Kurzfassung

Systemcheck ist ein interaktives Online-Computer-Lernspiel für Schülerinnen und Schüler der 6. und 7. Schulstufe, bei dem Inhalte des Geografie-Unterrichts zum Thema Mobilität in Ballungsraum und Peripherie und systemische Zusammenhänge spielerisch gelernt werden können. Das Spiel wurde von der Innovationsstiftung für Bildung und dem OeAD gefördert und mithilfe von Schülerinnen und Schülern und Lehrerinnen und Lehrern entwickelt.

Spielbeschreibung

Systemcheck besteht zum einen aus einem Lern-Quiz auf Basis des Lehrplans zum Themengebiet Verkehr und Mobilität in Stadt und Land und zum anderen aus drei Experimentier-Modellen zu den Themen Öffentlicher Verkehr, Parkplatzangebot und Parkraumbewirtschaftung. Die beiden Teile können unabhängig voneinander gespielt werden und können jeweils innerhalb einer Unterrichtseinheit (Doppelstunde) durchgeführt werden. Die Lerninhalte orientieren sich am Lehrplan für Geografie- und Wirtschaftskunde und fokussieren auf die Schwerpunkte: „Leben in Ballungsräumen“ und „Gestaltung des Lebensraums durch die Menschen“. Durch den Einsatz von Systemcheck soll die Überprüfung und Anwendung vorher gelernter Inhalte erreicht werden.

Lernziele

Durch das Spiel werden Schülerinnen und Schüler zum Experimentieren angeregt und entwickeln so ein Verständnis für systemische Zusammenhänge und der Darstellung von Prozessen in Modellen. Die Kinder können einen tieferen Einblick in die komplexen Wechselwirkungen zwischen Stadt und Umland erfahren. Die Vermittlung von Systemdenken ist ein Schlüsselelement einer nachhaltigen Bildung. Ein wesentliches Ziel ist es, dass Schülerinnen und Schüler nach dem Spielen die Auswirkungen und Zusammenhänge einzelner Elemente im Stadt-Umlands-Mobilitätssystem erkennen und grundsätzlich verstehen können. Ein weiteres Lernziel ist die Vermittlung von Wissen aus dem Mobilitätsbereich, zu den Umweltfolgen von raumbezogener Mobilität und Wohnortwahl und zu den mobilitätsbezogenen Bedürfnissen verschiedener Altersgruppen.

Die Hintergrundgeschichte des Spiels dient, neben der Animation der Spielenden, auch der Verortung der Lerninhalte im Alltagsleben. Über die Thematik Stadt-Umland-Mobilität besteht ein direkter Praxisbezug zur Lebens – und Erfahrungswelt der Schülerinnen und Schüler. Dadurch merken die Schülerinnen und Schüler, dass das Wissen, das sie hier erwerben können, für sie persönlich relevant ist.

Mit-Mach-Phasen

Das Online-Spiel wurde in drei Mit-Mach-Phasen mit Citizen Science-Methoden getestet und überarbeitet. In der ersten Phase wurde Feedback von vier Schulklassen (102 Schülerinnen und Schüler) zum Lern-Quiz eingeholt. Auch Lehrerinnen und Lehrer wurden eingebunden. Im Anschluss an die Auswertung des Feedbacks wurde das Lernspiel überarbeitet. Dabei wurde versucht, möglichst viele Vorschläge umzusetzen, ohne die grundsätzliche Ausrichtung als Lernspiel und den Fokus auf die wesentlichen Funktionen aus den Augen zu verlieren. Wesentliche Änderungen, die auf die Zusammenarbeit mit den Citizens zurückgehen, sind zum Beispiel Erklärungen zu den richtigen Antwortmöglichkeiten oder die „Mouse-Over“-Funktion für die Erklärungstexte zu Fachbegriffen.

Die zweite Mit-Mach-Phase wurde öffentlich durchgeführt, 392 Personen haben daran teilgenommen – davon haben 138 Schülerinnen und Schüler auch den Fragebogen ausgefüllt. In dieser Phase wurden auch die Experimentiermodelle getestet. Das Spiel hat dem Großteil der Spielerinnen und Spieler insgesamt gefallen, besonders die Spielgeschichte. Aus dem mittels Online-Befragung eingeholten Feedback, konnte geschlossen werden, dass die Experimentiermodelle nicht für jeden verständlich waren. Um Schülerinnen und Schüler besser auf diesen Spielteil vorzubereiten, wurde unterstützendes Material für Lehrpersonen bereitgestellt. In der dritten Phase wurde Systemcheck im Rahmen eines interdisziplinären Projekts des Bachelorstudiums Umwelt- und Bioressourcenmanagement von 48 Schülerinnen und Schüler der 9. Schulstufe getestet. Im Anschluss wurden Interviews durchgeführt und Feedback mit Hilfe von Fragebögen eingeholt. Die Auswertung des Feedbacks aus den Fragebögen zeigt, dass die Schülerinnen und Schüler das Spiel in seiner Gesamtheit überwiegend positiv bewerteten.

Das Digitale Lernspiel Systemcheck hat den BOKU Nachhaltigkeitspreis in der Kategorie „Bildung für Nachhaltige Entwicklung“ gewonnen. Hier geht es zum Beitrag:

https://boku.ac.at/rali/verkehr/news/systemcheck/digitales-lernspiel-systemcheck-gewinnt-boku-nachhaltigkeitspreis

Erstellung digitaler Lehrmaterialen zur ganzheitlichen Analyse und Simulation komplexer und dynamischer Systeme zur Förderung des systemischen Denkens von Schüler/innen

Ein Projekt des Instituts für Verkehrswesen der Universität für Bodenkultur Wien in Zusammenarbeit mit dem GRGORG20 und dem BRG1, gefördert durch die Innovationsstiftung Bildung.

