Tablets im Unterricht: Digitales Mathematik-Schulbuch hilft leistungsschwächeren Kindern

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MÜNCHEN. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU München haben ein interaktives Lehrbuch getestet. Die Ergebnisse legen nah, dass besonders leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler von den digitalen Möglichkeiten profitieren.

Lernmaterialien auf Tablets helfen, den Stoff zu individualisieren. Foto: Shutterstock

Leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler profitieren im Mathematikunterricht stärker von Lernmaterialien auf Tablets als leistungsstärkere Kinder. Ihnen helfen offenbar ein individueller Schwierigkeitsgrad, unmittelbares Feedback und die Bearbeitung interaktiver Aufgaben mit den Händen. Dies zeigt eine Studie der Technischen Universität München (TUM) in der sechsten Jahrgangsstufe.

Das Bruchrechnen gilt als eines der anspruchsvollsten Themen im Mathematikunterricht für jüngere Kinder. Vielen Schülerinnen und Schülern gelingt es nur mit Mühe, eine Vorstellung für Bruchzahlen zu entwickeln, die in vielfacher Hinsicht weniger zugänglich sind als natürliche Zahlen. Beispielsweise fällt es ihnen schwer, zu erkennen, dass acht Neuntel kleiner sind als sieben Sechstel, oder zu verstehen, dass nach einer Multiplikation das Ergebnis nicht immer größer ist als die Ausgangszahl.

Grundsätzlich geht die Bildungsforschung davon aus, dass Bilder von Alltagsgegenständen wie beispielsweise die Darstellung einer Pizza, die in mehrere Stücke zerteilt wird, den Kindern helfen. Um mit solchen Visualisierungen ein tieferes Verständnis der Bruchzahlen zu erreichen, bieten digitale Medien deutlich mehr Möglichkeiten als traditionelle Lernmaterialien. Allerdings ist zum einen umstritten, wie stark sich der Unterricht darauf konzentrieren kann, ohne dass das Erlernen der „eigentlichen“ Rechenfähigkeiten zu kurz kommt. Zum anderen gibt es noch immer nur wenige empirische Studien zum Einsatz von Computern im realen Mathematikunterricht.

Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) hat deshalb ein interaktives Tablet-Schulbuch zum Bruchrechnen für die Jahrgangsstufe sechs entwickelt, das die Ausprägung einer intuitiveren Vorstellung von Bruchzahlen durch die Arbeit mit anschaulichen Darstellungen in den Mittelpunkt stellt.

Um die Wirkung des digitalen Schulbuchs zu untersuchen, teilten die Forscherinnen und Forscher rund 1.000 Schülerinnen und Schüler aus 45 Klassen an bayerischen Gymnasien und Mittelschulen in drei Gruppen ein. Die erste Gruppe arbeitete mit dem digitalen Schulbuch, die zweite Gruppe mit einer gedruckten Variante des neu entwickelten Materials, die dritte Gruppe mit traditionellen Lehrbüchern. Vor und nach rund 15 Unterrichtsstunden wurden die Kompetenzen der Kinder ermittelt. Für die Auswertung wurde ein statistisches Verfahren angewandt, das die Wahrscheinlichkeit für eine korrekte Lösung angibt. Aufgrund eines Vortests gingen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler davon aus, dass Schülerinnen und Schüler an Gymnasien tendenziell leistungsstärker in Mathematik sind als an Mittelschulen.

Die Auswertung der Tests an den Mittelschulen zeigte, dass die Tablet-Gruppe deutlich bessere Ergebnisse erzielte als die beiden anderen Gruppen. Dies galt nicht nur bei Aufgaben, bei denen Bruchzahlen bildlich dargestellt werden; auch bei klassischen Rechenaufgaben waren diejenigen Kinder kompetenter, die mit dem digitalen Schulbuch gelernt hatten. Hier lag die Wahrscheinlichkeit für eine richtige Antwort für eine mittelschwere Aufgabe bei 20 Prozent, während sie bei den beiden anderen Gruppen lediglich 13 Prozent betrug.

