Entwicklung von Experimentiersets zu neuen Produktionsmethoden FlexLabplus Industrie 4.0

Laufzeit

2016 - 2019
Leitung Prof. Dr. Martin Lang
Bearbeitung Prof. Dr. Martin Lang und Dr. Jennifer Stemmann

Als Partner des zdi-MINT-Netzwerk Essen entwickelt die Technik Didaktik an der UDE mit weiteren Kooperationspartnern - die FOM Hochschule, dem zdi-Netzwerk Perspektive Technik im Kreis Unna und der Hochschule Ruhr West als Partnerin des zdi-Zentrums mint4u Bottrop – mobile Experimentiersets für den Einsatz in der Sekundarstufe II.

Mithilfe dieser FlexLabs erhalten Schülerinnen und Schüler Gelegenheit, Versuche zu 3D-Druck und neuen Werkstoffen durchzuführen – und zwar ohne ihre Klassenzimmer zu verlassen. Die Sets sollen neben technischen Komponenten wie Werkstoffproben, Prüfwerkzeugen und Druckern auch didaktische Materialien wie Arbeitsblätter oder Kopiervorlagen enthalten, die es ermöglichen, die Experimente ohne größere Vorbereitungszeit durchzuführen. Auch entsprechende Fortbildungsseminare sind geplant.

Das Projekt mit dem vollen Titel „FlexLabplus Industrie 4.0 – Entwicklung von Experimentiersets zu neuen Produktionsmethoden“ wird ab Juni 2016 im Rahmen des Förderprogramms EFRE-zdi II vom NRW-Wissenschaftsministerium und dem NRW-Wirtschaftsministerium gefördert.

Mehr lesen

Entwicklung von technikbezogenem Sach- und Handlungswissen SuSe I – Übergänge Sachunterricht zu Sekundarstufe I (Teilprojekt)

Laufzeit

2016 - 2018
Leitung Prof. Dr. Stefan Fletcher
Bearbeitung Prof. Dr. Stefan Fletcher und Dr. Anja Kleinteich

Gelingt es mit den bestehenden Konzepten zur Implementation technischer Bildungsinhalte im Rahmen von allgemeinbildendem Unterricht ausgehend vom Sachunterricht erste fachlich fundierte Vorstellungen über Technik durch den Unterricht in den Klassen 1-7 aufzubauen?

Querschnittliche Vergleiche zwischen unterschiedlichen Klassenstufen (2 Klasse, 4 Klasse, 7 Klasse) sollen die Entwicklung von Schülervorstellungen über grundlegende Technologien und über technikspezifische Handlungskonzepte darstellen. Die Datenerfassung erfolgt über Testhefte sowohl mit offenen als auch geschlossenen Fragen. Parallel dazu werden die in den untersuchten Klassen eingesetzten Lernmaterialien und Unterrichtsmethoden in Hinblick auf die Vermittlung technischen Wissens mit Hilfe des Eye-Trackings erfasst. Die empirischen Befunde werden sowohl zu den normativen Zielvorstellungen und Vorgaben für eine technische Bildung als auch zu etablierten Theorien der Conceptual-Change Forschung ins Verhältnis gesetzt. Ausgehend von der Bewertung der praktischen und theoretischen Befunde werden erste Empfehlungen für eine schulstufenübergreifende Weiterentwicklung der Vermittlung technischer Bildungsinhalte mit Schwerpunkt auf den Sachunterricht erfolgen.

Prädikatoren von visuellem Modellverständnis in der Chemie und in den Ingenieurwissenschaften DFG-Forschergruppe ALSTER (Teilprojekt 05)

Laufzeit

2014 - 2017
Leitung Prof. Dr. Martin Lang, Dr. Maria Opfermann, Prof. Dr. Stefan Rumann
Bearbeitung Prof. Dr. Martin Lang

Das Modellverständnis wird als zentrale Komponente für den Konzeptaufbau in der Chemie und den Ingenieurwissenschaften gesehen. Insbesondere die vielfältige Verwendung visueller Modelle in chemischen und technischen Lehrbüchern wirft die Frage auf, ob und unter welchen Voraussetzungen diese lernförderlich sind. Folgt man theoretischen Modellen wie der Cognitive Load Theory, dem Integrierten Modell des Text-Bild-Verständnisses oder der Cognitive Theory of Multimedia Learning, wird deutlich, dass hierbei primär die instruktionale Gestaltung von Lehrmaterialien sowie individuelle Voraussetzungen der Lernenden wirken.