1. Inhaltliche Aspekte

a. Beschreibung der Grundlagen für das neue digitale Lehr- und Lernmittels

Systemdenken ist eine zentrale Fähigkeit von Schüler/innen, wenn sie sich mit den komplexen Zusammenhängen zwischen menschlichem Handeln und natürlichen Prozessen auseinandersetzen. Die Behandlung von Themen wie Klimawandel, Energie, Bevölkerungsentwicklung, Verstädterung, Zersiedelung und Ressourcennutzung profitiert von einem systembasierten Ansatz. Die Vermittlung von System­denken bereits in Schulen wird daher als Schlüsselelement einer Bildung für nachhaltige Entwicklung betrachtet[1]. Dabei bietet sich die ganzheitliche Analyse von Mobilität in Ballungsraum und Peripherie und ihren Auswirkungen als besonders spannendes Anwendungsfeld an, da hier ein unmittelbarer Bezug zwischen eigenen Erfahrungen und beobachtbaren Vorgängen im direkten Umfeld der Schüler/innen hergestellt werden kann.

Aus ihren Forschungsprojekten verfügen die Mitarbeiter/innen des Instituts für Verkehrswesen der Universität für Bodenkultur über einen großen Erfahrungsschatz zu den Themen Ballungsraum und Peripherie, Mobilität und Umweltwirkungen. Diese Erfahrungen fließen direkt in die universitäre und außeruniversitäre[2] Lehre des Instituts ein. Ein besonderer Schwerpunkt der Forschungstätigkeit des Instituts liegt auf der Untersuchung der dynamischen Wechselwirkungen sowohl zwischen Infrastruktur (Bebauung, Straßen, Schienennetz, etc.) und Mobilität/Verkehr als auch zwischen Ballungsraum und Peripherie. Methodisch wird dabei auf Systemdenken und die System-Dynamics Werkzeuge Ursache-Wirkungsdiagramme (Causal-Loop-Diagrams) und Stock-Flow-Modelle gesetzt (Arndt, 2016)[3]. Mit Hilfe von Ursache-Wirkungsdiagrammen können dynamische Systeme, z.B. Kernstadt und Umland, auf einfache Art qualitativ beschrieben und analysiert werden. Stock-Flow-Modelle können dazu genutzt werden, die Auswirkungen politischer Entscheidungen oder technologischer Veränderungen zu simulieren und somit auch quantitativ zu untersuchen.

Verschiedene qualitative und quantitative Modelle von Phänomenen wie Zersiedelung oder Stau wurden von den Mitarbeiter/innen des Instituts entwickelt und im Rahmen von Forschung und universitärer Lehre eingesetzt. Zur Anwendung kam dabei sowohl die proprietäre Software Vensim® als auch die webbasierte Open Source Software Insight Maker[4]. In interaktiven Lehreinheiten verwenden Mitarbeiter/innen des Instituts die Methode Ursache-Wirkungsdiagramme dazu, das Systemverständnis und –denken der Studierenden zu schulen. Die Ausarbeitung, Präsentation und Diskussion der Diagramme erfolgt dabei analog auf Tafel oder Flipchart. Die Studierenden fertigen eigene Skizzen und Notizen auf Papier an. Quantitative Stock-Flow-Modelle sind zwar als sogenannte „White-Box“ Modelle öffentlich in digitaler Form verfügbar[5], aufgrund ihrer fehlender Benutzer/ innenfreundlichkeit und Plattformabhängigkeit eignen sich diese in ihrer derzeitigen Form aber kaum als didaktisches Instrument. Dies gilt im Besonderen für jüngere Altersgruppen. Ziel des Projekts Systemcheck ist es, auf der Grundlage der beschriebenen Erfahrungen aus der Forschung innerhalb der zwölfmonatigen Projektlaufzeit zusammen mit Lehrer/innen und Schüler/innen ein neues digitales Lehrmittel für den schulischen Unterricht zu entwickeln, welches interaktive und vielseitige Lehr- und Lernformen ermöglicht und fördert[6].

Am Institut für Verkehrswesen wurden bereits in zahlreichen Forschungs- und Bildungsprojekten zum Thema Mobilität und Umwelt didaktische Erfahrungen und Kompetenzen im Bereich junger Altersgruppen aufgebaut[7]. Das vorliegende Projekt Systemcheck bietet die Möglichkeit, diese mit dem oben genannten fachlichen Forschungsschwerpunkt zu verbinden und damit Synergien zu aktivieren und Innovationen zu schaffen.

Die aus dem oben angesprochenen Material neu zu entwickelnden digitalen Lehrmittel richten sich an die Zielgruppe der Schüler und Schülerinnen der 6. und 7. Schulstufe und behandeln vorrangig Lehr­inhalte des Unterrichtsfachs Geographie und Wirtschaftskunde, wobei fächerübergreifende Thema­ti­ken aber explizit angesprochen und behandelt werden. Der Fokus der neuen Lehrmittel liegt auf den Lehr­plan­schwer­punkten Leben in Ballungsräumen und Gestaltung des Lebensraums durch die Menschen (BMUKK, 2018), (BMUKK, 2017), (BMUKK, 2012). Unterpunkte des Lehrplans, welche von den neuen digitalen Lehrmitteln unterstützt werden, sind im Besonderen:

• Das Leben in Ballungsräumen und peripheren Räumen vergleichen.
• Erfassen von Merkmalen, Aufgaben und Umweltproblemen in Ballungsräumen.
• Erkennen der Vernetzung zwischen Kernstadt und Umland.
• Erfassen, wie Regionen durch Verkehrseinrichtungen unterschiedlich erschlossen und belastet werden.
• Einige Ursachen und Folgen der Bevölkerungsverteilung und -entwicklung erfassen.
• Die Lebenssituation in zentralen und peripheren Gebieten vergleichend erfassen.
• Vergleichen unterschiedlicher Standortpotenziale zentraler und peripherer Gebiete an den Beispielen Verkehr, Infrastruktur, Versorgung und Umweltqualität.
• Erfassen der Zusammenhänge von Wirtschaftsweise und Landnutzung.
• Die Notwendigkeit der Raumordnung begreifen.

