GraphIt
Der Beirat der Bundesregierung für Globale Umweltver?nderung (WBGU) stellte 1993 fest, dass ein Instrument entwickelt werden muss, mit dem in einer vernetzten Betrachtungsweise die wichtigsten Elemente des globalen Wandels identifiziert werden k?nnen. 1996 stellte der WBGU mit dem Syndromansatz die Antwort auf diese Forderung vor.
Konkreter formuliert sollen mit dem Syndromansatz die komplexen Vernetzungen des globalen Wandels auf verschiedenen r?umlichen und zeitlichen Skalen entschlüsselt werden. Nicht-nachhaltige Entwicklungsmuster sollen aufgezeigt werden, um so zur Operationalisierung des Nachhaltigkeitskonzeptes beitragen zu k?nnen. Au?erdem sollen funktionale Muster innerhalb des globalen Wandels identifiziert werden.
Auf Grundlage dieser Erkenntnisse kann ein Orientierungsrahmen für die Politik geschaffen und ein l?sungsorientiertes und pr?ventives Arbeiten mit den Problematiken und Herausforderungen des Globalen Wandels erm?glicht werden.
Ein zentraler Punkt bei der Arbeit mit dem Syndromansatz ist die grafische Repr?sentation der Vorg?nge des globalen Wandels. Die nicht-nachhaltigen Entwicklungsmuster werden dabei als Symptome bezeichnet und in einem Wirkungsdiagramm dargestellt. Dieses Wirkungsdiagramm ist dabei in neun unterschiedliche Bereiche (Sph?ren) geteilt (Biosph?re, Atmosph?re, Hydrosph?re, Bev?lkerung, Pedosph?re, Wirtschaft, Psychosoziale Sph?re, Gesellschaftliche Organisation & Wissenschaft/Technik).
Durch diese Vorstrukturierung wird der globale Wandel interdisziplin?r und ganzheitlich betrachtet. Die Vernetzungen der Symptome k?nnen dabei lediglich als verst?rkende, abschw?chende oder unbekannte Relationen dargestellt werden (WBGU, 1996).
Um die komplexen Zusammenh?nge einer globalisierten Welt verstehen zu k?nnen, reicht Fachwissen alleine nicht aus.
Schüler und Schülerinnen k?nnen sich erst an einer nachhaltigen Entwicklung beteiligen, wenn sie diese Zusammenh?nge als vernetztes System erkennen und verstehen.
Eine intensivere F?rderung der Systemkompetenz von Schülern und Schülerinnen rückt daher immer st?rker in den Fokus. Die Reduktion unserer komplexen Umwelt auf einzelne, voneinander abgrenzbare und trotzdem in Verbindung stehende Systeme, wird mit dem Begriff Systemkompetenz umschrieben.
Als geeignete Methode zur F?rderung der Systemkompetenz gilt das Arbeiten mit bzw. das Erstellen von grafischen Systemrepr?sentationen wie Concept-Maps, Wirkungsdiagrammen oder Syndromans?tzen – einer Sonderform von Wirkungsdiagrammen.
Das besondere an den Syndromans?tzen ist die Vorstrukturierung in unterschiedliche Sph?ren, wodurch das betrachtete System interdisziplin?r und ganzheitlich betrachtet werden kann.
Für seine Promotionsarbeit erforscht Nicklas Müller den Einfluss der Syndromansatzmethode auf die Systemkompetenz von Lehramtsstudierenden.
Im INQUIRE for Teacher Students Seminar der Uni Bremen erstellten die angehenden Lehrkr?fte im Wintersemester 2016/17 seminarbegleitend in kleinen Gruppen analoge Syndromnetze zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversit?t in der Nordsee.
Nicklas Müller konnte mit seiner Datenauswertung aus dem Wintersemester 2016/17 zeigen, dass sich die analoge Erstellung der Syndromnetze als zu unflexibel herausstsellte. In den beiden darauffolgenden Semestern erstellten die Studierenden digitale Syndromnetze. Eine detaillierte Auswertung der digitalen Erstellungsprozesse zeigte, dass mit dem verwendeten Programm zur Erstellung gewisse Schwierigkeiten einhergehen.
