Project

Back to overview

Enhancing Mathematics Learning by means of cognitive activation: Classroom Intervention studies in advanced placement schools

English title Enhancing Mathematics Learning by means of cognitive activation: Classroom Intervention studies in advanced placement schools
Applicant Hungerbühler Norbert
Number 179186
Funding scheme Project funding
Research institution Departement Mathematik ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Education and learning sciences, subject-specific education
Start/End 01.04.2018 - 31.01.2023
Approved amount 854'611.00
Show all

All Disciplines (2)

Discipline
Education and learning sciences, subject-specific education
Mathematics

Keywords (9)

teaching materials ; cognitive activation; functions; basic competencies ; mathematics teaching; conceptual understanding; differential calculus; kinematics; CogAct instruction

Lay Summary (German)

Lead
Mathematik ist auf allen Stufen ein herausforderndes Schulfach, sowohl für die Lernenden als auch für die Lehrenden. Zahlreiche Studien belegen, dass den Lernenden grundlegende Konzepte und Kompetenzen häufig nicht vermittelt werden, was sich auch auf das Lernen in den naturwissenschaftlichen Fächern negativ auswirken kann. In der Lernforschung wurden in den letzten Jahrzehnten kognitiv aktivierende Lernformen entwickelt und überprüft, welche die Lernenden dabei unterstützen, ein konzeptuelles mathematisches Verständnis aufzubauen, das in unterschiedlichen Kontexten flexibel anwendbar ist. Diese Lernformen sorgen dafür, dass die Aufmerksamkeit der Lernenden gezielt auf zentrale Aspekte des jeweiligen Wissensgebietes ausgerichtet wird, zum Beispiel indem Unterschiede und Gemeinsamkeiten von Konzepten und Modellen herausgearbeitet werden müssen.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Verschiedene Methoden der kognitiven Aktivierung haben sich bereits in kontrollierten Interventionsstudien als lernwirksam herausgestellt. Das MINT-Lernzentrum der ETH Zürich entwickelt in Zusammenarbeit mit Lehrpersonen an Gymnasien Unterrichtseinheiten zur Mathematik, in welche die kognitiv aktivierenden Methoden integriert werden. In unserem Forschungsprojekt möchten wir die so entstandenen Unterrichtseinheiten zu den Themen „Funktionen“ und „Differentialrechnung“ systematisch evaluieren. Es wird untersucht, ob Lernende, die einen kognitiv aktivierenden Unterricht erfahren haben, ein tieferes mathematisches Verständnis aufbauen als Lernende, die einen traditionellen Unterricht erhielten. In einem Längsschnittdesign werden zudem langfristige Effekte des kognitiv aktivierenden Unterrichtes auf das Lernen von mathematischen Inhalten sowie Transfereffekte auf das Lernen von Physik untersucht.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Unsere Arbeit wird neue Erkenntnisse zu den kurz- und langfristigen Auswirkungen von kognitiv aktivierendem Mathematikunterricht generieren, so wie dies in früheren Studien bereits für den Physikunterricht geschehen ist. Wenn sich herausstellt, dass Lernende dank kognitiver Aktivierung bessere Mathematikleistungen erzielen als im traditionellen Unterricht, dann kann dies dazu beitragen, die landesweit festgestellten Defizite am Gymnasium zu reduzieren. Durch gezielte Fortbildungen der Lehrpersonen sollen die im Projekt entstandenen Erkenntnisse auch zur Konkretisierung der basalen fachlichen Kompetenzen in Mathematik genutzt werden, welche die allgemeine Studierfähigkeit der schweizerischen Maturantinnen und Maturanten sicherstellen sollen.

Direct link to Lay Summary Last update: 04.04.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
146038 Fostering Concept Knowledge by Formative Assessment in High School Teaching of Physics 01.05.2013 Project funding
204987 Conceptual Understanding of Electromagnetism Supported by Augmented Reality Experiments 01.06.2022 Project funding

Abstract

Numerous studies have shown that mathematics is hard to teach and difficult to learn. This is also true for otherwise capable learners who are attending schools supposed to prepare for university education, such as the Swiss Gymnasium. Large-scale studies demonstrated that a considerable percentage of these learners even miss basic competencies after having undergone classes in linear algebra or calculus. Other studies revealed that deficits in mathematical competencies hamper learning in science classes, particularly in physics. Students often miss a deeper conceptual understanding and therefore are unable to solve novel problems that require knowledge transfer.In the MINT-learning Center of the ETH Zürich we face this challenge by exposing research to practice: We develop teaching materials, based on the current state of learning science and instruction research, together with experienced in-service Gymnasium teachers, who include cognitively activating and focused processing elements whenever appropriate and put them to the test in their own classrooms (CogAct instruction). Afterwards, regular in-service-teachers get a training in applying these MINT-teaching units in their classes. For physics classes we could already prove superior learning gains for students taught according to the MINT teaching materials compared to traditional teaching. With the help of SNSF-funding, we plan a systematic evaluation of two already available mathematics teaching units based on the ideas of CogAct instruction, one on functions, and one on differential calculus. Furthermore, in a long-term study, we plan to investigate whether students who underwent CogAct curriculum on functions will later benefit in learning calculus. We will also investigate if the CogAct curriculum on functions shows better transfer results in physics instruction on kinematics. Last but not least, our research is designed in such a way, that the results will help to implement the "Basale fachliche Kompetenzen für die allgemeine Studierfähigkeit in Mathematik", a multi-year project of EDK (the Swiss conference of cantonal ministers of education) on the Swiss national level.
-