Primäres Lernziel der neuen digitalen Lehrmittel ist der Erwerb von Kompetenzen im Systemdenken und dessen Anwendung am Beispiel des Fachbereichs Geographie. Die Schüler/innen lernen aber auch die erworbenen Fähigkeiten in anderen Fächern einzusetzen. Unter Systemkompetenz wird in diesem Zusammenhang die Fähigkeit und Fertigkeit verstanden, einen komplexen Wirklichkeitsbereich sozialer und/oder natürlicher Prägung in seiner Organisation und seinem Verhalten als erdräumliches System zu erkennen, zu beschreiben und die Auswirkungen verschiedener Handlungsoptionen zu verstehen (Mehren, Rempfler and Ulrich-Riedhammer, 2017). Wesentlich ist dabei u.a. das Verständnis der Wechselwirkungen im Drei-Säulen-Modell der Geographie zwischen dem humangeographischen System (zum Beispiel beim Thema Migration) dem naturgeographischen System (zum Beispiel Klimawandel) und dem Mensch-Umwelt-System (zum Beispiel Klimaflüchtlinge).

b. Beschreibung der Methoden und Ziele

Das zugrundeliegende Ziel des Projekts Systemcheck ist es, ein interaktives, digitales Lehr- und Lernspiel zur Förderung des systemischen Denkens am Beispiel der sozialen und ökologischen Auswirkungen von Mobilität und Verkehr in Ballungsraum und Peripherie für eine schwerpunktmäßige Verwendung im Unterrichtsfach Geographie und Wirt­schafts­kunde zu gestalten. Dazu werden im Projekt Systemcheck die unter Punkt a angesprochenen Forschungsergebnisse einerseits an die Bedürfnisse einer jüngeren Zielgruppe angepasst und andererseits in eine geeignete interaktive, digitale Form gebracht. Die dabei entstehenden Lehr­elemente werden, ähnlich wie bei Computer- und Smartphone-Spielen, in einem interaktiven Rahmen zusammengefasst. Das Lehrmaterial wird dabei in aufeinander aufbauende Themenblöcke, welche sich an den Unterpunkten des Lehrplans orientieren, unterteilt. Als Abschluss jedes Themenblocks sind interaktive Aktivitäten und Aufgaben vorgesehen, deren Lösung zum jeweils nächsten Themen­block (Level) führt.

Dazu werden Materialien und Simulationsmodelle zur genannten Thematik zu einem digitalen Lernspiel für PC und mobile Endgeräte transformiert, welches in 2-4 interaktiven Lehreinheiten[8] eingesetzt werden kann. Der Einsatz aufeinander aufbauender Module ermöglicht Flexibilität für die Ausgestaltung der Unterrichtseinheiten im gesamten thematischen Block. So können z.B. Kurzinputs der Lehrperson (Präsentation) und aktivierende Lernelemente abgewechselt werden. Die Komplexität des Themas erfordert einen multimethodischen Zugang. So kommen als didaktische Methoden Übungen unterschiedlicher Schwierigkeitsgrade und Planspiele in Form von Modulen zum Einsatz. Die Modellbildung und –simulation wird anhand konkreter Themenstellungen mittels der Software Insight Maker[9] (Fortmann-Roe, 2014) geübt. So können sowohl Zusammenhänge und Wechselwirkungen in Systemen erfasst und die Dynamik von Entwicklungen erkannt werden. Schüler/innen arbeiten dabei auch in Teams, um reflexives Denken anzuregen.

Wie schon in Punkt a erwähnt, baut der Kern des Projekts Systemcheck auf den Methoden System­denken und System Dynamics auf. Systemdenken bedeutet, dass die Welt als ein komplexes System verstanden wird, in welchem Einzelhandlungen Auswirkungen auch auf nicht direkt betroffene Bereiche haben und in dem im Prinzip alles mit allem verbunden ist (Ossimitz, 2000), (Ossimitz, 2007), (Arndt, 2016), (Arndt, 2017). System Dynamics wurde in den 1950er Jahren von Jay Forrester und seinen Kollegen an der Sloan School of Management am Massachusetts Institute of Technology (MIT) begründet. „System Dynamics ist eine Methode, um das Lernen in komplexen Systemen zu verbessern“[10] (Sterman, 2000), S. 4. Die zentralen Werkzeuge zur qualitativen und quantitativen Modellierung von Systemen sind dabei Ursache-Wirkungsdiagramme (Causal-Loop-Diagrams) und Stock-Flow-Modelle.

Ein Unterziel des Projekts Systemcheck ist es, qualitative und quantitative Modelle aus der Forschungsarbeit des Instituts für Verkehrswesen unabhängig von einer proprietären Software für den Unterricht verfügbar zu machen. Dafür wird die webbasierte Plattform Insight Maker⁸ verwendet (Fortmann-Roe, 2014). Insight Maker ermöglicht es, System Dynamics Modelle entweder über einen Link verfügbar zu machen oder direkt in Webpages, Blogs oder Lernplattformen einzubetten.

c. Ausblick auf das zu erwartende Endprodukt

Das Endprodukt des Projekts ist ein Unterrichtsplan über 2-4 Lehreinheiten – nach dem Bausteinprinzip bestehend aus einzelnen, aufeinander aufbauenden digitalen Elementen (Module), deren über­geordneter Rahmen ein interaktives Lernspiel bildet. Die digitalen Module können in unterschiedlichen Arbeitsformen bearbeitet werden: Einerseits im Unterricht unter Anleitung der Lehrperson, wo die Lernenden die Aufgaben individuell oder in Gruppenarbeit lösen und abschließend die Ergebnisse in der Klasse diskutiert werden. Andererseits ist der Einsatz der Einzelmodule oder des gesamten Lernspiels im Selbststudium möglich. Tabelle 1 zeigt einen ersten Entwurf der digitalen Module – die rahmengebenden Inputs der Lehrpersonen, in welche die Module eingebettet sind, sind nicht angeführt. Im Sinne von Levels ermöglicht die erfolgreiche Bewältigung eines Moduls die Bearbeitung des folgenden Moduls. Abbildung 1 zeigt als Beispiel für einen in Modul 4 einzusetzenden „Flugsimulator“ ein einfaches Modell der Wahl des Verkehrsmittels zum Pendeln. In diesem Beispiel können die Nutzer/innen verschieden Parameter mittels Schiebereglern verändern (rechts unten), um deren Einfluss auf die Verkehrsmittelwahl Auto oder Eisenbahn zu testen. Die Frage könnte hier z.B. lauten, was muss verändert werden um den Stau im Frühverkehr zu reduzieren?