Eine zentrale Erkenntnis aus der Datenauswertung war, dass ein Programm ben?tigt wird, welches speziell für die Erstellung und Bearbeitung von Syndromnetzen entwickelt wurde. Mit dieser Erkenntnis wurde Kontakt zu Prof. Dr. Rainer Koschke, Leiter der AG Softwaretechnik an der Uni Bremen, aufgenommen. Zusammen mit einem Programmierteam aus Informatikstudierenden wurde dann das Programm GraphIt entwickelt, welches nun kostenlos zum Download bereit steht. Die Basis für die Entwicklung des Programmes sind dabei die Erkenntnisse aus der Datenanalyse der Syndromerstellungen aus den Wintersemester 2017/18 und 2018/19, um eine m?glichst intuitive und Benutzerfreundliche Bedienung sicherstellen zu k?nnen.
Die Systemkompetenz wird von einer Vielzahl an Autoren und Autorinnen als wesentliche kognitive F?higkeit angesehen, um einer Nachhaltigen Entwicklung gerecht werden zu k?nnen:
Ben-Zvi Assaraf, O. & Orpaz, I. (2010). The “Life at the Poles” Study Unit: Developing Junior High School Students’ Ability to Recognize the Relations Between Earth Systems. Research in Science Education, 40(4), 525–549. https://doi.org/10.1007/s11165-009-9132-2
Bertschy, F. (2007). Vernetztes Denken in einer Bildung für eine nachhaltige Entwicklung. Dissertation. Verfügbar unter: http://www.ikaoe.unibe.ch/forschung/bineu/bertschy_diss.pdf
Fanta, D., Br?utigam, J., Greiff, S. & Rie?, W. (2017). Entwicklung und Validierung eines Messinstrumentes zur Erfassung von systemischem Denken bei Lehramtsstudierenden in ?kologischen Kontexten. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 23(1), 241–259. https://doi.org/10.1007/s40573-017-0067-2
Rempfler, A. & Uphues, R. (2011). Systemkompetenz und ihre F?rderung im Geographieunterricht. Geographie und Schule, 33(189), 22–33.
Rie?, W. & Mischo, C. (2008a). Entwicklung und erste Validierung eines Fragebogens zur Erfassung des systemischen Denkens in nachhaltigkeitsrelevanten Kontexten. In I. Bormann & G. Haan (Hrsg.), Kompetenzen der Bildung für nachhaltige Entwicklung (1. Aufl., S. 215–232). s.l.: VS Verlag für Sozialwissenschaften (GWV).
Rie?, W. & Mischo, C. (2010). Promoting Systems Thinking through Biology Lessons. International Journal of Science Education, 32(6), 705–725. https://doi.org/10.1080/09500690902769946
Rie?, W., Mischo, C. & Waltner, E.-M. (2018). Ziele einer Bildung für nachhaltige Entwicklung in Schule und Hochschule: Auf dem Weg zu empirisch überprüfbaren Kompetenzen. GAIA - Ecological Perspectives for Science and Society, 27(3), 298–305. https://doi.org/10.14512/gaia.27.3.10
Rost, J. (2005). Messung von Kompetenzen Gloabeln Lernens. Zeitschrift für internationale Bildungsforschung und Entwicklungsp?dagogik, 28(2), 14–19.
Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltver?nderungen (WBGU). (1996). Herausforderung für die deutsche Wissenschaft. Jahresgutachten 1996 (Welt im Wandel, Bd. 1996). Berlin, Heidelberg: Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-80297-3
Ansprechpartner
Nicklas Müller
Institut für Didaktik der Naturwissenschaften Biologiedidaktik
nicklas.muellerprotect me ?!uni-bremenprotect me ?!.de
Telefon: +49 (0)421 218-63268
Dissertation zur Entwicklung von Systemkompetenz von Lehramtsstudierenden
Seit 2016 forscht Nicklas Müller im Rahmen seiner Dissertation zu der Entwicklung der Systemkompetenz von Lehramtsstudierenden. Ein wesentlicher Teil seiner Arbeit ist die Analyse des Einsatzes der Syndromansatzmethode in einem fachdidaktischen Seminar für angehende Biologielehrkr?fte. Mit seiner Untersuchung konnte er zeigen, dass eine digitale Erstellung von Syndromnetzen gro?e Vorteile gegenüber der analogen Variante aufweist.
