Willkommen beim VISDAT-Projekt

VISDAT ist ein kooperatives Forschungsprojekt, an dem die Technische Universität Graz und die Pädagogische Hochschule Steiermark beteiligt sind. Es wird vom Zukunftsfonds des Landes Steiermark im Rahmen der 10. Ausschreibung (Digitalisierung) gefördert. Die Projektlaufzeit reichte vom März 2019 bis August 2021.

Das Ziel des VISDAT Projekts ist die Förderung des Interesses und der Motivation von Schülerinnen und Schülern an der Beschäftigung mit naturwissenschaftlich und technischen Inhalten, sowie des Aufbaus digitaler Kompetenzen. Hierfür wurden naturwissenschaftliche Experimente für die Primar- und Sekundarstufe 1 entwickelt, bei denen gezielt Messungen vorgenommen, die Daten digital erfasst und in interaktiven Diagrammen dargestellt und interpretiert werden. Für die Durchführung dieser Experimente wurden umfangreiche und anschauliche Lehr- und Lernmaterialien, sowie eine Web-Applikation entwickelt, die auf der VISDAT-Website zur Verfügung gestellt werden. Die Wirksamkeit und praktische Durchführbarkeit dieser Experiment wurde in der zweieinhalbjährigen Projektlaufzeit in gut konzipierten Studien geprüft.

Die entwickelten Experimente sind so beschrieben, dass sie an den Schulen selbständig nachgemacht werden können. Die hierfür nötigen Unterlagen und Beschreibungen befinden sich auf dieser Website. Die digitale Applikation kann für diesen Zweck benutzt werden. Hierfür müssen allerdings die Zugangscodes angefordert werden. Unterlagen und Verwendung der Web-Applikation sind kostenfrei.

Auf dieser Website finden sie Informationen über

• Hintergründe, Ziele und Ergebnisse des Projekts
• Durchführung und Ergebnisse des Projekts
• Detailierte Beschreibungen der Experimente
• Mitwirkende Personen und Institutionen

Webapplikationen

Für die beiden Experimente wurden jeweils eine Webapplikation ("VISDAT-App") entwickelt. Diese können unter den untenstehenden Links aufgerufen und kostenlos verwendet werden. Es müssen hierfür jedoch zuerst User-Codes per Email (siehe Menüpunkt "Kontak") beantragt werden.

VISDAT-App für Planzenexperiment

VISDAT-App für Wetterexperiment

Projektbeschreibung

Hintergrund

Der hohen Nachfrage an Beschäftigten in Naturwissenschaften, Technik und Informationstechnologien steht der geringe Anteil an jungen Menschen gegenüber, die sich für die entsprechenden Schulfächer und Berufe interessieren. Dieser Trend ist vor allem in Österreich sehr stark ausgeprägt, wie auch PISA-­Ergebnisse belegen. So berichten Jugendliche von wenig Interesse an der Beschäftigung mit naturwissenschaftlich­ technischen Inhalten und an einer zukünftigen Tätigkeit darin. Die Einstellungen sind insgesamt bei Mädchen und Frauen noch negativer. Sie zeigen besonders wenig Interesse und trauen sich wenig zu.

Das Ziel des Projektes ist es, das Interesse und die Motivation von Schülerinnen und Schülern in der Primarstufe sowie der Sekundarstufe I an der Beschäftigung mit naturwissenschaftlich­ technischen Inhalten zu fördern und dabei Kompetenzen im Bereich der Scientific und Digital Literacy zu fördern. Dabei steht das Anwenden informatischen Denkens (Computational Thinking) und der visuellen Datenanalyse bei der Beschäftigung mit naturwissenschaftlich-­technischen Fragestellungen, Phänomenen und Evidenzen im Mittelpunkt.