Tabelle 1: Entwurf für digitale Module

Nr.	Kurzbeschreibung	Umsetzung	Arbeitsform
1	Was macht Ballungsraum und Peripherie aus? Ein­ord­nen von Statements in richtig oder falsch und / oder Zuordnen von Bildmaterial zu den beiden Kategorien.	Quiz	Einzelarbeit
2	Vernetzung zwischen Kernstadt und Umland: Wie beeinflussen sich Kernstadt und Umland gegenseitig? Welche Rollen spielen Pendeln, Ausflugsverkehr, etc., Qualitativer Zusammenhang von Elementen.	Causal Loop Diagramm: Schüler/innen bestimmen Wechselwirkungen und Polaritäten zwischen Elementen des Siedlungsraums	Einzel-/Teamarbeit
3	Ursachen und Wirkungen der Bevölkerungsverteilung (z.B. Migration, Verkehrsbelastungen, Umwelteffekte), Quantifizierung	Stock-Flow-Modell: Schüler/innen analy­sieren und visualisieren quantitative Wechselwirkungen zwischen Verkehr (Erreichbarkeit) und Raum	Einzel-/Teamarbeit
4	Testen von Verkehrs- und Raumordnungsmaßnahmen zur Einschränkung der Zersiedelung und der Umweltauswirkungen auf Basis von konkreten Zielen von ein oder zwei Beispielgemeinden durch Simulation	Kurzes Factsheet zu Fallbeispielen, Schü­ler/innen testen mittels vorbereiteter Mo­delle („Flugsimulatoren“) zur jeweili­gen Fallgemeinde, mit welchen Maßnah­men bzw. Maßnahmen­kombinationen die höchste Zielerreichung ermöglicht wird (explorative Didaktik)	Einzel-/Teamarbeit

Quelle: https://insightmaker.com/insight/158723/Stadt-Umland-Verkehrsmodell, Zugriff: 21.2.2019

Abbildung 1: Einfaches Mock-up „Flugsimulator“ für die Wahl des Verkehrsmittels zum Pendeln und in der Freizeiz

Ziel des neuen Lehr- und Lernmittels ist es, durch einen spielerischen Umgang mit den Themen Mobilität und Verkehr, Ballungsraum und Peripherie, Umwelt, Ressourcen und Politik das Interesse der Lernenden am Systemdenken zu wecken. Durch die Verwendung des Endprodukts sollen die Lernenden Kompetenzen im Bereich Systemdenken erwerben und gleichzeitig zentrale Lehrinhalte des Unterrichtsfachs Geographie und Wirtschaftskunde über das Lebens in Ballungsräumen, die Wechselwirkungen zwischen Ballungsraum und Peripherie und die Gestaltung des Lebensraums durch die Menschen vermittelt bekommen. Die Schüler/innen können die erworbenen Kompetenzen im Systemdenken auf ein breites Spektrum an Unterrichtsfächern anwenden.

Die Komplexität des Themas erfordert eine gewisse Gratwanderung, die Inhalte zielgruppengerecht ansprechend UND erfassbar aufzubereiten. Obwohl die Projektmitarbeiter/innen des Instituts mit der digitalen Welt vertraut sind, sind sie doch „Digital Immigrants“. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei der Zielgruppe der neuen Lehr- und Lernmittel um „Digital Natives“. Die digitalen Modelle ermöglichen vielfältige Gestaltungsoptionen. Gerade in Bezug auf das angestrebte spielerische, Spaß machende Element birgt dieser Unterschied das Risiko von Fehleinschätzungen seitens der Projekt­mitarbeiter/innen. Eine Beteiligung der Citizens ist daher zwingend notwendig, um die Nutzbarkeit und Zielgruppenakzeptanz des zu erwartenden Endprodukts sicher zu stellen.

2. Angaben zu den Interaktionen mit den Citizens in der Mit-Mach-Phase des Projektes und zum geplanten Umgang mit Daten

a. Adressierte Zielgruppen

Die adressierte Zielgruppe sind Schüler und Schülerinnen der 6. und 7. Schulstufe sowohl von Hauptschulen, NMS als auch AHS.

b. Darstellung des Kommunikations-und Interaktionskonzeptes mit den Zielgruppen

Die Methoden der Zusammenarbeit müssen gemeinsam mit den beteiligten Schulen abgestimmt werden. Die Aktivitäten im Rahmen des vorliegenden Projekts dürfen den routinemäßigen Lehrbetrieb nicht stören, sie sollen sich vielmehr in diesen integrieren und den Nutzen von externen Kooperationen vor Augen führen. Die folgenden Eckpfeiler zur Kommunikation und Interaktion wurden in Vorge­sprächen akkordiert und werden in der Vorbereitungsphase detailliert geplant.

Projektteam « Schüler/innen

Für die Integration der Aktivitäten in den regulären Unterricht bieten sich bei dem breit angelegten Querschnittsthema Mobilität und Umwelt im Grunde mehrere Fächer an. Mit den Partnerschulen wurde für den Citizen-Science-Ansatz das Fach Geographie und Wirtschaftskunde vereinbart. Die Schüler/innen sollen nicht nur die Ergebnisse zum entwickelten Lehrmaterial sehen, sondern den Entwicklungsprozess begreifen und aktiv mitgestalten. Dafür sind 2-3 Workshops im Rahmen des regulären Unterrichts geplant, in denen das Projektteam direkt mit den Schüler/innen kommuniziert. Die Einbindung erfolgt frühzeitig und über die gesamte Mit-Mach-Phase. In Rücksprache mit den Lehrpersonen können einige Module auch eigenständig getestet werden und das Feedback über die Interaktions- und Diskussionsplattform der Eduthek eingeholt werden. Auf diesem Weg können auch nicht unmittelbar am Projekt beteiligte Lehrpersonen und Schüler/innen ein­gebunden werden.

