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Abstract: Acquisition of conceptual knowledge is a central aim in science education. In this study we monitored an interdisciplinary hypermedia assisted learning unit on hibernation and thermodynamics based on cooperative learning. We used concept mapping for the assessment, applying a pre-test/post-test design. In our study, 106 9th graders cooperated by working in pairs (n= 53) for six lessons. As an interdisciplinary learning activity in such complex knowledge domains has to combine many different aspects, we focused on long-term knowledge. Learners cooperatively working constructed computer-supported concept maps which were analysed by specific software. The data analysis encompassed structural aspects of the knowledge corresponding to a target reference map. After the learning unit, the results showed the acquisition of higher-order domain-specific knowledge structures which indicates successful interdisciplinary learning through the hypermedia learning environment. The benefit of using a computer-assisted concept mapping assessment for research in science education, and in science classrooms is reflected.

Finally, let us briefly review concept mapping as a research tool. The dyads constructed their concept maps very quickly and efficiently by using the computer-based concept mapping program. The computer assisted empirical analysis of learners' concept maps clearly showed learning effects and allowed for direct interpretation of their knowledge and skills. Paper-andpencil concept mapping often has to cope with practical problems like, for instance, irreversibility of drawn proposition, difficulties with erasing or adding concepts and relations in a pre-existing map, 'translation'- or interpretation-errors. However, constructing concept maps on-screen was efficient and very intuitive for our learners. Furthermore, a comparison of concept map data used in this study and the data of the former study mentioned above (Girwidz et al. 2006) showed similar tendencies in individual learning, but also on-going aspects related to knowledge structures. Consistent results about retention and conceptual knowledge were found, indicating a sufficient validity of the procedure for those aspects. However, most important is the innovative possibility to get insights into structural aspects of knowledge and the linkage of concepts. Nevertheless, concept map assessment still is not a common tool in the science education community and more experience is needed.

 

In dieser Studie wird die theoriegeleitete Entwicklung und Evaluation einer hypermedialen Lernumgebung für den Fächer übergreifenden und fachintegrativen naturwissenschaftlichen Unterricht der Realschule behandelt. Als exemplarischer Inhalt wurde das naturwissenschaftliche Basiskonzept der Energie und des Energieübertrags am Beispiel der Überwinterung gleichwarmer Tiere ausgewählt und aus verschiedenen Perspektiven der Fachdisziplinen Biologie und Physik betrachtet.

Die Entwicklung der Lernumgebung erfolgte nach spezifischen Designkriterien, welche einerseits aus kognitionspsychologischen Theorien zum Lernen mit Multi- und Hypermedia abgeleitet wurden und andererseits auf motivationalen Aspekten des selbstgesteuerten Lernens sowie auf Theorien zum kooperativen Lernen basieren. Des Weiteren wurden implizite und explizite Unterstützungsmaßnahmen des Lernprozesses wie beispielsweise eine angemessene Aufgabenleitung und eine Navigationsunterstützung implementiert.

Die sechsstündige Erprobung der Lernumgebung fand mit Schülerinnen und Schülern aus 5 Realschulklassen der 9. Jahrgangsstufe (n = 106) unter weitgehend ökologischen Bedingungen statt. Die Schülerinnen und Schüler arbeiteten dabei kooperativ und selbstgesteuert in Paaren ohne weitere Unterstützung durch eine Lehrperson.

Die Evaluation erfolgte in Form eines klassischen Pre-/ Post-Test-Designs, wobei konventionelle Testverfahren (Fragebogen) und Concept-Mapping-Verfahren zur Wissensdiagnose eingesetzt wurden.
Die empirischen Ergebnisse zeigten, dass die Schülerinnen und Schüler sowohl in fachspezifischen Bereichen mit biologischem oder physikalischem Schwerpunkt Wissen aufbauen konnten, als auch bei fachintegrativen Problemstellungen Wissenszuwächse zeigten. Dabei waren das Vorwissen, die naturwissenschaftliche Leistungsfähigkeit und die Qualität des Arbeitsprozesses mit dem unterstützenden Arbeitsheft wichtige Faktoren für den Lernerfolg.

