Autor: GDCP

Der Modelleinsatz beim Schülerexperiment – Eine Prozessanalyse

Przywarra, Tobias & Risch, Björn

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Im Chemieunterricht sollen Schüler*innen (SuS) experimentelle Ergebnisse mit Modellvorstellungen verknüpfen. Der Einsatz von Modellen unterstützt sie dabei, die Stoffeigenschaften auf Teilchenebene zu verstehen (KMK 2004). Der Prozess des eigenständigen Arbeitens von SuS mit Modellen ist bislang jedoch nicht ausreichend beschrieben (Krüger et al. 2018).

Im Rahmen eines Mixed-Methods-Studiendesigns wird der Forschungsfrage nachgegangen, wann und wie SuS der Sekundarstufe I mentale Modelle während des Experimentierprozesses nutzen. Zudem wird überprüft, ob die Repräsentationsform einen Einfluss auf diesen Prozess hat. Dazu führen SuS Experimente zu Lösungs- und Diffusionsprozessen in Einzelarbeit durch. Die Deutung der Versuche auf Teilchenebene erarbeiten sie sich anhand unterschiedlicher Repräsentationsformen. Experimentalgruppe 1 nutzt haptisch-interaktive Modelle, Experimentalgruppe 2 verwendet digital erweiterte Modelle und die Kontrollgruppe erhält Legebilder mit Illustrationen. Die Datenerhebung erfolgt über die Methode des Lauten Denkens sowie mittels Videografie.

Referenz:

Przywarra, Tobias & Risch, Björn (2020). Der Modelleinsatz beim Schülerexperiment – Eine Prozessanalyse. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 872). Universität Duisburg-Essen

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Smartphone-gestützte Experimente außerhalb der Physik

Dorsel, Dominik, Staacks, Sebastian, Hütz, Simon, Heinke, Heidrun & Stampfer, Christoph

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Smartphone-gestützte Experimente sind in der Physiklehre und dort vor allem im Bereich der Mechanik mittlerweile weit verbreitet. Für den Einsatz in anderen MINT-Fächern oder auch in anderen Gebieten der Physik sind jedoch regelmäßig Sensortypen erforderlich, die typischerweise nicht in Smartphones vorhanden sind. Dazu zählen zum Beispiel Temperatursensoren, pH-Meter oder ein Voltmeter. Diese und weitere Sensoren können über die Schnittstelle Bluetooth Low Energy mit der kostenfreien App phyphox ausgelesen werden. Neben kommerziellen Sensorboxen können auch eigene Sensormodule auf Basis eines Mikrocontrollers aufgebaut werden, welche auch komplexere Anwendungen wie zum Beispiel ein Spektrometer ermöglichen. Die aufgenommenen Messdaten können dann mit den bewährten Darstellungs- und Analysemodulen in phyphox direkt auf dem Smartphone angezeigt und bei Bedarf ausgewertet werden. Das Poster gibt eine Übersicht über den Einsatz möglicher Sensoren und zeigt den aktuellen Entwicklungsstand zu einem Spektrometer auf Mikrocontroller-Basis.

Referenz:

Dorsel, Dominik, Staacks, Sebastian, Hütz, Simon, Heinke, Heidrun & Stampfer, Christoph (2020). Smartphone-gestützte Experimente außerhalb der Physik. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 852). Universität Duisburg-Essen

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Messunsicherheiten im Physikunterricht
– Befragung von Lehrkräften in Baden-Württemberg –

Möhrke, Philipp

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Für die Einführung einer systematischen Behandlung von Messunsicherheiten in der Schule wurde in den letzten Jahren ein umfangreiches Sachstrukturmodell entwickelt. Es hat sich aber auch gezeigt, dass in der Relevanzeinschätzung einiger Aspekte des Modells Forschungs- und Lehrkraftmeinung weit auseinandergehen. Daher untersucht die präsentierte Studie mit Physiklehrkräften in Baden-Württemberg, welche Relevanzabstufung sich für die Konzepte des Sachstrukturmodells zu Messunsicherheiten in der Sekundarstufe I aus der Perspektive der Physiklehrkräfte ergeben?

