Digitale Bildung in Unterricht, Fortbildung und Qualifizierung

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Spotlight | 10.09.2019

Digitale Bildung in Unterricht, Fortbildung und Qualifizierung

„Keine Förderung ohne Qualifizierung der Lehrkräfte“, diesem Grundsatz folgt der DigitalPakt Schule. Hier finden Sie Konzepte und Angebote des DZLM zur digitalen Bildung.

DigitalPakt Schule – Unterstützung durch das DZLM

Digitale Medien sind ein integraler Bestandteil unseres Alltags und der Arbeitswelt. Es ist daher von zentraler Bedeutung, Schülerinnen und Schüler digitale Kompetenzen in der Schule zu vermitteln. Mit dem am 17. Mai 2019 von Bund und Länder gestarteten DigitalPakt Schule werden Schulen mit digitaler Technik ausgestattet. Es sind jedoch die fachdidaktischen Konzepte, die ebenso benötigt werden, um gute digitale Bildung in den Schulen verwirklichen zu können. Daher folgt der DigitalPakt dem Grundsatz: Keine Förderung ohne Qualifizierung der Lehrkräfte. Die Länder wollen Lehrerinnen und Lehrern entsprechende Fortbildungen zum sinnvollen Einsatz von digitalen Medien im Fachunterricht ermöglichen.

Das DZLM unterstützt die Länder bei dieser Herausforderung. Dabei arbeiten wir eng mit Ministerien und Landesinstituten zusammen (siehe auch Was wir tun). Wir bieten forschungsbasierte Materialien, Konzepte und Kooperationsangebote zur digitalen Bildung in folgenden Bereichen an:

Mathematikunterricht (springe zum Abschnitt)
Fortbildungen für Mathematiklehrerinnen und -lehrer (springe zum Abschnitt)
Qualifizierungen für Gestalterinnen und Gestaltern von Mathematikfortbildungen (springe zum Abschnitt)

Digitale Medien im Fachunterricht am Beispiel Mathematik

Digitale Medien können den Unterricht in vielen Fächern anschaulicher, sinnstiftender und aktivierender gestalten, sie können das Lernen im Unterricht und außerhalb der Schule besser vernetzen. Es ist für die Schülerinnen und Schüler wie für Lehrkräfte hilfreich, wenn individuelle Lösungswege, Denkweisen und Lernfortschritte genauer erfasst und durch gezielte Auswahl von Lernbausteinen unterstützt werden können.

Diese allgemeinen Potenziale digitaler Medien müssen für den jeweiligen Fachunterricht analysiert und konkretisiert werden. Es müssen fachdidaktische Potenziale identifiziert werden, welche explizit und konkret auf das Fachlernen ausgerichtet sind. Denn es ist von zentraler Bedeutung, digitale Medien auf eine Art und Weise einzusetzen, die für den Fachunterricht zielführend ist.

Fachdidaktische Potenziale digitaler Medien für den Mathematikunterricht aus Sicht des DZLM

Digitale Medien erleichtern, Mathematik zu entdecken

Digitale Werkzeuge können Schülerinnen und Schüler bei der Lösung mathematischer Aufgaben von Routinetätigkeiten in bestimmten Unterrichtssituationen entlasten. Dadurch können sich Schülerinnen und Schüler beispielsweise stärker auf einen ihnen noch unbekannten mathematischen Zusammenhang konzentrieren, sie setzen sich aktiv mit dem in der aktuellen Stunde intendierten Lerninhalt auseinander (kognitive Aktivierung). Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei digitale Medien als Werkzeug zum Mathematiklernen und zum Mathematik-Praktizieren kennen. Wichtige alternative Zugänge und Denkweisen werden einfacher unterstützt (Denken in Wirkungsweisen und Handlungen, Denken in Strukturen und Beziehungen), entdeckendes und genetisches Lernen wird gefördert.

Beispiel aus der Sekundarstufe:

Der Einfluss der Veränderung von Parametern von Funktionen auf den Verlauf der Graphen der Funktionen können mit Hilfe digitaler Werkzeuge systematisch untersucht werden. Dadurch können Eigenschaften von Funktionen entdeckt werden, die ohne digitale Werkzeuge zwar prinzipiell auch untersucht werden können, aber nur mit einem deutlich höheren zeitlichen Aufwand. Außerdem verschiebt sich der Fokus der intendierten Kompetenzförderung auf prozedurale Routinetätigkeiten, die zwar wichtig sind, aber in der Unterrichtseinheit nicht im Fokus stehen.