Darüber hinaus zeigte die Auswertung der Concept Maps, dass die Schülerinnen und Schüler nach der Intervention das erwartetet Lernziel in befriedigendem Maße erreichten.

Die Nutzung einer Navigationshilfe als implizite Unterstützungsmaßnahme des Lernprozesses zeigte einen positiven Zusammenhang zu motivationalen Aspekten wie dem Kompetenzerleben und zum Lernerfolg.

Die Forderung nach dem Aufbau von vernetztem Wissen markiert eine neue Qualitätsstufe für Lehren und Lernen in der Schule wie in der Universität. Doch wie lässt sich erworbenes Wissen über Zusammenhänge prüfen? Die durchgeführte empirische Studie am Beispiel des chemischen Gleichgewichts zeigt, dass sich computerbasierte Concept Maps hervorragend für eine Wissensdiagnose eignen, wenn die Auswertung von Lernernetzen über den Vergleich von sorgfältig validierten Expertennetzen erfolgt. Die Ergebnisse machen ein geeignetes Instrument für die Diagnose vernetzten Wissens verfügbar und erweitern gleichzeitig die Aussagekraft und Leistungsfähigkeit von Concept Maps.
(aus: IPN Blätter, Juni 2004. 2/04. 21. Jahrgang)

"Vernetztes Denken" ist ein Schlagwort, das seit längerem in der bildungspolitischen Diskussion kursiert. Die Forderung nach dem Aufbau einer strukturierten Wissensbasis wird auch in den neuen Rahmenlehrplänen der Länder betont. Eine umfangreiche Kenntnis von Fakten tritt zurück gegenüber der Fähigkeit, aktiv Wissen selbst zu erwerben, dieses zu organisieren und mit ihm Zusammenhänge zu konstruieren. Seit einiger Zeit werden neue Unterrichtsansätze entwickelt und erprobt, die gezielt eine Vernetzung von Wissensinhalten fördern. Die Überprüfung des von den Lernenden erworbenen vernetzten Wissens stellt aber nach wie vor eine große Herausforderung dar.
(Dateigröße: 1,2 MB)

'Eine besonders empfehlenswerte Concept-Mapping-Software ist die Mannheimer Netzwerk Elaborations Technik...'
(Iris Stracke, S.7)

Diese Publikation finden Sie online in unserem Downloadbereich oder (mit weiteren interessanten Informationen aus anderen Bereichen) beim Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften an der Universität Kiel (IPN).

Vollständiger Titel: 'Kognition und Wissensdiagnose. Die Entwicklung und empirische Überprüfung des computerunterstützten wissensdiagnostischen Instrumentariums Netzwerk-Elaborierungs-Technik (NET)'

Vorläufer der Mannheimer Netzwerk Elaborations Technik

Zur Überprüfung von pädagogischen Maßnahmen, die auf die Vermittlung vernetzten Wissens abzielen, werden zunehmend kognitionspsychologisch fundierte Instrumentarien eingesetzt. Deren testtheoretische Qualität ist jedoch weitgehend ungeklärt, so daß diese Arbeit konsequenterweise an einer Methodologie ansetzt, die kognitionspsychologische und psychometrische Testgestaltungsprinzipien integriert. Dies ist die Basis für eine kritische Auseinandersetzung mit wissensdiagnostischen Standardverfahren sowie die Entwicklung des innovativen Instrumentariums "Netzwerk-Elaborierungs-Technik (NET)". Als computerunterstützte Strukturlegetechnik ist die NET auf eine Erfassung vernetzter Wissensstrukturen ausgelegt, die über die graphische Konstruktion von Begriffsnetzwerken abgebildet werden sollen. Zur Analyse stehen eine Vielzahl von qualitativen und quantitativen Optionen zur Verfügung. Empirische Untersuchungen geben Hinweise auf die Testgüte des Verfahrens.

Besprechungen hierzu:

Mischo, Christoph. (1999). Eckert, Andreas: Kognition und Wissensdiagnose. Die Entwicklung und empirische Überprüfung des computerunterstützten wissensdiagnostischen Instrumentariums Netzwerk-Elaborierungs-Technik (NET) (Buchbesprechung). Zeitschrift für Sprache und Kognition, 18 (1/2), 80-83.