Schüler/innen « Schüler/innen

Collaborative-Learning, Rollenspiel und Verantwortung

In den Workshops werden vorrangig Teamarbeiten durchgeführt, bei denen unter anderem ein Collaborative-Learning – Ansatz verfolgt wird: Schüler/innen erklären sich die gestellten Aufgaben nach einer Einschulung gegen­seitig. Dabei ergibt sich auch die Möglichkeit unterschiedliche Sichtweisen auszutauschen und zu dis­kutieren. Über Rollenspiele schlüpfen die Schüler/innen in die Rolle von Lehrenden; die Beobach­ter/innen im Team notieren Auffälligkeiten und erarbeiten darauf aufbauend Verbesserungs­vor­schläge für das eingesetzte Lehrmaterial. Am Ende der Mit-Mach-Phase erarbeiten die Schüler/innen unter Unterstützung der Lehrpersonen ein eigenes Konzept für eine Lehreinheit, welches am Projekt­ende umgesetzt wird. An der Lehreinheit nehmen Schüler/innen der Parallelklasse sowie interessierte weitere Lehrer/innen der Fachgruppe teil.

Technik, Raum für Spiel und Kreativität

Erfahrungen aus anderen eigenen Forschungs- und Bildungsprojekte haben gezeigt, dass Schüler/innen der genannten Altersgruppe zur technikaffinen Generation gehören. Das Projekt greift diesen Aspekt durch die Anwendung der Software Insight Maker und Arbeit am PC bzw. mobilen Endgeräten auf. Zudem nutzt das Projekt den spielerischen Zugang, um die Schüler/innen für die Beschäftigung mit komplexen Themen zu motivieren. Vor allem im Modul #4 können Schüler/innen in der zu entwickelnden Lernumgebung selbst erforschen, welche Maßnahmen zu welchen Effekten in dem jeweiligen Fallbeispiel führen. Durch die Teamarbeit und/oder die Bearbeitung mehrerer Fallbeispiele können die Schüler/innen in Wettbewerb treten.

Projektteam « Lehrer/innen

Die Lehrpersonen werden in gesonderten Teammeetings eingebunden. Diese finden zum einen in der Anfangsphase des Projekts statt, um einen wechselseitigen Austausch frühzeitig zu beginnen. Zum an­deren ist zum Abschluss der Mit-Mach-Phase eine Reflexion des Prozesses vorgesehen. Konkret ge­plante Treffen sind

• Kick-Off-Veranstaltung nach der Förderentscheidung;
  • Koordinationstreffen vor dem ersten Workshop;
  • Reflexionsmeeting (Debriefing) zum Abschluss der Mit-Mach-Phase;

Weitere Treffen können nach Bedarf stattfinden.

c. Nutzen, der sich für die teilnehmenden Citizens in der Mit-Mach-Phase durch das Projekt ergibt

Schüler/innen werden durch Teilnahme und aktive Mitgestaltung eines Entwicklungsprozesses im positiven Sinn an das Thema System Dynamics herangeführt. Systemisches Denken wird bei den Schüler/innen gefördert. Sie erlernen, Handlungen und Akteur/innen im Rahmen eines komplexen Systems zu sehen, das aus verschiedenen verknüpften Variablen besteht. Schüler/innen erfahren so, dass Handlungen nicht nur mit einfachen statischen Ist-Analysen und hierarchischen, direkten Ursache-Wirkungszusammenhängen zu bewerten sind. Vielmehr lernen sie vielfältige Abhängigkeiten und teils zeitverzögerte, rückgekoppelte Einflussgrößen zu berücksichtigen und die daraus entstehenden Eigen­dynamiken zu verstehen. Das Thema soziale und ökologische Auswirkungen von Mobilität ist dafür in mehrfacher Hinsicht sehr gut geeignet:

• Es hat einen unmittelbaren Bezug zur alltäglichen Erfahrungswelt, die Schüler/innen bringen ihre konkreten Bedürfnisse, persönlichen Erfahrungen und eigenen Vorstellungen mit und können ihr eigenes Mobilitätsverhalten kritisch hinterfragen.
• Mobilität ist ein Thema, das stark emotionalisiert und mobilisiert, weil jeder Mensch in doppel­ter Hinsicht als Verursacher und Betroffener damit konfrontiert ist. Welche Folgen hat mein eigenes Verhalten auf die Umwelt, auf das Klima etc.? Was wäre, wenn sich alle so verhalten würden? Was heißt das für meine eigene Zukunft?
• Mobilitätsentscheidungen laufen im Alltag meist routinemäßig ab, es wird selten über die Not­wendigkeit eines Wegs oder über das verwendete Verkehrsmittel nachgedacht. Der beschrie­bene Zugang ermöglicht einen neuen Blickwinkel auf das eigene Verhalten und systemische Zu­sammenhänge, wo Gewohntes in Frage gestellt wird und Platz für Neues entsteht.
• Mobilität ist an der Schnittstelle zwischen Mensch, Technik und Umwelt angesiedelt; man kann Mobilität nicht verstehen, wenn man eine Disziplin ausblendet. Insofern bietet das Thema einen guten Einblick, alltägliche Dinge aus anderen Blickwinkeln zu betrachten, um neue Zusammen­hänge zu erkennen. Dies sensibilisiert Schüler/innen auch für die Komplexität bestimmter (politischer) Entscheidungen.

