Autor: GDCP

Veränderung von Fachwissen in verschiedenen Experimentiersituationen

Weber, Jeremias, C. Wenzel, S. Franziska , Winkelmann, Jan, Ullrich, Mark, Erb, Roger & Horz, Holger

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

In einem vom BMBF geförderten Projekt „Kompetenzmessung und Kompetenzförderung in leistungsheterogenen Lerngruppen im experimentierbasierten Physikunterricht“ wurden ca. 1000 Schülerinnen und Schüler in einer längsschnittlich angelegten Interventionsstudie auf den Kompetenzzuwachs in drei Experimentiersituationen (Demoexperimente, Schülerexperimente mit enger Anleitung, Schülerexperimente mit offener Anleitung) untersucht. Mit einem in Vorstudien erstellten IRT-skalierten Test wurde die Veränderung des Fachwissens über fünf Messzeitpunkte hinweg gemessen. Um eine Wechselwirkung zwischen unterrichtender Lehrkraft und Experimentiersituation zu untersuchen, wurden die Lehrkräfte auch zu ihren Überzeugungen bezüglich der Physik als Wissenschaft und des Physikunterrichts befragt.

Im Vortrag sollen sowohl die Studie mit ihren Messinstrumenten, als auch erste Ergebnisse der Erhebung vorgestellt werden. Abschließend soll anhand der bisher gewonnen Erkenntnisse die Bedeutung verschiedener Experimentiersituationen im Physikunterricht diskutiert werden.

Referenz:

Weber, Jeremias, C. Wenzel, S. Franziska , Winkelmann, Jan, Ullrich, Mark, Erb, Roger & Horz, Holger (2018). Veränderung von Fachwissen in verschiedenen Experimentiersituationen. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 364). Universität Regensburg

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Ergebnisse einer Vergleichsstudie zur Nachbereitung von Experimenten

Muth, Laura & Erb, Roger

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Die Phasen der Vor- und Nachbereitung von Experimenten haben einen großen Einfluss auf die Qualität des naturwissenschaftlichen Unterrichts (Tesch und Duit, 2004). Dennoch gibt es bis heute nur wenige Studien, die sich mit der Struktur dieser beiden Phasen befassen. Allerdings konnte Winkelmann (2015) bestätigen, dass Lernende durch die Nachbereitungsphase von Experimenten noch dazu lernen. An dieser Stelle setzt das vorliegende Forschungsprojekt an. Im Rahmen einer Vergleichsstudie wird der Frage nachgegangen, wie die Auswertephase von Experimenten strukturiert sein soll, um bestmögliche Ergebnisse beim Lernzuwachs der Schülerinnen und Schüler zu erzielen. Dazu werden drei Treatments mit unterschiedlichem Offenheitsgrad kontrastiert. Um den Einfluss der Lehrkraft abschätzen zu können, wird auch die Wechselwirkung zwischen unterrichtender Lehrkraft und Experimentiersituation überprüft. In der Pilotstudie konnten erste Hinweise für Unterschiede zwischen den Vergleichsgruppen gesammelt werden. Die Ergebnisse der Hauptstudie werden an der Tagung vorgestellt.

Referenz:

Muth, Laura & Erb, Roger (2018). Ergebnisse einer Vergleichsstudie zur Nachbereitung von Experimenten. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 360). Universität Regensburg

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Zur Generalisierbarkeit bei Experimentiertests

