Empirische Untersuchung zur Wirksamkeit einer optimierten ... Empirische Untersuchung zur Wirksamkeit

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  • Universität Koblenz-Landau, Campus Landau Fachbereich 7: Natur- und Umweltwissenschaften Institut für Mathematik Wintersemester 2012/13 Erstbetreuer: Prof. Dr. Jürgen Roth Zweitbetreuer: Prof. Dr. Engelbert Niehaus

    Master-Thesis im Fach Mathematik

    Empirische Untersuchung zur Wirksamkeit einer optimierten Station des Mathematik-Labors

    Verfasser: Martin Dexheimer Studiengang: Master of Education Studienfächer: Mathematik, Politikwissenschaft Fachsemester: 4. Fachsemester Matrikelnummer: 208 220 088 Postalische Adresse: Godramsteiner Str. 1, 76829 Landau (Pfalz) Telefonnummern: 06341 – 936 141, 0178 – 76 222 66 E-Mail-Adresse: dexh1536@uni-landau.de Datum der Abgabe: 12.03.2012

  • Empirische Untersuchung zur Wirksamkeit einer optimierten Station des Mathematik-Labors

    Bezeugung der Autorenschaft

    Hiermit bestätige ich, dass die vorliegende Arbeit von mir selbstständig verfasst wurde und

    ich keine anderen als die angegebenen Hilfsmittel – insbesondere keine im Quellen-

    verzeichnis nicht benannten Internet-Quellen – benutzt habe und die Arbeit von mir vorher

    nicht in einem anderen Prüfungsverfahren eingereicht wurde. Die eingereichte schriftliche

    Fassung entspricht der auf dem elektronischen Speichermedium (CD-ROM).

    Landau, den 12.03.2012 ___________________________________

    (Unterschrift des Autors)

  • Empirische Untersuchung zur Wirksamkeit einer optimierten Station des Mathematik-Labors

    Inhaltsverzeichnis

    Vorwort ............................................................................................................................ 1

    Einleitung ......................................................................................................................... 3

    1. Das Mathematik-Labor „Mathe ist mehr“ im Fokus außerschulischer Lernorte ........... 6

    1.1 Der außerschulische Lernort „Mathematik-Labor“ ................................................................. 6

    1.2 Gestaltung von Laborstationen im Mathematik-Labor „Mathe ist mehr“.............................. 7

    1.2.1 Konzeptionelle Grundausrichtung .......................................................................................... 7

    1.2.2 Schriftliche Arbeitsmaterialien ............................................................................................... 9

    1.2.3 Computerwerkzeuge und gegenständliche Modelle ........................................................... 10

    1.3 Das Mathematik-Labor „Mathe ist mehr“ im Fokus mathematikdidaktischer Forschung ... 11

    2. Die Laborstation „Strahlensätze“ und ihre Wirksamkeit ........................................... 14

    2.1 Der Jakobsstab ...................................................................................................................... 14

    2.2 Konzeptionelle Gestaltung der Station „Strahlensätze“ ....................................................... 18

    2.3 Design der Pilotstudie ........................................................................................................... 26

    2.4 Ergebnisse einer Pilotstudie zur Wirksamkeit der Station „Strahlensätze“ .......................... 32

    3. Optimierung der Station „Strahlensätze“ und Weiterentwicklung zur Station

    „Jakobsstab & Co.“ .................................................................................................... 39

    3.1 Maßnahmen zur Optimierung ............................................................................................... 39

    3.2 Konzeptionelle Gestaltung der Station „Jakobsstab & Co.“ .................................................. 43

    4. Projektverlauf und Design zur Untersuchung der Wirksamkeit der Laborstation

    „Jakobsstab & Co.“ ................................................................................................... 52

    4.1 Projekt- und Untersuchungsverlauf ...................................................................................... 52

    4.2 Erläuterungen zu den Online-Fragebögen ............................................................................ 54

    4.3 Kriterien zur Beurteilung der Wirksamkeit der Laborstation „Jakobsstab & Co.“ ................ 60

    5. Ergebnisse der Untersuchung zur Wirksamkeit der Station „Jakobsstab & Co.“ ......... 61

    5.1 Passive Beobachtungen während des Projekts ..................................................................... 61

    5.2 Ergebnisse der Online-Befragungen ...................................................................................... 63

    6. Fazit und Ausblick .................................................................................................... 71

  • Empirische Untersuchung zur Wirksamkeit einer optimierten Station des Mathematik-Labors

    Abbildungsverzeichnis .................................................................................................... 74