Rhetorik und Präsentationstechnik: Sämtliche Ergebnisse von Team- und Einzelarbeiten werden inner­halb der Klasse vorgestellt, womit Rhetorik und Präsentationstechnik gefördert werden. Darüber hinaus stärkt der Collaborative Ansatz die Fähigkeit, technische Sachverhalte anderen präzise zu erklären. Weiters erlernen die Schüler/innen in ihrer grundsätzlichen Offenheit gegenüber digitalen Technologien deren sinnvollen Einsatz zur Wissensgenerierung.

d. Angaben zu datenschutzrechtlichen und urheberechtlichen Aspekten

Im Rahmen des Projekts ist keine Erhebung personenbezogener Daten der Projektteilnehmer/innen vorgesehen. Eine über den regulären Unterricht hinausgehende Online-Teilnahme an der Mit-Mach-Phase erfolgt anonym und freiwillig und kann jederzeit beendet werden. Es werden keine Bild- oder Tonaufnahmen der Schüler/innen angefertigt. Die elektronische Kommunikation erfolgt über eine gesicherte Plattform (Eduthek bzw. Moodle). Die Universität für Bodenkultur Wien verfügt über Richt­linien, welche die Einhaltung einschlägiger Vorschriften, wie z.B. die Datenschutzgrundverordnung, sicherstellen (http://www.boku.ac.at/datenschutz-an-der-boku/). Im Rahmen des Projekt­mana­ge­ments wird sichergestellt, dass sich die Arbeiten des Projekts Systemcheck an diese Richtlinien halten.

Die Urheberrechte der für das Projekt verwendeten Modelle und Lehrmittel liegen bei Projekt­mit­arbeiter/innen bzw. beim Institut für Verkehrswesen. Zusätzlich verwendetes Material ist öffentlich über Creative Commons Lizenzen verfügbar. Dieses Material wird mit den entsprechenden Credits zitiert.

3. Rahmenbedingungen für den Einsatz des digitalen Lehr-und Lernmittels

a. Technische Lösung für die Mit-Mach-Phase des Projektes

Die Mit-Mach-Phase des Projekts Systemcheck wird, wie in der Ausschreibung gefordert, über die Interaktions- und Diskussionsplattform der Eduthek abgewickelt. Da diese Plattform nach einem Re­launch in einem neuen Design und mit neuen Funktionen online sein wird, sind dem Projektteam dzt. die technischen Details nicht bekannt. Es wird davon ausgegangen, dass die Funktionalität ähnlich je­ner der Open Source E-Learning Plattform Moodle sein wird und Elemente wie ein Quiz program­miert werden können. Falls dies nicht zutrifft, wird auf ein anderes System ausgewichen, welches die ge­for­derten Standards erfüllt. Mitarbeiter/innen des Projektteams verfügen über umfangreiche Erfahrung mit auf Moodle basierenden E-Learning Plattformen (BOKU learn, TUWEL). Zusätzlich wurde zur Sicherstellung der technischen Machbarkeit ein IT-Dienstleister als Kooperationspartner gewonnen.

Die einzelnen Module (siehe Tabelle 1) werden in der oben beschriebenen Umgebung umgesetzt. Die qualitativen und quantitativen System Dynamics Elemente (Causal-Loop-Diagramme, Stock-Flow-Modelle, „Flugsimulatoren“) werden in der Open Source Software Insight Maker (Fortmann-Roe, 2014) programmiert und in die webbasierte Plattform eingebettet. Mit Hilfe der „Flugsimulatoren“ können Parameter verändert werden und interaktive Simulationen der Entwicklung der modellierten Systeme (z.B. Kernstadt und Umland) durchgeführt werden.

b. Technische und organisatorische Anforderungen für den späteren Einsatz des finalen Lehr-und Lernmittels im Unterricht

Die technischen Anforderungen für den späteren Einsatz des finalen Lehr-und Lernmittels im Unter­richt beschränken sich auf die Verfügbarkeit von PCs, Tablets oder anderen mobilen Endgeräten mit einem Webbrowser und einer Internetverbindung. Bei Verwendung des finalen Lehr-und Lern­mittels im Unterricht sind organisatorisch Kurzinputs der Lehrperson (Präsentation) notwendig. Im Sinne einer Verwendung des finalen Lehr-und Lernmittel als digitale Lernumgebung mit Kooperation in Grup­pen, ist organisatorisch das ent­sprechende Setting (Räumlichkeit, PC, Tablets, etc.) zu schaffen.

c. Notwendige Medienkompetenz der Lehrpersonen und Lernenden für die Mit-Mach-Phase bzw. für den späteren Einsatz im Unterricht

Die notwendigen Medienkompetenzen der Lehrpersonen und Lernenden beschränken sich für den späteren Einsatz im Unterricht auf den Bereich Mediennutzung, d.h. die Fähigkeit einen Webbrowser zu benutzen und in einer webbasierten Umgebung zu agieren und zu navigieren. In der Mit-Mach-Phase benötigen die Lehrpersonen und Lernenden zusätzlich Kompetenzen in der Mediengestaltung. Aufgrund der zu erwartenden Technikaffinität (Digital Natives) der Lernenden ist davon auszugehen, dass diese zum Großteil vorhanden ist. Eventuell bestehende Lücken können im Rahmen der Work­shops geschlossen werden.

d. Risiken und Grenzen des Einsatzes des finalen Lehr- und Lernmittels im Unterricht

• Das finale Lehr- und Lernmittel kann nur eingesetzt werden, wenn die Schule über einen Internetzugang und die Lernenden Zugang zu einer ausreichenden Zahl von PCs, Tablets oder anderen mobilen Endgeräten haben. Dies ist allerdings kein Spezifikum des Projekts Systemcheck, sondern betrifft digitale Lehr- und Lernmittel allgemein.
• Möglicherweise reichen bei einem Einsatz des finalen Lehr- und Lernmittels im Klassenzimmer 1-2 Lehrpersonen nicht aus, um Leistungsheterogenitäten ausreichend abfangen zu können. Schnel­lere Schüler/innen könnten sich langweilen, während langsamere Druck verspüren. Diesbezügliche Erkenntnisse und Anpassungsstrategien werden aus der Mit-Mach-Phase erwartet.
• Ein potentielles Risiko besteht darin, dass zu viel Zeit für die Erklärung der technischen Funk­tio­nalität der Modelle aufgewendet werden muss und zu wenig Zeit für den Inhalt bleibt. Da System Dynamics Modelle graphisch anschaulich und intuitiv verständlich sind, erscheint dieses Risiko aber gering. Auch hier erwartet sich das Projektteam Erkenntnisse und mögliche Anpassungs­strategien aus der Mit-Mach-Phase.
• Die Software Insight Maker ist dzt. nur in Englisch verfügbar. Für die Nutzung der „Flug­simulatoren“ stellt dies kein Problem dar, da die Variablen der dahinterliegenden Modelle, alle Schieberegler und Buttons, mit deutschen Bezeichnungen versehen werden. Für das eigenständige Programmieren durch die Lernenden könnte dies aber eine Hürde sein. Es ist allerdings nicht ausgeschlossen, dass Digital Natives erfahren im Umgang mit englischsprachigen Programmen sind. Auch hier erwartet sich das Projektteam Erkenntnisse aus der Mit-Mach-Phase.
• Die Software Insight Maker ist eine Open Source Software. Es besteht kein Rechtsanspruch, dass die Software/Webpage uneingeschränkt verfügbar ist. Da Insight Maker bereits seit 2010 existiert und über eine wachsende Community verfügt, erscheint das daraus entstehende Risiko gering. Sollte es doch eintreten, ist eine Umstieg auf andere Systeme und Strukturen (z.B. den frei ver­fügbaren Vensim® Model Reader[11], Splash[12] oder andere webbasierte System Dynamics Tools[13], etc.) jederzeit möglich.