Projektziele

• Entwicklung eines didaktischen Konzepts bzw. Unterrichts- und Lernmaterialien und einer technischen Plattform, mithilfe derer Interesse, Motivation und Kompetenz von Schülerinnen und Schülern in der Primar-­ und Sekundarstufe I im Computerbereich gefördert werden.
• Erforschung der Entwicklung und Veränderung von Interesse, Motivation und Kompetenzen im Bereich Naturwissenschaften, Technik und Informationstechnologien insbesondere unter dem Aspekt der Förderung von Mädchen.
• Entwicklung eines didaktischen Konzepts bzw. Unterrichts- und Lernmaterialien für die Aus-­, Fort-­ und Weiterbildung zur Förderung von Digital und Scientific Literacy.
• Vernetzung und interdisziplinäres Erarbeiten des didaktischen Konzepts bzw. Unterrichts- und Lernmaterialien mit Lehramtsstudierenden aus verschiedenen Bereichen (Informatik, Primarstufe, Sekundarstufe I) inklusive der langfristigen Vernetzung der beteiligten Institute.
• Erforschung des Zusammenhangs von visuellen Elementen und Interaktionsmöglichkeiten mit den kognitiven Prozessen bei Schülerinnen und Schülern, sowie deren optimaler Förderung.

Konsortium

Technische Universität Graz (TUGraz)

Die TU Graz ist mit ca. 13.000 Studierenden und ca. 3.500 wissenschaftlich und nicht-wissenschaftlichen Angestellten die zweitgrößte Universität in Graz. Sie bietet mit sieben Fakultäten ein breites Angebot für technische Studienrichtungen und Forschungsmöglichkeiten. Von Seiten der TU Graz ist das Institute of Interactive Systems and Data Science (ISDS) - Cognitive and Digital Science Lab (CoDiS Lab) im VISDAT-Projekt beteiligt. Das CoDiS Lab betreibt Forschung im Bereich Informationsvisualisierung, Datenanalyse und der menschlichen Kognition, sowie in der Kombination dieser Bereiche (Visual Analytics).

Weitere Informationen: TU Graz • ISDS • CoDiS Lab

Pädagogische Hochschule Steiermark (PH Steiermark)

Die PH Steiermark ist die zweitgrößte öffentliche Bildungs- und Forschungsinstitution für die Professionalisierung von Pädagoginnen und Pädagogen und die Unterstützung von Qualitätssicherung im österreichischen Bildungswesen. Sie bietet Lehramtsstudien der Primarstufe, der Sekundarstufe Allgemeinbildung und Berufsbildung sowie Fort- und Weiterbildung für Lehrpersonen aller Schultypen. Von Seiten der PH Steiermark ist das Institut für Praxislehre und Praxisforschung im VISDAT-Projekt beteiligt.

Weitere Informationen: PH Steiermark • Institut für Praxislehre und Praxisforschung

Förderung

Das Projekt wird vom Zukunftsfonds des Landes Steiermark im Rahmen der 10. Ausschreibung (Digitalisierung) gefördert. Die Projektlaufzeit ist für zwei Jahre angelegt und reicht vom März 2019 bis Februar 2021.

Weitere Informationen: Zukunftsfonds des Landes Steiermark • 10. Ausschreibung (Digitalisierung)

Ergebnisse

Das Projekt wurde im Zeitraum von März 2019 bis August 2021 durchgeführt. Die Ergebnisse des Projekts umfassen im Wesentlichen (a) ein theoretisches Modell zur Förderung von Interesse und Motivation an technisch-naturwissenschaftlichen Inhalten (Data and Natural Science Learing Model) und (b) zwei Experimente die nach diesem Modell erstellt wurden und an Schulen validiert wurden.

Details zum theoretischen Modell und zu den Experiment befinden sich in den untenstehenden Veröffentlichungen. Außerdem gibt es zu den Experimenten detaillierte Anleitungen und Materialien, um sie selbständig an Schulen durchzuführen. Hier aufgelistete Photos geben einen Einblick in die Durchführung unserer Validierungsstudien.

