Um drängende und komplexe Probleme anzugehen, sind umfassende und interdisziplinäre Fähigkeiten erforderlich. Die MINT-Bildung spielt dabei eine entscheidende Rolle. Erstens vermittelt sie ein Fundament an wissenschaftlichem und technologischem Wissen und Verständnis sowie ein Verständnis für wissenschaftliche und technologische Prozesse. Zweitens fördert sie überfachliche Kompetenzen, wie z. B. die so genannten 4 K's der Fähigkeiten des 21. Jahrhunderts: kritisches Denken, Kreativität, Kollaboration und Kommunikation sowie die Fähigkeit zur Selbstregulierung. Es ist daher unerlässlich, allen Kindern die Teilnahme an der MINT-Bildung zu ermöglichen.

Es hat sich gezeigt, dass es in der Schule schwierig ist, Probleme der realen Welt zu lösen. Kinder sind oft von der Komplexität der Aufgaben in offenen Lernumgebungen überfordert, wenn sie mit unklaren Problemen konfrontiert werden. Angemessene Anleitung und Unterstützung sind der Schlüssel zum Erfolg – nicht nur, um komplexe Probleme zu bewältigen, sondern auch, um die intrinsische Motivation und Neugier der Kinder aufrechtzuerhalten. Anleitung und Unterstützung können in einer Vielzahl von Formen angeboten werden, die auf unterschiedliche Lernschwierigkeiten eingehen: von Erklärungen und Visualisierungen bis hin zu Lernstrategien und Motivationshilfen. Seit den Anfängen des digital unterstützten Lernens und Lehrens wird unter Pädagog:innen das Potenzial digitaler Werkzeuge zur Unterstützung der Lernprozesse von Kindern bei gleichzeitiger Entlastung der Lehrkräfte diskutiert.

In Scafalle untersuchen die Forscher:innen, wie digitale Werkzeuge eingesetzt werden können, um Kinder in offenen Lernumgebungen, wie Makerspaces und forschendes Lernen, in der MINT-Bildung zu unterstützen. Mithilfe eines designbasierten Forschungsansatzes arbeiten sie eng mit Primarschullehrkräften zusammen, um deren Bedürfnisse und die der Kinder für eine integrative und inspirierende Lernumgebung vollständig zu verstehen. In einem ersten Schritt ermitteln die Forscher:innen gemeinsame Herausforderungen und Lernbarrieren, mit denen Kinder in offenen Lernumgebungen konfrontiert sind. Gemeinsam mit den Lehrkräften werden mögliche Lösungen für die erlebten Herausforderungen unter Anwendung von Design-Thinking-Prinzipien skizziert. In einer zweiten Projektphase werden die Forscher:innen Prototypen digitaler Hilfsmittel entwickeln, die in mehreren Primarschulklassen getestet werden. Mehrere Entwicklungs- und Testzyklen sind vorgesehen, um die digitalen Werkzeuge iterativ zu optimieren. Rückmeldungen von Lehrern und Kindern werden systematisch durch Feldbeobachtungen, Videoaufzeichnungen im Klassenzimmer und kurze Interviews gesammelt. Die dritte Projektphase umfasst die Implementierung des Scafalle-Tools in einer grösseren Anzahl (ca. 8) von Primarschulen. Um sicherzustellen, dass das Tool in den Schulen verankert ist und dass die Lehrkräfte ihre Erfahrungen austauschen können, werden von den Lehrkräften geleitete Lernzirkel eingerichtet, die sich mit der Nutzung digitaler Hilfsmittel im offenen und innovativen MINT-Unterricht befassen.

In Zusammenarbeit mit Lehrkräften wollen die Forscher:innen neue Erkenntnisse zu den folgenden Fragen im Kontext offener und innovativer MINT- Unterrichtsumgebungen gewinnen:

• Welchen Herausforderungen und Lernbarrieren stehen Kinder in solchen Umgebungen gegenüber?

• Wie können digitale Werkzeuge so gestaltet werden, dass sie das Erlernen von fachspezifischem und allgemeinem Wissen und Fähigkeiten aller Kinder unterstützen?

• Wie beeinflusst der Einsatz digitaler Hilfsmittel die Lernprozesse der Kinder sowie ihre Motivation und Emotionen wie auch die der Lehrkräfte?

• Was sind die persönlichen und institutionellen Voraussetzungen für den erfolgreichen Einsatz digitaler Werkzeuge im Klassenzimmer?

Lehrkräfte und Kinder werden von massgeschneiderten und vielseitigen digitalen Lernhilfen profitieren, die das MINT-Lernen aller Kinder erleichtern. Die bei der Entwicklung der Scafalle-Tools gewonnenen Erkenntnisse werden Schulleitungen und Behörden helfen, einen modernen und innovativen MINT-Unterricht in der Schweiz und darüber hinaus effektiv und nachhaltig zu etablieren.