Friedrich, Helmut Felix. (1999). Eckert, Andreas: Kognition und Wissensdiagnose. Die Entwicklung und empirische Überprüfung des computerunterstützten wissensdiagnostischen Instrumentariums Netzwerk-Elaborierungs-Technik (NET) (Buchbesprechung). Zeitschrift für Pädagogische Psychologie, 13 (4), 237-238.

'Alles in allem liegt mit der NET ein von seiner Konzeption und Ausführung her überzeugendes wissensdiagnostisches Instrumentarium für den Einsatz in Forschungs- und Evaluationsvorhaben vor, in denen vernetztes Wissen als Voraussetzung und/oder als Ergebnis von Lernen untersucht wird.' (a.a.O. S. 238)

 

Vorgestellt werden Konzeption und Gütetest der Netzwerk-Elaborierungs-Technik (NET), einer computergestützten Weiterentwicklung wissensdiagnostischer Strukturlegetechniken. Nach Bemerkungen zum theoretischen Hintergrund werden Aufbau und Anwendung der NET (...) erläutert, wobei das Analysemodul besonders ausführlich behandelt wird; hier werden etwa die graphentheoretische Analyse und die Korrespondenzanalyse detailliert geschildert. Berichtet werden sodann zwei empirische Studien zur Konstruktvalidität bzw. Änderungssensitivität der NET. (...) Es wurden eine Änderungssensitivität der Netzwerkindizes sowie Hinweise auf die Konstruktvalidität der NET gefunden.

Das neu entwickelte wissensdiagnostische Instrumentarium "Netzwerk Elaborierungs Technik" (NET) wird vorgestellt. In Form einer computerunterstützten Struktur-Lege-Technik erfordert NET die Konstruktion komplexer Begriffsnetzwerke, welche anhand einer Reihe von qualitativen und quantitativen Analyseoptionen beschrieben und bewertet werden können. Als Einsatzbereiche des Verfahrens werden die pädagogische und psychologische Grundlagenforschung, Evaluation und Individualdiagnostik betrachtet.

Technische Universität Berlin
Fakultät V, Verkehrs- und Maschinesysteme
Institut für Psychologie und Arbeitswissenschaft
Fachgebiet für Arbeits- und Organisationspsychologie

Die vorliegende Fallstudie entstand aus der Intention heraus, mentale Wissensrepräsentationen eines realen Projektteams zu erfassen, abzubilden und auf Gruppenniveau abzugleichen. Die speziell dafür entworfene Vorgehensweise gliederte sich in vier Phasen. Zu Beginn wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Team ein kontextspezifisches Instrumentarium entwickelt. In der zweiten Phase diente ein Fragebogen zur Erhebung von teamspezifischen Wissensinhalten. Daneben wurde für die Abbildung des projektspezifischen Wissens eine Struktur-Lege- Technik gewählt. Im Anschluss an die Diagnose erfolgte als dritte Phase ein individuelles Feedback der aufbereiteten Daten. Während der Phase vier wurden die erhobenen Repräsentationen in gemeinsamen Feedback- Sitzungen reflektiert, und Gemeinsamkeiten herausgearbeitet. Die während der Phasen drei und vier verursachten Veränderungen der individuellen mentalen Repräsentationen, wurden mit Hilfe eines Posttests überprüft. Der Fragebogen zum teamspezifischen Wissen erwies sich sensibel gegenüber Gruppeneffekten, die sich durch Institutszugehörigkeit und Rollenverteilung erklären. Für beide Instrumente wird auf Basis der Ergebnisse die Urteilerübereinstimmung als Gütekriterium für das Ausmaß an geteilten mentalen Repräsentationen vorgeschlagen. Zudem wurden Veränderungseffekte im Sinne von verstärkt homogen repräsentierten Wissenselementen gefunden. Als Außenkriterium für den Erfolg des Teamentwicklungsprozesses wurde das Teamklima herangezogen. Anhand eines Team-Klima-Inventars ließ sich eine Verbesserung des Teamklimas über den gesamten Entwicklungszyklus feststellen.