Prof. Doris Elster
Prof. Dr. Doris Elster leitet die Arbeitsgruppe Biologiedidaktik der Universit?t Bremen und betreut die Dissertation von Nicklas Müller.
Softwareentwicklung GraphIt für Lehrkr?fte
Der Syndromansatz wird als geeignete Methode empfohlen, um die Systemkompetenz im Sinne einer Bildung für nachhaltige Entwicklung zu f?rdern. Allerdings gab es kein geeignetes Programm, mit dem eine digitale Erstellung in didaktischen 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育 m?glich gewesen w?re.
Bis zur Entwicklung der Software GraphIt!
GraphIt ist ein Programm, welches an der Universit?t Bremen in einer Kooperation zwischen den Fachbereichen 2 und 3 speziell für die Erstellung von Syndromans?tzen entwickelt wurde. Dabei wurden in einer qualitativen Studie Erstellungsprozesse von Syndromnetzen mit einem bereits bestehenden Programm für die Gestaltung von grafischen Wirkungsdiagrammen videografiert und ausgewertet. Zus?tzlich wurden die Ersteller und Erstellerinnen interviewt und zu ihren Erfahrungen mit der digitalen Erstellung von Syndromnetzen befragt.
Die Ergebnisse dieser Studie bilden die Basis für die Entwicklung von GraphIt.
Im Rahmen seiner Dissertation wollte Nicklas Müller untersuchen, ob die Syndromansatzmethode eine geeignete ist, um die Systemkompetenz von Lehramtsstudierenden zu f?rdern. Im Wintersemester 2016/17 erstellten 22 Lehramtsstudierende in der Lehrveranstaltung ?INQUIRE for Teacher Students“ in kleinen Gruppen seminarbegleitend analoge Syndomnetze.
Dafür platzierten sie mit Post-Its Symptome auf einem DIN-A3 Blatt, welches in 6 unterschiedliche Sph?ren vorstrukturiert war. Die dazugeh?rigen Relationen wurden mittels Bleistift platziert. Thematischer Inhalt war der Klimawandel und seine Auswirkungen auf die Biodiversit?t im Wattenmeer.
Die Auswertung der Lehrveranstaltung zeigte, dass die Studierenden die analoge Erstellung als zu unflexibel und unübersichtlich empfanden. Die Studierenden platzierten recht schnell die von ihnen erkannten, nicht-nachhaltigen Entwicklungsmuster in Form von Symptomen. Die dazugeh?rigen Relationen wurden jedoch erst sehr sp?t integriert, weil eine nachtr?gliche ?nderung der gezeichneten Relationen mit relativ viel Aufwand verbunden ist. Auch eine sp?tere ?nderung des Verlaufs einer Relation war nur m?glich, wenn die Relation zun?chst radiert und dann neu gezeichnet wurde. Diesen Zusatzaufwand vermieden die meisten Gruppen, was dazu führte, dass der Verlauf der Relationen am Ende des Seminares nur mit viel Mühe nachzuvollziehen war. Dies erschwerte auch die Auswertung der Netze.
17 der 22 Studierenden h?tten eine digitale Erstellung der Netze bevorzugt. Daher erstellten die Teilnehmerinnen im Wintersemester 2017/18 digitale Syndromnetze. Dabei wurden alle Vorg?nge auf dem Computerbildschirm, sowie die Gruppengespr?che w?hrend der Erstellung aufgezeichnet, um den Prozess der Syndromerstellung bestm?glich dokumentieren und auswerten zu k?nnen. Zus?tzlich wurden die Studierenden in Interviews zu der Erstellung der Syndromnetze n?her befragt.
