Implementing Flipped Classroom in a Biomathematics Course Through Design-Based Research

In der modernen medizinischen Ausbildung hat sich das Ziel von der bloßen Auswendiglernung von Fakten hin zur Beherrschung eines Satzes praktischer Fähigkeiten verschoben, die es einem zukünftigen Arzt ermöglichen, komplexe Probleme zu lösen. Dieser Ansatz, der als kompetenzbasierte Ausbildung bekannt ist, erfordert von den Studierenden nicht nur das Verständnis biologischer Konzepte, sondern auch die Fähigkeit, die digitalen Werkzeuge zu bedienen, mit denen diese analysiert werden. Da künstliche Intelligenz und fortschrittliche Software zum Standard im Gesundheitswesen werden, stehen Pädagogen vor einer neuen Herausforderung: Wie lehrt man diese technischen Fähigkeiten, ohne die Studierenden zu überfordern oder das menschliche Element der Zusammenarbeit zu verlieren? Eine vielversprechende Methode hierfür ist das „Flipped Classroom“-Modell (umgedrehter Unterricht), ein Lehrmodell, das die traditionelle Lernreihenfolge umkehrt. Anstatt in einer Vorlesung zuzuhören und später allein Hausaufgaben zu machen, studieren die Studierenden das Basismaterial eigenständig vor dem Unterricht, um die Präsenzzeit für aktives Problemlösen, Diskussionen und Teamarbeit freizugeben. Die Frage, die sich Forscher stellen, ist, ob dieser Wechsel den Studierenden hilft, schwierige neue Technologien wirklich zu meistern und gleichzeitig ihre Zusammenarbeit zu verbessern.

Ein Team von Pädagogen an der Universität Pécs in Ungarn unternahm den Versuch, diese Idee in einem spezialisierten Wahlkurs namens Biocalculus 2 zu testen. Der Kurs wurde für Medizinstudierende, Pharmazeuten und Biotechnologie-Studierende konzipiert, die lernen mussten, wie man Mathematik auf reale biologische Daten anwendet, unter Verwendung zweier spezifischer Softwareprogramme: Excel und MATLAB. Die Forscher wollten sehen, ob die Umstellung des Kurses auf ein Flipped-Classroom-Modell, kombsiniert mit einer strengen Testmethode namens Design-Based Research, die Wahrnehmung der Studierenden über ihre eigenen Fähigkeiten zur Teamarbeit verändern würde. Design-Based Research ist eine Strategie, bei der Lehrer und Forscher einen Unterrichtsentwurf erstellen, diesen ausprobieren, beobachten, was passiert, und den Plan dann sofort für die nächste Runde verbessern – ein Zyklus, der sich wiederholt, um die Lehrmethode zu verfeinern.

Die Studie vollzog sich in zwei deutlichen Phasen. Die erste Phase, ein Pilotlauf, zeigte, dass die Idee des Flipped Classrooms zwar fundiert, die Ausführung jedoch fehlerhaft war. Den Studierenden wurden optionale Aufgaben gestellt, die sie vor dem Unterricht erledigen sollten, aber da diese nicht verpflichtend waren, erledigten sie diese meisten nicht. Infolgedessen verbrachten die Lehrkräfte wertvolle Unterrichtszeit damit, Grundlagen nachzubereiten, die eigentlich zu Hause hätten gelernt werden sollen, und der kollaborative Geist des Kurses litt darunter. In Anerkennung dessen gestaltete das Team den Kurs für eine zweite, strukturiertere Phase um. In dieser verfeinerten Version machte die Vorbereitung vor dem Unterricht verpflichtend. Die Studierenden mussten spezifische Module eines Online-MATLAB-Trainingskurses absolvieren, bevor sie an die Universität kamen. Zudem füllten sie nach jeder Sitzung kurze Umfragen aus, um den Lehrkräften mitzuteilen, wie sie sich fühlten und was sie gelernt hatten. Die Unterrichtszeit wurde dann vollständig dafür genutzt, dass Paare von Studierenden gemeinsam komplexe, reale Probleme unter Verwendung der Software lösten, die sie zuvor studiert hatten.