Im beantragten Projekt werden daher Prädiktoren des visuellen Modellverständnisses in der Chemie und in den Ingenieurwissenschaften fokussiert. Diese beinhalten auf der Darstellungsebene die Visualisierungen selbst (z.B. ikonische vs. symbolische Modelle) und auf der Ebene der Lernenden deren individuelle Voraussetzungen wie Vorwissen, visuell-räumliche Fähigkeiten, logisches Schlussfolgern, mathematische Fähigkeiten, epistemologische Überzeugungen oder metakognitive Strategien. Dabei soll zunächst eine Forschungslücke geschlossen werden, indem für grundlegende Literatur der Studieneingangsphase untersucht wird, welche Visualisierungen eingesetzt werden.

Die unterschiedlich hohen Anteile an verschiedenen visuellen Modellen sollten dazu führen, dass die individuellen Voraussetzungen, welche als Prädiktoren für das Modellverständnis im jeweiligen Fach fungieren, unterschiedlich gelagert sind. Es wird erwartet, dass für das Verständnis der in Chemielehrbüchern vorherrschenden ikonischen und oft dreidimensional angelegten Visualisierungen vor allem visuell-räumliche Fähigkeiten eine tragende Rolle spielen, während für das Verständnis der symbolischen Visualisierungen in den Ingenieurwissenschaften vor allem schlussfolgerndes Denken und mathematische Fähigkeiten prädiktiv sind.

In Anlehnung an die gewonnenen Erkenntnisse zur differentiellen Lernwirksamkeit verschiedener Visualisierungen sowie zur Interaktion von instruktionalem Design und Lernereigenschaften soll eine grundlegende theoretische Fundierung der Verwendung unterschiedlicher Arten von Visualisierungen für zukünftige Instruktionsmaterialien erfolgen. Perspektivisch tragen die Erkenntnisse dazu bei, Lehr- und Lernmaterialien für Studierende mit unterschiedlichen individuellen Voraussetzungen lernförderlicher zu gestalten.

Mehr lesen

Studienerfolg in der Physik und in den Bauingenieurwissenschaften unter besonderer Berücksichtigung der mathematischen Kompetenz DFG-Forschergruppe ALSTER (Teilprojekt 04)

Laufzeit

2014 - 2017
Leitung Prof. Dr. Andreas Borowski, Prof. Dr. Hans Ernst Fischer, Prof. Dr. Martin Lang
Bearbeitung Prof. Dr. Martin Lang und Elmar Dammann

Ziel des Projektes ist die Modellierung und Identifizierung grundlegender Zusammenhänge zwischen der Fähigkeit zur fachbezogenen und mathematischen Modellierung und den übrigen Komponenten des Studienerfolgs in den Bachelorstudiengängen Physik und Bauingenieurwissenschaft. Die Bauingenieurwissenschaft und die Physik sind besonders gut vergleichbar, da beide Curricula des ersten Semesters als einen Schwerpunkt den physikalischen Inhaltsbereich Mechanik beinhalten, der unterschiedlich ergänzt wird. Ausgehend von den angenommenen Unterschieden zwischen kognitiven Anforderungen bei physikalischer und ingenieurwissenschaftlicher Aufgabenlösung: mathematische Modellierung zur Beschreibung physikalischer Phänomene vs. Anwendung mathematischer Strukturen zur Berechnung zweckorientierter technischer Konstruktionen wird ein Modell entwickelt, das diese Unterschiede darstellen kann.

Die dargestellte mathematische Modellierung wird fachspezifisch (Physik/Bauingenieurwissenschaften) mit einem Fachtest operationalisiert, der im Inhaltsbereich Mechanik, dem Modell entsprechend, sowohl grundlegende Kompetenzen in der Mechanik als auch Mathematisierung mit physikalischem bzw. technischem Bezug als fachspezifische Modellierung misst.

