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Eye tracking is an increasingly popular method in mathematics education. While the technology has greatly evolved in recent years, there is a debate about the specific benefits that eye tracking offers and about the kinds of insights it may allow. The aim of this review is to contribute to this discussion by providing a comprehensive overview of the use of eye tracking in mathematics education research. We reviewed 161 eye-tracking studies published between 1921 and 2018 to assess what domains and topics were addressed, how the method was used, and how eye movements were related to mathematical thinking and learning. The results show that most studies were in the domain of numbers and arithmetic, but that a large variety of other areas of mathematics education research was investigated as well. We identify a need to report more methodological details in eye-tracking studies and to be more critical about how to gather, analyze, and interpret eye-tracking data. In conclusion, eye tracking seemed particularly beneficial for studying processes rather than outcomes, for revealing mental representations, and for assessing subconscious aspects of mathematical thinking.
Research on productive failure suggests that attempting to solve a problem prior to instruction facilitates conceptual understanding compared to receiving instruction prior to problem solving. The assumptions are that during the problem-solving phase, students activate their prior knowledge, become aware of their knowledge gaps, and discover deep features of the target content, which prepares them to better process the subsequent instruction. Unclear is whether this effect results from merely changing the order of the learning phases (i.e., instruction or problem solving first) or from additional features, such as presenting problem-solving material in the form of cases that differ in one feature at a time. Contrasting such cases may highlight the deep features and provide grounded feedback to students’ problem-solving attempts. In addition, the effect of the order of instruction and problem solving on procedural fluency is still unclear. The present experiment (N = 181, mean age = 14.53) investigated in a 2 × 2 design the effects of order (instruction or problem solving first) and of contrasting cases in the problem-solving material (yes/no) on conceptual understanding and procedural fluency. Additionally, the quality and quantity of students’ solution attempts from the problem-solving phase were coded. Regarding the learning outcomes, the ANOVA results suggest that for procedural fluency instruction prior to problem solving was more beneficial than problem solving prior to instruction. Merely delaying instruction did not increase conceptual understanding. The contrasting cases did not affect the quality of solution attempts, nor the posttest results. As expected, students who received instruction first generated fewer, but higher-quality solution attempts.
Although raised in the early days of research on teacher noticing, the question of context specificity has remained largely unanswered to this day. In this study, we build on our prior research on a specific aspect of noticing, namely teachers’ analysis of how representations are dealt with in mathematics classroom situations. For the purpose of such analysis, we examined the role of context on the levels of mathematical content area and classroom situation. Using a vignette-based test instrument with 12 classroom situations from the content areas of fractions and functions, we investigated how teachers’ analyses regarding the use of representations are related concerning these two mathematical content areas. Beyond content areas, we were interested in the question of whether an overarching unidimensional competence construct can be inferred from the participants’ analyses of the different individual classroom situations. The 12 vignettes were analysed by N = 175 secondary mathematics teachers with different degrees of teaching experience and their written answers provided the data for this study. Our findings show that the data fit the Rasch model and that all classroom situations contributed in a meaningful way to the competence under investigation. There was no significant effect of the mathematical content area on the participants’ analyses regarding the use of multiple representations. The results of the study indicate that explicitly considering questions of context can strengthen research into teacher noticing.
As an important component of teaching expertise, teacher noticing is gaining growing attention in our intercultural mathematics education community. However, it is likely that in many cases the researchers’ perspectives on what characterizes high instructional quality in mathematics classrooms shape what they expect teachers to notice. In particular, it is an open question how potentially different norms of instructional quality influence how teacher noticing is operationalized in East Asian and Western cultures. Consequently, in a first step, this bicultural research project on teacher noticing in Taiwan and Germany focuses on exploring the researchers’ frames of reference for investigating teacher noticing. In this paper, we thus propose a concurrent process for developing vignettes and eliciting corresponding expert norms as a prerequisite to investigating teacher noticing in a way that is sensitive to different cultural contexts. In this process, the research teams in both countries developed in parallel, text vignettes in which, from their perspective, a breach of a norm regarding a specific aspect of instructional quality was integrated. In an online expert survey, these vignettes were then presented to German and Taiwanese researchers in mathematics education (19 from each country) to investigate whether these experts recognize the integrated breach of a norm. This approach allows researchers to identify potentially different norms of instructional quality in mathematics classrooms. In particular, by means of a specific representation of practice, it became visible how expert norms of responding to students’ mathematical thinking can be different from a Taiwanese compared to a German perspective.
