Variabilität verstehen lernen
Das Potenzial des Boxplots beim Aufbau konzeptuellen Wissens in der Mittelstufe
Ziel des Teilprojekts ist die Untersuchung der Frage, wie Schülerinnen und Schüler bereits in der Mittelstufe beim Aufbau eines frühen Grundvorstellungen zu Variabilität unterstützt werden können. Besonderes Interesse gilt dabei der Frage, wie der Boxplot als an Vorwissen anschlussfähige Repräsentation informelle Vorstellungen ordnet und den Aufbau konzeptuellen Wissens zu Variabilität ermöglicht.
Förderung
- Gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg
- Förderzeitraum: 01.08.2024 bis 31.07.2027
Projektbeschreibung
Das Projekt „frACTIONs – Motivated Action in Learning Fractions with Digital Tools“ leistet einen Beitrag zur evidenzbasierten Begleitung der Digitalisierung des Mathematikunterrichts. Ziel ist es, zu verstehen, wie digitale Lernumgebungen Lernprozesse, Motivation und Emotionen beim Bruchrechnen beeinflussen. Digitale Werkzeuge bieten durch Merkmale wie Interaktivität, Adaptivität und automatisiertes Feedback besondere Potenziale für den Mathematikunterricht (Hillmayr et al., 2020). Frühere Studien zeigen, dass sie insbesondere beim Aufbau von Bruchzahlverständnis effektiv sind (Kiili et al., 2018; Reinhold et al., 2020). Lehr-lernpsychologisch wird angenommen, dass diese Merkmale motivierend wirken und damit die sogenannte Angebotsnutzung (Helmke, 2010) – also die aktive Auseinandersetzung mit Lernmaterialien – fördern. Diese gesteigerte Nutzung kann wiederum zu besseren Lernergebnissen führen (Heckhausen & Heckhausen, 2010).
Im Rahmen von frACTIONs werden diese Mediationseffekte empirisch untersucht: Inwiefern erklären Motivation und emotionales Engagement den Einfluss digitaler Lernumgebungen auf den Lernerfolg? Dazu wurden mehrere experimentelle Interventionsstudien in Schulen durchgeführt, die zwischen der Erarbeitung neuer Inhalte (z. B. „Teil mehrerer Ganzer“) und der Übung bekannter Inhalte (z. B. „Erweitern und Kürzen“) unterscheiden. Die Forschung baut auf der etablierten Lernplattform ALICE:fractions(www.alice.edu.tum.de) auf und erweitert diese um neue adaptive und simulationsbasierte Komponenten. Erste Ergebnisse zeigen, dass digitale Lernumgebungen Motivation und Engagement signifikant steigern und so zu besseren Lernleistungen führen (Oppmann et al., 2025; Oppmann et. al., eingereicht). Strukturmodellanalysen belegen, dass dieser Effekt durch ein erhöhtes motivational-emotionales Engagement vermittelt wird (Reinhold et al., 2021). Damit liefert frACTIONs empirische Evidenz dafür, dass motiviertes Handeln eine zentrale Rolle im digital gestützten Mathematikunterricht spielt.
An der Pädagogischen Hochschule Freiburg wird das Projekt koordiniert und empirisch umgesetzt. Hier wird die an der TUM entstandene digitale Lernumgebung in realen Unterrichtssituationen erprobt und wissenschaftlich begleitet. Die Forschenden untersuchen, wie Schülerinnen und Schüler adaptive Rückmeldungen, Simulationen und explorative Aufgaben nutzen, und wie sich diese Nutzung auf Motivation, Emotion und Leistung auswirkt. Dabei kommen besonders quantitative Prozessdatenanalysen zum Einsatz.
Ausgewählte Projektbezogene Veröffentlichungen
Abt, M., Leuders, T., Loibl, K., & Reinhold, F. (2024). Developing initial notions of variability when learning about box plots. Mathematical Thinking and Learning, 1–24. https://doi.org/10.1080/10986065.2024.2421412
Abt, M., Leuders, T., Loibl, K., Strohmaier, A. R., Van Dooren, W., & Reinhold, F. (2024). How can eye-tracking data be used to understand cognitive processes when comparing data sets with box plots? Frontiers in Education, 9, 1425663. https://doi.org/10.3389/feduc.2024.1425663
Abt, M., Loibl, K., Leuders, T., Van Dooren, W., & Reinhold, F. (2025). Understanding student errors in comparing data sets with boxplots. Educational Studies in Mathematics. https://doi.org/10.1007/s10649-025-10387-z
Abt, M. (2025). Das Potenzial der Boxplotrepräsentation beim Aufbau früher Grundvorstellungen zu Variabilität im Statistikunterricht: Empirische Studien zum Erwerb konzeptuellen Wissens in digital-gestützten Lehr-Lern-Settings. https://doi.org/10.60530/OPUS-3484