Dabei gestaltete sich die Suche nach einem passenden Programm als schwierig. Zwar gibt es einige Programme, mit denen Wirkungsdiagramme erstellt werden k?nnen, allerdings kann bei fast keinem Programm der Hintergrund ver?ndert und als Formatvorlage abgespeichert werden. Die ist allerdings n?tig, um den Syndromansatz in die Sph?ren zu unterteilen. Bei dem Programm draw.io war dies m?glich. Die Auswertung der Erstellungsvideos und Interviews aus der zweiten Welle und dritten Welle (Wintersemester 2017/18 & 2018/19) zeigte jedoch, dass die Studierenden mit verwendeten Programm unzufrieden waren. Sie bem?ngelten vor allem die komplizierte Benutzeroberfl?che und die Unübersichtlichkeit der vom Programm platzierten Verl?ufe der Relationen. Eine erste Analyse der Videos der Erstellungsprozesse zeigte, dass die Studierenden zu Beginn jedes Erstellungstermins viel Zeit ben?tigten, um sich wieder in die Bedienung des Programms einzufinden.
Es konnte jedoch auch nach langer Suche kein Programm gefunden werden, welches besser geeignet war. Daher nahm Nicklas Müller im Dezember 2017 Kontakt zu Prof. Dr. rer.nat. Rainer Koschke auf. Als Leiter der Arbeitsgruppe Softwaretechnik an der Uni Bremen ist er unter anderem für das Bachelormodul Software-Projekt I und II zust?ndig. In diesem Modul erlernen die IT-Studierenden, wie sie in ein Programm nach den Wünschen eines Kunden entwickeln.
Nachdem Nicklas Müller die Ergebnisse aus der zweiten Welle Herrn Koschke schilderte, wurde er eingeladen, als ?Kunde“ bzw. Fallbringer an dem Modul teilzunehmen. Im Mai 2018 besuchte Nicklas Müller eine der ersten Vorlesungen des neuen Semesters und erkl?rte auch den ca. 200 Studierenden, was für ein Programm ben?tigt wird und welche Funktionen es haben soll. Dieser Termin simulierte ein erstes Treffen zwischen Kunde und Softwareentwicklern. Nach einem 20 minütigen Vortrag, in dem Nicklas Müller die Ergebnisse der zweiten Welle pr?sentierte, hatten die Studierenden die restlichen 70 Minuten Zeit, Fragen zu dem geplanten Programm zu stellen. Im Anschluss wurde ein konkreter Erwartungshorizont festgelegt, der unter folgendem Link einzusehen ist http://www.informatik.uni-bremen.de/st/Lehre/swpI_18/scheinbedingungen.html. In Kleingruppen setzten die Studierenden in den folgenden Monaten diesen Erwartungshorizont um und semesterbegleitend fanden weitere Termine statt, an denen Nicklas Müller und die Gruppen sich über das Projekt austauschten. Im M?rz 2019 stellten die Gruppen ihre entwickelten Programme vor, von denen das Programm GraphIt der Gruppe Team Blank dem Erwartungshorizont am n?chsten kam.
Durch eine durch eine zentrale Forschungsf?rderung der Universit?t Bremen konnte das Programmierteam mit Hilfswissenschaftsvertr?gen ausgestattet werden. Dadurch war auch nach Beendigung der Softwareprojekte I und II eine Optimierung des Programmes m?glich. Im Frühjahr 2021 wurden die letzten Zeilen Code geschrieben, sodass GraphIt nun zum Download zur Verfügung steht.
Funktionsmodi der Software GraphIt
Im Erstellermodus wird das Syndromnetz für die eigentliche Erstellung vorbereitet. Dieser Modus richtet sich somit prim?r an Lehrkr?fte und Dozierende. Es wird eine Vorlage erstellt, in der die Anzahl, Form, Gr??e und Anordnung der Sph?ren ausgew?hlt wird. In einem weiteren Fenster kann festgelegt werden, ob die Einstellungen der Sph?ren im Bearbeitermodus ver?ndert werden k?nnen (Abb. 1).