Davon ausgehend soll, unter Berücksichtigung der im Rahmenantrag beschriebenen Variablen, der Zusammenhang zwischen der Fähigkeit des fachbezogenen und mathematischen Modellierens und Studienerfolg untersucht werden. Studienerfolg wird gemäß Rahmenantrag über die Klausurleistungen, den fachlichen Wissenszuwachs und den Verbleib im Studium definiert. Zusätzlich werden mit diesem Modell die zurzeit eingesetzten Vorlesungen und Übungsaufgaben analysiert, um Hinweise auf mögliche bzw. notwendige Veränderungen der Studieninhalte zu erhalten.

Mit dem Ziel den Studienerfolg zu erhöhen, können anschließend auf der Basis der Modellierung und der Beschreibung dieser Zusammenhänge Interventionsstudien durchgeführt werden mit dem Ziel, strukturelle Veränderungen der beiden Anfangssemester einzuleiten.

Mehr lesen

Bildungsnetzwerk Energie - Interventionsstudie zur Energiemündigkeit

Laufzeit

2014 - 2017
Leitung Prof. Dr. Euler und Prof. Dr. Stefan Fletcher
Bearbeitung Prof. Dr. Stefan Fletcher und Johannes Deutsch

Ziel des Projektes ist die systematische Förderung fachbezogener und -übergreifender Kompetenzen von Schülern der Jahrgangsstufen 9 und 10 unterschiedlicher Schulformen in Bezug auf die Energiebildung. Hierzu sollen auf Basis aktueller didaktischer und gedächtnispsychologischer Erkenntnisse handlungsorientierte Lernsituationen entwickelt und erprobt werden, die in unterschiedlichen fächerübergreifenden Unterrichtskontexten genutzt werden können.

Ein zweiter Schwerpunkt ist die wissenschaftliche Untersuchung der Lernwirksamkeit der entwickelten Lernsituationen und Lernmaterialien sowie deren Optimierung im Rahmen einer wissenschaftlichen Begleitforschung.

Schreiben im Fachunterricht der Sekundarstufe I unter Einbeziehung des Türkischen SchriFT

Laufzeit

2014 - 2017
Leitung Prof. Dr. Martin Lang
Bearbeitung Prof. Dr. Martin Lang, Elmar Dammann und Michaela Schniederjan

Das Vorhaben untersucht die Wechselbeziehung zwischen fachlichen Kompetenzen und Schreibkompetenzen in Deutsch bzw. der Herkunftssprache Türkisch in Hinblick auf die Entwicklung und Förderung einer biliteralen fachorientierten Gesamtkompetenz. Durch textsortenbasiertes Schreiben wird, so die Grundannahme der Untersuchung, die epistemische Funktion der Sprache entwickelt und das bildungs- und fachsprachliche Handeln ausgebaut. Die Grundlage der Untersuchung bildet eine interdisziplinäre Analyse der Merkmale fachlich zentraler Schülertextsorten in je zwei naturwissenschaftlich-technischen (Physik und Technik) und zwei gesellschaftswissenschaftlichen Fächern (Geschichte und Politik) durch die Fachdidaktiken und die Fächer Deutsch als Zweitsprache (DaZ) und Turkistik.

Für eine statistisch relevante Schülergruppe aus den Jahrgangsstufen 7 und 8 wird der Ist-Stand der fachspezifischen Schreibkompetenz in Deutsch bzw. der Herkunftssprache Türkisch mit spezifischen Erhebungsverfahren erfasst und mit den fachlichen Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler in Beziehung gesetzt. Parallel dazu wird eine qualitative Intervention entwickelt, die auf die sprachlichen Anforderungen und methodischen Grundlagen der beteiligten Fächer Physik, Technik, Geschichte und Politik zugeschnitten ist und in verschiedenen Unterrichtseinheiten über ein Schuljahr hinweg durchgeführt und überprüft wird. Eine Kopplung an den Herkunftssprachenunterricht Türkisch erfolgt durch die Erarbeitung fachrelevanter sprachliche Handlungen im Türkischen sowie die Einbindung mündlicher Arbeitsphasen auf Türkisch.

