eFATHOM (eBook)

Dr. Tobias Hofmann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mathematik der Universität Kassel.

Geleitwort 6
Vorwort 8
Inhaltsverzeichnis 9
Einleitung 13
I Theoretische Grundlagen 19
1 Die stochastische Werkzeugsoftware Fathom 19
1.1 Erlernen von Fathom 20
1.1.1 Vorhandenes Lernmaterial für Fathom 20
1.1.2 Geeignetes Lernmaterial für Fathom-Neulinge 25
1.2 Simulieren mit Fathom 29
1.2.1 Simulationsarten 30
1.2.2 Simulationshilfen 40
1.3 Fathom-Kompetenzen 42
1.3.1 Allgemeine Fathom-Kompetenz 42
1.3.2 Formelkompetenz 43
1.3.3 Simulationskompetenz 43
1.3.4 Strategische und generalisierende Kompetenzen 44
2 Erlernen einer Werkzeugsoftware 45
2.1 Online-/Offline-Dokumentationen 45
2.2 Minimalistische Instruktion 47
2.2.1 Was ist Minimalismus? 48
2.2.2 Prinzipien des Minimalismus 48
2.2.3 Berücksichtigung des Minimalismus in eFathom 50
3 Theoretische Modelle des Wissenserwerbs mit digitalen Medien 53
3.1 Die Cognitive Load Theorie (CLT) 54
3.1.1 Gedächtnispsychologische Grundlagen 54
3.1.2 Arten der kognitiven Belastung 55
3.1.3 Folgerung für die didaktische Gestaltung 56
3.1.4 Berücksichtigung der CLT in eFathom 62
3.2 Kognitive Theorie Multimedialen Lernens (CTML) 64
3.2.1 Theoretische Grundannahmen 64
3.2.2 Hauptaspekte des Modells 65
3.2.3 Gestaltungs-Prinzipien für multimediales Lernen 67
3.2.4 Berücksichtigung der CTML in eFathom 71
II Die entwickelte multimediale Lernumgebung eFathom 74
4 Überblick über eFathom 74
4.1 Einführung in die Datenanalyse 74
4.1.1 Vermittelte Kompetenzen 74
4.1.2 Nicht behandelte Inhalte in Bezug auf die Datenanalyse 76
4.2 Einführung in die Simulation 76
4.2.1 Vermittelte Kompetenzen 76
4.2.2 Nicht behandelte Inhalte im Bezug auf die Simulation 77
5 Die Lerninhalte von eFathom 78
5.1 Modul 1 – Die erste statistische Auswertung 78
5.1.1 Fathom-Kompetenzen 78
5.1.2 Stochastische Inhalte 81
5.2 Modul 2 – Weitere Auswertungsmethoden 82
5.2.1 Fathom-Kompetenzen 83
5.2.2 Stochastische Inhalte 86
5.3 Modul 3 – Einfach Simulieren 87
5.3.1 Fathom-Kompetenzen 88
5.3.2 Stochastische Inhalte 89
5.4 Modul 4 – Simulationen mit Urnen 91
5.4.1 Fathom-Kompetenzen 93
5.4.2 Stochastische Inhalte 98
6 Das Makro-Design von eFathom 100
6.1 Die Struktur von eFathom 100
6.2 Die Lernelemente 101
6.2.1 Lernelement Einführung 101
6.2.2 Lernelement Praxis 104
6.2.3 Lernelement Wissen 107
6.2.4 Lernelement Aufgaben & Anwendungen
6.2.5 Lernelement Check-up 117
7 Weiterentwicklung des Simulationsplans 121
7.1 Das Simulationsschema 121
7.1.1 Grenzen des Simulationsschemas 125
7.2 Der graphische Simulationsplan 126
7.2.1 Die Ebenen des graphischen Simulationsplans 128
7.2.2 Die Schritte des graphischen Simulationsplans 130
7.2.3 Vorstellung des graphischen Simulationsplans in eFathom 133
8 Ausgewählte Prinzipien des Mikro-Designs 134
8.1 Paralleles Arbeiten 134
8.2 Video-tutorielle Einführung 137
8.3 Wenig Text 139
8.4 Ansprechendes Layout 140
8.5 Intuitive Bedienung 142
III Empirische Untersuchungen 146
9 Das Untersuchungsdesign 146
9.1 Evaluationstypen 146
9.1.1 Formative Evaluation 146
9.1.2 Summative Evaluation 147
9.2 Evaluation von eFathom 148
9.2.1 Leitfragen der Evaluation 148
10 Übersicht über die durchgeführten Studien 150
10.1 Tabellarischer Überblick über die Studien 150
10.2 Historische Verortung der Studien in der Entwicklungszeit von eFathom 151
11 Studie 1 – Formative Evaluation der Module 1 und 2 158
11.1 Das Untersuchungsdesign 158
11.2 Ergebnisse und Folgerungen 160
11.2.1 Schwierigkeiten im Umgang mit eFathom 160
11.2.2 Bearbeitungszeit der Einführungsmodule 163
11.2.3 Akzeptanz des Designkonzeptes von eFathom 164
11.2.4 Akzeptanz der Lerninhalte in den Lernelementen 169
12 Studie 2 – Evaluation von Modul 3 & Erhebung von Simulationskompetenzen
12.1 Das Untersuchungsdesign 178
12.2 Computernutzung 180
12.3 Teilstudie 2a – Formative Evaluation von Modul 3 180
12.3.1 Bearbeitungszeit von Modul 3 181
12.3.2 Navigationsverhalten 182
12.3.3 Arbeit mit den Tutorial-Videos 183
12.3.4 Bearbeitung der Simulationsaufgaben 189
12.3.5 Vermittelte Fathom-Kompetenzen durch Tutorial-Videos 215
12.3.6 Abschlussbemerkung zu Teilstudie 2a 218
12.4 Teilstudie 2b – Lernstandserhebung von Simulationskompetenzen 218
12.4.1 Analyse der Testaufgabe 219
12.4.2 Auswertung des Datenmaterials 222
13 Ausgewählte Aspekte aus weiteren Studien 229
13.1 Studie 3 – Evaluation aller Module & qualitative Akzeptanzstudie
13.1.1 Untersuchungsdesign 229
13.1.2 Teilstudie 3a – Formative Evaluation aller Module 231
13.1.3 Teilstudie 3b – Akzeptanzstudie von eFathom 235
13.2 Studie 4 – Experimentelle Feldstudie: eFathom vs. Printanleitung 242
13.2.1 Untersuchungsdesign 242
13.2.2 Analyse der Testaufgabe 243
13.2.3 Vorgehen bei der Auswertung 247
13.2.4 Ergebnisse aus der Vergleichsstudie 248
13.3 Studie 5 – Akzeptanzstudie von eFathom (2) 253
13.3.1 Untersuchungsdesign 254
13.3.2 Auswertung des Fragebogens 255
13.4 Web-Studie mit Hilfe eines Analysewerkzeugs 269
13.4.1 Erhebungszeitraum und Datenauswahl 270
13.4.2 Begutachtete Variablen 270
14 Zusammenfassung und Ausblick 278
14.1 Erkenntnisse aus den durchgeführten Studien 278
14.1.1 Schwierigkeiten mit eFathom 278
14.1.2 Arbeitsweise mit eFathom 279
14.1.3 Akzeptanz von eFathom 283
14.1.4 Durch eFathom vermittelte Kompetenzen 284
14.2 Ausblick 285
Literaturverzeichnis 288