4. Zu erwartende weiterreichende Auswirkungen und Aktivitäten im Sinne der Nachhaltigkeit

a. Maßnahmen, die getroffen werden, um die finalen Materialien längerfristig nutzbar zu machen, i.S. eines reusable learning objects

Der Entwurf für die digitalen Module der Lehr- und Lernmaterialien (siehe Tabelle 1) orientiert sich von Beginn an am Konzept der Reusable Learning Objects. Um die Verwaltung des Endprodukts in Learning Content Management zu ermöglichen und die Wiederverwendbarkeit zu erreichen, wird dieses mit entsprechenden Metadaten versehen. Dadurch wird es erleichtert, die digitalen Lehr- und Lernmaterialien des Projekts Systemcheck in bestehende oder neue Kurse oder Lehrgänge zu integrieren.

b. Maßnahmen, die getroffen werden können/könnten, um Inhalte der finalen Lehr-und Lernmittel aktuell zu halten bzw. weiterzuentwickeln

Um die entwickelten Lehr- und Lernmittel aktuell zu halten, ist eine Bewerbung über die Young Mobility Plattform[14] vorgesehen. Zudem werden der Kontakt mit den Partnerschulen aufrechterhalten und zusätzliche Schulen kontaktiert, um entsprechendes Feedback aus der Nutzungsphase zu erhalten. Die entwickelten Lehr- und Lernmaterialien werden als Beispiele im Rahmen der universitären Lehre des Instituts für Verkehrswesen eingesetzt. Im Rahmen von Seminararbeiten und Bachelorarbeiten erhalten Studierende die Aufgabe, die Lehr-und Lernmittel bei Bedarf zu aktualisieren bzw. weiter zu entwickeln. Die geplante Creative Commons Lizenz CC-BY-SA erlaubt es zudem Dritten die Lehr- und Lernmittel zu kopieren, weiterzuverbreiten und zu überarbeiten.

c. Maßnahmen, die getroffen werden müssten, um die finalen Materialien für eine Large-Scale-Implementierung nutzbar zu machen

Durch die Orientierung am Konzept der Reusable Learning Objects (siehe Abschnitt 4.a, S. 9) sollte eine Large-Scale Implementierung der finalen Materialien ohne größere Maßnahmen möglich sein. Im Falle einer Integration in ganze Kurse oder Lehrgänge sollte allerdings eine gemeinsame Überprüfung und Überarbeitung durch den Kursautor und das Systemcheck Projektteam erfolgen. Damit kann sicher­gestellt werden, dass die Materialien kohärent und für die Lernenden verständlich sind.

d. Dissemination der Projektergebnisse

Die Ergebnisse des Projekts Systemcheck werden über die Websites des Instituts für Verkehrswesen, der Universität für Bodenkultur Wien und der Partnerschulen verbreitet. Gemeinsam mit der Stabsstelle Öffentlichkeitsarbeit der Universität für Bodenkultur werden eine Presseaussendung und Pressematerialien erstellt. Eine Veröffentlichung der Ergebnisse in einem wissenschaftlichen Open Access Journal ist geplant. Zudem werden die Ergebnisse im Rahmen mindestens einer wissen­schaft­lichen Konferenz vorgestellt. Wichtige Kanäle zur Verbreitung der Projektergebnisse sind außerdem die International System Dynamics Society und die Deutsche Gesellschaft für System Dynamics e.V.[15]. Angestrebt wird eine Präsentation der Projektergebnisse im Rahmen der International System Dynamics Conference und/oder der Jahrestagung der Deutsche Gesellschaft für System Dynamics e.V. Im Besonderen werden die Ergebnisse im Rahmen der Aktivitäten der Special Interest Group Transportation[16] vorgestellt. Innerhalb dieser wird gerade eine Sammlung didaktischer Materialien zum Thema Systemdenken und Mobilität vorbereitet.

5. Angaben zu Risikofaktoren und Anpassungsstrategien

a. Beschreibung von potenziellen Risikofaktoren oder von geänderten Rahmen­be­din­gungen, die die Abwicklung des Projekts gefährden könnten

Weder auf personeller noch struktureller Ebene sind derzeit Risikofaktoren erkennbar, welche die Abwicklung des Projekts Systemcheck gefährden könnten. Sowohl die einreichende Organisation als auch die beteiligten Bildungseinrichten verfügen über eine stabile Personalstruktur.

Hinsichtlich der Verfügbarkeit der Open Source Software Insight Maker besteht ein minimales Rest­risiko.

b. Beschreibung möglicher Strategien, die diesen entgegenwirken

Für den unwahrscheinlichen Fall des Ausfalls vorgesehener Projektmitarbeiter/innen verfügen sowohl die einreichende Organisation als auch die beteiligten Bildungseinrichtungen über ausreichende Per­sonalreserven zur Kompensation.

Im Fall eines Ausfalls der Open Source Software Insight Maker kann jederzeit auf andere Systeme und Strukturen (z.B. den frei verfügbaren Vensim® Model Reader, Splash, etc.) umgestellt werden.

