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Mozambique is among the poorest countries in the world in such a way that many schools lack essential resources (electricity, chairs, internet, computers, water, and others). As a result, the traditional model is still the most used one in subjects related to programming in different courses where the teacher presents new content during face-to-face sessions and students take assignments and exercises to complete at home. This subject is still new for many students, so, they find it challenging to complete the tasks at home. Furthermore, programming is taught only at the university level, so, students find it difficult to understand it for the first time, resulting in a motivation decrease as well as the increase of drawbacks in programming subjects. In this way, methods like the cognitive apprenticeship model (Collins, Brown, Newman, 1989), extreme programming (Beck & Fowler, 2001), gamification (Deterding, Dixon, Khaled, & Nacke, 2011), and flipped classroom (Lage, Platt, & Treglia, 2000) could be used or combined to motivate students and overcome these challenges. Since programming consists of a set of sequential steps and procedures, Gamified Flipped Classroom (GFC) seemed to be an appropriate method as it could be easy to demonstrate the “how to” procedures to students, letting them work on them at home (video lectures, links, documents). The teacher would act as a guide and facilitator for both home and in-class sessions, supported by gamification elements. Nevertheless, the thesis aimed to design a GFC learning environment adapted to the Mozambican context, investigate the student’s perception regarding this combination and analyse motivation and learning outcomes regarding day and night shifts. The research was conducted through Design-Based Research (DBR) for the learning environment design as well as student perception analysis and through a quasi-experiment for motivation and learning outcomes processing. The results indicate that The GFC learning environment for the Mozambique context should rely on three core aspects: A low-cost approach, availability of institution facilities and a proper curriculum plan adaptation. Furthermore, student’s perceptions were mostly positive, despite the occurrence of some negative ones related to connectivity problems. Lastly, generic data indicates that GFC did not significantly impact students’ motivation, however, separate analysis indicates that students from the day shift tended to feel more motivated than the day shift ones. Results also indicated that both shifts tended to increase their sense of competence and interest/enjoyment during the GFC learning environment but their sense of pressure was almost the same. Regarding learning outcomes, students scored higher marks during the traditional learning environment than in GFC, nevertheless, day-shift tended to have higher scores than night ones. So, it can be concluded that students from the day-shift felt more motivated and had better outcomes than the night ones.
The present thesis served as a starting point for promoting a change of paradigm in teaching programming, especially in countries with limited access to technology like Mozambique by adapting methods like GFC to its context.
Mobile Technology Impact In Support Note-Taking And Sharing Activities During Biology Field Trips
(2024)
This research study is to explore methods for incorporating mobile technology into field trips to support note-taking activities.
It presents the result of a qualitative study to determine the methods and tools biology students use to take and share notes on field trips and to develop useful guidelines for the development of mobile technologies to support note-taking and sharing activities. A field note is a combination of raw data and ideas that represents the process of transforming an observed interaction into a written one.
The study design consisted of two research phases:
Phase 1: Observation of 14 undergraduate Biology students attending the Marin ecology field study trip at the Technical university of Kaiserslautern, and 14 undergraduate biology students also how took part in the Botany Biodiversity field trip at the Saarland university.
Phase 2: Interview with 13 undergraduate biology students who took part in the Marin Molecular biology field trip and 14 undergraduate biology students who took part in the Botany biodiversity field trip.
The results of this research provided an understanding of generic requirements (and context-specific requirements) by identification of the undergraduate biology students' needs and requirements during field trip learning activities, i.e., it was observed that all groups of students take a number of devices with them, these include a mixture of traditional and modern tools such as note and sketchbooks for note taking. Also, it was identified what makes mobile technology useful to use in the field, to support the outdoor students learning experience i.e. the system must provide a GPS link function to link the taken notes with location automatically. Also, from the other side this research study explored factors that affect the use of mobile technology in biology field trips by university students can lead them to choose paper-based tools to support their learning experiences during fieldwork.
In general, Mobile technology have a great impact on the students in collecting data and capturing their learning experiences during the field trip.
Technologies based on Geographic Information System (GIS) are widely used in society and are increasingly being integrated into school curricula and practice. Many claims have been made that the use of GIS in class has positive effects on a wide range of achievement and affective variables. However, empirical evidence for that, especially in the German situation, has been scarce.
Systemic thinking has been central to the guiding objective of German geography education for many years and constitutes an important contribution to prepare students for life in a complex world. Yet, so far, specific test instruments and studies elucidating factors that help students improve this competency have been far from extensive.
This dissertation aims at exploring the influence of a short ‘working with GIS’ vs. ‘working with maps’ unit on students’ achievement in geography, specifically, the systemic thinking competency. Based on literature a definition of geographic systemic thinking and an associated competency model were developed. In total, three one test time and two pre-/posttest with control group studies were conducted to develop test instruments and a treatment as well as to study the question at hand. The treatment used the topic ‘tourism in Kenya’. Partly Desktop-, partly Web-based GIS versions were used. In study 5, there were two different types of materials, which contained parallel contents/tasks. While one used an overview sheet of relevant GIS functionality (‘old’), the other integrated more step-by-step instruction directly into the text (‘new’). Variables included were systemic thinking, sex, age, stream/type of geography study/pre-score, grade/semester, language and migration background, pre-experience, affective variables, pre-basic spatial thinking skills, treatment and material type. Not all variables were used in every study.