Die Ergebnisse dieser zweiten Phase zeichneten ein überraschendes und etwas widersprüchliches Bild. Oberflächlich betrachtet war der akademische Erfolg unbestreitbar. Die Studierenden schnitten in ihren Abschlussprüfungen außergewöhnlich gut ab, wobei die ungarische Gruppe einen Durchschnitt von fast 89 Prozent und die ausländische Gruppe über 90 Prozent erreichte. Sie hatten das Material eindeutig gelernt und konnten die Software anwenden, um schwierige Probleme zu lösen. Wenn die Forscher die Studierenden jedoch baten, ihre eigenen Teamwork-Fähigkeiten zu bewerten – etwa ihre Fähigkeit zur Kommunikation, Flexibilität, Toleranz gegenüber anderen und gemeinsames Problemlösen –, erzählten die Ergebnisse eine andere Geschichte. Bis zum Ende des Semesters bewerteten sich die Studierenden in elf von dreizehn dieser persönlichen Eigenschaften niedriger als zu Beginn des Kurses. Nur zwei Bereiche, Kommunikation und die Fähigkeit, Kritik anzunehmen, zeigten eine leichte Verbesserung.

Dieser Rückgang des Selbstvertrauens bedeutete nicht, dass die Studierenden schlechtere Teammitglieder geworden waren. Stattdessen legen die Forscher nahe, dass die internen Standards der Studierenden dafür, was ein gutes Teammitglied ausmacht, schlichtweg viel höher geworden sind. Zu Beginn des Kurses bewerteten die Studierenden ihr Teamwork wahrscheinlich basierend auf ihren bisherigen, eher passiven Erfahrungen in traditionellen Klassenzimmern. Als sie gezwungen waren, mit komplexer, unbekannter Software zu kämpfen und stark auf einander angewiesen zu sein, um erfolgreich zu sein, stießen sie auf ein viel höheres Schwierigkeitsniveau. Diese intensive Erfahrung führte ihnen vor Augen, wie viel sie noch lernen mussten und wie schwierig echte Zusammenarbeit tatsächlich ist. Sie begannen, sich selbst an einem strengeren, realistischeren Maßstab zu messen als an ihrem alten, leichteren. Die Forscher stellten fest, dass trotz der sinkenden Selbsteinschätzung der Studierenden deren tatsächliche Leistung hoch blieb, und sie beobachteten, dass Paare von Studierenden tatsächlich enger zusammenarbeiteten und zu gemeinsamen Lösungsansätzen fanden.

Die Studie verdeutlicht eine komplexe Realität in der modernen Bildung: Das Erlernen einer schwierigen neuen Fähigkeit in einem kollaborativen Umfeld kann dazu führen, dass Studierende weniger Vertrauen in ihre sozialen Fähigkeiten haben, selbst während sie kompetenter werden. Die hohen Prüfungsergebnisse bewiesen, dass das Flipped-Classroom-Modell beim Vermitteln des technischen Inhalts erfolgreich war, doch der Wandel in der Selbstwahrnehmung der Studierenden deutet darauf hin, dass die emotionale und soziale Reise des Lernens ebenso bedeutsam ist wie die endgültige Note. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die Methode zwar erfolgreich war, der Prozess der Anpassung an eine solch anspruchsvolle neue Art des Lernens die Studierenden jedoch dazu veranlasst, ihre eigenen Erwartungen neu zu kalibrieren und ihre internen Standards für das, was effektives Teamwork ausmacht, zu verschärfen. Diese Erkenntnis hilft Pädagogen zu verstehen, dass ein vorübergehender Rückgang des Selbstvertrauens der Studierenden kein Zeichen für Scheitern sein muss, sondern ein Zeichen dafür, dass sich die Studierenden intensiv mit dem Material auseinandersetzen und zu kritischeren, selbstbewussteren Lernenden heranreifen.