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We describe an investigation of the heterogeneity in conceptual understanding of first-year
engineering students by using the force concept inventory (FCI) as a diagnostic tool. The
average FCI pre- and posttest results depend significantly on the type of school graduation.
Even interactive teaching methods that have proven to be more effective in learning outcome
cannot dissolve this heterogeneity within the first year of university study.
An der TH Rosenheim sind die Lehrenden der Physikgrundlagen für alle technischen Studiengänge in einer Fakultät beheimatet. Das erleichtert und befördert den Austausch nicht nur fachlicher Themen sondern auch didaktischer Fragestellungen. Das zunehmend heterogene Vorwissen der Studierenden sowie die Unzufriedenheit mit studentischen Prüfungsleistungen und eher passiver Unterrichtsbeteiligung gaben den Ausschlag, die Didaktik in den Blick zu nehmen um die Wirksamkeit der Lehre zu erhöhen. Das „Scholarship of Teaching and Learning“ gibt Auskunft darüber, ob das Ergebnis den Aufwand rechtfertigt. Der FCI-Konzepttest zeigt eindeutig die Wirksamkeit der verwendeten aktivierenden Lehrmethoden JiTT und PI. Die Prüfungsergebnisse erweisen sich nicht in gleichem Maße für eine quantitative Analyse als geeignet. Die Auswertung der Daten in Bezug auf Teilnahmeverhalten und Bestehensraten legt den Schluss nahe, dass bei Anwendung studierendenzentrierter und aktivierender Lehrmethoden signifikant mehr Studierende zu einem früheren Zeitpunkt die Klausur erfolgreich ablegen.
The 12th International Conference on Physics Teaching in Engineering Education (PTEE 2024) took place from 15th to 17th of May, 2024 at TH Rosenheim. This “Program and Abstracts” contains the conference time schedule as well as the abstracts and video links of the 3 keynotes and the abstracts of the 46 contributions. The contributions cover actual themes in teaching engineers at universities and universities of applied sciences. Among others they are related to: SoTL (Scholarship of Teaching and Learning), influence of the pandemic on teaching, artificial intelligence in learning and teaching including learning analytics, and innovative concepts for lectures and labs in physics and engineering subjects.
Wir sind begeisterte JiTTler. Nach mehr als drei Jahren JiTT (Just-In-Time Teaching) und PI (Peer Instruction) in sechs verschiedenen Physik- oder Bauphysik-Anfängervorlesungen wollen wir Ihnen unsere praktischen Erfahrungen vorstellen, die Sie als KollegInnen einladen und ermutigen könnten, sich auch auf dieses Experiment in Ihrer Grundlagenlehrveranstaltung einzulassen. Dabei ist JiTT die Basis und PI eine wesentliche Ergänzung für den Unterrichtsablauf. Die Methoden JiTT und PI sind in diesem Heft (vgl. Keller, Meissner und Fleischer, 2016) kurz erklärt mit entsprechenden Verweisen auf Literaturangaben, Details zu den Methoden finden sich auf der Seite des Projekts (HD MINT, 2016) und unsere Art der Umsetzung im zweiten Abschnitt.
Wie sind wir vorgegangen? Wir haben unsere Lehrveranstaltungen als „didaktisches Labor“ betrachtet und verschiedene Methoden mit Varianten getestet. Bei der einen Lehrveranstaltung (LV) wurde der seminaristische Unterricht gleich als Ganzes auf die neue Methode umgestellt, während bei den anderen LVen JiTT und PI sukzessive eingeführt wurden. Über Studentenumfragen (Fragebogen im Rahmen der Evaluation und über Sonderfragebögen) sowie durch Einzelinterviews wurde Feedback eingeholt und der Unterricht angepasst. Der Konzept-Test über Mechanik „Force Concept Inventory“ (FCI; Hestenes et al. 1992) dient als Instrument, um das Vorwissen der Studierenden und ihren Lernfortschritt zu messen. Er wird seit 2013 jedes Semester durchgeführt.
