Raimund Girwidz

Despite the importance of teachers' diagnostic competences, little is known about how teachers might benefit from interdisciplinary collaboration when diagnosing students' (cross-domain) skills, like scientific reasoning. The purpose of this study was to investigate whether collaboration improves teachers' diagnostic accuracy and whether such improvement or the subsequent acquisition of collaborative diagnostic competences is influenced by distribution of information or collaboration support. 194 pre-service teachers generated diagnoses of simulated students, first individually and later in dyads. Depending on the condition, information was either distributed or shared, and collaboration was supported with a collaboration script or not (intervention phase). Results showed that collaborative diagnoses are not per se better, but collaboration support, not distribution of information, can improve diagnostic accuracy. Neither distribution of information nor collaboration support had a significant effect on the acquisition of collaborative diagnostic competences. Further research has to specify how these results can be explained through process data.

The study investigated the validation of a rating scale to measure cognitive load in science teacher education. The rating scale was used to measure three types of cognitive load in a new learning context with 81 undergraduate students enrolled in a science education program, randomly assigned to three experimental groups: problem-solving, example-based learning, and control groups. The preservice teachers' cognitive load was measured using a rating scale during an intervention to diagnose students' misconceptions in physics. The study also assessed the effect of instructional design on cognitive load. The results showed that the three types of cognitive load can be reliably measured in science teacher education and that instructional designs that create germane cognitive load contribute to the development of preservice teachers' diagnostic competencies. Conversely, designs that create irrelevant cognitive load are detrimental to this development. These findings suggest the importance of considering cognitive load in science teacher education for effective instructional design.

Zusammenfassung: Lernende haben oft Schwierigkeiten, Informationen aus visuellen, dynamischen Lernmedien zu extrahieren. Daher werden diese häufig durch Hinweise ergänzt, welche die visuelle Aufmerksamkeit steuern und den Lernerfolg verbessern können.Bisher ist offen, wie gut der Lernerfolg beim Lernen mit Videos in Abhängigkeit von der Hinweismodalität vorhergesagt werden kann und welche Rolle dabei die visuelle Aufmerksamkeit spielt. Das Ziel dieser Studie ist, die Hinweismodalität zu variieren, um den Lernerfolg zu beeinflussen und dabei zu untersuchen, wie viel der so erzeugten Varianzen im Lernerfolg durch die visuelle Aufmerksamkeit erklärt werden können.Dazu wurden zwei Videos von Wirbelstromexperimenten erstellt und mit Hinweisen versehen, die entweder visuell als Kombination aus Textfeldern und Spotlights oder auditiv als gesprochener Text implementiert waren. 40 Lehramtsstudierende wurden zufällig der visuellen oder auditiven Bedingung zugeteilt. Ein Eye-Tracker zeichnete die Blickbewegungen auf. Die Vor- und Nachtestung erfolgte durch Fragebögen, die affektive und kognitive Lernfaktoren erfassten.Verglichen mit Textfeldern und Spotlights führten gesprochene Hinweise zu einer höheren visuellen Aufmerksamkeit und zu besseren Lernergebnissen. Allerdings förderten Textfelder und Spotlights die Anwendung der Fachsprache besser als gesprochene Hinweise. Bemerkenswert dabei ist, dass die visuelle Aufmerksamkeit bei den Lernergebnissen auf das durch den gesprochenen Hinweis adressierte Experiment und somit auf das Videomaterial bezogen war. Im Gegensatz dazu war beim Erwerb der Fachtermini die visuelle Aufmerksamkeit auf die Textfelder und somit auf die Hinweise ausschlaggebend.Aus den Ergebnissen lässt sich für die Gestaltung von Demonstrationsvideos ableiten, dass die Hinweismodalität auf die Lernziele abgestimmt werden sollte.

Zusammenfassung: Als besonderes Merkmal von Schülerlaboren, die u. a. das Interesse an Naturwissenschaften fördern sollen, wird häufig die Authentizität der Lernumgebung genannt. Allerdings besteht Klärungsbedarf, welche Gestaltungsaspekte von authentischen Lernsettings interesseförderlich wirken. Die Faktoren Authentizität des Lernorts und Echtheit der Laborgeräte standen daher bei der hier beschriebenen quasi-experimentellen Interventionsstudie im 2 × 2-faktoriellen Design im Vordergrund. Untersucht wurde die Wirkung dieser Faktoren auf das situationale Interesse sowie auf die subjektiv wahrgenommene inhaltliche Relevanz und die wahrgenommene Authentizität der Laborgeräte beim Besuch eines forschungsnahen, naturwissenschaftlichen Schülerlabors. Dazu wurde ein Workshop zur Infrarotfernerkundung entwickelt und mit insgesamt 166 Schüler*innen der zehnten Klasse an unterschiedlich authentischen Lernorten (Schülerlabor vs. Schule) durchgeführt. Kontrastierend kamen an beiden Orten echte High-End-Laborgeräte, die im Allgemeinen nur Forschungseinrichtungen zur Verfügung stehen, bzw. vereinfachte, für Schulen verfügbare, weniger authentische Low-Cost-Geräte zum Einsatz. Die Arbeit mit den echten Laborgeräten führte unabhängig vom Lernort zu einer stärkeren Authentizitätswahrnehmung. Die Wahrnehmung inhaltlicher Relevanz hingegen war unabhängig von den Laborgeräten und wurde am authentischen Lernort signifikant höher bewertet als in der Schule. Das situationale epistemische Interesse war in der Gruppe am größten ausgeprägt, die am authentischen Lernort mit echten Laborgeräten arbeiten konnte.

Wave phenomena are fundamental for many branches of physics, not only for mechanics. Thus, students at university level should become familiar with the underlying theory, and especially with solutions of the wave equation. This paper refers to a multimedia program for PCs, tablets or smartphones, and introduces and discusses several animated illustrations. The introduced program can illustrate the power of the wave equation. Basic wave phenomena can be computed with numerical methods. The finite difference method which is used can be lead back to fundamental assumptions of physics. Yet, this numerical method is capable of calculating a great variety of wave phenomena. Several examples can demonstrate the power of this numerical procedure. Phenomena like the propagation of circular waves diverging from a point source, Huygens’s elementary waves, superposition of waves, reflexion, refraction and transmission at the interface between different media, scattering, interference phenomena, as well as dispersion and the Doppler effect can be studied in animated visualisations. This opens up a variety of teaching and learning strategies, e.g. the single concept principle and the inverted classroom concept, and the modelling of partial differential equations (the wave equation as well as the heat equation) can be supported. The conceptual approach is described here; an empirical study about learning will be a next step.