Lars Merkel

• Die vorliegende Arbeit untersucht, wie das konzeptuelle Funktionenverständnis auf Tertiärstufe anwendungsorientiert gefördert werden kann und inwieweit dies die Studierenden auf ihr weiteres Studium vorbereitet. Im theoretischen Hintergrund wird die Bedeutung der Mathematik und insbesondere von Funktionen in der naturwissenschaftlichen Modellierung herausgestellt. Es wird aufgezeigt, dass ein konzeptuelles Funktionenverständnis, operationalisiert durch Grundvorstellungen und den Umgang mit unterschiedlichen Darstellungen, für den Umgang mit Funktionen in naturwissenschaftlichen Anwendungen unerlässlich ist. Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die anwendungsorientierte Vermittlung mathematischer Inhalte in Grundlagenvorlesungen naturwissenschaftlicher Studiengänge bislang wenig erforscht wurde, jedoch bekannt ist, dass das konzeptuelle Funktionenverständnis durch den gezielten Einsatz digitaler Medien gefördert werden kann. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde eine digitale Lernumgebung entwickelt, mit der Studierende das Thema Funktionen anwendungsorientiert im Kontext chemische Reaktion erarbeiten können. Die Applets und Aufgaben der Lernumgebung sind so gestaltet, dass sie die Grundvorstellungen adressieren und den Umgang mit verschiedenen Darstellungen anregen. Die Lernumgebung wurde in der Vorlesung Grundlagen Mathematik – Analysis I an der Hochschule für Life Sciences der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) in zwei aufeinanderfolgenden Jahren eingesetzt und empirisch evaluiert. Mithilfe eines Prä-Post-Kontrollgruppen-Designs wurde der Lernzuwachs quantitativ gemessen und analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass beide Gruppen signifikante Lernzuwächse erzielten, wobei Studierende, die mit der Lernumgebung arbeiteten, einen größeren Lernzuwachs verzeichneten. Dabei zeigten sich kaum Unterschiede im Lernzuwachs zwischen Studierenden der Experimentalgruppe, die die Lernumgebung vollständig oder nur teilweise bearbeiteten, sowie zwischen Studierenden mit hoher oder geringer studienbezogener Kontext-Relevanz. Dies deutet darauf hin, dass das konzeptuelle Funktionenverständnis durch die anwendungsorientierte digitale Lernumgebung effektiv gefördert wurde, während die vollständige Bearbeitung der Lernumgebung oder die studienbezogene Relevanz bezüglich des Kontexts chemische Reaktion nur einen geringen Einfluss auf den Lernerfolg hatten. Zusätzlich wurden die schriftlichen Antworten der Studierenden innerhalb der Lernumgebung qualitativ analysiert. Hierbei zeigte sich, dass die meisten Studierenden in beiden Jahren viel-fältige Grundvorstellungen thematisierten. Im zweiten Jahr wurde jedoch häufiger auf Beziehungen zwischen unterschiedlichen Darstellungen eingegangen. Das lässt sich vermutlich auf eine angepasste Instruktion in der Vorlesung zurückführen, die den Erwartungshorizont der Lernumgebung deutlicher kommunizierte. Zudem gingen Studierende mit einer hohen studienbezogenen Relevanz häufiger auf den Anwendungskontext ein und setzten diesen in Beziehung zu anderen Darstellungen.