Design Pattern of techniques used to reinforce community of practice and realise cognitive apprenticeship

Abstract (english Version)

The following article focuses on design patterns as a potential descriptive presentation form for prototypes of techniques in teachers` professional development, which were developed by educational design research. The context is continuing professional development of teachers. It is about expert coaching for the use of digital technologies in classroom. The design patterns include important techniques for the implementation of the cognitive apprenticeship model. Alongside the presentation the research activity for optimization of the prototypes will be described. Finally there are examples of the developed design pattern.

Abstract (german Version)

Der folgende Beitrag thematisiert eine mögliche Darstellung der über Educational Design Research entwickelten Prototypen von Lehrerfortbildungsmethoden in Form von Design Pattern (Didaktischen Entwurfsmustern). Der Kontext sind Lehrerfortbildungen in Form von Expertencoaching für den Einsatz von digitalen Medien im Unterricht. Die Design Pattern enthalten Methoden, die für die Umsetzung des Cognitive Apprenticeship Modells wichtig sind. Neben ihrer Darstellung wird das  methodische Vorgehen zur Optimierung des Prototypen kurz beschrieben. Abschließend werden Praxisbeispiele der entwickelten ‘Design Pattern’ vorgestellt.

Coaching with cognitive apprenticeship in using technology in classroom

Teachers need continuing professional development for successful technology adoption, because the actual use of technology in classroom teaching lacks quality and quantity. Cognitive apprenticeship (Brown, Collins & Duguid, 1989; Collins, Brown & Newman, 1989) and professional learning communities (DuFour & DuFour, 2012; Stoll, Bolam, McMahon, Wallace & Thomas, 2006) tend to influence skills, like technological, pedagogical and content knowledge (TPACK; Koehler & Mishra, 2009), but also beliefs, attitudes and self-efficacy (Bandura, 1977). By modelling the experts shows the teachers new instructional repertoires for using flipped classroom and wikis in classroom. In the process of scaffolding they learn to adapt it to their personal classroom teaching style, while the coach helps to solve upcoming problems. The flipped classroom method consists of providing videos for homework to gain more time for student centered learning in classroom (Bergmann & Sams, 2012; Spannagel, 2012). The technique of writing collaborative hypertexts enriched with multimedia (wikis; Döbeli Honneger & Notari, 2013) in the classroom realize constructivist ideas and teaches students a knowledge management tool.

Some characteristics of efficient teachers’ professional development (TPD) are long-term nature, domain specific, active learning, embedded in curricula, reinforces collaboration, giving feedback, focuses on teacher cognition and motivation (Yoon, Duncan, Lee, Scarloss & Shapley, 2007; Timperley, Wilson, Barrar, & Fung, 2007; Lipowsky, 2010).

Design Pattern

Quality features of TPD are not domain-specific and very general. They have to be adapted to coaching teachers in using technology in classrooms.  This leads to the main research question “How coaching of teachers in integrating technology in classrooms has to be designed?”.

To answer the research question the educational design research method was used (Plomb & Nieveen, 2013; see also Gravemeijer, 1994; Edelson, 2002; Reinmann, 2014). The assessment was realized by a mixed methods design. The research methods for the development of the prototypes were direct observations, some recordings of the coaching sessions, interviews with the participants and an external audit with coaching experts. Afterwards content analyses (Kuckartz, 2014) led to design pattern (Wedekind, 2015; Ecker, Müller & Zylka, 2011). The aim of design pattern is to share good practices and by this take part of sharing knowledge within the TPD community. The template for the design pattern is a synthesis of Wedekind (2015) and Ecker, Müller & Zylka (2011) and has got the following structure.

P = {title, version, author, conditions, solution, further aspects, problem, advantages, disadvantages, examples, requirements, further information, references, material}

That gives the ‘educating the educators community’ the possibility to use, adapt and improve the published design pattern.

The following pattern are part of reinforcement of community of practice and realise cognitive apprenticeship. The first two pattern are superordinated. Cognitive Apprenticeship should start without student by the technique ‘actionbased learning’ so that the teachers get to know the topic of flipped classroom and get confidence. Than teachers set their individual goals for their class. They can choose to realize their goals alone or with the coach (cognitive apprenticeship). After the implementation the teachers share their best practices in the coaching session. To conclude this session teacher plan their next steps.

Design Pattern (english version)

  • Cognitive Apprenticeship
  • Professional Learning Communities
  • learning by doing
  • Setting goals
  • Best practice sharing
  • Planning next steps

Praxisbeispiele (german version)

  • Cognitive Apprenticeship
  • Wissensgemeinschaften
  • learning by doing
  • Ziele formulieren
  • Erfahrungsschätze teilen
  • Plan B


This study is part of the research program „ProfiL – teachers’ continuing professional development“ and is funded by the state of Baden-Württemberg.


Special thanks to Julia Werner for supporting the translation!


Bandura, A. (1977). Self-efficacy: toward a unifying theory of behavioral change. Psychological Review, 84(2), 191–215.