Digitale Medien machen Komplexität beherrschbar

Eine mathematische Aufgabe zu lösen, besteht in der Regel aus mehreren Teilschritten. Digitale Medien können dabei helfen, den Lösungsprozess von Anfang bis Ende darzustellen und zu speichern. So müssen Schülerinnen und Schüler, wenn sie eine Aufgabe überarbeiten, nicht noch einmal am Anfang anfangen, sondern können den abgespeicherten Lösungsprozess abrufen und zu jedem früheren Teilschritt zurückkehren. Der „Darstellungsflüchtigkeit“ der Zwischenschritte wird entgegengewirkt.

Beispiel für die Primarstufe:

Mit Pentominos können grundlegende geometrische Erfahrungen zu Eigenschaften ebener Figuren und Auswirkungen geometrischer Operationen gemacht werden (siehe Pentominos bei PIKAS). Aufgaben, bei denen ein Rechteck mit Pentominos vollständig ausgelegt werden sollen, sind durch eine hohe Komplexität des Handelns und einer Unübersichtlichkeit möglicher Handlungsabfolgen beim Finden von Lösungen gekennzeichnet. Mit Hilfe einer App können Prozesse und Zwischenergebnisse dokumentiert werden, zu denen Schülerinnen und Schüler im Lösungsprozess ggf. zurückkehren können und diese analysieren und systematisieren können.

Digitale Medien helfen, Grundvorstellungen zu entwickeln und Verständnis zu fördern

Durch digitale Medien können verschiedene Darstellungen eines mathematischen Gegenstandes gleichzeitig präsentiert werden. Häufige Wechsel zwischen situativ-sprachlicher, graphisch-visueller, numerisch-tabellarischer, formal-symbolischer Darstellung sind einfach möglich. Das kann der Schülerin, bzw. dem Schüler helfen, die Darstellungsebenen besser miteinander zu vernetzen, den mathematischen Gegenstand besser zu verstehen und Grundvorstellungen systematisch aufzubauen.

Beispiel aus der Sekundarstufe:

Das Verständnis und die Grundvorstellungen über funktionelle Zusammenhänge können durch Darstellungswechsel und -vernetzung vertieft werden. Betrachtet man lineare Funktionen bspw. an Hand von Taxikosten oder Stromtarifen, dann wird der funktionale Aspekt der quantitativen Zuordnung von Werten betont, während in der graphisch-virtuellen Darstellung der qualitative Verlauf deutlich wird.

Digitale Medien helfen beim Strukturieren

Digitale Medien eignen sich hervorragend, um einen mathematischen Gegenstand zu strukturieren bzw. dessen Struktur hervorzuheben. Hierbei kann beispielsweise eine Software den mathematischen Gegenstand automatisch vorstrukturieren oder die Schülerin bzw. den Schüler dazu auffordern, dies selbst zu tun.

Beispiel aus der Primarstufe

Um Mengen darzustellen und mit ihnen zu operieren, ist es sinnvoll, diese zu strukturieren. Diese Fähigkeit nimmt bei der Loslösung von zählenden Rechenstrategien eine zentrale Stellung ein. Die Tablet-Applikation ‚Virtuelles Zwanzigerfeld’ wurde entwickelt, um Kinder bei der Überwindung solcher zählenden Lösungsstrategien zu unterstützen. Am virtuellen Zwanzigerfeld werden die dargestellten Plättchen automatisch strukturiert dargeboten. Darin kann das Potential begründet werden, Schülerinnen und Schüler bei der quasi-simultanen Erfassung von Anzahlen zu unterstützen. Die App bietet weitere vorstrukturierte Legevarianten an.