Diagnostic competences are an essential facet of teacher competence. Many studies have investigated the quality of teachers’ judgments of students’ competences. However, little is known about the processes that lead to these judgments and about the ways to promote these processes in the early phase of teacher training. The aim of the research project on which we report in this paper was to develop a simulated computer-based environment that allows assessing and promoting the diagnostic processes of prospective teachers. In the simulated environment, ‘virtual third-graders’ solve mathematical problems. Participants are asked to diagnose the students’ competence levels according to a theoretical model, which has been empirically validated. Participants can repeatedly select mathematical problems of varying difficulty levels, assign them to a virtual student, and then receive the student’s written solution. In this paper, we present the conceptualization of the simulated environment. We also report on the results of a pilot study with 91 prospective primary school mathematics teachers to analyze whether the environment allows an assessment of individual differences in diagnostic processes. The majority of participants rated the environment as authentic and as one in which they could become immersed. Overall, participants were fairly accurate in their diagnoses concerning the student’s competence level. However, log data and participants’ written notes indicated that there was large variability in their diagnostic processes. Participants varied greatly in the number of mathematical problems they assigned to a student during their diagnostic process, and in how strongly the difficulty of these problems deviated from the student’s true competence level. Overall, the data suggest that the simulated environment has the potential to assess diagnostic processes in a valid way. We discuss open questions and issues for further development.
Bei der Auswahl von Aufgaben für einen adaptiven Unterricht schätzen Lehrkräfte deren fachliche Anforderungen ein. Im Rahmen eines Modells der Informationsverarbeitung wird angenommen, dass bei solchen diagnostischen Urteilen über Aufgaben auf Basis fachdidaktischen Wissens schwierigkeitsgenerierende Merkmale identifiziert und diese hinsichtlich ihres Einflusses auf die Aufgabenschwierigkeit gewichtet werden. Dabei erfolgt die Verarbeitung von Oberflächen- und Tiefenmerkmalen unterschiedlich schnell und ist daher abhängig von der verfügbaren Zeit. Anliegen der Studie ist es, diese Annahmen über die kognitiven Prozesse bei der Urteilsbildung zu prüfen, indem Aufgabenmerkmale systematisch variiert und fachdidaktisches Wissen als Personenmerkmal sowie Zeitdruck als Situationsmerkmal experimentell variiert werden. Zur Prüfung der Modellannahmen werden bei Lehramtsstudierenden (N = 175) zwei Bedingungen verglichen: Einer Experimentalgruppe wird spezifisches fachdidaktisches Wissen über schwierigkeitsgenerierende Aufgabenmerkmale vermittelt. Ihre aufgabendiagnostischen Urteile werden durch paarweise Schwierigkeitsvergleiche erfasst und mit einer Kontrollgruppe verglichen – jeweils mit hoher und mit geringer Zeitrestriktion. Es zeigt sich, dass fachdidaktisches Wissen dazu führt, dass schwierigkeitsgenerierende Aufgabenmerkmale signifikant besser identifiziert und gewichtet werden, Zeitdruck hingegen hat signifikant negative Auswirkungen auf die Urteilsgüte. Die beschriebene Merkmalsvariation schlägt sich demnach hypothesenkonform in der Urteilsakkuratheit nieder, wobei die Prozesse der Identifizierung und der Gewichtung von schwierigkeitsgenerierenden Aufgabenmerkmalen unterschieden werden. Diese Ergebnisse erlauben Rückschlüsse auf die Bedeutung von spezifischem fachdidaktischem Wissen für diagnostische Urteile und geben damit Impulse für die Lehrkräfteaus- und -fortbildung. Die Unterscheidung der kognitiven Prozesse beim Einschätzen von Aufgabenschwierigkeit mit und ohne Zeitdruck legt nahe, dass sich Lehrkräfte hierüber während der Unterrichtsplanung (ohne Zeitdruck) und im Unterrichtsgeschehen (mit Zeitdruck) bewusst sein sollten, um reflektiert damit umgehen zu können.
Der Forschungsstand zu diagnostischen Kompetenzen von Lehrkräften – als wesentliche Voraussetzung für Feedback oder adaptives Unterrichten – wird zurzeit als unbefriedigend angesehen, da kaum überzeugende Theorien über die kognitiven Prozesse bei der Genese diagnostischer Urteile bestehen. An dieser Stelle setzt das Rahmenmodell DiaCoM (Explaining Teachers’ Diagnostic Judgements by Cognitive Modeling) an. Das DiaCoM-Rahmenmodell bietet eine theoretische Basis für Forschungsansätze, die diagnostische Urteile von Lehrkräften als Informationsverarbeitungsprozesse erklären wollen. Es konzeptualisiert diagnostisches Urteilen in Bildungskontexten als kognitive Prozesse einer Lehrkraft über Schülerinnen und Schüler (z. B. deren Fähigkeit) oder über Anforderungen (z. B. Aufgabenschwierigkeiten) auf der Grundlage der Informationen, die explizit oder implizit in einer diagnostischen Situation bestehen. Es bezieht sich auf Theorien der kognitiven Informationsverarbeitung und erfordert eine Spezifikation von vier Komponenten: die Personencharakteristika, die Situationscharakteristika, das diagnostische Denken als Informationsverarbeitung und schließlich das Diagnoseverhalten. Der Beitrag stellt dar, wie das DiaCoM-Rahmenmodell als forschungsheuristisches Modell eingesetzt werden kann, um Erklärungswissen zur Genese diagnostischer Urteile zu generieren: Durch Spezifikation der informationsverarbeitenden Prozesse können theoretische Voraussagen darüber getroffen werden, welche Personen- und Situationscharakteristika zu welchem diagnostischen Verhalten führen. Diese Annahmen sind dann einer experimentellen Prüfung durch systematische Variation der Situation oder der Personen (z. B. durch Instruktion) zugänglich.
