebt
werden. Hierzu müssen jedoch neue Aufgabentypen
entwickelt werden.
•
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
49