Konzept

Das Hauptziel des VISDAT Projekts ist die Förderung von Interesse und Motivation in den MINT Fächern. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde ein Konzept ausgearbeitet, das alle MINT Fächer miteinbezieht und Schüler* aktiv beteiligt. Die Methode hierfür sind naturwissenschaftliche Experimente, bei denen Daten gesammellt und interpretiert werden. Das Datensammeln geschieht mit einem micro:bit und hat dadurch einen Bezug zur Technik. Die Dateneingabe und Datenverwaltung geschieht über die VISDAT-App und stellt einen Bezug zur Informatik dar. Die Interpretation geschieht über die in Diagrammen aufbereiteten Daten und stellt dadurch einen Bezug zur Mathematik dar. Als Experimente wurden beisielhabler welche aud der Geographie (Wetter) und Biologie (Pflanzen) genommen, die sich auf die Naturwissenschaften beziehen.

Um das oben beschriebene Konzept in ein didaktisches Modell zu gießen, wurde das Data and Natural Science Learning Model entwickelt, das das Konzept des forschendes Lernens mit dem Data Science Prozess verbindet. Dabei werden fünf Aktivitäten definiert, die Aspekte aus den beiden Modellen integrieren. Die VISDAT Experimente wurden anhand dieses Modells aufgebaut. Diese fünf Aktivitäten bieten eine Anleitung, wie ein Experiment so durchgeführt werden kann, dass alle MINT Fächer inkludiert sind und Interesse und Motivation gefördert wird. Es kann somit verwendet werden, um neue Experimente nach diesem Muster zu entwickeln.

Erhebungen

In Summe waren 16 Schulen, 28 Klassen und 542 Kinder an den Erhebungen und Experimenten beteiligt:

• Die Vorerhebung zu Motivation und Interesse an technisch-naturwissenschaftlichen Inhalte wurde mit 414 Kindern durchgeführt.
• Das Wetterexperiment wurde in zehn Klassen (Volksschule, Mittelschule, Gymnasium-Unterstufe) mit 165 Kindern im Herbst 2019 durchgeführt. Im unteren Abschnitt dieser Seite sind einige Bilder davon abgebildet.
• An der Zwischenbefragung haben sich 311 Kinder beteiligt.
• Das Bohnenexperiment wurde in drei Klassen (Volksschule) mit 46 Kindern im Herbst 2020 durchgeführt. Im unteren Abschnitt dieser Seite sind einige Bilder davon abgebildet.
• Zusätzlich wurde das Bohnenexperiment in vier Klassen (Volksschule) eigenständig und ohne Unterstützung des Projektteams mit 74 Kindern durchgeführt.

Resultate

In den oben genannten Erhebungen wurde die Wirksamkeit der Experimente überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass die Anwendung der beiden Experimente tatsächlich eine positiven Effekt auf Interesse und Motivation bezüglich MINT Fächer hat. Aufgrund der COVID-Krise und damit einhergehenden Einschänkungen im Schulbetrieb konnten die Studien leider nicht wie geplant als Längsschnittstudien durchgeführt werden. Details der Ergebnisse befinden sich in untenstehenden Veröffentlichungen, bzw. werden in Zukunft noch veröffentlicht.

Veröffentlichungen

Informationen zu den Projektergebnissen befinden sich in folgenden Veröffentlichungen im Rahmen von Fachtagungen. Weitere Veröffentlichungen, die tieferen Einblick in die Experimente und deren Wirksamkeit geben, werden folgen.