Digitale Medien ermöglichen informative und adaptive Rückmeldungen

Digitale Medien können Schülerinnen und Schülern zum richtigen Zeitpunkt Tipps und Feedback geben, während sie eine Aufgabe bearbeiten. Die Schülerin bzw. der Schüler erhält nicht nur Information über die Korrektheit ihrer bzw. seiner Antwort, sondern kann bei Bedarf auch weitere Informationen und (Strategie-)Tipps zum Lösen der Aufgaben erhalten.

Beispiel aus der Sekundarstufe

Beim Lösen von linearen Gleichungen gibt es mittlerweile erste Lernsysteme, die nicht nur die Korrektheit der einzelnen Umformungen zurückmelden, sondern auch, ob die verwendeten Umformungen einer Strategie entsprechen, die zu einer Lösung führt und ggf. entsprechende Vorschläge macht.

Weitere fachdidaktische Potenziale ...

Weitere fachdidaktische Potenziale wie die Passung zwischen Handlung und mentaler Operation (bspw. beim Erlernen des Bündelungsprinzips des dezimalen Stellenwertsystems) oder die Förderung operativer Rechenstrategien mit Multitouch-Technologien werden in der weiterführenden Literatur beschrieben.

Um aufzuzeigen, wie man die Potenziale von digitalen Medien im Mathematikunterricht sinnvoll nutzen kann, stellt das DZLM exemplarisch Unterrichtsmaterialien und -konzepte mit entsprechenden didaktischen Hintergrundinformationen kostenlos zur Verfügung. Details und weitere Informationen hierzu finden Sie im nächsten Abschnitt.

Wirksam fachbezogen fortbilden – Unterstützung für Lehrkräfte bei der digitalen Bildung

Lehrerinnen und Lehrer entscheiden nach fachdidaktischen Kriterien, ob, welche und wie digitale Medien Lernsituationen im Fachunterricht unterstützen. Dafür müssen Lehrerinnen und Lehrer ihr fachdidaktisches Wissen und ihre Unterrichtserfahrungen mit den Potenzialen digitaler Medien (siehe oben) zusammenbringen. Lehrerinnen und Lehrer sollten dabei durch exemplarische Unterrichtsmaterialien und insbesondere durch Fortbildungen unterstützt werden. Die Fortbildung von Lehrerinnen und Lehrern ist eine zentrale Stellschraube für eine erfolgreiche digitale Bildung im Fachunterricht.

Es stellt sich die Frage, wie solche Fortbildungen gestaltet sein müssen, und was Lehrerinnen und Lehrer in der begrenzten Fortbildungszeit lernen müssen, damit sie ihren Unterricht wirksam weiterentwickeln (können). Das DZLM untersucht solche Fragestellungen und entwickelt entsprechende Fortbildungen und unterstützende Materialangebote (Was wir tun). Ausführliche allgemeine Informationen zur Gestaltung und Qualität von DZLM-Fortbildungen- und Materialien finden Sie unter Effektiver Einsatz der DZLM-Materialien (Unterpunkt Qualität).

Wichtige Aspekte für Fortbildungen zur digitalen mathematischen Bildung

Um den Einsatz von digitalen Medien im Mathematikunterricht sinnvoll zu gestalten, haben wir typische Lehrerhandlungen („Jobs“) identifiziert:

Digitale Medien bedienen
Digitale Medien adaptieren und gestalten
Digitale Medien beurteilen und auswählen
Digitale Medien für fachliches Lernen nutzen

Das bedeutet für die Fortbildungspraxis, dass typische Lehrerhandlungen immer fachbezogen konkretisiert und durch entsprechende Phasen und Aktivitäten in den Fortbildungen adressiert werden.

Folgende weitere Aspekte sollten nach unseren Erkenntnissen Fortbildungen zur digitalen Bildung im Mathematikunterricht u.a. berücksichtigen:

nicht nur „ein“ schönes digitales Unterrichtsbeispiel präsentieren, sondern Lehrkräfte dazu befähigen, Erfahrungen aus der Fortbildung zu übertragen, selbst Unterricht mit digitalen Medien zu gestalten
vermitteln, nicht nur an die Planung guter digitaler Aufgaben zu denken, sondern auch an das Agieren im Unterricht
das Einsatzspektrum digitaler Medien in verschiedenen Unterrichtphasen (Erkunden, Ordnen, Vertiefen) adressieren
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Inhalte von DZLM-Fortbildungen zu digitalen Werkzeugen

