Forum Mathematikunterricht und Didaktik

Den Schalter für kognitive Aktivierung umlegen. Eine mediationsanalytische Perspektive auf Lernprozesse im digital-angereicherten Mathematikunterricht

Wirkmechanismen im digital-angereicherten Mathematikunterricht sind ein zentrales Thema fachdidaktischer Forschung, bislang aber eher unzureichend verstanden. Das CoDiL-Framework (Cognitive process framework on the Learning mechanisms of Digital tools in educational settings) beschreibt, wie digitale instruktionale Features (z. B. Feedback, Adaptivität, Interaktivität) – sofern sie von Lernenden genutzt werden – spezifische kognitive Lernaktivitäten anregen, die zum Wissenserwerb beitragen. Der Vortrag illustriert diese mediationsanalytische Perspektive anhand zweier kontrollierter Interventionsstudien im Mathematikunterricht. 

In einer Studie mit N=300 Sechstklässler:innen wurde das Üben des Konzepts der Äquivalenz von Brüchen in einer adaptiven gegenüber einer nicht-adaptiven Lernumgebung untersucht. Der Effekt adaptiver Unterstützung auf das Wissen nach der Übungsphase wurde dabei durch unterschiedliche Nutzungsprofile der Lernenden mediiert, die aus Prozessdaten der beiden Varianten der Lernumgebung gewonnen wurden. 

Eine zweite Studie mit N=70 Zweit- und Drittklässler:innen untersuchte den Erwerb grundlegender Computational-Thinking-Konzepte im Vergleich von symbolblockbasiertem Programmieren mit einem „unplugged“-Zugang. Auch hier zeigte sich ein mediierter Effekt: Der Vorteil des Programmierens für das Wissen nach der Erarbeitungsphase wurde durch gehaltvollere Algorithmisierungsprozesse während des Lernens vermittelt, welche aus den videographierten Sitzungen abgeleitet wurden. 

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass digital angereicherter Mathematikunterricht insbesondere dann wirksam ist, wenn die instruktionalen Features digitaler Tools und die angestrebten Lernaktivitäten der Schüler:innen theoretisch plausibel aufeinander abgestimmt sind.

Mathematisches Tätigsein zwischen Kita und Grundschule – Wie mathematisch begabte Kinder den Übergang erleben und bewältigen

Bereits vor Schulbeginn sind viele Kinder von mathematischen Themen fasziniert. Mitunter zeigen sie dabei eine außergewöhnliche Begabung für mathematisches Tätigsein. Um individuellen Begabungsentwicklungen im Übergang von der Kita in die Grundschule den Weg zu ebnen, sind wesentliche Gelingensbedingungen unabdingbar, sodass individuell ausgeprägte mathematische Begabungen sowohl frühzeitig erkannt als auch kontinuierlich und angemessen gefördert werden können. 

Im Vortrag wird der Frage nachgegangen, welche Orientierungsrahmen und Gelingensbedingungen dazu beitragen können, dass der Übergang in die Grundschule als Impuls für die Entwicklung mathematischer Begabungen wirkt. Dazu werden Sequenzen aus einer mittels der dokumentarischen Methode durchgeführten Interviewstudie aufgegriffen, die empirisch aufzeigen, dass es im Übergang von der Kita in die Grundschule für begabte Kinder einer Vielfalt mathematischen Tätigseins durch ein adäquates und anschlussfähiges Bild der Mathematik bedarf. Aus mathematikdidaktischer Perspektive wird das Spannungsfeld zwischen dem Bewältigen des normierten Übergangs Kita-Grundschule und der individuellen Bearbeitungsweise für eine förderliche Begabungsentwicklung aufgezeigt und zur Diskussion gestellt.

Inhaltlich-anschauliches Beweisen und KI-Literalität in der Primarstufe

Mathematisches Argumentieren gilt als zentrales Element fachlicher Grundbildung und bereitet Schülerinnen und Schüler nicht nur auf das Beweisen vor, welches die Mathematik als Disziplin auszeichnet, sondern fördert zugleich kritischen Vernunftgebrauch und kooperatives Handeln. Gleichzeitig zeigen empirische Befunde, dass Kinder und Jugendliche im Mathematikunterricht dazu neigen, Autoritätsargumenten unkritisch zu folgen – eine Tendenz, die vor dem Hintergrund der Informationsflut des Internets und vor Themen wie Fake News und fehlerhaften KI-Ausgaben besondere Brisanz gewinnt. 

Der Vortrag verbindet zwei fachdidaktische Perspektiven: das inhaltlich-anschauliche Beweisen und die kritisch-reflektierte Auseinandersetzung mit KI-Systemen in der Primarstufe. Ausgehend vom Forschungsprojekt ‚Prim-E-Proof' werden Lernumgebungen vorgestellt, die Grundschulkinder zur Begründung mathematischer Zusammenhänge anregen – etwa zur Frage, warum die Summe zweier ungerader Zahlen stets gerade ist. Durch mehrere Iterationen im Sinne der Design Science Research wurden Design-Prinzipien abgeleitet sowie Implikationen für die Unterrichtspraxis. 

Ergänzend werden Lernumgebungen diskutiert, die Kinder dazu befähigen, Ausgaben von KI-Systemen kritisch zu bewerten und grundlegende Mechanismen soziotechnischer Systeme zu verstehen. Die Verknüpfung beider Themenstränge zeigt, wie mathematisches Argumentieren als Grundlage für einen mündigen Umgang mit digitalen Informationsquellen fungieren kann.