ICL 2020: Paper und Präsentation bei der International Conference on Interactive Collaborative Learning (ICL 2020; 23.-25. September 2020)

• Nussbaumer, A., Steiner, C. M., Luttenberger, S., Ebner, S. M., & Guetl, C. (2021). Fostering natural and data science skills of school kids. In M. Auer & T. Rüütmann (Eds.), Educating Engineers for Future Industrial Revolutions. ICL 2020. Advances in Intelligent Systems and Computing (Vol.1382, pp. 212–223). Cham, CH: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-68198-2_1   Paper Präsentation

EduLearn 2021: Paper und Poster bei der International Conference on Education and New Learning Technologies (EduLearn 2021; 5.-6. Juli 2021).

• Ebner, S., Nussbaumer, A., Luttenberger, S., & Guetl, C. (2021). Increasing interest and motivation of school kids in natural and data science. In Proceedings of the 13th international conference on education and new learning technologies (EduLearn ’21) (pp. 7846–7854). IATED. doi: 10.21125/edulearn.2021.1599   Paper Poster

GGSK 2021: Im Rahmen des Grazer Grundschulkongress 2021 (GGSK 2021; 7.-9. Juli 2021; "Qualität von Schule und Unterricht") wurden in der VISDAT Session "Lernen digital: Fachübergreifende Lern- und Interessensprozesse in der Grundschule anregenLernen digital: Fachübergreifende Lern- und Interessensprozesse in der Grundschule anregen" drei Präsentationen gehalten, die hier als PDF Dokument heruntergeladen werden können.

• Silke Luttenberger, Carina Reiter, Georg Suppan, Kerstin Wieser, Marietta Riegler, Dominik Eibl, Christoph Mittendrein: Forschendes Lernen zur Förderung von Interesse an der Beschäftigung mit naturwissenschaftlich-technischen Inhalten. Präsentation
  
• Alexander Nussbaumer, Andreas Hiess, Christian Gütl: Visuelle Datenanalyse als handlungsorientierte und fachübergreifende Methode zur Analyse von Wetterbeobachtungen und Pflanzenwachstum. Präsentation
  
• Sylvia Ebner & Silke Luttenberger: Wie wirkt innovativer-forschender naturwissenschaftlicher Unterricht auf Lern- und Interessensentwicklung von Schüler*innen? Präsentation
  

Bohnenexperiment

Wetterexperiment

Team

Wissenschaftliche Beteiligung

Im folgenden sind die Personen aufgelistet, die wissenschaftlich und inhaltlich an der Konzeption, Durchührung und Auswertung beteiligt waren.

Christian Gütl

Christian Gütl ist assoziierter Universitätsprofessor am Institute of Interactive Systems and Data Science an der Technischen Universität Graz und leitet dort die Cognitive and Digital Science Lab (CoDiS Lab). Er dissertierte in Informatik und habilitierte in Angewandter Informatik. Sein Forschungsschwerpunkt beinhaltet Informationssuche, E-Learning, und Virtuelle Welten. In diesen Bereichen hält er auch Vorlesungen an der TU Graz.

⇝ Tätigkeit in VISDAT: Projektmanagement

⇝ Weitere Informationen: Visitenkarte •

Silke Luttenberger

Silke Luttenberger ist Hochschulprofessorin für Pädagogische Psychologie in der Primarstufe und durch die zusätzliche Qualifikation als Volksschullehrerin Expertin für Fachdidaktik. Sie forscht im Bereich fachlicher und beruflicher Interessen bzw. der Förderung von Frauen in Mathematik, Naturwissenschaften und Technik. Mit Publikationen und Herausgeberschaften zu diesem Thema hat sie sich als Expertin in diesem Thema etabliert und kann in diesem Feld auf nationale und internationale Kooperationen mit Kolleginnen und Kollegen aus der Psychologie, Erziehungswissenschaften und Fachdidaktik verweisen.

⇝ Tätigkeit in VISDAT: Mitarbeit am pädagogischen Modell; Studien und Evaluierung an den Schulen; Koordinierung der Schulen.