    Tabellenverzeichnis ........................................................................................................ 76

    Literaturverzeichnis ........................................................................................................ 77

    Anlagen .......................................................................................................................... 82

  • Empirische Untersuchung zur Wirksamkeit einer optimierten Station des Mathematik-Labors

    Seite 1

    Vorwort

    Mathematik wird von Schülerinnen und Schülern allzu oft als formal und zu wenig mit der

    eigenen Lebenswelt verknüpft wahrgenommen, sodass viele den Mathematikunterricht eher

    konsumieren, als sich aktiv mit Mathematik zu beschäftigen. So sehe ich es als zukünftiger

    Mathematiklehrer als wichtiges Ziel meines Unterrichts, dass meine Schülerinnen und

    Schüler Mathematik als nützliches Werkzeug zum Verstehen und Modellieren von

    Phänomenen unseres Alltags erleben und durch geeignete Lernumgebungen in die Lage

    versetzt werden, selbstständig Mathematik betreiben zu können.

    In den vergangenen nunmehr zweieinhalb Jahren konnte ich als wissenschaftliche Hilfskraft

    am Mathematik-Labor „Mathe ist mehr“ der Universität Landau immer wieder

    Laborstationen, die schülerorientierte Selbstlernumgebungen darstellen, erproben, die

    genau diese Ziele verfolgen. Dies soll durch eine Kombination aus dem Untersuchen und

    Nutzen gegenständlicher Modelle, der systematischen Manipulation von

    Computersimulation sowie zielführender Papier-und-Bleistiftaufgaben gelingen.

    So sehe ich es nun als besonderen Höhepunkt zum Ende meines Studiums an, dass ich zu

    weiten Teilen selbstständig eine existierende Laborstation zum Thema „Strahlensätze“ an

    ihren bisherigen Schwachstellen optimieren, sie mit zwei Schulklassen erproben und

    umfassend evaluieren konnte, um der Frage nach ihrer Wirksamkeit nachgehen zu können.

    Dieses Projekt stellte für mich eine Herausforderung bei der Gestaltung, Organisation,

    Durchführung und Evaluation schülerorientierter Selbstlernumgebungen dar und prägt

    damit wesentlich das Ende meiner universitären Lehramtsausbildung.

    Ein solches Projekt sowie die daraus entstandene Master-Thesis kann jedoch nur dann

    gelingen, wenn man sich – wie in meinem Falle – auf die Unterstützung von Personen aus

    dem direkten Umfeld verlassen kann. So möchte ich nicht vergessen, ihnen meinen Dank

    auszusprechen.

  • Empirische Untersuchung zur Wirksamkeit einer optimierten Station des Mathematik-Labors

    Seite 2

    Ich möchte mich hiermit herzlich bei Herrn Jacob, der das Projekt von Beginn an begeistert

    unterstützte und als Fachleiter Mathematik am Gymnasium Weierhof federführend

    organisierte, bei den weiteren, am Projekt beteiligten Lehrkräften - Frau Karl, Herr

    Sternberger und Herr Dr. Hennes – sowie dem Schulleiter Herrn Bugiel für die direkte Zusage

    zur Durchführung des Projekts bedanken. Weiter bin ich allen Schülerinnen und Schülern der

    neunten Jahrgangsstufe des Gymnasiums Weierhof am Donnersberg für die bereitwillige

    Teilnahme an den Befragungen und der Bearbeitung der Laborstation zu Dank verpflichtet.

    Auch dem Team des Mathematik-Labors „Mathe ist mehr“ möchte ich herzlich für die

    vielfältigen Anregungen und Rückmeldungen zu den von mir erstellten Materialien danken,

    allen voran bei Jürgen Roth, der mich als Leiter des Mathematik-Labors und

    geschäftsführendem Leiter des Instituts für Mathematik seit meiner Mitarbeit im

    Mathematik-Labor stetig fördert, mir viele Gelegenheiten gibt, meine Ideen und Konzepte

    frei und selbstständig umzusetzen (wie z.B. dieses Projekt) sowie mir stets schnelle und

    umfassende Unterstützung anbietet. Nicht zuletzt danke ich meiner Familie und meiner

    Freundin für das Korrekturlesen und die wertvollen Rückmeldungen zur Überarbeitung

    dieser Arbeit.

    Landau, im März 2013 Martin Dexheimer

  • Empirische Untersuchung zur Wirksamkeit einer optimierten Station des Mathematik-Labors

    Seite 3

    Einleitung