Teilprojekt A04

Teilprojekt A04

Förderung von Diagnose- und Interventionsfähigkeiten mit Simulationen im Bereich Programmierung und Debugging: Effekte von personalisiertem repräsentationalem und Lernprozess-Scaffolding

Kurzbeschreibung

A04 untersucht den Erwerb von Diagnose- und Interventionskompetenzen bei angehenden Informatiklehrkräften im Bereich Programmierung und Debugging durch simulationsbasiertes Lernen. Untersucht werden die Effekte von repräsentationalem Scaffolding, das die Salienz von Hinweisen anpasst. Darüber hinaus werden die Effekte von Lernprozess-Scaffolding analysiert, das durch Dashboards mit metakognitiven Prompts realisiert wird. Zusätzlich werden die Effekte der Personalisierung dieser Scaffolds untersucht. Das Projekt umfasst eine Validierungsstudie und drei Experimente zur Untersuchung dieser Effekte.

Beteiligte

Wissenschaftliche Leitung

Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen

Kooperationspartner:innen

Ziel

Ziel von A04 ist die Untersuchung der Wirkungen personalisierter Scaffolding-Maßnahmen auf den Erwerb von Diagnose- und Interventionskompetenzen bei angehenden Informatiklehrkräften durch simulationsbasiertes Lernen im Bereich Programmierung und Debugging. Im Einklang mit dem SHARP-Framework werden die Effekte personalisierten repräsentationalen Scaffoldings untersucht, das die Salienz relevanter Hinweise anpasst. Darüber hinaus wird die Regulation diagnostischer Prozesse betrachtet. Hierfür werden die Effekte personalisierten Lernprozess-Scaffoldings analysiert, das durch Dashboards mit metakognitiven Prompts umgesetzt wird. Der Fokus der ersten Studien liegt auf der Förderung und Erfassung diagnostischer Kompetenzen. In späteren Studien wird zusätzlich die Entwicklung von Interventionskompetenzen untersucht.

Forschungsfragen

  • Welche Effekte haben in die Simulation integrierte Cue-Salience-Scaffolds auf diagnostische Aktivitäten und Strategien sowie auf die diagnostische Qualität im Vergleich zu einer Kontrollbedingung?

  • Führen in die Simulation eingebettete Cue-Salience-Scaffolds zu unterschiedlichen Lernvorteilen bei Lernenden mit verschiedenen Eingangsvoraussetzungen?

  • Welche Effekte haben personalisierte Cue-Salience-Scaffolds (basierend auf Prozessdaten der Lehrkräfte), die in die Simulation integriert sind, auf diagnostische Aktivitäten und Strategien sowie auf die diagnostische Qualität im Vergleich zu einer nicht personalisierten Cue-Salience-Scaffold-Bedingung?

  • Führen personalisierte Cue-Salience-Scaffolds innerhalb der Debugging-Simulation zu unterschiedlichen Lernvorteilen bei Lernenden mit verschiedenen Eingangsvoraussetzungen?

  • Welche Effekte haben personalisierte Lernprozess-Scaffolds in Form von Dashboards mit adaptiven metakognitiven Prompts, die in die Debugging-Simulation integriert sind, auf diagnostische Aktivitäten und Strategien sowie auf die diagnostische Qualität im Vergleich zu einer nicht personalisierten Scaffold-Bedingung und einer Kontrollbedingung?

  • Führen Dashboards mit personalisierten Prompts innerhalb der Debugging-Simulation zu unterschiedlichen Lernvorteilen bei Lernenden mit verschiedenen Eingangsvoraussetzungen?

Methodik

Im Projekt A04 wird zunächst eine videobasierte Simulationen von Unterrichtssituationen mit programmierenden Schülerinnen und Schülern entwickelt und validiert. Diese Simulation bildet die Grundlage für drei experimentelle Studien, in denen der Zusammenhang zwischen Vorwissen, diagnostischen Aktivitäten, diagnostischer Qualität, strategischem Diagnoseverhalten sowie (personalisiertem) repräsentationalem und Lernprozess-Scaffolding untersucht wird. Zur Erfassung der Diagnoseprozesse werden Eye-Tracking-Daten, Logdaten sowie Cued Retrospective Think-Alouds herangezogen. Auf Grundlage der Blickbewegungs-, Interaktions- und Think-Aloud-Daten aus der ersten experimentellen Studie werden ML-Modelle trainiert, die in den nachfolgenden Studien als Basis für die Personalisierung der Scaffolding-Maßnahmen dienen.

Rolle im Sonderforschungsbereich

  • Gemeinsame Datenerhebung in Zusammenarbeit mit Projekt M.

  • Entwicklung automatisierter Prozessanalysen in Zusammenarbeit mit Projekt INF sowie den Projekten C01–C03, A03 und A06.

  • Zusammenarbeit mit Projekt B02 mit Fokus auf metakognitive Aktivitäten und Selbstregulationsprozesse.

  • Zusammenarbeit mit den Projekten B03, B04 und C04 zur Nutzung von Think-Aloud-Methoden zur Validierung von Verhaltensindikatoren.

  • Gemeinsame Entwicklung eines geteilten konzeptuellen Verständnisses von repräsentationalem Scaffolding durch die Salienz von Hinweisreizen in Zusammenarbeit mit den Projekten A02, A03, A05, B01, B02 sowie C01–C05.

  • Zusammenarbeit mit den Projekten C01–C03 zur Nutzung von Eye-Tracking-Daten für Personalisierungsentscheidungen.

Publikationen

2026

2024

2023

2022

2021

2019

2014