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Optimierung des Prototypen

Praxistipp Nr. 1: Abgleich der Optimierungsvorschläge aus dem Feld mit Literatur

Educational Design Research arbeitet in der Regel in den ersten Zyklen mit kleinen Stichproben. Nun stellt sich die Frage wie methodisch saubere Optimierungen des Prototypen realisiert werden. Nehmen wir an zwei Probanden haben im Abschlussinterview des ersten Zyklus einen Verbesserungsvorschlag geäußert. Kann aufgrund zweier Aussagen bereits das Design verändert werden? Nehmen wir das Beispiel-Projekt Fortbildung in Form von Coaching um dies deutlicher zu machen. Aufgrund permanenten Zeitmangels wird von zwei Lehrerinnen und Lehrern auf die Frage, was an einer Fortbildungsmaßnahme optimiert werden sollte, genannt, dass diese zeitlich gekürzt werden sollte. Jetzt stellt sich die Frage, ob aufgrund einiger weniger Aussagen die Fortbildung zeitlich gekürzt werden sollte. Um darauf eine Antwort zu finden, ist nun eine wiederholte Literaturrecherche notwendig. Dabei stößt man darauf, dass durch zahlreiche Autoren belegt ist, dass kurze Halbtagesfortbildungen weniger wirksam sind, als mehrtägige Fortbildungen. Diese Erkenntnis sollte man sich sofort notieren um im Abschlussbericht des Forschungsprojektes eine saubere Begründung formulieren zu können. Jetzt besteht die Möglichkeit die Kritik der Lehrpersonen in der Form aufzunehmen, dass bereits in der Ausschreibung der Fortbildung stärkere Transparenz über die Dauer und den Zeitaufwand der Fortbildung hergestellt wird. Des Weiteren stellte sich im ersten Zyklus heraus, dass sogar mehr Zeit notwendig war. Wie kommt das? Über die Methode der teilnehmenden Beobachtung wurden die Teilnehmerziele für das Coaching protokolliert. Darüber wurde festgestellt, dass fast alle Lehrerinnen und Lehrer mit ihren Schülerinnen und Schülern aktive Medienarbeit machen möchten. Das war bei der Planung des ersten Zyklus nicht absehbar. Jetzt erschließt sich aber fast von selbst, dass es nicht möglich ist, aktive Medienarbeit, wie beispielsweise die Videoproduktion, in einer Stunde zu lernen. Die Hälfte der Lehrpersonen äußerten passend zu der teilnehmenden Beobachtung die Aussage im Abschlussinterview, dass Sie sich mehr Zeit für das praktische Ausprobieren gewünscht hätten. Analysiert man die Daten genauer sind das vor allem die Technik-Novizen. An dieser Stelle kann in der Datenanalyse noch weiter in die Tiefe gegangen werden ….  Zurück zur Optimierung des Zyklus. Diese Aussagen, teilweise sogar von den gleichen Personen stehen bei genauerer Analyse also sogar teilweise im Widerspruch zueinander. Auch hier besteht die Möglichkeit tiefer zu gehen ….

Praxistipp Nr. 2: Zügige Datenauswertung für den Optimierungsprozess relevanter Daten

Eine weitere wichtige Erkenntnis im Educational-Design-Research-Prozess ist möglichst effizient und ökonomisch in der Auswertung der Daten zu arbeiten. Um möglichst viele Zyklen durchführen zu können steht der Forscher oder die Forscherin in permanenten Zeitmangel. Es sollte möglichst schnell der erste Prototyp in die Erprobung gehen, weil dadurch Erkenntnisse kommen, die weder durch die Felderkundung, noch durch die Literaturrecherche vorhergesehen werden können. Das kommt durch den explorativen Charakter von Educational Design Research. Bereits während des ersten Zyklus sollte das Design möglicherweise optimiert werden, wenn die teilnehmende Beobachtung (wenn möglich inklusive Audioaufzeichnung) bereits Notwendigkeiten bestimmt. Im Coaching-Projekt wurden nach den ersten Sitzungen von einer Teilnehmerin extrem kritische Äußerungen gegenüber digitaler Medien im Unterricht geäußert. Die gezielte Recherche in weiterer Coaching-Literatur ergab die Möglichkeit der Einpassung weiterer Methoden in das Coachingdesign. Die Auswertungsphase zwischen den Zyklen sollte möglichst zeit-ökonomisch gestaltet werden, sodass möglichst schnell mit dem nächsten Zyklus begonnen werden kann. Möglicherweise kann Zeit gewonnen werden, indem nicht gleich alle Forschungsfragen erschöpfend beantwortet werden, sondern zunächst alle Energie in die Forschungsfrage zum Design gesteckt wird, damit der optimierte Prototyp zügig in die nächste Erprobung gehen kann. Das Datenmaterial kann dann währen den folgenden Zyklen auf die anderen Forschungsfragen hin untersucht werden.

Praxistipp Nr. 3: Externes Audit gibt eine große Dichte von Optimierungsvorschlägen

Nun zu der dritten und letzten praktischen Erkenntnis. Bewegt sich der Forschende in einem wenig erforschten Bereich, in dem wenig Literatur vorhanden ist, gibt es die Möglichkeit ein externes Audit zu machen. Dabei wird das Design, zum Beispiel das Coachingdesign mehreren Experten in schriftlicher Form zugeschickt. Nachdem sich die Experten damit befasst haben, wird ein Interview zu Optimierungsvorschlägen durchgeführt. Aufgrund des Expertenstatus dient dieses Verfahren der Qualitätssicherung, bringt aber gleichzeitig auch einer enorme Dichte von Erkenntnissen.

Das waren ein paar praktische Tipps, um zeit-ökonomisch aber mit sehr hohen Qualitätsstandards zu arbeiten. Abschließend muss leider gesagt werden, dass Educational-Design-Research-Projekte sehr zeitaufwendig, aber dafür auch sehr spannend sind.