Dazu wurde die Relevanzeinschätzung der einzelnen Konzepte des Sachstrukturmodell empirisch mittels einer Online-Befragung von 114 Lehrkräften untersucht und ihre Meinung zu korrespondierenden Lernzielenformulierungen erfragt. Die Ergebnisse zeigen unter anderem, dass eine Relevanzabstufung der Konzepte des Sachstrukturmodells naheliegt. Daneben zeigt sich für einzelne Konzepte zwar, dass diese als relevant bewertet werden, entsprechenden Lernzielen aber eine geringe Relevanz zugewiesen wird.

Referenz:

Möhrke, Philipp (2020). Messunsicherheiten im Physikunterricht
– Befragung von Lehrkräften in Baden-Württemberg –. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 876). Universität Duisburg-Essen

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Evaluation adaptiven Feedbacks in Online-Aufgaben in der Chemie

Trauten, Florian, Eitemüller, Carolin & Walpuski, Maik

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Laut Heublein et al. (2017) liegt die Abbruchquote in der Eingangsphase des Chemiestudiengangs seit 2006 bei ca. 42 %. Fachliche Defizite, die nicht in der Studieneingangsphase aufgearbeitet werden, begünstigen den Studienabbruch. An der Universität Duisburg-Essen werden Defizite zu Studienbeginn durch bestehende Lehrangebote bislang nicht ausreichend kompensiert (Averbeck et al., 2017). Das Ziel des Projekts ist es daher ein Angebot zu entwickeln, das Defizite konzeptionell stärker berücksichtigt und Studierenden mit geringem Vorwissen ein erfolgreiches Studium ermöglicht. Vor dem Hintergrund der lernförderlichen Wirkung adaptiven Feedbacks (Narciss & Huth, 2006) wurde eine Online-Übung zur Allgemeinen Chemie entwickelt, die adaptives Feedback zu typischen Fehlern automatisiert zur Verfügung stellt. Auf der Tagung werden erste Ergebnisse aus Log-File-Analysen zum Umgang der Lernenden mit den Aufgaben vorgestellt. Darüber hinaus werden Ergebnisse präsentiert, die im Zuge einer Expertenbefragung mit Chemiedidaktikern zur Qualitätssicherung des Feedbacks gewonnen wurden.

Referenz:

Trauten, Florian, Walpuski, Maik & Eitemüller, Carolin (2020). Evaluation adaptiven Feedbacks in Online-Aufgaben in der Chemie. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 884). Universität Duisburg-Essen

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Experimente im NAWI-Unterricht
Kompetenzen angehender Lehrkräfte

Fleischer, Timo, Virtbauer, Lisa & Strahl, Alexander

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In den Fächern Biologie, Chemie und Physik nimmt das Experiment als bedeutende naturwissenschaftliche Arbeitsweise eine zentrale Rolle ein (Pfeifer et al., 2002; Tesch & Duit, 2004). Die hohen Erwartungen an das Experimentieren im Unterricht können aber oftmals nicht erfüllt werden, da z.B. Experimente nicht effektiv eingesetzt werden, trivial sind oder keinen Bezug zum Vorwissen, der Lebenswelt und den Interessen der SchülerInnen herstellen (Harlen, 1999). Damit das Experiment sinnvoll und zielführend im Unterricht eingesetzt werden kann, sollten insbesondere angehende Lehrkräfte Experimentierkompetenzen und Einstellungen bezüglich des Einsatzes von Experimenten im Naturwissenschaftlichen Unterricht aufweisen, die einen zielgerichteten und lernwirksamen Einsatz von Experimenten im Biologie-, Chemie- und Physikunterricht ermöglichen. Das Poster präsentiert erste Ergebnisse der Studie, welche die subjektiv wahrgenommenen Kompetenzen und Einstellungen von Lehramtsstudierenden bezüglich des Einsatzes von Experimenten in den drei genannten Unterrichtsfächern in den Fokus nimmt.