6. Literaturliste

Arndt, H. (2016) Systemisches Denken im Wirtschaftsunterricht. Edited by H. Arndt. Erlangen, DE: FAU University Press. Available at: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/files/8006/HolgerArndt_Systemisches+Denken_OPUS.pdf.

Arndt, H. (2017) Systemisches Denken im Fachunterricht. Edited by H. Arndt. Erlangen, DE: FAU University Press. Available at: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/files/8609/HolgerArndt_Systemisches+Denken+Bd.2_OPUS.pdf.

BMUKK (2012) BGBLA_2012_II_185 – Bundesgesetzblatt authentisch ab 2004 – Anlage 1. Wien: BMUKK (Bundesministerium für Unterricht, Kunst und Kultur). Available at: http://www.ris.bka.gv.at/Dokument.wxe?Abfrage=BgblAuth&Dokumentnummer=BGBLA_2012_II_185&ResultFunctionToken=1d88b727-aff7-48a8-9662-5a7eeda84c2f&Position=1&Titel=&Bgblnummer=&SucheNachGesetzen=False&SucheNachKundmachungen=False&SucheNachVerordnungen=False (Accessed: 18 July 2018).

BMUKK (2017) Lehrpläne – Hauptschulen – Bundesrecht konsolidiert, Fassung vom 18.07.2018. Wien. Available at: https://www.ris.bka.gv.at/GeltendeFassung.wxe?Abfrage=Bundesnormen&Gesetzesnummer=20000676 (Accessed: 18 July 2018).

BMUKK (2018) RIS – Lehrpläne – allgemeinbildende höhere Schulen – Bundesrecht konsolidiert, Fassung vom 18.07.2018. Wien. Available at: https://www.ris.bka.gv.at/GeltendeFassung.wxe?Abfrage=Bundesnormen&Gesetzesnummer=10008568 (Accessed: 18 July 2018).

Fortmann-Roe, S. (2014) ‘Insight Maker: A general-purpose tool for web-based modeling & simulation’, Simulation Modelling Practice and Theory. Elsevier B.V., 47, pp. 28–45. doi: 10.1016/j.simpat.2014.03.013.

Mehren, R., Rempfler, A. and Ulrich-Riedhammer, E. M. (2017) ‘Die Anbahnung von Systemkompetenz im Geographieunterricht’, in Arndt, H. (ed.) Systemisches Denken im Fachunterricht. Erlange, DE: FAU University Press, pp. 223–252. Available at: https://opus4.kobv.de/opus4-fau/files/8609/HolgerArndt_Systemisches+Denken+Bd.2_OPUS.pdf.

Ossimitz, G. (2000) Einführung in die Systemwissenschaften. Graz.

Ossimitz, G. (2007) ‘The Development of Systems Thinking Skills Using System Dynamics Modelling Tools’, in Developments in Mathematics Education in Germany, pp. 96–109. Available at: http://webdoc.sub.gwdg.de/ebook/e/gdm/1996/ossimitz.pdf.

Sterman, J. D. (2000) Business Dynamics – Systems Thinking and Modeling for a Complex World. McGraw-Hill Higher Education.

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[1] Siehe z.B. Bollmann-Zuberbühler u.a, 2016

[2] Z.B. Kinderuni, University Meets Public, Talente Regional, etc.

[3] Eine kurze Einführung in die angesprochenen Methoden und Werkzeuge findet sich z.B. auch auf https://www.fvv.tuwien.ac.at/institut/kompetenzfelder/system-dynamics/was-ist-system-dynamics/

[4] Siehe https://www.vensim.com/ bzw. https://insightmaker.com, Zugriff: 19.2.2019

[5] Im Gegensatz zu den sogenannten „Black-Box“ Modellen haben die Nutzer/innen bei „White-Box“ Modellen vollen Einblick in die zu Grunde liegenden Wirkmechanismen. Siehe z.B.:  http://www.fvv.tuwien.ac.at/forschung/mars-metropolitan-activity-relocation-simulator/overview/

[6] Vergleichbare Lehrmittel wurden bisher in englischer Sprache entwickelt, siehe http://www.clexchange.org/

[7] Siehe Young Mobility – Die Plattform für Projekte und Aktionen zu Kinder- und Jugendmobilität am Institut für Verkehrswesen der Universität für Bodenkultur Wien, http://www.young-mobility.at

[8] Eine endgültige Empfehlung wird im Laufe des Projekts gemeinsam mit Pädagog/innen erarbeitet. Grundsätzlich soll das Endprodukt jedoch die Flexibilität bieten, auf potenzielle Leistungsheterogenitäten in und zwischen Klassen reagieren zu können. Zudem können Teile der Übungen als Hausübungen eingesetzt werden (siehe Punkt c).

[9] Siehe https://insightmaker.com/share, Zugriff: 29.8.2018. Insight Maker ist eine Open Source Software zur Erstellung von systemdynamischen oder agentenbasierten Simulationsmodellen. Insight Maker ist dzt. nur in Englischer Sprache verfügbar.

[10] Eigene Übersetzung, Original in Englisch: „System dynamics is a method to enhance learning in complex systems“.

[11] Siehe https://vensim.com/vensim-model-reader/, Zugriff: 19.2.2019

[12] Siehe https://play.google.com/apps/testing/org.clexchange.splash, Zugriff: 19.2.2019

[13] Siehe https://www.systemdynamics.org/web-based-tools, Zugriff: 19.2.2019

[14] Siehe http://www.young-mobility.at, Zugriff: 19.2.2019

[15] Siehe https://www.systemdynamics.org/ und https://www.systemdynamics.de/, Zugriff: 19.2.2019

[16] Siehe https://www.systemdynamics.org/transportation, Zugriff: 19.2.2019

Projektteam:
Lukas Hartwig M.A. (Projektleitung)
Ass.Prof. DI Dr. Juliane Stark (Sub-Projektleitung)
DI Dr. Paul Pfaffenbichler (Projektmitarbeit)

Kontakt: projekt.systemcheck@boku.ac.at