ViTeLa - Virtuelles Technik Labor

Laufzeit

2013
Leitung Prof. Dr. Martin Lang
Bearbeitung Prof. Dr. Martin Lang und Jennifer Stemmann

Das Labor Stoffumsatz als eine der Veranstaltungen im Studienbereich Technisches Handeln beinhaltet vier Experimente aus den Bereichen Werkstoffprüfung und Verfahrenstechnik. Die Studierenden arbeiten in Kleingruppen an gegebenen Problem- oder Aufgabenstellungen. Hierzu müssen sie entsprechende Versuchsreihen planen, durchführen und im Anschluss auswerten und dokumentieren. Laborteilnehmer, deren Zusammenhangswissen als relativ hoch einzustufen ist, wissen zwar, welche Ziele die einzelnen Versuche verfolgen und welche Werkstoffeigenschaften geprüft werden bzw. welches Stoffverhalten untersucht wird. Ihr konkretes Vorgehen bei der Versuchsdurchführung können sie jedoch oft nur mühevoll beschreiben, ebenso wie die Vorgänge, die im Inneren der Werkstoffe während der Versuchsdurchführung stattfinden.

Für die Vorbereitung auf den praxisbezogenen Teil der Lehrveranstaltung Labor Stoffumsatz soll ein mediengestütztes Lernangebot geschaffen werden, das zum einen die Nähe zur konkreten Anwendungssituation erhöht und zum anderen einen probierenden Umgang in dieser Lernsituation zulässt. Computersimulationen bieten einen solchen Rahmen, der zum explorativen, interaktiven und handlungsorientierten Lernen anregt . Der Lernende hat in Computersimulationen die Möglichkeit bestehende Systemparameter aktiv zu verändern, um das zugrundeliegende Basismodel zu manipulieren.

Die daraus resultierenden Ergebnisse können von dem Lernenden analysiert und interpretiert werden, um Erkenntnisse über die zugrunde liegenden Modelle zu gewinnen. Neben natürlichen und sozialen Systemen werden vorwiegend technische Systeme simuliert. Auch die zu simulierenden Laborversuche können zu den technischen Systemen gezählt werden, da für ihre Durchführung technische Geräte bedient werden.

Mehr lesen

e-sy Technik

Laufzeit

2012
Leitung Prof. Dr. Martin Lang
Bearbeitung Prof. Dr. Martin Lang und Jennifer Stemmann

Eine in den letzten Jahrzehnten sich immer weiter vernetzende Umwelt erfordert bei der Lösung von Problemen zunehmend Wissen um die Beziehungen zwischen verschiedenen Lebensbereichen. Die Bedeutung solcher Vernetzungen spielt vor allem in der Technik eine entscheidende Rolle. So ist es bei der Herstellung eines Automobils nicht nur wichtig sich Gedanken um den Antrieb zu machen, sondern auch optische, haptische und energetische Aspekte im Auge zu behalten. Das für derartige Probleme und Aufgaben benötigte Zusammenhangswissen kann in der Schule durch die dort vorherrschende strikte Fächertrennung nicht vermittelt werden.

Kernpunkt des Konzeptes ist ein Technik-Wiki, das technische Inhalte in didaktisch aufbereiteter Form anbietet und durch seine Verlinkungen zwischen den Seiten veranstaltungsübergreifende Zusammenhänge sichtbar macht. Zunächst dient das Technik-Wiki vorranging als wertvolle Informationsquelle zur Klausuvorbereitung, soll aber in der fortgeschrittenen Ausbildung beispielsweise in didaktischen Veranstaltungen dazu beitragen die Medienkompetenz der Lernenden zu stärken, indem sie eigene Beiträge innerhalb des Technik-Wikis erstellen.

Ein weiteres Instrument innerhalb des E-Learning-Konzeptes ist das Concept Mapping. Concept Maps sind sogenannte Begriffsnetze, deren Begriffe durch Relationen miteinander in Verbindung stehen. Während das Technik-Wiki vor allem die Aufgabe hat Wissenszusammenhänge aufzuzeigen, ist das eigenständige Eruieren solcher Verbindungen Ziel des Concept Mappings. Aus den erstellten Concept Maps lassen sich wiedrum neue Beiträge für das Technik-Wiki generieren, indem das dargestellte Thema mit seinen Verflechtungen didkatisch aufbereitet wird.