Fachlich wenig anschlussfähige Schülervorstellungen können den Aufbau fachlich gültiger ökologischer Konzepte im Biologieunterricht beeinträchtigen, wenn Lehrkräfte diese im Unterrichtsverlauf nicht diagnostizieren und angemessen darauf reagieren. Unterrichtsbegleitende Diagnosen von Äußerungen der Schülerinnen und Schüler müssen häufig spontan („on-the-fly“) erfolgen. Es wäre wünschenswert, bereits angehende Lehrkräfte auf diese herausfordernde Aufgabe vorbereiten zu können. In einem experimentellen Prä-Posttest-Design (N = 36) wurden in dieser Studie Einflüsse auf den Erwerb von Fertigkeiten zur Diagnose von Schülervorstellungen untersucht. Hierfür wurden verschiedene Merkmale fallbasierter Lernsettings systematisch variiert (Video vs. Text/unterschiedliche Arten von Schülervorstellungen). Ein Training an Fallmedien erwies sich für bestimmte Diagnoseinhalte als effektiv im Vergleich zu einer Vermittlung diagnostischen Wissens ohne fallbasiertes Training. Unerheblich schien zu sein, ob als Fallmedium Video- oder Textvignetten verwendet wurden. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Fertigkeiten zur Diagnose im Wesentlichen inhaltsspezifisch erworben werden. Die Ergebnisse werden hinsichtlich der Entwicklung von Fördermaßnahmen in der Lehrerbildung diskutiert.
Medienkompetenz ist vielfach normativ definiert und quantitativ geprüft. Eine andere Perspektive einnehmend, greift der vorliegende Beitrag die Debatten um Medienkompetenz von „Digital Natives“ auf, indem er die ethnologische Metapher kulturanalytisch fokussiert. Mit Bezügen zur neueren Kindheitsforschung geht es explorativ um die kulturspezifische Entdeckung von Medienkompetenz als noch unbekannte Praxis. Ethnographisch wird aufgezeigt, wie sich diese Medienkompetenz von Kindern in der Schule konstituiert, beschreiben und verstehen lässt. Dabei tritt die situative Verwicklung dieser Kompetenz mit Grundschule analytisch hervor.
Wissen und Einstellungen sind Kompetenzfacetten pädagogischer Fachkräfte, deren Einfluss auf die Qualität des Interaktionsverhaltens im Kita-Alltag diskutiert wird. Im Zuge der Forderung nach evidenzbasierter Praxis kommt der Wissensorientierung, als Teilfacette pädagogischer Einstellungen, eine besondere Rolle zu, da Fachkräfte zwar über Wissen verfügen können, sie sich für die praktische Anwendung aber auch über deren Sinnhaftigkeit sicher sein müssen. Darunter werden zwei Orientierungsformen gefasst, die Auskunft darüber geben, welche Relevanz Fachkräfte den eigenen Erfahrungen und Intuitionen (Subjektive Orientierung) bzw. wissenschaftlichen Theorien/Konzepten/empirischen Befunden (Objektive Orientierung) für Entscheidungs- und Handlungsprozesse zusprechen. Ziel des Beitrags ist es zu prüfen, ob a) (theoretisches) Wissen und Wissensorientierung von pädagogischen Fachkräften (N = 120) die Qualität des Interaktionsverhaltens vorhersagen und b), ob die Einstellungsfacetten einen moderierenden Effekt im Einfluss von Wissen auf die Interaktionsqualität haben. Die Analysen ergaben, dass das erfasste Wissen einen Prädiktor für die Qualität des sozial- und lernunterstützenden Interaktionsverhaltens darstellt. Eine handlungsleitende Funktion der Wissensorientierung konnte eingeschränkt bestätigt werden und die Subjektive Orientierung stellte sich als Moderator für den Einfluss von Wissen auf sozial- und lernunterstützendes Interaktionsverhalten heraus. Die Ergebnisse werden mit Blick auf weiterführende Forschung und Qualitätsentwicklung diskutiert.