Bewährte Lernstrategien in neuem Licht: Einfluss von Lernstrategien auf kognitive und affektive Aspekte beim Lernen in der Biologie

Mustafa, Mirlinda ORCID: 0009-0008-4495-4953 (2024). Bewährte Lernstrategien in neuem Licht: Einfluss von Lernstrategien auf kognitive und affektive Aspekte beim Lernen in der Biologie. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

PDF
Dissertation_Mustafa_Mirlinda.pdf - Accepted Version
Download (2MB)

Abstract

Das Lernen in der Biologie ist sowohl in der Schule als auch in der Universität einer Vielzahl von Herausforderungen ausgesetzt. Diese Herausforderungen ergeben sich einerseits aus der Komplexität des biologischen Wissens und andererseits aus den veränderten Lernbedingun-gen, die aus der fortschreitenden Entwicklung digitaler Lerngelegenheiten und zunehmend heterogener Lerngruppen resultieren. Um diese Herausforderungen bewältigen zu können, sind gezielte Unterstützungsmaßnahmen erforderlich, die durch den Einsatz geeigneter Lern-strategien umgesetzt werden können. Es bleibt jedoch fraglich, welche Lernstrategien das Lernen in der Biologie am effektivsten fördern und den veränderten Lernbedingungen am wirksamsten begegnen. Um dies zu untersuchen, wurden die Studien I - III initiiert. Im Rahmen dieser Studien wur-de die Wirksamkeit der eingesetzten Lernstrategien hinsichtlich kognitiver Aspekte (Wis-sens- und Kompetenzzuwachs sowie kognitive Belastung) und affektiver Aspekte (Motivati-on) betrachtet. Ziel war es zu ermitteln, ob die Lernstrategien, die in empirischen Studien erprobt wurden (bewährte Lernstrategien) oder die modifizierten Lernstrategien das Lernen in der Biologie besser unterstützen. Zwei Bedingungen wurden in den Studien jeweils unter-sucht: Lernende in der Kontrollbedingung lernten mit bewährten Lernstrategien, während in der Experimentalbedingung mit modifizierten Lernstrategien gelernt wurde. In Studie I wurden im Rahmen einer experimentellen Untersuchung Rückmeldungen, die Lernenden Informationen zu ihrem Lernprozesse gaben, als Lernstrategie untersucht. Hierbei nahmen N = 62 Lernende (Biologie-Lehramtsstudierende) teil. Sie arbeiteten innerhalb com-puterbasierter Lernmodulen mit interaktiven Lernvideos, die forschungsmethodische Inhalte vermittelten. Die Lernenden der Kontrollbedingung erhielten korrektive Rückmeldungen („Die Antwort ist richtig/falsch“), während Lernende der Experimentalbedingung unterstüt-zende Rückmeldungen erhielten, die sie zu inhaltsrelevanten Video-Sequenzen zurückleite-ten. Ziel war es, die Wirksamkeit der beiden Formen von Rückmeldungen auf die For-schungskompetenz, das forschungsmethodische Wissen und die intrinsische Motivation zu untersuchen. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass in beiden Bedingungen unabhängig von der Form der Rückmeldung ein Zuwachs im forschungsmethodischen Wissen und in der kognitiven Komponente der Forschungskompetenz vorlag. Hinsichtlich der affektiv-motivationalen Komponente der Forschungskompetenz und der intrinsischen Motivation lag jedoch weder ein Zuwachs noch ein Unterschied zwischen den Formen der Rückmeldung vor. In Studie II wurde in einer quasi-experimentellen Untersuchung die Lernstrategie der Scaf-folds untersucht, welche als Lernhilfe fungieren bis Lernende die Aufgaben selbstständig bewältigen können. Hierbei erhielten N = 105 Lernende (Schüler:innen der siebten Klasse) beim Bearbeiten experimentbezogener Aufgaben zum Thema chemische Reaktionen entwe-der instruktionale Unterstützung durch die Lehrkraft (Kontrollbedingung) oder gestufte Lernhilfen, die Lernenden schrittweise bei der Bearbeitung von Aufgaben verhelfen sollten (Experimentalbedingung). Ziel war es, zu untersuchen, welche Form der Scaffolds den Zu-wachs an konzeptuellem Wissen begünstigen. Die Ergebnisse zeigten, dass Lernende der Experimentalbedingung einen signifikant höheren Zuwachs an konzeptuellem Wissen auf-weisen im Vergleich zu Lernenden der Kontrollbedingung. Keine Unterschiede konnten be-züglich der Anzahl der verwendeten fachlich inadäquaten Vorstellungen zwischen den Be-dingungen festgestellt werden. In Studie III wurde mittels einer quasi-experimentellen Untersuchung die Lernstrategie der Concept Maps, die als graphische Darstellung von Konzepten und ihren Beziehungen zuei-nander fungieren, untersucht. n = 129 Lernende (Schüler:innen der neunten Klasse) lernten entweder über abrufbasiertes Concept Mapping (Experimentalbedingung), bei dem das Lernmaterial bei der Konstruktion der Concept Maps nicht verfügbar war oder über material-basiertes Concept Mapping (Kontrollbedingung), bei dem das Lernmaterial während der Konstruktion verfügbar war. Untersucht wurden hierbei die kognitive Belastung, die Con-cept Map-Qualität, die Elaborationsprozesse und die Lernperformanz. Lernenden beim ab-rufbasierten Concept Mapping erstellten Concept Maps mit geringerer Concept Map-Qualität, zeigten jedoch eine höhere Lernperformanz und höhere Elaborationsprozesse sowie eine höhere intrinsische kognitive Belastung im Vergleich zu Lernenden des materialbasier-ten Concept Mappings. Die gewonnenen Ergebnisse ermöglichen es, die Wirksamkeit der untersuchten Lernstrate-gien einzuschätzen und indizieren, dass sowohl bewährte als auch modifizierte Lernstrate-gien, Einfluss auf kognitive Aspekte nehmen. Hinsichtlich affektiver Aspekte konnte jedoch kein Einfluss identifiziert werden, sodass dies stärker in zukünftigen Studien berücksichtigt werden sollte. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der Studien I-III, dass Rückmeldungen, Scaffolds und Concept Maps wirkungsvolle Lernstrategien darstellen, die sich sowohl in schul- als auch universitätsbezogenen Lerngelegenheiten einsetzen lassen.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Proven learning strategies in a new light: Influence of learning strategies on cognitive and affective aspects of learning in biology	English

