Active learning with multiple representations - How to teach complex physics with texts, pictures, animations and simulations

In dieser Arbeit wird die Konzeption, Implementierung und Evaluation eines computergestützten naturwissenschaftlichen Unterrichts beschrieben. Wesentlich dabei ist der Gedanke, dass mit multiplen Repräsentationen und aktivem Lernen die kognitive Flexibilität der Lernenden in komplexen Themenbereichen gefördert werden kann. Unter dieser Zielsetzung wurde Software entwickelt und evaluiert, die sich mit den Themengebieten "Überwinterungsstrategien von Säugetieren" und "Fotografieren" für Lernende der Sekundarstufe I befasst. Eine wichtige Zielsetzung dieser Arbeit war es, auf die Lernenden abgestimmte Hilfsmittel zu entwickeln. So konnte in einer Studie gezeigt werden, dass Arbeitshefte mentale Aktivitäten auslösen, die sich positiv auf den Lernzuwachs auswirkt. Überdies konnte belegt werden, dass naturwissenschaftlich leistungsstarke Schülerinnen und Schüler eher von Arbeitsheften mit weniger bestimmenden Aufgaben profitierten. Zur Software siehe: http://www.physik.ph-ludwigsburg.de/funfilm/software/de/index.htmlThis thesis describes design, implementation and evaluation of a computer-based science instruction. The main idea is to support cognitive flexibility in complex knowledge domains by active learning and working with multiple representations. Following this intention, two software packages were developed to make the topics "hibernation-strategies of mammals" and "photographing" accessible for students of ninth and tenth grades. An important aim was to find an adequate support for learners. In the research it became evident that workbooks can scaffold mental activities that have a positive influence on learning. There was also evidence that pupils with higher skills in science can profit more from workbooks providing tasks not determining all activities in detail. The software is available at http://www.physik.ph-ludwigsburg.de/funfilm/software/de/index.htm