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  • 15. April 2020
  • Beitrag auf dem Symposium 04 - Digitalisierung und Naturwissenschaften

Virtuelles Schülerlabor Neurowissenschaften

Dr. Sandra Zimmermann | Goethe-Universität Frankfurt am Main, Didaktik der Biowissenschaften

Vitae der Referentin

Frau Dr. Sandra Zimmermann schloss ihr Biologie-Studium an der Goethe Universität Frankfurt im Jahr 2012 ab. Die Schwerpunktfächer im Hauptstudium waren dabei Neurobiologie, Tierphysiologie und Psychologie. Im Oktober 2012 legte sie die Prüfung zum Diplom mit einer Arbeit zum Thema „Umlernen und seitenspezifische olfaktorische Konditionierung bei der Honigbiene (Apis mellifera)“ am Institut für Zellbiologie und Neurowissenschaften ab. Seit Mai 2013 ist Frau Dr. Zimmermann Mitarbeiterin der Abteilung für Didaktik der Biowissenschaften an der Goethe-Universität Frankfurt. Im Oktober 2019 erfolgte die Promotion zum Dr. rer. nat. im Fach der Biologiedidaktik, GoetheUniversität Frankfurt mit einer Dissertation mit dem Titel „Schülerlabor Neurowissenschaften – Ein biologiedidaktisches Forschungs- und Entwicklungsprojekt für die Oberstufe in einer außerschulischen Lernumgebung“ unter der Betreuung von Prof. Dr. Dierkes und Prof. Dr. Christian.


Abstract zum Vortrag

Die Neurowissenschaften sind in Forschungsarbeiten immer wieder als eines der schwierigsten Teilgebiete der Biologie für Schüler*innen und Studierende angeführt. Die Inhalte werden überwiegend nicht verstanden. Als mögliche Ursache gelten die seltenen praktischen Zugänge für die Lernenden aufgrund limitierter Ressourcen. Um Schüler*innen die Möglichkeit zu geben, sich praktisch-experimentell mit den Themenfeldern der Neuro- und Verhaltensbiologie auseinanderzusetzen, wurden Schülerlabortage auf dem Feld der Neurowissenschaften konzipiert. Ein Labortag für die Sekundarstufe II (Labortag „Elektrophysiologie“) legt besonderen Wert auf die Vermittlung authentischer elektrophysiologischer Forschungsmethoden, um Schüler*innen ein realistisches Bild neurowissenschaftlicher Forschung zu vermitteln. Der Fokus der fachdidaktischen Forschung lag auf der Betrachtung des experimentellen Zugangs zur Elektrophysiologie über ein entwickeltes Elektrophysiologie-Setup (EPhys-Setup). Dabei handelt es sich um einen quasi-realen Messaufbau. Die Umsetzung kombiniert dazu Komponenten eines realen Elektrophysiologie-Setups (Hands-on Komponenten) mit einer speziell entwickelten schülerfreundlichen Software (Neurosimulation) und einem virtuellen Nervensystem in Form einer Platine. Als Modellnervensystem werden für diese Umsetzung Ganglien von Hirudo medicinalis verwendet – der Neurosimulation liegen originale elektrophysiologische Messspuren des Ganglions zugrunde. Experimentelle Vermittlungsansätze für die Elektrophysiologie finden sich kaum für den Schulbereich. Dem Bedarf einer entsprechenden Beforschung wurde mit verschiedenen Testinstrumenten nachgegangen, um den Vermittlungsansatz mit dem EPhys-Setup bewerten zu können. Dafür fand eine Wirksamkeitsanalyse durch die Erhebung der Motivation der Schüler*innen statt (Lab Motivation Scale; Dohn et al. 2016). Von Bedeutung war auch, inwiefern gegenüber der Umsetzung eine Technologieakzeptanz vorliegt (Technology Acceptance Model; Davis 1989), die im Schulkontext ausgehend von der steigenden Einbindung von Technologien einen entsprechenden Forschungsbedarf aufweist. Mit einem Strukturgleichungsmodell (SEM) konnte gezeigt werden, dass die wahrgenommene Freude, die Benutzerfreundlichkeit sowie die wahrgenommene Lernwirksamkeit relevante Komponenten für die Technologieakzeptanz bilden. Weiter wurde untersucht, ob sich die Bewertung des EPhys-Setups (n = 160) von der Bewertung einer Kontrollgruppe (n = 75) unterscheidet. Für die Kontrollgruppe wurde die Neurosimulation von den Hands-on Komponenten gelöst und die Schüler arbeiteten ausschließlich PC-basiert. Die Ergebnisse zeigen, dass beide Umsetzungen die Motivation förderten und eine Technologieakzeptanz bei den Schülern aufwiesen. Der Unterschied der Untersuchungsgruppen fällt gering aus und findet sich ausschließlich in den intrinsischen Komponenten, die von den Schülern, die am EPhys-Setup gearbeitet haben, höher bewertet wurden. Aufbauend auf den positiven Ergebnissen der Kontrollgruppe ist der Einsatz der reinen Neurosimulation als lohnend zu bewerten. Um mit einem großen Wirkungsradius eine nachhaltige Zugangsmöglichkeit für Schulen zu schaffen, wird aktuell eine Online- Plattform konzipiert. Auf dieser wird die Neurosimulation neben weiteren innovativen Anwendungen (z. B. virtuelle Mikroskopie) mit begleitenden Arbeitsmaterialien für Schüler*innen und Lehrkräfte zur Verfügung gestellt (Projekt „Neuro-Digital“).

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