The largest study (study 5) used the results of 932 seventh grade students for analyses. The sample contains both high and middle stream students from three German federal states. The study highlights issues such as e.g. test time constraints, open task coding, partly ceiling effects and item difficulties partly deviant from the model expectations. For the analyses, both raw average scores and WLE estimates obtained by a Rasch analysis are used. Additionally, based on the WLE scores, HLMs are calculated.
Overall, in study 5 GIS students do not improve pre- to posttest in systemic thinking. Consequently, GIS has no positive, and partly a significantly negative impact compared to maps, e.g. in a HLM with all other variables having significant effects included. Results for material type are mixed. For instance, on the one hand, t-tests show no significant difference in pre-posttest-change between students working with ‘old’ and ‘new’ WebGIS materials. On the other
hand, the overall HLMs with other variables included show a significant negative effect only for the ‘old’ but not for the ‘new’ WebGIS materials.
Only 23 students could be included in the ‘having already worked with an educational GIS’-sub-group (vs. 520). The improvement of these students pre- to posttest is not significant, but has an effect size above 0.2. A calculation with the ‘no pre-experience’ sub-group being reduced to students with similar characteristics (e.g. in terms of stream, GIS type) leads to 19 vs. 84 students and similar results. In both cases, students with pre-experience perform not significantly, but with an effect size above 0.2, better than students without pre-experience. Overall, the results could hint at students needing more pre-experience so as to not have so much mental capacity tied to getting used to the software and being able to concentrate more on the system interrelationships. However, due to the sample characteristics and study design, this cannot be proven by the present data and thus needs to be explored in further studies.
Other variables (age, sex, migration and language background, stream, pre-score, pre-spatial thinking score) show mixed results depending on the analysis method used. This underlines the impact of methodological choices and the need for large sample studies in order to be able to take a closer look at individual sub-groups. Furthermore, the HLM results point to not all influencing variables having been included. In general, the impact of variables such as pre-achievement/ stream and sex on pre-posttest change evident in some of the analyses points to the need for more research to develop differentiated learning materials.
The conducted studies also show, e.g. through deviations from the assumed model of systemic thinking, that there is still a great need for more studies in terms of test- and model development for systemic and spatial thinking in a geographic context.
In der Diskussion um eine Energiewende in Deutschland spielen erneuerbare Energieträger eine zentrale Rolle. Für eine gesellschaftliche Akzeptanz ist es daher besonders wichtig, bereits in der Grundschule Wissen und Bewusstsein dafür zu vermitteln. Im Bildungsplan für Grundschulen in Baden-Württemberg ist daher das Thema erneuerbare Energie unter der Leitperspektive Bildung für nachhaltige Entwicklung verankert. Ziel der Studie ist es, die Vorstellungen von Kindern der zweiten und dritten Klasse zum Thema Wasserkraft zu erfassen und zu untersuchen, wie sich diese beim Lernen verändern. Die Conceptual-Change-Forschung bildet den theoretischen Rahmen der Untersuchung und zielt auf eine Untersuchung der Veränderung von Schülervorstellungen ab.
In ihrem Vorgehen folgt die Studie dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion nach Kattmann et al. (1997) mit den drei Teilbereichen Fachliche Klärung, Erfassung der
Schülervorstellungen und Didaktische Strukturierung. Auf Basis der Qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring (2015) werden in der Fachlichen Klärung wissenschaftliche
Theorien und Aussagen in Lehrbüchern und Unterrichtsmaterialien zur Wasserkraft untersucht. Als Methode zur Erfassung der Schülervorstellungen findet das Vermittlungsexperiment nach Steffe (1983) Anwendung. Dabei werden nicht nur Inhalte vermittelt, sondern auch die Vorstellungen von dreizehn Kinder der zweiten und dritten Jahrgangsstufe erfasst und ebenfalls mittels Qualitativer Inhaltsanalyse analysiert. Durch einen Vergleich der Ergebnisse von Fachlicher Klärung und Erfassung der Schülervorstellungen können in der Didaktischen Strukturierung Leitlinien entwickelt werden, die bei den Vorstellungen der Kinder ansetzen und in Richtung der fachwissenschaftlichen Vorstellungen leiten.
Die fachwissenschaftlichen Vorstellungen lassen sich in vier Bereiche gliedern. Neben der Definition des Begriffs Wasserkraft erfolgt eine Einteilung von Wasserrädern in ober und unterschlächtige Räder. Zudem werden die naturwissenschaftlich-technischen Voraussetzungen
zur Nutzung der Wasserkraft herausgearbeitet. Es bestehen Abhängigkeiten zwischen Fallhöhe und Volumenstrom. Die geographischen Voraussetzungen der Wasserkraftnutzung
zeigen sich in der Beschreibung verschiedener Standorte für Wasserräder. Die Erfassung der Schülervorstellungen gliedert sich ebenfalls nach den vier Bereichen, die in der fachlichen Klärung identifiziert wurden. Die Denkpfade von sechs ausgewählten Schülern werden beispielhaft herausgearbeitet. So können die Momente identifiziert
werden, in denen die Schüler mit ihren Vorstellungen an deren Grenzen stoßen. Durch diesen sogenannten kognitiven Konflikt kann ein Conceptual Change ausgelöst werden.
Wurde anfangs beispielsweise die Vorstellungen geäußert, dass sich ein Wasserrad bei geringer Fallhöhe des Wasser schnell drehen kann, beschreiben die Kinder am Ende der
Befragung, dass sich das Wasserrad schneller dreht, wenn die Fallhöhe größer ist. Auch in der Vorstellung, wo in der Natur sich ein Wasserrad drehen kann, sind Veränderungen zu
beobachten.
Im Rahmen der Didaktischen Strukturierung werden die Vorstellungen der Fachwissenschaft mit denen der Grundschulkinder verglichen. Dabei werden sowohl Gemeinsamkeiten, aber auch Eigenheiten, Begrenztheiten und Verschiedenheiten der Vorstellungen herausgearbeitet. Darauf aufbauend können sechs Leitlinien formuliert werden, wie Inhalte zum Thema Wasserkraft im Sachunterricht basierend auf den Vorstellungen der Schüler vermittelt werden können. Die Leitlinien befassen sich neben der Definition des Begriffs Wasserkraft unter anderem mit der Funktion von Wasserrädern und Wasserkraftwerken.
Die Fähigkeit, Aufgabenschwierigkeiten für Lernende adäquat zu beurteilen, stellt eine wesentliche Facette der diagnostischen Kompetenz von Mathematiklehrkräften dar. Über ihre zentrale Bedeutung, zum Beispiel für die Anpassung von Unterricht entsprechend dem Fähigkeitsniveau der Schüler*innen, besteht in der Bildungsforschung ein breiter Konsens. Die Schwierigkeit von Mathematikaufgaben wird neben spezifischen fachlichen Aufgabenmerkmalen unter anderem auch von instruktionalen Merkmalen des Aufgabendesigns beeinflusst. Schwierigkeitsgenerierende Aufgabenmerkmale sollten von Lehrkräften identifiziert und hinsichtlich der Schwierigkeit für Schüler*innen adäquat evaluiert werden können. Der gegenwärtige Forschungsstand hinsichtlich solcher Informationsverarbeitungsprozesse beim Diagnostizieren, sowie potenzieller Einflussfaktoren auf den Urteilsprozess, wird jedoch als unbefriedigend angesehen. An diesem Forschungsbedarf setzt die vorliegende Dissertation an. Auf Basis eines Modells der Informationsverarbeitung wurden in drei Teilstudien Annahmen über Informationsverarbeitungsprozesse beim Diagnostizieren formuliert und experimentell geprüft. Hierbei wurden sowohl potenzielle Einflussfaktoren der Lehrkraft (Berufserfahrung, spezifisches Wissen) wie auch der Diagnosesituation (Inhaltsbereich der Aufgabe, schwierigkeitsgenerierende Aufgabenmerkmale, Prompt zur Sensibilisierung über diagnoserelevante Merkmalskategorien) in den Blick genommen. Als Diagnosegegenstände wurden Mathematikaufgaben aus den Inhaltsbereichen der Bruchrechnung und der Winkelberechnung eingesetzt. Um interne Informationsverarbeitungsprozesse beim Diagnostizieren zu untersuchen, wurden sowohl Ergebnisindikatoren über ein Paper-Pencil Test als auch direkte Prozessindikatoren mittels Eye-Tracking und Eye-Tracking Stimulated Recall Interviews herangezogen. Die Daten wurden in einem Mixed-Methods Ansatz sowohl qualitativ als auch quantitativ ausgewertet.
Im Bereich der geschichtsdidaktischen Lehr-Lernforschung ergaben sich durch PISA weitreichende Veränderungen. Die Prozesse historischen Lernens, deren Bedingungen und Voraussetzungen, gewannen in der domänenspezifischen Forschung immer mehr an Aufmerksamkeit. Somit stellt sich auch für die Geschichtsdidaktik die Frage, über welches Wissen und Können Geschichtslehrkräfte verfügen, damit sie die Prozesse um das historische Lernen und das Geschichtsbewusstsein bei den Lernenden initiieren, fördern und begleiten können. Das Forschungsanliegen der vorliegenden Arbeit untersucht fachdidaktische Kompetenzstrukturen (in den Konstruktfacette "Feedback geben" und "Diagnostizieren können") angehender Geschichtslehrpersonen an den Pädagogischen Hochschulen Baden-Württembergs.