Referenz:

Fleischer, Timo, Virtbauer, Lisa & Strahl, Alexander (2020). Experimente im NAWI-Unterricht
Kompetenzen angehender Lehrkräfte. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 848). Universität Duisburg-Essen

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Ist eine Erweiterung des Konstrukts NOS zu NOSIS sinnvoll?
«Nature of Whole Science» versus Konsenslisten: Dekonstruktion von
Emergenz?

Arndt, Laura, Billion-Kramer, Tim, Wilhelm, Markus & Rehm, Markus

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Der auf einzelnen NOS-Facetten basierende EKoL-NOS-Test (Billion-Kramer et al., 2018), soll um weitere Vignetten gesellschaftlicher Aspekte im Sinne „ganzheitlicher Naturwissenschaft“ (Knowledge of the nature of Whole Science, KNOWS) erweitert werden (Allchin 2012). Diese Erweiterung soll enge gesellschaftliche Wechselwirkungen mit naturwissenschaftlichen Fragestellungen fokussieren und empirische Hinweise liefern, ob die gesellschaftliche Dimension von Nature of Science implizit vertreten ist, oder ob eine Konstrukterweiterung erforderlich ist. Im Anschluss soll mittels Strukturgleichungsmodellen geprüft werden, ob sich ein eindimensionales (Nature of Science mit gesellschaftlicher Dimension) oder mehrdimensionales Konstrukt abbilden lässt. Mit diesem Vorgehen wird der Fokus auf die Modellierung eines Strukturmodells des Wissenschaftsverständnisses als Teil des PCK Kompetenzaspektes angestrebt.

Referenz:

Arndt, Laura, Billion-Kramer, Tim, Wilhelm, Markus & Rehm, Markus (2020). Ist eine Erweiterung des Konstrukts NOS zu NOSIS sinnvoll?
«Nature of Whole Science» versus Konsenslisten: Dekonstruktion von
Emergenz?. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 840). Universität Duisburg-Essen

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Messunsicherheiten als Ausgangspunkt der Förderung im Umgang mit Daten

Kok, Karel & Priemer, Burkhard

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Messunsicherheiten sind ein integraler Bestandteil eines Messergebnisses. Obwohl viele Schülerinnen und Schüler (SuS) Schwierigkeiten im Vergleichen von Messdaten aufweisen, wird trotzdem das Thema Messunsicherheiten in der Schule häufig vernachlässigt. Deshalb entwickelten wir eine gestufte Intervention, in welcher die SuS 1.) über die Existenz von Messunsicherheiten, 2.) über ein quantitatives Maß für die Streuung von Daten und 3.) den Vergleich von zwei Messergebnissen lernen. In einem Prä-Post-Studiendesign wollen wir sowohl die Kompetenzen im Umgang mit Messunsicherheiten erfassen, als auch die Fähigkeit, Daten miteinander zu vergleichen.

Das Poster stellt das Studiendesign, die Struktur der Intervention sowie erste Ergebnisse einer Pilotstudie näher vor.

Referenz:

Kok, Karel & Priemer, Burkhard (2020). Messunsicherheiten als Ausgangspunkt der Förderung im Umgang mit Daten. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 880). Universität Duisburg-Essen

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Konzept zur Öffnung geschlossener Experimentieranleitungen in Chemie

Ehlert, Lars & Tepner, Oliver

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die Analysen der PISA-Studie 2015 zeigen, dass deutsche Schülerinnen und Schüler nach der Skala „naturwissenschaftliche Forschung bewerten und Untersuchungen planen“ im internationalen Vergleich nur den 13. Platz belegen. Laut den nationalen Bildungsstandards sind Fähigkeiten im Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung explizites Bildungsziel. Um das selbstgesteuerte Experimentieren besser in die Unterrichtspraxis zu implementieren, wurde im Rahmen dieses Forschungsvorhabens eine Fortbildung zur Konzeption von selbstgesteuerten Experimenten im Chemieunterricht für Realschul- sowie Gymnasiallehrkräfte entwickelt. Dabei wird ein innovatives Strukturierungskonzept eingesetzt, mit dem kochrezeptartige Schulversuche zu selbstgesteuerten und kompetenzorientierten Schülerexperimenten modifiziert werden können. Des Weiteren wird die Reflexionskompetenz der teilnehmenden Lehrkräfte bezüglich der Planung eines selbstgesteuerten Experiments geschult und evaluiert. Im Poster werden das Strukturierungskonzept sowie ausgewählte Testinstrumente vorgestellt.