Um eine Binnendifferenzierung zu erm?glichen, k?nnen im Erstellermodus bereits erste Symptome und Relationen integriert werden. Auch für diese Elemente festgelegt werden, ob der Titel, die Position oder das Layout im Bearbeitermodus ver?ndert werden k?nnen. Die erzeugten Vorlagen k?nnen dann abgespeichert und beispielsweise von der Lehrkraft per Mail an die Schüler und Schülerinnen geschickt werden, wodurch auch ein dezentrales Bearbeiten m?glich ist. Ein Abspeichern als PDF-Datei und ein direktes Ausdrucken aus dem Programm heraus ist ebenfalls m?glich.
in diesem Modus k?nnen erstellte Vorlagen bearbeitet und vervollst?ndigt werden. Es kann aber auch ein neues Syndromnetz ohne vorgegebene Sph?ren erstellt werden. Das Bearbeiten zeichnet sich durch eine intuitive und leichte Bedienung aus. Ziel bei der Entwicklung des Programmes war eine m?glichst übersichtliche Benutzeroberfl?che zu gestalten, in der nur die wichtigsten Schaltfl?chen zu sehen sind. Gleichzeitig wird eine hohe gestalterische Freiheit erm?glicht, indem die Form, Gr??e, Farbe sowie die Position aller platzierten Elemente ge?ndert werden k?nnen, falls dies durch die Vorgaberegeln nicht verhindert wird (Abb. 2). Um die ?bersichtlichkeit innerhalb des Syndroms zu erh?hen, wird der Verlauf der Relationen automatisch so gew?hlt, dass es m?glichst wenige ?berschneidungen gibt. Au?erdem kann ausgew?hlt werden, welche Relationstypen sichtbar bzw. unsichtbar geschaltet werden sollen. Auch kann festgelegt werden, welche Symptome hervorgehoben oder ausgeblendet werden sollen (Abb. 3).
Das Syndrometz kann abgespeichert und zu einem weiteren Zeitpunkt erneut bearbeitet werden. Die Abgespeicherte Datei kann auch von weitergeleitet werden, sodass eine Bearbeitung von einem anderen PC aus m?glich ist. Das Programm enth?lt ein Benutzerhandbuch, in dem die einzelnen Funktionen detailliert beschrieben sind. GraphIt kann sowohl in deutscher als auch englischer Sprache benutzt werden.
In diesem Modus kann das Syndromnetz n?her analysiert werden. Es wird die Anzahl der Relation und Symptome angezeigt, sowie der Vernetzungs- und Strukturindex angezeigt. Zus?tzlich k?nnen verschiedene Analyse-Optionen ausgew?hlt werden. So kann beispielsweise der kürzeste Weg zwischen zwei Symptomen, alle Kreisl?ufe, Pfeilketten oder kon- bzw. divergenten Verzweigungen gehiglightet werden (Abb. 4). Au?erdem kann der gesamte Bearbeitungsprozess im Verlaufsfenster nachvollzogen werden. Das Platzieren von Sph?ren, Symptomen und Relationen wird mit einer Zeitangabe dokumentiert und kann anschlie?end als Textdokument abgespeichert werden.
Gute Gründe für den Einsatz von GraphIt im Unterricht
- Intuitive, einfache Bedienung
- Grosse ?bersichtlichkeit
- Speichern und Versenden m?glich
- Dokumentation in Datenbank
- Ausgabe als Textdatei m?glich
- Vorlagenerstellung zur Binnendifferenzierung m?glich
- Verschiedene Analyseoptionen verfügbar,
z.B. stark vernetzte Symptome, Kreisl?ufe, kürzeste Verbindung
Software-Entwicklungsteam
Marcel Steinbeck (M.Sc.) ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Softwaretechnik und hat die Studierenden w?hrend der Entwicklung von GraphIt unterstützt.
Prof. Dr. rer. nat. Rainer Koschke ist der Leiter der Arbeitsgruppe Softwaretechnik (FB03) an der Universit?t Bremen und verantwortlich für die Veranstaltung ?Softwareprojekt 1“, in der Informatikstudierende eine erste Version des Programmes GraphIt erstellt haben.
Kostenloser Download
Das Progamm GraphIt k?nnen Sie hier kostenlos downloaden.
Das Programm l?uft sowohl auf Microsoft Windows, MacOS, als auch auf Linux Betriebssystemen. Um GraphIt installieren zu k?nnen, muss eine gültige Version von Java 8 oder h?her installiert sein.