Jörg Zumbach - Digitales Lehren und Lernen

• Kosten: Mittels standardisierter Lernangebote kann mit Online-Kursen eine Vielzahl von Lernenden erreicht und – wenn vergleichbare Lernvoraussetzungen (z. B. Vorwissen) vorliegen – gemeinsam geschult werden. Gerade in der Wirtschaft können so Kosten für Präsenzseminare gespart oder reduziert werden (z. B. bei Blended-Learning-Angeboten). Darüber hinaus bieten bestimmte Anwendungen, die aus der beruflichen Ausbildung nicht mehr wegzudenken sind, die Möglichkeit, mit Ressourcen umzugehen, die in traditioneller Form so gar nicht zur Verfügung ständen. Im Flugsimulator etwa können verschiedene Situationen trainiert werden, die in der Realität nicht nur aus Kostengründen nicht zu realisieren sind (ein Airbus A380 kostet ca. 445,6 Millionen Euro; vgl. FlugRevue, 2020). Aber auch Experimente, bei denen normalerweise teure Chemikalien oder andere Substanzen zum Einsatz kommen, können mit Hilfe von Computertechnologien simuliert werden und so zur Einsparung von Kosten beitragen.

• Gefahrenvermeidung: Das Beispiel des Flugsimulators lässt sich auch bei der Gefahrenvermeidung anführen. Computertechnologien ermöglichen es, in Gefahrensituationen bestimmte Verhaltensweisen gezielt zu üben, ohne dass bei Fehlern reale Konsequenzen resultieren. Dies betrifft auch andere Bereiche, wie etwa die Anlagensteuerung (z. B. Kraftwerkssimulatoren) oder die Produktionstechnik.

• Ortsunabhängigkeit: Lernen wird immer unabhängiger von bestimmten Orten. Statt etwa Vorlesungen zu besuchen, kann man die entsprechenden Audio- oder Videoaufzeichnungen betrachten oder live online verfolgen (als Pod- oder Vodcasts). Smartphones, Tablets oder auch Notebooks ermöglichen dies nahezu überall (z. B. Pettit, 2018).

• Globalität: Das Lernen bleibt nicht auf einen eingrenzbaren Kulturkreis beschränkt. Viele Online-Programme von Universitäten oder größeren Konzernen ermöglichen weltweite Aus-, Fort- und Weiterbildungen mit zugehörigen Zertifizierungsprogrammen. Verschiedene Videoplattformen (z. B. »YouTube«) erlauben den Zugriff auf Videos, die weltweit produziert wurden.

• Synchronizität: Informationen können jederzeit und je nach Bedarf abgerufen werden. So kann man einem unmittelbaren Bedarf mit entsprechenden Informationen begegnen. Auch lassen sich Online-Inhalte zeitlich direkt ergänzen oder korrigieren.

• Darstellung von Phänomenen: Verschiedenste Vorgänge lassen sich nicht mit traditionellen Medien erschließen, etwa wenn deren direkte Beobachtung nicht möglich ist. Dies betrifft beispielsweise Bereiche im Mikro- wie auch Makrokosmos. So lässt sich mittels Animationen oder virtueller Realität eine Kamerafahrt durch unser Sonnensystem darstellen, was mit Hilfe herkömmlicher Filmmedien unmöglich ist. Mit Hilfe sog. erweiterter Realität lassen sich analoge Gegenstände mit digitalen Informationen anreichern. So kann der Stein von Rosetta aus dem Geschichtsbuch etwa interaktiv und in dreidimensionaler Form betrachtet werden. Virtuelle Realität erlaubt uns, Welten plastisch zu erkunden, und so Eindrücke zu erhalten, die mit analogen Medien nicht vermittelbar wären. Die virtuelle Realität lässt räumliche Erfahrungen zu, welche die BetrachterInnen in eine scheinbar andere Welt eintauchen lassen.

• Interaktivität und Adaptivität: Einen wesentlichen Unterschied zu analogen Medien stellt die Eigenschaft der Interaktivität und damit einhergehend auch Adaptivität digitaler Medien dar. Digitale System erlauben es, direkte Rückmeldung auf die Handlungen von BenutzerInnen zu geben, und ermöglichen dadurch nahezu unbegrenzte Möglichkeiten an Aktion-Reaktionssequenzen. Hier ist auch eine Anpassung an das jeweilige Verhalten der BenutzerInnen (Adaptivität) möglich. So können sich digitale Lernumgebungen etwa an das individuelle (Vor-)Wissen einzelner Lernender anpassen und beispielweise Übungsaufgaben mit angemessenem Schwierigkeitsgrad präsentieren, um eine Unter- oder Überforderung zu vermeiden. Bei größeren Gruppen wie etwa Schulklassen ist dies logistisch deutlich aufwändiger.