Referenz:

Ehlert, Lars & Tepner, Oliver (2020). Konzept zur Öffnung geschlossener Experimentieranleitungen in Chemie. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 868). Universität Duisburg-Essen

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Symbolisch-mathematisches Modellieren in der Physikalischen Chemie

Komor, Ines, Vorst, Helena van , Sumfleth, Elke, Roelle, Julian & Hasselbrink, Eckart

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Symbolisch-mathematisches Modellverständnis beschreibt die Fähigkeiten, die zum erfolgreichen Modellieren in der Chemie nötig sind. Wesentliche Schritte sind das Erfassen des chemischen Problems, die Mathematisierung und das mathematische Arbeiten. Symbolisch-mathematisches Modellieren spielt insbesondere beim Lösen physikalisch-chemischer Aufgaben eine wichtige Rolle. Daraus ergeben sich die Untersuchung des Einflusses des symbolisch-mathematischen Modellverständnisses auf Leistungen in der Physikalischen Chemie und die Verbesserung dieser Studienleistungen als zentrale Ziele dieses Projekts. Dazu wurde ein Test zur Diagnose sowie ein beispielbasiertes Training zur Förderung des symbolisch-mathematischen Modellverständnisses entwickelt. Neben Strategien zum Lösen von Modellierungsaufgaben werden in diesem Training Fachinhalte aus der Physikalischen Chemie und relevante mathematische Arbeitsweisen vermittelt. Die Evaluation des Trainings erfolgt im Rahmen einer Interventionsstudie im prä-post-Kontrollgruppendesign.

Referenz:

Komor, Ines, Vorst, Helena van , Sumfleth, Elke, Roelle, Julian & Hasselbrink, Eckart (2020). Symbolisch-mathematisches Modellieren in der Physikalischen Chemie. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 888). Universität Duisburg-Essen

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Entwicklung eines PCK-Tests zum experimentgestützten Chemieunterricht

Krake, Henning & Walpuski, Maik

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Experimentelle Phasen sind ein Charakteristikum naturwissenschaftlichen Unterrichts, deren qualitätsvolle, lernwirksame Ausgestaltung aber nur bedingt vorgenommen wird (Seidel et al., 2006). Schulz (2011) konnte in stundenspezifischen Einzelcoachings zeigen, dass dieses in einer inhaltsgleichen Folgestunde zu einer verstärkten Ausprägung der Qualitätsmerkmale und in Folge auch zu einem höheren Lernzuwachs bei Schülerinnen und Schülern führte.

Ziel des Projekts ist es, ein Modul zu Qualitätsmerkmalen des experimentgestützten Chemieunterrichts für die Lehrerbildung in der zweiten und dritten Phase in Form einer nicht unterrichtsthemenspezifischen Gruppenfortbildung zu evaluieren. In einer Interventionsstudie wird die Erweiterung der Lehrerkognition als fachdidaktisches Wissen zu Experimenten und deren methodischer Umsetzung in Form eines PCK-Tests erfasst, dessen Pilotierungsergebnisse auf der Tagung vorgestellt werden. Das unterrichtspraktische Handeln wird als Fähigkeit der Lehrkräfte, den Unterricht zu strukturieren, durch Videoanalyse zweier Unterrichtsstunden operationalisiert.

Referenz:

Krake, Henning & Walpuski, Maik (2020). Entwicklung eines PCK-Tests zum experimentgestützten Chemieunterricht. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 844). Universität Duisburg-Essen

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