Mehr lesen

Verbreitung und Integration der industriellen Messtechnik nach AUKOM-Standard in der beruflichen Erstausbildung

Laufzeit

2008 - 2012
Leitung Prof. Dr. Stefan Fletcher
Bearbeitung Prof. Dr. Stefan Fletcher und Felix Walker

Richtige und zuverlässige Messungen sind die Voraussetzungen für eine qualitativ hochwertige industrielle und handwerkliche Produktion. Im Rahmen eines anwendungsorientierten Forschungsprojektes in Zusammenarbeit mit der AUKOM werden arbeitsprozessorientierte Lernmodule mit Bezug auf die industrielle Messtechnik für die berufliche Erstausbildung in verschiedenen Berufsfeldern entwickelt und erprobt.

Zum Projekt zählt auch die Gewinnung und Einbindung von Transferpartnern und Multiplikatoren um eine nachhaltige Distribution der Ergebnisse sicherzustellen.

Lernsysteme der Automatisierungstechnik - Methodische Überlegungen für die Umsetzung handlungsorientierter Lernsequenzen im Technikunterricht

Laufzeit

2008 - 2009
Leitung Prof. Dr. Stefan Fletcher
Bearbeitung Prof. Dr. Stefan Fletcher und Felix Walker

Die Gestaltung von Lernsequenzen im Technikunterricht kann geleitet von verschiedenen didaktischen Prinzipien erfolgen. Die Handlungsorientierung erfuhr durch das Lernfeldkonzept in der Berufsbildung große Aufmerksamkeit und soll Grundlage für die Ausrichtung der zu gestaltenden Lernsequenzen im Bereich der Automatisierungstechnik sein.

Besonderes Interesse diese Projekts ist es zum einen handlungsorientierte Lernsequenzen für unterschiedliche Rahmenbedingungen (Zielgruppe, Regelunterricht, Projekt, Ag‘s) zu entwickeln und zum zweiten den Zusammenhang von handlungssystematischen, fachsystematischen und fachsystematischen Systematisierungssequenzen bei den unterschiedlichen Rahmenbedingungen aufzudecken. Die praktische Umsetzung der entwickelten Lernsequenzen erfolgt in Kooperation mit ortsansässigen Schulen.

Konzeption und Evaluation von interaktiven Ausstellungseinheiten zum Thema Eigenschaften von Werkstoffen für das LVR Industriemuseum

Laufzeit

 
Leitung Prof. Dr. Stefan Fletcher
Bearbeitung Prof. Dr. Stefan Fletcher

Begleitforschung zum Ausstellungsprojekt: „Ist das möglich?“ des LVR-Industriemuseums zum Themenbereich Materialeigenschaften. Im Rahmen der Forschung erfolgt die konzeptionelle Unterstützung bei der Entwicklung eines neuartigen Ausstellungs- und Vermittlungskonzeptes, dass insbesondere die schwierig zu erreichende Zielgruppe Jugendlicher der Jahrgangsstufen 5 bis 10 nachhaltig für technologische Inhalte begeistern soll. Darüber hinaus gehört auch die Evaluation des gesamten Projektes zum Forschungsauftrag

Entwicklung eines Instrumentes zur Analyse, Darstellung und Auswertung individueller Handlungsstrukturen beim bearbeiten technischer Experimente auf Basis von Videoanalysen

Laufzeit

 
Leitung Prof. Dr. Stefan Fletcher
Bearbeitung Prof. Dr. Stefan Fletcher

Die von den Schülern selbst ausgeführten individuellen Handlungsoperationen bei der Bearbeitung technischer Experimente sind in ihrer Struktur und ihrem Wirkungsgefüge bisher nur wenig erforscht. Im Projekt wird der theoriegeleitete Entwicklungsprozess eines neuartigen Untersuchungs-Instrumentes verfolgt, mit dem die Analyse, Darstellung und Auswertung von individuellen Handlungsstrukturen auf der Basis von Videoanalysen technischer Experimentierprozesse ermöglicht wird. Als theoretische Basis werden hierzu die etablierten Ansätze der arbeitspsychologischen Handlungstheorie genutzt.