⇝ Weitere Informationen: Visitenkarte •

Alexander Nussbaumer

Alexander Nussbaumer arbeitet als Postdoc am Institute of Interactive Systems and Data Science (ISDS) an der Technischen Universität Graz. Er studierte Telematik und dissertierte in Angewandte Informatik. Sein Forschungsschwerpunkt liegt an der interdisziplinären Arbeit im Bereich Informatik und kognitive Psychologie. Er arbeitet in nationalen und internationalen Forschungsprojekten im Bereich technologiegestütztem Lehrens und Lernens, Entscheidungsunterstützung und gesellschaftlicher Sicherheit.

⇝ Tätigkeit in VISDAT: Entwicklung und Integration der Technik in das pädagogische und kognitive Konzept sowie dem Gamification-Ansatz.

⇝ Weitere Informationen: Homepage • Visitenkarte •

Sylvia Ebner

Sylvia Ebner studierte Psychologie (Bachelor, Master) und Pädagogik (Bachelor) an der Universität Graz und ist gegenwärtig Dissertantin in Psychologie ebendort.

⇝ Tätigkeit in VISDAT: Mitarbeit am pädagogischen Modell; Studien und Evaluierung an den Schulen.

⇝ Weitere Informationen: Visitenkarte

Christina Steiner

Christina Steiner arbeitete als Postdoc am Institute of Interactive Systems and Data Science (ISDS) an der Technischen Universität Graz. Sie absolvierte das Diplom- und Doktorratsstudium in Psychologie mit Schwerpunkt kognitive Psychologie. Ihre Forschungsschwerpunkte liegen auf Modelle der kognitiven Psychologie im Anwendungsfeld von technologiegestützten Lehrens und Lernens, gesellschaftlicher Sicherheit und Digital Humanities. Sie arbeitet in nationalen und internationalen Projekten in diesen Bereichen.

⇝ Tätigkeit in VISDAT: Kognitives Konzept

⇝ Weitere Informationen: Visitenkarte

Lehramtsstudierende

Im folgenden sind die Lerhramtsstudierenden aufgelistet, die am Projekt beteiligt waren. Alle haben wesentlichen Anteil an der Ausarbeitung der Experimente, der Detail- und Stundenplanung zur Durchführung an den Schulen, sowie an der Durchführung der Experimente an den Schulen. Manche habe auch im Projektbereich ihre Bachelor- oder Masterarbeit verfasst und sind nach Projektende bereits an den Schulen tätig.

Georg Suppan

Lehramtsstudium Primarstufe. Bachelorarbeit an der PHSt zu Projektthema.

Marietta Riegler

Lehramtsstudium Sekundarstufe Biologie und Germanistik.

Kerstin Wieser

Lehramtsstudium Sekundarstufe Mathematik und Biologie.

Andreas Hiess

Lehramtsstudium Sekundarstufe Informatik und Geschichte. Bachelorarbeit an der TUGraz zu Projektthema.

Anna-Carina Reiter

Lehramtsstudium Primarstufe. Masterarbeit an der PHSt zu Projektthema.

Dominik Eibl

Lehramtsstudium Sekundarstufe Biologie und Geographie.

Weitere

Praktikanten*

Fünf Schüler* aus der Oberstufe, die an der TUGraz ein Sommerpraktikum absolvierten, haben sich Beiträge in Form von Ideen, Präsentationen und Tests geliefert.

Partnerschulen

Es haben 15 Schulen aus der Steiermark an dem Projekt teilgenommen, wobei es sich hier um Schulen in Graz und der Südoststeiermark, sowie um Volksschulen, Mittelschulen und Gymnasien (Unterstufe) gehandelt hat.

Externe Schulen

Zusätzlich zu den Partnerschulen an denen die Experimente strukturiert durchgeführt wurden, haben auch noch zwei Schulen am Ende des Projekts teilgenommen, bei denen gestet wurde, wie die Experimente ohne Hilfe durch das Projektteam funktionieren.