Hild, Pitt, Gut, Christoph, Metzger, Susanne & Tardent, Josiane

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

In diesem Beitrag wird die Generalisierbarkeit eines Instruments zur Messung experimenteller Kompetenzen von Schülerinnen (49%) und Schülern der 7. und 9. Jahrgangsstufe aus nicht-gymnasialen Anforderungsniveaus diskutiert (Gut, Hild, Tardent & Metzger, 2017). Das Instrument bestand aus 12 Aufgaben zu den 4 Problemtypen skalenbasiertes Messen, kategoriengeleitetes Beobachten, effektbasiertes Vergleichen und fragengeleitetes Untersuchen. 418 Probanden lösten an 2 Testtagen insgesamt 8 Aufgaben und protokollierten die Ergebnisse. Jede Aufgabe wurde von mindestens 2 Personen geratet und hohe Interrater-Reliabilitäten (.56 ≤ κ ≤ .97; .79 ≤ p0 ≤ .98) sichergestellt. Die unterschiedlichen G-Studien zeigen, dass die Aufgaben selbst über 70% der gesamten Fehlervarianz aufklären. Werden die Aufgaben den Problemtypen zugeordnet, steigt der G-Koeffizient auf 0.9. Wie beim CAP (Gao, Shavelson & Baxter, 1994) oder auch beim Experimentiertest von Webb, Schlackmann & Sugrue (2000) sind alle weiteren Facetten (Schule, Klasse, Lehrer, Jahrgang, Niveau, Reihenfolge) wenig bedeutsam.

Referenz:

Hild, Pitt, Gut, Christoph, Metzger, Susanne & Tardent, Josiane (2018). Zur Generalisierbarkeit bei Experimentiertests. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 356). Universität Regensburg

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Analyse der Erstellung und Interpretation graphischer Auswertungen

Hamacher, John, Trinenberg, Eva & Heinke, Heidrun

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Die Datenauswertung zu Hause stellt für viele Studierende in physikalischen Praktika eine zeitintensive und besonders schwierige Arbeitsphase dar (Hamacher et al., 2015). Dabei sind laut Studien vor allem zwei eng miteinander verknüpfte Problemfelder der Studierenden identifizierbar: Die Durchführung von graphischen Auswertungen (Schwarz et al., 2014) und der korrekte Umgang mit Messunsicherheiten (Heinicke, 2012). Jedoch mangelt es bisher an Wissen über konkret auftretende Schwierigkeiten in dieser Auswertephase, das als Ausgangspunkt für die Erstellung effektiver Lernhilfen dienen kann.

An der RWTH Aachen wurde im WS 2016/17 eine Studie im Physikpraktikum für Studierende der Biologie durchgeführt, in der von 6 Studierendenpaaren zu je 3 gleichen Versuchen die Erstellungsprozesse ihrer Versuchsberichte detailliert erfasst wurden. Die Analyse des Datenmaterials fokussiert auf die erstellten graphischen Auswertungen. Dabei wird insbesondere auch untersucht, inwiefern Messunsicherheiten von den Studierenden berücksichtigt wurden. Im Vortrag werden Ergebnisse der Analyse präsentiert.

Referenz:

Hamacher, John, Trinenberg, Eva & Heinke, Heidrun (2018). Analyse der Erstellung und Interpretation graphischer Auswertungen. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 352). Universität Regensburg

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Modellexperimente in der Fachwissenschaft Chemie – eine Dokumentenanalyse

Schröder, Laura & Sommer, Katrin

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Modellexperimente (ME) werden in der Fachwissenschaft Chemie zur Erkenntnisgewinnung eingesetzt (z.B. Kohse-Höinghaus et al. 2010). Für eine authentische Wissenschaftsvermittlung im Fach Chemie ist demnach eine Beschreibung der Rolle von ME für den fachwissenschaftlichen Erkenntnisprozess eine notwendige Voraussetzung. Da die Literatur keine explizite Beschreibung bietet, stellen sich die Forschungsfragen a) Mit welchen Zielsetzungen findet der Einsatz von ME statt? b) Wie werden die ME konzipiert? c) Wie werden die Ergebnisse aus den ME verwertet?

Zu diesem Zweck wurde eine Dokumentenanalyse an ausgewählten fachwissenschaftlichen Publikationen (N=6) durchgeführt, die nach den Kriterien der zusammenfassenden Qualitativen Inhaltsanalyse (Mayring 2010) ausgewertet wurde. Aus dem daraus entwickelten Kategoriensystem wurden wichtige Aspekte identifiziert, die ein authentisches ME aus der Fachwissenschaft ausmachen. Desweiteren konnten durch Experteninterviews tiefere Einblicke in den Prozess gewonnen werden, wie die Forschung mittels ME vonstattengeht.

Referenz:

Schröder, Laura & Sommer, Katrin (2018). Modellexperimente in der Fachwissenschaft Chemie – eine Dokumentenanalyse. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 348). Universität Regensburg

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Schülerargumentationen untersuchen
Strukturelle vs. inhaltliche Analyse

Gromadecki-Thiele, Ulrike & Priemer, Burkhard

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

In der Forschungslandschaft unterscheiden sich die entwickelten Analysemethoden für Schülerargumentationen erheblich, so dass ein direkter Vergleich nicht immer möglich ist. Entweder werden die Schülerargumente auf strukturelle Merkmale untersucht (z. B. mittels des Toulmin-Schemas). Oder die Qualität des Inhalts und der Begründung wird analysiert und bewertet, wobei in diesem Bereich weitaus weniger Forschungsarbeiten vorliegen.

Um einen Vergleich zu ermöglichen wurden Analyseinstrumente auf der strukturellen und inhaltlichen Ebene entwickelt. Das Forschungsinteresse lag dabei erstens daran, ob es möglich ist, das gleiche inhaltliche Analyseinstrument von einer Studie mit rein physikalischem Inhalt auf eine Studie mit einem Socio-Scientific Issue zu übertragen. Zweitens war es von Bedeutung, ob sich die Qualität der Schülerargumente im strukturellem und inhaltlichem Bereich unterscheidet. Die Ergebnisse deuten an, dass es zwar möglich ist, einige Kategorien zu übertragen, die Übertragbarkeit jedoch von der Aufgabenstellung und dem jeweiligen Antwortformat abhängt.

Referenz:

Gromadecki-Thiele, Ulrike & Priemer, Burkhard (2018). Schülerargumentationen untersuchen
Strukturelle vs. inhaltliche Analyse. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 344). Universität Regensburg

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Naturwissenschaftliches Denken im Kontrast zu chinesischem Naturdenken

Kosler, Thorsten

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Im naturwissenschaftlichen Unterricht gelingt es bisher kaum, Schüler_innen in die Lage zu versetzen, nach dem Vorbild der Erkenntnisgewinnung in der Naturwissenschaft zu lernen. Zumindest dann nicht, wenn als Maßstab für die angestrebte Authentizität des Vorgehens die jüngere Wissenschaftsforschung herangezogen wird (Höttecke & Rieß 2015).

Da eine Synthese der Ergebnisse der Wissenschaftsforschung im Hinblick auf eine Charakterisierung naturwissenschaftlichen Denkens bisher nicht vorliegt, ist eine solche derzeit als fachdidaktisches Desiderat zu sehen. Dieses wird dadurch bearbeitet, dass wesentliche Elemente naturwissenschaftlichen Denkens über einen Vergleich mit chinesischem Naturdenken, unter Rekurs auf Jullien (2004, 2010), bestimmt und unter Hinzuziehung der Wissenschaftsforschung (Netz 1999) interpretiert werden. Das Ergebnis ist eine Bestimmung derjenigen kognitiven Hilfsmittel, die von wesentlicher Bedeutung sind für das von Hacking (1983, 1992) und Gooding (1990) charakterisierte Wechselspiel aus Repräsentieren und Eingreifen im Prozess naturwissenschaftlicher Forschung.

Referenz:

Kosler, Thorsten (2018). Naturwissenschaftliches Denken im Kontrast zu chinesischem Naturdenken. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 340). Universität Regensburg

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Prozessqualität sichtbar machen durch Kommunikationsgraphen

Strippel, Christian Georg & Sommer, Katrin

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Die Analyse der Kommunikation von Lehrenden und Lernenden ist ein probater Weg, um die Qualität von Lehr-Lern-Prozessen zu untersuchen. Efing & Sommer (2017) zeigen, wie verhaltensbasierte Daten mittels qualitativer Inhaltsanalyse effizient ohne Transkription in ELAN kodiert werden. Lehesvuori et al. (2013) demonstrieren an einer kleinen Stichprobe (n=2) die manuelle Erstellung von Kommunikationsgraphen aus solchen Daten und analysieren so die Prozessqualität.

In dieser Studie wird die Struktur der Auseinandersetzung mit Erkenntnisgewinnung beim Experimentieren von N = 155 ProbandInnen in N = 64 Gruppen untersucht. Die Kommunikation wird ohne Transkription mittels Kategoriensystemen zur Erkenntnisgewinnung in ELAN kodiert. Die erhaltenen Daten werden mittels eines selbstgeschriebenen Python-Skripts in Kommunikationsgraphen überführt. Der Vergleich der Kommunikationsgraphen zeigt Unterschiede und Gemeinsamkeiten auf der Makro-, Meso- und Mikro-Ebene der Kommunikation. Das effiziente Vorgehen bei der Erstellung der Kommunikationsgraphen erlaubt eine Typisierung auch großer Datenmengen.

Referenz:

Strippel, Christian Georg & Sommer, Katrin (2018). Prozessqualität sichtbar machen durch Kommunikationsgraphen. In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 336). Universität Regensburg

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Das Fach ,Integrierte Naturwissenschaften’ in der Evaluation

Galow, Philipp & Köster, Hilde

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Das Studienfach ,Integrierte Naturwissenschaften’ wurde insbesondere im Hinblick auf den Bedarf an Lehrkräften für das noch recht neue Schulfach ‚Naturwissenschaften’ an Berliner Grundschulen konzipiert und verbindet Fach- und Fachdidaktik-Inhalte aus Physik, Chemie und Biologie mit sachunterrichtsdidaktischen und grundschulspezifischen pädagogischen Inhalten und Methoden. Der Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung mit den Facetten ,Wissenschaftliches Argumentieren’ und ,Experimentieren’ bildet einen Schwerpunkt des Studienkonzepts. Im Rahmen einer explorativ angelegten Untersuchung werden die Prozesse des wissenschaftlichen Argumentierens und des experimentellen Handelns von 24 Grundschullehramtsstudierenden verschiedener Fachsemester in Phänomenbegegnungssituationen analysiert. Ziel ist es, die Argumentations- und Experimentierprozesse in Bezug auf ihre Struktur, Qualität und fachliche Richtigkeit hin zu untersuchen.

Referenz:

Galow, Philipp & Köster, Hilde (2018). Das Fach ,Integrierte Naturwissenschaften’ in der Evaluation . In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 332). Universität Regensburg

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Förderung des Schlussfolgerns bei heterogenen Lernvoraussetzungen

Grimm, Hanna, Robisch, Christin & Möller, Kornelia

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2017

Die Fähigkeit zu Schlussfolgern spielt eine zentrale Rolle im Erkenntnisprozess eines inquiry-orientierten Sachunterrichts, da sie notwendig ist, um Evidenzen in Bezug auf zuvor formulierte Hypothesen als bestätigend oder widerlegend zu beurteilen. Bei Kindern im Grundschulalter ist diese Fähigkeit jedoch noch unzureichend entwickelt (vgl. Gauffroy, Barrouillet 2011; Tröbst, Hardy, Möller 2011). In einer quasi-experimentellen Interventionsstudie konnte gezeigt werden, dass durch lernunterstützende Maßnahmen (Scaffolding) eine Förderung des hypothesenbezogenen Schlussfolgerns bei Drittklässlern möglich ist. Die Frage, ob diese Förderung gleichermaßen bei leistungsschwächeren wie auch -stärkeren Schüler*innen gelingt, ist Gegenstand des Vortrags. Dieser Frage liegt der normative Ansatz zugrunde, dass möglichst viele Kinder unabhängig von ihren Lernvoraussetzungen von einer Förderung profitieren sollten. Im Vortrag werden Ergebnisse der Interventionsstudie zu dieser Frage präsentiert und Überlegungen zur weiteren Optimierung der Intervention unter dem Heterogenitätsaspekt angestellt.

Referenz:

Grimm, Hanna, Robisch, Christin & Möller, Kornelia (2018). Förderung des Schlussfolgerns bei heterogenen Lernvoraussetzungen . In: C. Maurer (Hrsg.), Qualitätsvoller Chemie- und Physikunterricht- normative und empirische Dimensionen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Regensburg 2017. (S. 328). Universität Regensburg

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