„Die oft geäußerte Sorge, dass die Konzentration auf ein intuitiveres Zahlenverständnis das Lernen des Rechnens behindert oder verzögert, hat sich als unbegründet erwiesen“, stellt Studienleiter Frank Reinhold, fest. „Im Gegenteil sehen wir beim Thema der Bruchzahlen einen positiven Einfluss auf die Rechenfähigkeiten.“

Ein anderes Bild zeigte sich an den Gymnasien. Die Kinder, die mit dem neu entwickelten Material gearbeitet hatten, waren zwar im Vergleich mit der Schulbuch-Gruppe kompetenter bei Aufgaben, bei denen Bruchzahlen bildlich dargestellt werden. Es machte aber keinen Unterschied, ob sie mit dem Tablet oder mit der gedruckten Variante gearbeitet hatten. Gar kein signifikanter Unterschied zeigte sich bei den klassischen Rechenaufgaben. Hier gab es bei allen Gruppen eine Wahrscheinlichkeit von rund 75 Prozent für eine korrekte Lösung.

„Von der Arbeit mit dem Tablet-Schulbuch profitieren im Mathematikunterricht also vor allem leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler. Beim Lernen des anspruchsvollen Bruchrechnens hilft ihnen offenbar, dass sich der Schwierigkeitsgrad an ihr Lerntempo anpasst und dass sie unmittelbar Feedback bekommen. Zudem kann es lernpsychologisch vorteilhaft sein, dass sie die Darstellungen der Zahlen mit ihren Händen bearbeiten können“, stellt Kristina Reiss fest, die ebenfalls an der Entwicklung des Schulbuches beteiligt war. „Die Studie gibt damit Hinweise, an welchen Schulen die Einführung von Tablets mit sinnvoll gestalteten Lernmaterialien einen besonders großen Mehrwert hat.“, so die Mathematikdidaktikerin.

In einem Folgeprojekt sollen nun Lehramtsstudentinnen und -studenten der TUM Schülerinnen und Schüler bei der Nutzung des Tablet-Buchs betreuen. So soll erprobt werden, wie angehende Lehrkräfte lernen, das digitale Material im Unterricht einzusetzen. (zab, pm)

Das digitale Schulbuch „Bruchrechnen. Bruchzahlen & Bruchteile greifen & begreifen“ steht auf Deutsch, Englisch und Spanisch kostenlos online zur Verfügung: Link zum Buch.

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18 KOMMENTARE

  1. Mit anderen Worten: Bei Bildungsnähe spielt die Methode keine Rolle. Bei den anderen erhöht sich die Quote von zwei richtigen Antworten pro 15 Schüler auf drei. Ich hoffe, die Forscher haben das auf Signifikanz geprüft.

    Die Sache mit der Haptik finde ich plausibel. Sie lässt sich auch mit Bausteinen realisieren.

    Haben die Forscher das enorme Ablenkungspotenzial von Tablets berücksichtigt? Das gibt es überall, jedoch hat dieses bei Bildungsnähe keine zu gravierenden Auswirkungen.

  2. Ich kann die Bilder von einem Schüler mit einem Tablet nicht mehr sehen.
    Bei jedem Artikel zu diesem Thema findet man das Bild.

    Jeder glaubt bald, das ist Digitalisierung.

    Weit weit gefehlt…..

  3. So und jetzt bitte liebe Didaktiker an den Unis für sämtliche Gebiete der Mathematik ein solches digitales Buch erstellen, damit LehrerInnen endlich digitale Werkzeuge sinnvoll einsetzen können, ohne sie vorher selbst erstellen zu müssen.

    • Gibt es schon. Bettermarks, kostet 10€ pro Lizenz für ein Jahr, also weniger als eins dieser Arbeitshefte, die in verschiedenen Fächern jedes Jahr gekauft und dann kaum genutzt werden. Nutze ich in meinen Klassen (7 bis 10) immer wieder. Leider keine Oberstufenthemen. Meine SuS lieben es, auch weil es Tipps und sofortiges Feedback gibt. In der Statistik sehe ich sofort, wer mit welchem Erfolg wie viel gearbeitet hat. Außerdem kann ich unterschiedliche Aufgaben individuell verteilen, also binnendifferenziert problemlos arbeiten. Ich kann auch mit allen die 5 häufigsten Fehler ansehen und besprechen. Sorry, sollte keine Produktwerbung sein, es gibt sicher etliche andere Apps und Tools. Aber klar, mit den richtigen Materialien kann man eine Menge erreichen. Eine Methode von vielen, die wir im Unterricht nutzen, aber gerade im Distanzlernen sehr hilfreich.

  4. Zitat:
    „Hier lag die Wahrscheinlichkeit für eine richtige Antwort für eine mittelschwere Aufgabe bei 20 Prozent“
    Aber so richtig gut ist das auch noch nicht, also ist auch bei den digitalen Werkzeugen noch viel Luft nach oben.

