Mikroskopie digital und original Zellkonzept verstehen, problemorientiert mikroskopieren - mit und ohne Interaktives Whiteboard (IWB)

Conventional and digital microscopy – Developing cell conceptual competences using the example of human biology

Projektdauer:

22.12.12 bis 10.02.16

Kurzinhalt:

Das Ziel des Projektes war die Förderung von Kompetenzen beim Mikroskopieren auf der Grundlage eines soliden Zellkonzepts. Dazu wurden Lernmodule für das Interaktive Whiteboard (IWB) mit histologischen Bildern entwickelt und im Hinblick auf Effekte im Vergleich zu originaler Mikroskopie untersucht.
Im Feld der Humanbiologie wurden in Lehrveranstaltungen laut Studienordnung zu den Lehrämtern die Entwicklungen von Kompetenzen des Erkenntnisgewinns exemplarisch begleitet. Es kamen erprobte Messinstrumente (Short Scale of Intrinsic Motivation, „Anforderungspassung“- und Flow-Fragebogen nach Rheinberg, Interessen-Fragebögen zu biologischen Domänen) sowie spezielle Kenntnistests zum Zellkonzept und Interviews zum Einsatz. Dabei wurde die Grundgesamtheit der Studierenden in den relevanten Studiengängen über die gesamte Projektlaufzeit erfasst.
Grundlegende Forschung auf methodischem „Neuland“ in der Fachdidaktik wurde geleistet im Hinblick auf die Frage, wohin Probanden ihre Blicke richten, wenn sie mikroskopische Präparate betrachten. Hierzu wurden Augenbewegungen über 6 bzw. 12 sec pro Stimulus aufgezeichnet (Eye tracking) in Kooperation mit dem Lernlabor Neurobiologie der Universität Tübingen (AG Prof. Uwe Ilg) und anschließend ausgewertet. Dabei wurde u.a. geprüft, inwiefern die Blickbewegungen der Probanden von deren Status als Novize bzw. Experte und von deren Fachkenntnissen (z. B. zur Retina und zur Neurobiologie) abhängen.

[Kurzinhalt - Fremdsprache]
Students in elementary biology classes are fascinated by microscopy. In future classes, microscopy is hardly done. Microscopic drawing is frowned upon. School graduates are challenged by the complexity of concrete configurations and have little practice. This study was done with the goal of researching various measures to promote the development of microscopy competences at school. By tracking eye movement, it was examined how problem-oriented impulses help high school students recognize complex cellular configurations in human biological tissue like the retina. The main survey was done with 29 high school seniors using microscopes at the student laboratory of neuroscience in Tuebingen. The data shows that prior knowledge of cellular configurations of the eye does not influence the number of saccades and fixations at this level. The qualitative analysis of the scanpath of histological images, however, allows conclusions about concrete cognitive aspects of attentive image comprehension.Most biology teacher trainees perceive themselves as having average microscopy skills. Thus, this study examines the development of competences of these students during microscopy of human biological contents (at Univ. of Edu. HD 2012: n=70 2013: 25 14; 2013/14 n=21 27 and 2014 n=31 39). Treatments with conventional microscopy and with self-developed modules for interactive whiteboards with a touch function for histological images are compared. Outlasting interests, situational interest, experience of competence, ratio of matching requirement, and flow experience. Competences in interpretation of microscopic images of both treatments were additionally tested. The data shows: The positive values of interest and ratio of matching requirement of conventional microscopy using problem-based learning are not surpassed by learning with digital images. When initial technical problems have been overcome, digital images can achieve similar effects to conventional images, in a collaborative approach. The ratio of matching requirement is crucial for successful microscopy (conventional or digital). This is ensured through problem-oriented didactic contextualization, development of prior knowledge, and communication with feedback.

Ergebnis:

Die Untersuchungen zum Eye-Tracking beim Betrachten histologischer Bilder durch Abiturienten zeigten, dass das Vorwissen zu zellulären Strukturen des Auges die Gesamtzahl der Sakkaden und Fixationen pro Stimulus auf dieser Niveaustufe nicht beeinflusste, aber ihr Verteilungsmuster auf wichtige Bildpunkte (AoI). Die qualitative Analyse des „Scanpath“ histologischer Abbilder ermöglicht jedoch Rückschlüsse auf konkrete kognitive Aspekte des attentiven Bildverstehens und der Verstehenshürden. Die Analyse ergab wesentliche Hinweise zur Optimierung von Lernprozessen und zur Gestaltung von Text-Bild – Interaktionen und Lernimpulsen. So wurde deutlich, dass Schemata und Texte allein für die Entwicklung eines adäquaten Zellkonzeptes nicht ausreichen und authentische originale Repräsentationsformen nicht ersetzen.
Studierende des Lehramtes für Biologie verfügen nach eigener Einschätzung vor den Modulen meist nur über mittelmäßige Fähigkeiten im Umgang mit Mikroskopen. In den Modulen zur Humanbiologie mit Mikroskopie gelingt es bei problemorientierter Gestaltung und unter Berücksichtigung der Vorkenntnisse (Anforderungspassung), situationale Interessiertheit hervorzurufen und die Abneigungen gegen Mikroskopie (nicht jedoch gegen mikroskopisches Zeichnen)abzubauen. Die positiven Messwerte zu Interessiertheit und Anforderungspassung bei originaler Mikroskopie unter problemorientierten Fragestellungen werden beim Lernen mit digitalen Bildern nicht übertroffen.Nach Überwindung technischer Startschwierigkeiten kann der Umgang mit digitalen Bildern bei kollaborativem Vorgehen ähnliche Effekte erzielen wie biologische Originale. Der Vorteil des IWB lag in dem Herstellen von Zusammenhängen.

Projektbeteiligte:

Prof. Dr. Jäkel, Lissy (Leitung)Profil

Anamarija Penzes, Julia Berg, zahlreiche Tutorinnen und Masterstudierende

In Zusammenarbeit mit:

Universität Tübingen, Lernlabor Neurobiologie, Prof. Uwe Ilg, David. J. Mack

gefördert vom Senat der PH Heidelberg von 12/2012 bis 12/2014

Verweis auf Webseiten:

Projekthomepage

Angehängte Dateien:

Paper ESERA 2015

Publikationen:

Forschungsprojekt

abgeschlossen

Projekt-ID:443
Fak. 3 • BiologieErfasst von Jäkel, Lissy(Prof. Dr.) am 11.09.15
Zuletzt geändert von Prof. Dr. Jäkel, Lissy am 11.12.19