Neben fachdidaktischen Potenzialen verbreiteter digitaler Mathematikwerkzeuge wie Computer Algebra Systemen, Statistikwerkzeugen, Tabellenkalkulationen, Geomeriesoftware, Funktionenplotter, etc. sind folgende Themen auch Inhalte von DZLM-Fortbildungsbausteinen:

spezifische Apps oder Videos kriteriengeleitet beurteilen, auswählen und erstellen sowie die Verbindung mit dem Unterricht herstellen
Einsatzmöglichkeiten von Audience Response Systemen wie Socrative, Kahoot! oder Plickers kennenlernen und reflektieren
digitale Lernmanagement-Systeme
Open Educational Ressources und Datenschutz
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Fachbezogene digitale Bildung in der Breite – Unterstützung für Multiplikatorinnen und Multiplikatoren

Um Fortbildungen zur digitalen Bildung in die Breite zu tragen, sind entsprechend qualifizierte Multiplikatorinnen und Multiplikatoren notwendig, die die Fortbildungen durchführen. Das DZLM unterstützt Mutiplikatorinnen und Multiplikatoren bei ihrer Arbeit und arbeitet dabei eng mit Verantwortlichen in Landesinstituten und Ministerien bei der Qualifizierung von Multiplikatorinnen und Multiplikatoren zusammen. Allgemeine Informationen zu DZLM-Qualifizierungen für Multiplikatorinnen und Multiplikatoren finden Sie unter Angebotsspektrum und Was wir tun. Qualifizierungsangebote zur digitalen mathematischen Bildung finden Sie im nächsten Abschnitt.

Bei Qualifizierungen stellt sich – wie bei den Fortbildungen – die Frage, wie diese gestaltet sein müssen, und was Inhalt der Qualifizierung sein muss, damit Teilnehmende später wirksame Fortbildungen geben. Auch ist es wichtig zu untersuchen, wie die Lernwege von Multiplikatorinnen und Multiplikatoren während der Qualifizierung aussehen und was Multiplikatorinnen und Multiplikatoren über die fachbezogenen Lernwege von Lehrkräften wissen müssen. Das DZLM untersucht diese Fragestellungen mit dem Ziel, Multiplikatorinnen und Multiplikatoren bestmöglich bei ihrer wichtigen Aufgabe zu unterstützen.

Landkarte der Lehrkräfte-Expertise als Hilfsmittel für Multiplikator*innen

Eine praktische Orientierung für Multiplikatorinnen und Multiplikatoren bei der Planung und Durchführung von Fortbildungen gibt die „Landkarte der Lehrkräfte-Expertise zu einem spezifischen Lerngegenstand“ des DZLM. Der Lerngegenstand kann zum Beispiel digitale Bildung im Mathematikunterricht sein. Bestandteile der Landkarte sind die typischen Lehrerhandlungen ("Jobs"), die im vorherigen Abschnitt genannt wurden, aber auch didaktische Werkzeuge, Denk- und Wahrnehmungskategorien sowie Orientierungen (ausführliche Informationen zur Landkarte der Lehrkräfte-Expertise). Aus Qualifizierungen zu anderen Themen wissen wir, dass Multiplikatorinnen und Multiplikatoren diese Landkarte als wichtiges Hilfsmittel sehen, um Lernstände und Lernprozesse der Lehrkräfte zu diagnostizieren, zielführender zu moderieren und adaptivere Entscheidungen zu treffen. Derzeit arbeiten wir an der Erstellung einer solchen Landkarte für die digitale Bildung.

Einbezug digitaler Formate in Qualifizierungen und Fortbildungen

Darüber hinaus haben wir erste Ansätze entwickelt, wie Multiplikatorinnen bzw. Multiplikatoren (und Lehrkräfte) durch Einbezug digitaler Formate in Qualifizierungen (und Fortbildungen) unterstützt werden können, bspw. durch Blended-Learning Formate bestehend aus Präsenzveranstaltungen und E-Learning-Phasen. Wir verfügen über viel praktische Erfahrung in der Schulung von Multiplikatorinnen und Multiplikatoren für die Gestaltung von Mathematikfortbildungen mit E-Learning.