  5. Zitat:
    „Die oft geäußerte Sorge, dass die Konzentration auf ein intuitiveres Zahlenverständnis das Lernen des Rechnens behindert oder verzögert“
    Wer hat denn sowas geglaubt? Bestimmt Didaktiker an der Uni. Heißt es nicht immer, wenn ich mir etwas vorstellen kann, tu ich mich leichter damit?

    • Die Didaktiker an der TU München entdecken das Prinzip der Anschaulichkeit am Beispiel des Bruchrechnens, indem sie eine Unterrichtseinheit unter Einbeziehung digitaler Medien entwickeln und durchführen.

      Nächste Lernziele:
      1) Sie ergründen die Grenzen der Anschaulichkeit sowie der eingesetzten Methoden, indem sie ihre erlangten Fähigkeiten auf weitere Lernfelder des Mathematikunterrichts der Klassen 1-10 anwenden.

      2) Sie stellen die konzipierten Materialien einer unabhängigen Überprüfung durch ExpertInnen im Schuldienst zur Verfügung, indem sie ihr erarbeitetes Programm unentgeltlich allen Lehrkräften der Länder zur Verfügung stellen, die an der Finanzierung der Forschungsaufgabe beteiligt waren.

      3) Studierende formulieren Grundsätze des Einsatzes digitaler Lernmedien in Lern-Tandems, Kleingruppen und Klassengruppen hinsichtlich sachlicher und personeller Ressourcen, indem sie den Einsatz der bereits erstellten Medien in Schulen sozialer Brennpunkte begleiten.

      • Tut mir leid, liebe Forscherinnen und Forscher der TU München,
        es ist richtig und wichtig, dass ihr euch dieser Themen annehmt.

        Eine gelungene Kommunikation könnte helfen, zu verstehen, was daran anders ist als das, was unzählige Lehrkräfte seit Jahrzehnten ohne zusätzliche Mittel und Personalstab auf die Beine stellen (müssen) und über Austauschplattformen mit anderen Lehrkräften zum Einsatz im Unterricht und zur Weiterentwicklung teilen.

        Das hätte man auch schon längst als Land oder Bund oder Uni aufgreifen können, eine landes-/bundesweite Plattform zur Verfügung stellen und Lehrkräfte über Freistellungen die notwendige Entlastung geben können, um den gemeinsamen Austausch zu fördern und viele kluge Ideen aus dem täglichen Unterricht zu verbreiten.
        Das muss man auch gar nicht mehr neu erfinden, 4teachers ist etwas Ähnliches und Norwegen hat es staatlicherseits. (https://www.bpb.de/lernen/digitale-bildung/werkstatt/293964/oer-was-wir-von-norwegen-lernen-koennen)

  6. Das Zahlen- und Mengenverständnis entwickelt sich im Kleinkindalter durch Hantieren mit realen Gegenständen (anschaulich-praktisches Denken), nicht an digitalen Medien. die Auswirkungen der Digitalisierung schon bei kleinen Kindern, sehe ich von Jahr zu Jahr mehr bei den Erstklässlern: sie zählen zum teil noch die Punkte auf einem Würfel ab, wenn es mehr als 2 sind. Sie zählen immer wieder die Finger einer Hand ab usw. Es ist erschreckend. Von Jahr zu Jahr mehr Kinder haben die Diagnose Dyskalkulie. Meiner Meinung nach ist das zum größten Teil hausgemacht: zu viel Medienkonsum statt praktischer Tätigkeit. Förderung und Bildung beginnt in der Kita und zu Hause, nicht erst in der Schule!

  7. 15 Unterrichtsstunden reichen mir für solche eine Studie bei weitem nicht aus. Meine Schüler finden am Anfang alles toll, was anders und neu ist, deshalb ist die Motivation anfangs deutlich höher und nimmt dann stetig ab. Die Frage, ob die Kinder also bei gleich schlechte Motivation wirklich besser lernen, wird hier in meinen Augen nicht beantwortet.

    Corona ist übrigens das Beste Beispiel dafür. Was waren die Schüler Anfangs noch heiss auf die Lernplattformen oder auf Videokonferenzen, das hat aber schneller abgenommen, als die Inzidenzzahlen. Nach ein paar Wochen, kam ich mir vor, als würde ich Selbstgespräche führen bei den Videokonferenzen. Wenn ich Glück hatte, hatten zwei Schüler ihre Kamera an und waren auch ansprechbar.