Graphische Gestaltung

Die Gestaltung der Lehr- und Lernmaterialien wurden durch Mag. Irene Isser vorgenommen. Kontaktdaten und weiter Information gibt es auf Studio Isser.

Experimente

Hier finden sich zwei Experimente zum Nachmachen für den naturwissenschaftlich-technischen Schulunterricht. Der Aufbau der beiden Experimente orientiert sich dabei am Konzept des Forschenden Lernens, bei denen die Schülerinnen und Schüler selbst aktiv mitarbeiten. Dabei werden sie eigene Vermutungen aufstellen, relevante Daten messen und am Ende die Ergebnisse mithilfe der VISDAT-App interpretieren und diskutieren. Für die Durchführung der beiden Experimente an Schulen gibt es hier alle nötigen Informationen (z. B. Voraussetzungen für die Durchführung) und Materialien. Im Folgenden sind Details dazu angeführt.

Bohnenexperiment

Wetterexperiment

Bohnenexperiment

Grundidee

Die Umsetzung des Bohnenexperiments soll durch seinen nahen Alltagsbezug Schülerinnen und Schüler zum aktiven Forschen bewegen. Die Bohnenpflanze ist deshalb besonders dafür geeignet, da sie einerseits schnell wächst und andererseits ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Ernährung ist.

Im Rahmen der Durchführung setzen die Schülerinnen und Schüler ihre eigenen Bohnenpflanzen in Gruppen an. Zu Beginn können gemeinsam Vermutungen über die mögliche Entwicklung der Pflanze aufgestellt werden. Über einen Zeitraum von zwei Wochen wird dann die Pflanze gegossen sowie Entwicklung und Wachstum beobachtet, gemessen und am Ende auch diskutiert. Dadurch lernen die Schülerinnen und Schüler den Lebenszyklus der Pflanze kennen sowie den Umgang mit Daten inklusive Auswertung und Interpretation dieser.

Wie kann das in der Schule umgesetzt werden

Wetterexperiment

Grundidee

Die Umsetzung des Wetterexperiments soll durch seinen nahen Alltagsbezug Schülerinnen und Schüler zum aktiven Forschen bewegen. Das Wetter als Thema bietet sich deswegen gut an, da es zu jeder Zeit durchführbar ist und vor allem in Zeiten von Klimawandel und „Fridays for Future“ eine wichtige Rolle.

Im Rahmen der Durchführung erheben die Schülerinnen und Schüler ihre eigenen Wetterdaten in Gruppen. Anhand einer Wettervorhersage, die zu Beginn bereitgestellt wird, können gemeinsam Vermutungen aufgestellt werden. Über einen Zeitraum von einer Woche werden dann Wetterdaten beobachtet und erhoben und am Ende auch diskutiert. Das Ziel ist es, den Schülerinnen und Schüler das Verhalten des Wetters und dessen

Wie kann das in der Schule umgesetzt werden

Rechtliche Informationen

Kontakt

Allgemeine Projektinformationen:

• Christian Gütl (c.guetl@tugraz.at)
• Alexander Nussbaumer (alexander.nussbaumer@tugraz.at)

Informationen zu den Schulen:

• Silke Luttenberger (silke.luttenberger@phst.at)
• Sylvia Ebner (sylvia.ebner@tugraz.at)

Informationen zur Website und dem System:

• Alexander Nussbaumer (alexander.nussbaumer@tugraz.at)

Impressum

Herausgeber der Website

Christian Gütl, Alexander Nussbaumer
Institute of Interactive Systems and Data Science
Technische Universität Graz
A - 8010 Graz, Inffeldgasse 16c/I

Datenschutz

Website

Diese Website speichert und verarbeitet keine Daten, mit Ausnahmen von Server Log Daten, die nur im Fall von technischen Problemen ausgewertet werden.

VISDAT-App

Die Datenschutzerklärung für die VISDAT-App befindet sich in der Datenschutzerklärung.