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Rowena Merkel

• Ziel dieser Dissertation ist die Förderung eines Konzeptwechsels beim Übergang von den natürlichen zu den rationalen Zahlen und damit der Aufbau eines konzeptuellen Bruchverständnisses beim Größenvergleich von Brüchen. Zu diesem Zweck wurde eine digital gestützte Lernumgebung entwickelt, die interaktive Erkundungen mit dynamischen Visualisierungen ermöglicht und ein hohes kognitives Aktivierungspotenzial aufweist. Im Zentrum der Arbeit steht die Analyse der durch die Lernumgebung angeregten kognitiven Lernaktivitäten von Schülerinnen und Schülern während einer Problemlösephase sowie deren Bedeutung für den Erwerb eines konzeptuellen Bruchverständnisses. In einer ersten empirischen Studie (Merkel et al., 2025) wurde untersucht, wie sich die Variation der Lernumgebung (dynamisch vs. statisch) auf den Lernerfolg auswirkt und inwiefern die in der dynamischen Lernumgebung ausgelösten Lernaktivitäten den Lernerfolg vorhersagen. Die Ergebnisse zeigen einen deskriptiven Trend zugunsten der dynamischen Lernumgebung. Zudem wenden Lernende, die digitale Tools effektiv nutzen, höhere Strategien an und erreichen ein besseres konzeptuelles Bruchverständnis. Darüber hinaus wurde ein Aptitude-Treatment-Interaction-Effekt identifiziert: Lernende mit geringerem Vorwissen profitieren stärker von der dynamischen Lernumgebung, während Lernende mit höherem Vorwissen bessere Ergebnisse in der statischen Lernumgebung erzielen. Aufbauend auf diesen Befunden wurde die Lernumgebung weiterentwickelt und in einer zweiten empirischen Studie (Merkel et al., 2026) der Einfluss von Prompts, Kontexten und empirischem Feedback auf die ausgelösten Lernaktivitäten und den Lernerfolg untersucht. Es zeigt sich ein indirekter signifikanter Effekt des Kontexts über die Qualität der Begründungen auf die Posttestergebnisse zugunsten des Basketballkontexts. Zudem entwickeln Lernende, die Prompts zur Nutzung digitaler Tools erhalten, ein besseres Situationsbild und formulieren qualitativ hochwertigere Begründungen, die wiederum Prädiktoren für ein besseres konzeptuelles Bruchverständnis sind. Effekte des empirischen Feedbacks konnten nicht nachgewiesen werden. Ein begleitender Praxisartikel (Merkel et al., 2025), der die Lernumgebung für die Unterrichtspraxis vorstellt, zeigt die Verknüpfung von Theorie und Praxis und leistet damit einen Beitrag zur theoriegeleiteten Gestaltung digitaler Lernumgebungen sowie zur Erforschung von Konzeptwechselprozessen im Mathematikunterricht.