Translated abstract:

Abstract

Language

Learning in biology is faced with a variety of challenges both at school and at university. These arise on the one hand from the complexity of biological knowledge and on the other hand from the changed learning conditions resulting from the progressive development of digital learning opportunities and increasingly heterogeneous learning groups. In order to deal with these challenges, targeted support measures are required, which can be implement-ed through the use of suitable learning strategies. However, the question remains, which learning strategies are most effective in promoting learning in biology and which are most effective in dealing with the changing learning conditions. Studies I-III were initiated to investigate this. In these studies, the effectiveness of the learn-ing strategies used was analysed with regard to cognitive aspects (knowledge and compe-tence growth as well as cognitive load) and affective aspects (motivation). The aim was to determine whether the learning strategies tested in empirical studies (established learning strategies) or the modified learning strategies better support learning in biology. Two condi-tions were used in each of the studies: Learners in the control condition learnt with estab-lished learning strategies, while learners in the experimental condition learnt with modified learning strategies. In Study I, feedback that provides learners with information about their learning process was investigated as a learning strategy in an experimental study. N = 62 learners (biology pre-service teachers) participated. They worked within computer-based learning modules with interactive learning videos that conveyed research methodological content. Learners in the control condition received corrective feedback ("The answer is correct/incorrect"), while learners in the experimental condition received supportive feedback that guided them back to content-relevant video sequences. The aim was to investigate the effectiveness of the two forms of feedback on research competence, research methodological knowledge and intrinsic motivation. The results of the study showed that regardless of the form of feedback, both conditions led to an increase in research methodological knowledge and in the cognitive component of research competence. Regarding the affective-motivational component of re-search competence and intrinsic motivation, however, neither an increase nor a difference between the forms of feedback could be identified. In Study II, scaffolds, which act as learning aids until learners can complete the tasks inde-pendently, were investigated as a learning strategy as part of a quasi-experimental study. Here, N = 105 learners (seventh-grade students) received either instructional support from the teacher (control condition) or incremental scaffolds designed to help learners work through tasks step by step (experimental condition) when working on experiment-related tasks on the topic of chemical reactions. The aim was to investigate which form of scaffolds promotes the growth of conceptual knowledge. The results indicate that learners in the exper-imental condition show a significantly higher increase in conceptual knowledge compared to learners in the control condition. No differences were found between the conditions in terms of the number of misconceptions used. In Study III, the learning strategy of concept maps, which function as a graphical representa-tion of concepts and their relationships to each other, was investigated in a quasi-experimental study. n = 129 learners (ninth grade students) learnt either through retrieval-based concept mapping (experimental condition), in which the learning material was not available during the construction of the concept maps, or through study-based concept map-ping (control condition), in which the learning material was available during the construction. The cognitive load, concept map quality, elaboration processes and learning performance were analysed. Learners in retrieval-based concept mapping created concept maps with lower concept map quality but showed higher learning performance and higher collaboration pro-cesses as well as a higher intrinsic cognitive load compared to learners in study-based con-cept mapping. The results obtained make it possible to assess the effectiveness of the learning strategies investigated and indicate that both established and modified learning strategies have an influ-ence on cognitive aspects. Regarding affective aspects, however, no influence could be iden-tified, so that this should be given greater consideration in future studies. Overall, the results of studies I-III indicate that feedback, scaffolds and concept maps are effective learning strat-egies that can be used in both school and university-related learning environments.

English

Creators: