Die Konzeption, Durchführung und Analyse eines simulationsintensiven Einstiegs in das Kurshalbjahr Stochastik der gymnasialen Oberstufe – Eine explorative Entwicklungsstudie

Thorsten Meyfarth (2008): Die Konzeption, Durchführung und Analyse eines simulationsintensiven Einstiegs in das Kurshalbjahr Stochastik der gymnasialen Oberstufe – Eine explorative Entwicklungsstudie. Dissertation, Universität Kassel.
Begutachtet durch Rolf Biehler und Joachim Engel.
Erhältlich unter https://kobra.bibliothek.uni-kassel.de/bitstream/urn:nbn:de:hebis:34-2006100414792/3/Kadisto6.pdf
Tag der mündlichen Prüfung: 05.09.2008.

Zusammenfassung

Im Rahmen der Arbeit wird ein Unterrichtskonzept für den Leistungskurs Stochastik in der gymnasialen Oberstufe vorgestellt, bei welchem Computersimulationen und Lernumgebungen mit der Software Fathom über das gesamte Kurshalbjahr unterstützend eingesetzt werden. Der experimentelle Zugang zur Wahrscheinlichkeit ergänzt den theoretischen Zugang und soll im Sinn eines handlungsorientierten Lernens die Motivation der Schülerinnen und Schüler fördern. Über den Computereinsatz sollen Unterrichtsphasen selbstständigen Lernens am Computer initiiert werden, welche den i. a. vorherrschenden lehrerzentrierten Unterricht im Fach Mathematik aufbrechen sollen.

Das Unterrichtskonzept enthält drei Schwerpunktsetzungen:

• Einstieg in den Stochastikkurs mit Simulationen
• Binomialverteilung
• Das Testen von Hypothesen

Die Arbeit konzentriert sich in der Darstellung und der Analyse auf den Einstieg in den Stochastikkurs mit Simulationen und computergestützten Lernumgebungen. Im Rahmen dieser Einstiegsphase wird die selbstständige Erstellung von Computersimulationen mit der Software Fathom vermittelt. Der Erwerb der Simulations- und Fathomkompetenzen wird auf inhaltlicher Seite verknüpft mit dem Wahrscheinlichkeitsbegriff, mit dem Gesetz der großen Zahl, sowie mit weiteren stochastischen Grundlagen.

Das entwickelte Unterrichtskonzept zum Einstieg in das Kurshalbjahr Stochastik wird ausführlich vorgestellt, in die aktuelle didaktische Diskussion eingeordnet, sowie didaktisch und methodisch begründet. Zu den beiden anderen genannten Schwerpunkten werden die Unterrichtskonzepte knapp erläutert.

Im Rahmen unterrichtlicher Erprobungen wurden verschiedene empirische Untersuchungen durchgeführt. Hiermit wird die Wirksamkeit des Unterrichtskonzepts zum Einstieg in den Stochastikkurs ausführlich analysiert, um Stärken und gegebenenfalls weitere Entwicklungsmöglichkeiten des Unterrichtskonzepts und des Unterrichtsmaterials zu identifizieren.

Bei den empirischen Untersuchungen liegt ein Schwerpunkt auf der Transkriptanalyse von Videos des Bildschirmgeschehens und der simultan hierzu aufgenommenen verbalen Kommunikation während der Schülerarbeitsphasen am Computer. Die Videos wurden mit einer neuartigen Screen-Capture-Software aufgenommen. Diese Videos ermöglichen tiefer gehende Einblicke in die Entwicklung der Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler, in auftretende Probleme bei der Erstellung der Computersimulationen und in den Umgang der Schülerinnen und Schüler mit den Aufgabenstellungen. Die Analyse ausgewählter Transkriptausschnitte wird eingebettet in die Schilderung des Unterrichtsverlaufs auf der Basis von Unterrichtsprotokollen.

Weiter wird die Bearbeitung einer komplexen Simulationsaufgabe in einer notenrelevanten Klausur nach Abschluss der Einstiegsphase analysiert. Es werden die Ergebnisse eines Eingangstests vor Beginn der Einstiegsphase und eines Ausgangstests im Anschluss an die Einstiegsphase geschildert. Ergänzend werden die Ergebnisse einer Schülerbefragung vorgestellt.

Zum Abschluss der Arbeit wird eine Gesamtbetrachtung des Unterrichtskonzepts vorgenommen, bei der die Stärken aber auch zentrale Probleme des Konzepts beschrieben und teilweise verallgemeinert werden. Aus diesen Betrachtungen werden weitere Entwicklungsmöglichkeiten des geschilderten Projekts abgeleitet.

Die Arbeit verfolgt einen stark unterrichtspraktischen Ansatz. Das methodische Vorgehen ist im Bereich einer Design-Research-Studie angesiedelt. Der Autor selber ist Lehrer an dem Kasseler Oberstufengymnasium Jacob-Grimm-Schule und hat über einen längeren Zeitraum im Rahmen einer Abordnung in der Arbeitsgruppe Mathematik-Didaktik der Universität Kassel mitgearbeitet. Das Unterrichtskonzept wurde mehrfach im Unterricht erprobt. Der in der Arbeit ausführlich geschilderte Unterrichtsdurchgang wurde vom Autor selber unterrichtet.

Kontext

Literatur

• Meyfarth, T. (2006). Ein computergestütztes Kurskonzept für den Stochastik-Leistungskurs mit kontinuierlicher Verwendung der Software Fathom - Didaktisch kommentierte Unterrichtsmaterialien. Kasseler Online-Schriften zur Didaktik der Stochastik (KaDiSto) Bd. 2. Kassel: Universität Kassel [Online: http://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hebis:34-2006092214683].
• Meyfarth, T. (2008). Die Konzeption, Durchführung und Analyse eines simulationsintensiven Einstiegs in das Kurshalbjahr Stochastik der gymnasialen Oberstufe - Eine explorative Entwicklungsstudie. Hildesheim: Franzbecker [Eine Online-Veröffentlichung in der KaDiSto-Reihe ist für 2009 geplant].