In dieser Arbeit wird mit Hilfe des „Force Concept Inventory“, einem etablierten Diagnostik-Test, der Lernzuwachs im Konzeptverständnis von Studienanfängern in der Newtonschen Mechanik untersucht. Das Ergebnis wird aufgeschlüsselt nach dem Einfluss der Lehrmethode, der Studienzugangsberechtigung und dem Umfang schulischen Physikunterrichts. Die Daten basieren auf Testergebnissen von 778 Studierenden aus acht verschiedenen ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen an der Hochschule Rosenheim über den Zeitraum der drei Studienjahre 2013/14 bis 2015/16.
Im Ergebnis zeigt sich, dass bei Verwendung aktivierender und auf das Konzeptverständnis hinzielender Lehrmethoden im Vergleich zu traditionellem seminaristischen Unterricht
ein signifikant höherer Lernzuwachs im Bereich der Mechanik erzielt wird. Im Detail weisen die Daten im Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen darauf hin, dass dieser Lernzuwachs nahezu gleich für die Gruppen mit unterschiedlicher Hochschulzugangsberechtigung bzw. unterschiedlichem Umfang schulischen Physikunterrichts ist. Das bedeutet insbesondere, dass die Heterogenität der Studienanfänger in ihrem Konzeptverständnis der Mechanik innerhalb des ersten Studienjahres erhalten bleibt.
Die vorliegende Studie zeigt, dass die anderweitig dokumentierten positiven Effekte der aktivierenden Lehrmethoden Just-in-Time-Teaching (JiTT) und Peer-Instruction (PI) auf Konzepttestergebnisse sich auch bei der Prüfungsperformance nachweisen lassen. Es wurden das Prüfungsverhalten und die Prüfungsergebnisse in einem Studiengang untersucht, der vom gleichen Dozenten vor und nach der Umstellung von traditionellem seminaristischen Unterricht (TradSU) auf die aktivierenden Lehrmethoden JiTT und PI unterrichtet wurde. Es zeigt sich, dass im Zeitraum mit JiTT/PI deutlich mehr Studierende die Prüfung zum frühestmöglichen Zeitpunkt antreten und trotzdem mit gleichen Ergebnissen wie beim TradSU bestehen. Wiederholungsversuche haben sogar eine höhere Bestehensquote, sodass durch den aktivierenden Unterricht insgesamt mehr Studierende die Prüfung schneller erfolgreich absolvieren. Die mit JiTT verbundene Kontinuität im Lernen sowie die regelmäßigen und häufigen Rückmeldungen zum Lernstand und dadurch erhöhte Selbstreflexionskompetenz der Studierenden durch JiTT und PI scheinen zu diesen Effekten wesentlich beizutragen.
Jeder und jede Lehrende an der Hochschule stellt sich vermutlich früher oder später die Frage, wie er oder sie die Studierenden dazu motivieren kann, bereits ab der ersten Semesterwoche kontinuierlich mitzuarbeiten und die Selbstlernzeiten sinnvoll zu nutzen, um nicht erst kurz vor oder in den Prüfungen festzustellen, was nicht verstanden ist. Dazu kommt der Wunsch, dass alle Studierenden unabhängig von ihrer Lernbiographie vom Unterricht jeweils maximal profitieren, indem sie bestenfalls schon vorbereitet in die Lehrveranstaltung kommen und sich mit ihren Fragen aktiv einbringen. Mögliche Antworten auf diese Fragen und Wünsche können die Lehrmethoden Just-in-Time-Teaching, Peer Instruction und spezielle Tutorials bieten.
Im vorliegenden Artikel wird ein Überblick über das didaktische Konzept gegeben, das die drei genannten Lehrmethoden beinhaltet. Damit wurden in der Physikausbildung in Ingenieurstudiengängen an der Hochschule Rosenheim sehr gute Erfahrungen gemacht. Die Wirkungen der Lehrmethoden werden durch Erfahrungen der Dozenten beschrieben, aufwändig ausgewertete Lehrevaluationen stellen die Studierendensicht dar und das Aufwand/Nutzen-Verhältnis der beschriebenen Methoden wird diskutiert.
