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Zwei fachwissenschaftliche Mathematik-Lehrveranstaltungen der Lehramtsstudiengänge für die Primarstufe wurden im Rahmen des Schwerpunkts 1 des PSIProjekts weiterentwickelt, indem der Fokus auf das berufsfeldbezogene Fachwissen gelegt wurde. Vier Strukturelemente kennzeichnen die Konzeption: (1) fundamentale Ideen verfolgen: vertikal durch das Curriculum vom Elementarbereich bis zur Hochschule und horizontal durch verschiedene Gebiete der Mathematik, (2) Wissen über Konzepte und Zusammenhänge explizit machen, (3) Studierende in die Lernsituation von Schüler_innen bringen und sie anregen, ihre Erfahrungen in Hinblick auf die zukünftige Tätigkeit als Lehrkräfte zu reflektieren, (4) das Prozesshafte an der Mathematik verdeutlichen. Diese Strukturelemente vermitteln unterschiedliche Facetten des erweiterten Fachwissens im schulischen Kontext und machen den Studierenden die Sinnhaftigkeit des fachwissenschaftlichen Studiums für den zukünftigen Beruf einsichtig.
Based on theories of scientific discovery learning (SDL) and conceptual change, this study explores students' preconceptions in the domain of torques in physics and the development of these conceptions while learning with a computer-based SDL task. As a framework we used a three-space theory of SDL and focused on model space, which is supposed to contain the current conceptualization/model of the learning domain, and on its change through hypothesis testing and experimenting. Three questions were addressed: (1) What are students' preconceptions of torques before learning about this domain? To do this a multiple-choice test for assessing students' models of torques was developed and given to secondary school students (N = 47) who learned about torques using computer simulations. (2) How do students' models of torques develop during SDL? Working with simulations led to replacement of some misconceptions with physically correct conceptions. (3) Are there differential patterns of model development and if so, how do they relate to students’ use of the simulations? By analyzing individual differences in model development, we found that an intensive use of the simulations was associated with the acquisition of correct conceptions. Thus, the three-space theory provided a useful framework for understanding conceptual change in SDL.
This survey on the theme of Geometry Education (including new technologies) focuses chiefly on the time span since 2008. Based on our review of the research literature published during this time span (in refereed journal articles, conference proceedings and edited books), we have jointly identified seven major threads of contributions that span from the early years of learning (pre-school and primary school) through to post-compulsory education and to the issue of mathematics teacher education for geometry. These threads are as follows: developments and trends in the use of theories; advances in the understanding of visuo spatial reasoning; the use and role of diagrams and gestures; advances in the understanding of the role of digital technologies; advances in the understanding of the teaching and learning of definitions; advances in the understanding of the teaching and learning of the proving process; and, moving beyond traditional Euclidean approaches. Within each theme, we identify relevant research and also offer commentary on future directions.
The three-space theory of problem solving predicts that the quality of a learner's model and the goal specificity of a task interact on knowledge acquisition. In Experiment 1 participants used a computer simulation of a lever system to learn about torques. They either had to test hypotheses (nonspecific goal), or to produce given values for variables (specific goal). In the good- but not in the poor-model condition they saw torque depicted as an area. Results revealed the predicted interaction. A nonspecific goal only resulted in better learning when a good model of torques was provided. In Experiment 2 participants learned to manipulate the inputs of a system to control its outputs. A nonspecific goal to explore the system helped performance when compared to a specific goal to reach certain values when participants were given a good model, but not when given a poor model that suggested the wrong hypothesis space. Our findings support the three-space theory. They emphasize the importance of understanding for problem solving and stress the need to study underlying processes.
Das Mathematik-Teilprojekt SPIES-M zielt auf eine stärkere Professionsorientierung und die Verknüpfung von Fachwissenschaft und Fachdidaktik in der universitären Lehrkräftebildung. Zu allen großen Inhaltsgebieten der Mathematik wurden neue Lehrveranstaltungen konzipiert und in den Studienordnungen sämtlicher Lehrämter Mathematik an der Universität Potsdam implementiert. Für die Konzeption wurden theoriebasiert Gestaltungsprinzipien herausgearbeitet, die sowohl für das Design als auch für die Evaluation und Weiterentwicklung der Lehrveranstaltungen nach dem Design-Research-Ansatz genutzt werden können. Die Umsetzung der Gestaltungsprinzipien wird am Beispiel der Fundamentalen Idee der Proportionalität verdeutlicht und dabei aufgezeigt, wie Studierende dazu befähigt werden können, fachdidaktisches Wissen aus fachmathematischen Inhalten zu generieren. Die Entwicklung des Professionswissens der Studierenden wird mithilfe unterschiedlicher Instrumente untersucht, um Rückschlüsse auf die Wirksamkeit der neu konzipierten Lehrveranstaltungen zu ziehen. Für die Untersuchungen im Mixed-Methods-Design werden neben Beobachtungen in Lehrveranstaltungen eigens konzipierte Wissenstests, Gruppeninterviews, Unterrichtsentwürfe aus Praxisphasen und Lerntagebücher genutzt. Die Studierendenperspektive wird durch Befragungen zur wahrgenommenen (Berufs-)Relevanz der Lehrveranstaltungen erhoben. Weiteres wesentliches Element der Begleitforschung ist die kollegiale Supervision durch sogenannte „Spies“ (Spione), die die Veranstaltungen kriteriengeleitet beobachten und anschließend gemeinsam mit den Dozierenden reflektieren. Die bisherigen Ergebnisse werden hier präsentiert und hinsichtlich ihrer Implikationen diskutiert. Die im Projekt entwickelten Gestaltungsprinzipien als Werkzeug für Design und Evaluation sowie das Spies-Konzept der kollegialen Supervision werden für die Qualitätsentwicklung von Lehrveranstaltungen zum Transfer vorgeschlagen.