Mithilfe von Animationen und digitaler Bildverarbeitung können Einblicke in Vorgänge geschaffen werden, die in der realen Welt nur schwer oder gar nicht beobachtbar sind. Ein Beispiel für eine Sammlung frei verfügbarer naturwissenschaftlicher Animationen und Simulationen ist das Angebot »PhET« der University of Colorado Boulder (2020). Die unterschiedlichen interaktiven Lernangebote bieten dabei einen aktiven Zugang zu Inhalten der Mathematik bzw. der Naturwissenschaften. Abbildung 1.1 zeigt exemplarisch eine solche interaktive Animation, die erklärt, welche Prozesse im Neuron nach einer Stimulation erfolgen ( Abb. 1.1 Abb. 1.1: Animation der Stimulation eines Neurons (PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu , Lizenz: CC BY 4.0) Die Animation zeigt einen Vorgang, der in dieser Form so nicht direkt beobachtet werden kann. Es wird visualisiert, wie ein elektrischer Impuls den Austausch eines Neurons an der Synapse mittels Kalium- und Natrium-Ionen initiiert. Bei den Ionen handelt es sich um Teilchen, die nur schwer abzubilden sind und deren Austausch über die skizzierten Kanäle lediglich metaphorisch und vereinfacht dargestellt ist. Die Dauer dieses Prozesses liegt im Millisekunden-Bereich. Der Vorteil der Animation ist hier, dass der Prozess zeitlich stark gedehnt dargestellt werden kann. ).

Abb. 1.1: Animation der Stimulation eines Neurons (PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu, Lizenz: CC BY 4.0)

Die Animation zeigt einen Vorgang, der in dieser Form so nicht direkt beobachtet werden kann. Es wird visualisiert, wie ein elektrischer Impuls den Austausch eines Neurons an der Synapse mittels Kalium- und Natrium-Ionen initiiert. Bei den Ionen handelt es sich um Teilchen, die nur schwer abzubilden sind und deren Austausch über die skizzierten Kanäle lediglich metaphorisch und vereinfacht dargestellt ist. Die Dauer dieses Prozesses liegt im Millisekunden-Bereich. Der Vorteil der Animation ist hier, dass der Prozess zeitlich stark gedehnt dargestellt werden kann.

Ein weiteres Beispiel für die Vorteile digitaler Medien gegenüber analogen Medien ist der Umgang mit natürlichen Ressourcen. Bei der naturwissenschaftlichen Lernsoftware »Froguts« (The Science Bank, 2020) ist es die Aufgabe der Lernenden, eine Frosch-Sektion durchzuführen ( Abb. 1.2 Abb. 1.2: Virtuelle Frosch-Sektion (Froguts virtual dissection, © Froguts Inc., 2015, verfügbar unter: https://thesciencebank.org ) Durch geleitetes Üben kann man so mehr über die Vorgehensweise bei einer Sektion und über die Anatomie der Frösche lernen. Hier ermöglichen digitale Medien einen ressourcenschonenden Umgang mit unserer Umwelt, und es entfällt auch ein etwaiger logistischer Aufwand wie bei der Sektion echter Frösche. Abb. 1.3: Lernen mit erweiterter Realität (Quelle: Universität Salzburg. http://exbox.uni-salzburg.at/ ) Bei den sog. »Exboxen« stehen verschiedene Experimente aus den Bereichen Physik und Chemie für den Einsatz in der Sekundarstufe zur Verfügung (vgl. Fleischer et al., 2020). Lernende können hier interaktiv die Grundlagen von Experimenten erlernen und sich dadurch in verschiedene Teilbereiche der Chemie und Physik einarbeiten. Zusätzlich zu den »echten« Experimenten, welche nach wie vor mit realen Versuchsmaterialien durchgeführt werden, stehen einführend adaptive, digitale Lernprogramme zur Verfügung. Zudem können unterschiedliche Hilfen beim Experimentieren mittels erweiterter Realität/Augmented Reality (AR) angefordert werden. Abbildung 1.3 zeigt die experimentelle Anordnung, welche zur Durchführung einer Elektrolyse aufgebaut werden muss. Lernende können diese dann anhand der verfügbaren »echten« Objekte nachbauen und ein entsprechendes Experiment durchführen ( Abb. 1.3 ). Die Beispiele illustrieren, wie man mit digitalen Technologien Alternativen zu bisherigen Lernumgebungen schaffen bzw. völlig neue Lerngelegenheiten bieten kann. Dennoch kann man sich fragen, wo denn nun der innovative Charakter beim Lernen mit digitalen Medien liegt. Hier können verschiedene Definitionen herangezogen werden, die sich auch aus der Geschichte des Einsatzes von Computern für Lehr- und Lernzwecke ergeben. ).