Pre-service Teachers' Mental Models of Digital Video Tools

Abstract

Teaching is a complex and ill-defined task that requires teachers to be knowledgeable in several domains, namely, content, pedagogy, and their specific connections. Moreover, today’s teachers must be acquainted with a number of technologies that can effectively support students’ learning in their subjects. A conceptual framework that tries to account for this perspective on technology while considering the mentioned sub-domains of teachers’ professional knowledge is the Technological Pedagogical Content Knowledge framework (TPCK, Koehler & Mishra, 2008; Mishra & Koehler, 2006). However, above and beyond characterizing the content of the proposed knowledge sub-domains, researchers invested in the TPCK approach have neglected to provide a theoretical basis for more concrete and confutable assumptions (Graham, 2011; Voogt et al., 2012) and add a process-oriented perspective to the current structure oriented-perspective.

The present dissertation addresses these issues in two parts. First, it proposes theoretical specifications of the TPCK framework in order to derive assumptions about the proposed knowledge representations of the sub-domains. More concretely, I claim that at a first level of cognitive integration teachers need to construct mental models that represent the technology’s functions in the light of the complexity of the task of teaching and the teacher’s prior professional knowledge. Furthermore, I propose a second level of cognitive integration that defines TPCK as a teacher’s meta-conceptual awareness of the demands of the teaching task, the teachers’ own professional knowledge in the other sub-domains, and the contextual constraints. Overall, TPCK as a scientific normative framework has to assume a coherent structure of basic underlying assumptions (cf. framework theories, Vosniadou, 1994) that constrain the construction of mental models in concrete situations. In sum, these considerations offer a more concrete specification of the notion of TPCK as a unique body of knowledge (cf. the transformative view of Angeli & Valanides, 2009).

In a second part, three studies are presented that investigate the assumption that mental models of technology functions impact on pre-service teachers’ lesson planning for utilizing sample video technology. They further investigate how prior Pedagogical Knowledge (PK) influences these relationships. In all studies, pre-service teachers’ PK and Technological Knowledge (TK), as well as their pedagogical beliefs were assessed as potential presuppositions for participants’ mental models of learning-relevant functions. Results of the first study shows that prior PK might be a pre-requisite for the pedagogical understanding of a known video technology (YouTube), however, it is not sufficient as mental model indicators function in part as a mediating variable. In the second study that introduces a new technology to participants (WebDIVER), no mediating effect could be shown. However, mental models remain a more specific predictor for participants’ lesson planning than PK. Overall, qualitative analyses show that participants tend to not design lesson plans specific to the technology at hand. Therefore, a third experimental study was conducted to complement these findings. Results of this study show that specific indicators of mental models and lesson plans (role of student, role of teacher, transfer task performance) could only be fostered my modeling explicitly the cognitive integration of pedagogical and technological information (second experimental group); compared to a control group (only providing technological information on WebDIVER) and another experimental group (providing pedagogical information on video-tools and technological information on WebDIVER separately). In sum, the results of this dissertation contribute to our understanding of the development of (pre-service) teachers’ technology-related competences and simultaneously provide a basis for further hypotheses driven and experimental research.

Unterrichten ist eine komplexe Aufgabe, die von (angehenden) Lehrkräften umfassendes Wissen in mehreren Inhaltsbereichen verlangt. Heutzutage ist es darüber hinaus von Bedeutung, dass Lehrkräfte mit einer Reihe von Technologien vertraut sind, die Schülerinnen und Schüler beim Lernen eine Bandbreite von Möglichkeiten bieten. Ein konzeptueller Rahmen, der diese Auffassung von Technologie aufgreift ist das Technological Pedagogical Content Knowledge, kurz TPCK, Rahmenmodell (z,B. Angeli & Valanides, 2009; Mishra & Koehler, 2006). In der entsprechenden Forschungsliteratur wurde bisher jedoch versäumt, theoretische Ansätze bereitzustellen, die es ermöglichen konkretere und falsifizierbare Annahmen aus dem TPCK Rahmenmodell abzuleiten und empirisch zu untersuchen.

Die vorgestellte Dissertation geht auf diese Fragen in zwei Teilen ein: In theoretischen Erörterungen werden die kognitiven Repräsentation der vom TPCK Rahmenmodell propagierten Aspekte des Professionswissens von Lehrkräften als mentale Modelle spezifiziert. Dies stellt wiederum eine Grundlage für die kohärentere Beschreibung des Rahmenmodells und die Ableitung spezifischer Annahmen über das Zusammenwirken der verschiedenen Unterbereiche dar. Vor diesem Hintergrund werden drei empirische Studien mit Lehramtsstudierenden und das Beispiel digitaler Video-Werkzeuge präsentiert. Ergebnisse der zwei korrelativen Studien zeigen, dass pädagogisches Vorwissen für bekannte Technologien (YouTube) eine Voraussetzung pädagogischen Technologie-Verständnisses darstellt, aber nicht hinreichend ist, sondern durch mentale Modelle zum Teil mediiert wird. Für eine neu kennengerlente Technologie (WebDIVER) hingegen schein pädagogisches Vorwissen weniger bedeutsam, mentale Modelle der Technologiefunktionen bleiben aber ein differenzierterer Prädiktor. Qualitative Analysen zeige jedoch, dass die Teilnehmer/-innen sich in ihren geplanten Verwendungen digitaler Video-Werkzeuge für den Unterricht oft die spezifischen Potentiale der Technologie nicht zu Nutze machen. In Ergänzung dazu konnte in einer experimentellen Studie gezeigt werden, dass das explizite Modellieren der kognitiven Integration pädagogischer und technischer Information die Konstruktion komplexerer mentaler Modelle eines neuen Video-Werkzeugs (WebDIVER) unterstützen kann. Dies schlug ebenfalls auf die Unterrichtsplanung durch und z.T. auf das Verständnis einer Transfer-Technologie. Insgesamt tragen die Ergebnisse dieser Dissertation zum weiteren Verständnis der Entwicklung und Förderung technologischer Kompetenzen von (zukünftigen) Lehrkräften bei und bilden gleichzeitig eine neue Grundlage für die Überprüfung spezifischer Hypothesen in zukünftigen experimentellen Studien.