  8. Ich habe mir mal den Spaß gemacht, das Programm auszuprobieren. 1. Hürde, ich habe keinen Touchscreen, nach ca. 8 Aufgaben ging nichts mehr. 2. Problem: Man muss sehr viel lesen und das auch noch sinnentnehmend = großes Problem für einige Schüler. 3. ich habe versucht, so vorzugehen, wie ich es bei vielen meiner schwachen Schüler bei ähnlichen Aufgaben beobachte, irgendeine Antwort anklicken und hoffen, es stimmt. Nach mehreren „Fehlversuchen“ wurde dann die richtige Lösung angezeigt. Hilft mir das? Vielleicht kann mal ein KuK mit Touchscreen das Programm ausprobieren und sich dabei mal etwas schwach anstellen. Ich wüßte gern, ob schwache SuS durch diese e-book wirklich motiviert werden. Das,was ich gesehen habe, wirkt für mich nur wie ein normales Lehrbuch mit Lösungsteil am Ende. Aber, wie schon erwähnt, bin ich über die ersten Aufgaben nicht hinausgekommen. Vielleicht gibt es ja noch eine tolle Belohnung am Ende? Das würde meine Schüler eventuell motivieren.

      • Das mit dem vielen Text sehe ich genauso. Es gibt außerdem viel zu wenige Aufgaben vom Stil „Päckchenrechnen“. Aus meiner Sicht kann man Mathe nur sehr schwer aus einem Buch lernen, die meisten Schüler und Studenten brauchen einen Vorturner. Üben kann man es rechnergestützt dagegen sehr gut. Allerdings nur die reinen Rechentechniken, beim Anforderungsbereich 2 sieht es schon deutlich düsterer aus.

  9. Mir scheint das Entweder – oder der zentrale, schon am Anfang gesetzte Denkfehler zu sein. Natürlich sind digitale Übungen gut, weil sie sofort eine Rückmeldung über richtig oder falsch geben, und natürlich ist das bei lernschwächeren Schülern wichtiger, weil sie womöglich nicht die Selbstkontrolle für eine sorgfältige Prüfung der eigenen Lösungen haben. Aber wieso denn Buch _oder_ digitales Medium?? Für eine Studie mag das ok sein, aber wir wollen doch (oder wollt ihr das nicht?) eine breite Palette von Lernmethoden. Ich will Bücher nicht ersetzen, sondern ergänzen, ich will auch weiterhin Kinder dazu befähigen, Sachinformationen und Gedankengänge aus Büchern zu entnehmen. Ihr nicht?

    Zudem ist zu bedenken, dass Bruchrechnung eines der Themen ist, wo man mit bildlich-anschaulichen Animationen und automatisch generierten Übungen besonders weit kommt. Hier geht es mit digitalen Übungen gut.

    • Bildlich- anschaulich und digital widersprechen sich in meinen Augen. Als Sonderschullehrerin habe ich Bruchrechnen mit einer realen Tafel Schokolade und einem von mir gebackenen Kuchen eingeübt. Hat super funktioniert. Okay, geht allerdings nur mit kleinen Klassen (12 bis 15 Schülern) und wenn man nicht in mehr als 2 Klassen das Thema unterrichtet. Damals gab es auch das Fach Hauswirtschaft (Förderzentrum für Lernbehinderte), da wurde Pizza gebacken und gleichzeitig Bruchrechnen geübt, Maßeinheiten, Umrechnungen von Maßen usw.. Das war wesentlich effektiver als es jedes digitale Lehrbuch sein kann. Meine Meinung!

    • Noch eine Ergänzung: Damals, vor langer, langer Zeit, habe ich während meines Studiums noch gelernt: Kinder lernen am besten mit allen! Sinnen. Das digitale Lernen hat sicher auch gewisse Vorteile, wenn in Maßen und mit Augenmaß eingesetzt. Aber: so wie im Moment, vor allem in der Freizeit und zu Hause eingesetzt, verkümmern, außer dem visuellen, alle anderen Sinne immer mehr. So zumindest meine Beobachtungen an einer Grundschule im Problembezirk. (Beobachtungszeitraum fast 40 Jahre, davon 30 an einer Sonderschule – die Defizite bei den Schülern steigen exponenentiell. Sorry, das Wort passt in diesem Fall auch mal auf die Probleme in der Bildung, nicht nur zur aktuellen Pandemie.)

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