Autor: GDCP

Fächerübergreifender Transfer naturwissenschaftlicher Denk- und
Arbeitsweisen

Golew, Sandra & Vorholzer, Andreas

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Fächerübergreifendes Ziel naturwissenschaftlichen Unterrichts ist der Aufbau von Kompetenzen des naturwissenschaftlichen Arbeitens (vgl. Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung in den Standards für Biologie, Chemie und Physik). Es stellt sich jedoch die Frage, ob diese Arbeitsweisen in jedem Fach separat aufgebaut werden müssen, oder ob den Lernenden der Transfer zwischen den Fächern gelingt. Die vorgestellte Erhebung knüpft an einen von einer Schule organisierten Projekttag an, an dem ausgewählte Arbeitsweisen jeweils in Kontexten eines bestimmten Faches gefördert wurden (z. B. „Untersuchungen planen“ in Physik). 18 Wochen nach dem Projekttag wurde mit einem schriftlichen Test untersucht, inwiefern die Lernenden (N=161 Schüler*innen der Einführungsphase) die angestrebten Arbeitsweisen in Kontexten aus dem gleichen Fach und in Kontexten aus anderen Fächern anwenden können. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass den Lernenden sowohl die Reproduktion als auch der Transfer zwischen den Fächern gelingt. Am Poster werden die Ergebnisse diskutiert und das weitere Vorgehen im Forschungsprojekt vorgestellt.

Referenz:

Golew, Sandra & Vorholzer, Andreas (2020). Fächerübergreifender Transfer naturwissenschaftlicher Denk- und
Arbeitsweisen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 836). Universität Duisburg-Essen

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Erkenntnisprozesse in nicht experimentellen Untersuchungen

Bock, Benjamin, Schubatzky, Thomas & Haagen-Schützenhöfer, Claudia

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Wenn man SchülerInnen fragt, was sie sich unter naturwissenschaftlichem Arbeiten vorstellen, so ist die Antwort häufig auf eine einzige Methode – die „naturwissenschaftliche Methode“ – reduziert. Lederman et al. (2013) gehen davon aus, dass dieser Umstand u.a. auf eine Überbetonung des klassischen experimentellen Designs im naturwissenschaftlichen Unterricht zurückzuführen ist. Derartige Designs sind jedoch bei weitem nicht repräsentativ für naturwissenschaftliches Arbeiten und sollten im Unterricht um andere „Arten“ ergänzt werden. Aktuell entwickeln und erproben wir deshalb eine Lernumgebung, bei der Lernende die Feinstaubbelastung einer mittelgroßen Stadt (Graz, A) mithilfe eines multivariaten Datensets analysieren. Dabei sollen Lernende informelle statistische Denkweisen anwenden. Die Analyse der ersten Erprobung fokussiert auf die Verläufe der Erkenntnisprozesse. Aufbauend auf einem selbst entwickelten Erkenntnisprozessmodell wurden die spezifischen Vorgangsweisen sowie die Integration kontextuellen Wissens bei den Untersuchungsverläufen der Lernenden analysiert.

Referenz:

Bock, Benjamin, Schubatzky, Thomas & Haagen-Schützenhöfer, Claudia (2020). Erkenntnisprozesse in nicht experimentellen Untersuchungen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 832). Universität Duisburg-Essen

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Beschreibungen optischer Phänomene

Gierl, Katharina, Löffler, Patrick & Kauertz, Alexander

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Das Beschreiben von Phänomenen ist Ausgangspunkt naturwissenschaftlicher Erkenntnis- und den damit verbundenen Modellierungsprozessen. Lernende müssen beim Beschreiben folgende drei Prozessschritte durchlaufen: Relevante Informationen selektieren, anhand des Vorwissens interpretieren und die Zusammenhänge in eine kohärente Struktur überführen. Merkmale der Beurteilung einer Beschreibung sind die Relevanz der ausgewählten Informationen, die Kohärenz dargestellter Zusammenhänge sowie die intersubjektive Prüfbarkeit der Interpretationen. In der Pilotierung wurden Beschreibungen Physikstudierender (n=16) und Physikdozierender (n=10) zu optischen Phänomenen kategorienbasiert analysiert und verglichen. Dabei wurden Intelligenz, Strategiewissen und Konzeptwissen jeweils mit einem Paper-Pencil-Test erfasst und als Kovariate berücksichtigt. Dieser Beitrag stellt die Ergebnisse der Pilotstudie vor.

Referenz:

Gierl, Katharina, Löffler, Patrick & Kauertz, Alexander (2020). Beschreibungen optischer Phänomene . In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 828). Universität Duisburg-Essen

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Welche Schwierigkeiten haben Schülerinnen und Schüler
beim Auswerten von Versuchsdaten?

Brockmüller, Steffen & Ropohl, Mathias

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die Auswertung experimentell gewonnener Daten ist eine wichtige Komponente naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung. Um aus solchen Daten Aussagen ableiten zu können, müssen Lernende Fachwissen sowie prozedurales und epistemisches Wissen anwenden. Lernende zeigen dabei eine Reihe von Schwierigkeiten. Bislang liegen allerdings hauptsächlich Befunde zu jüngeren Lernenden vor, wodurch der Förderbedarf Oberstufenlernender kaum eingeschätzt werden kann. Gegenwärtig ist zudem wenig darüber bekannt, wie diese Schwierigkeiten mit der Ausprägung der obengenannten Wissensbestände zusammenhängen.

Aus diesem Grund wird eine Videostudie mit Chemielernenden der Oberstufe durchgeführt, die die Identifikation von Schwierigkeiten beim Auswerten von Daten, welche diese zuvor in Hands-on-Experimenten generiert haben, zum Ziel hat. An eine qualitative Inhaltsanalyse der erhaltenen Videodaten und schriftlichen Produkte schließen sich statistische Analysen dieser Schwierigkeiten hinsichtlich ihres Zusammenhangs mit dem Fachwissen, prozeduralen und dem epistemischen Wissen der Lernenden an.

Referenz:

Brockmüller, Steffen & Ropohl, Mathias (2020). Welche Schwierigkeiten haben Schülerinnen und Schüler beim Auswerten von Versuchsdaten?. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 824). Universität Duisburg-Essen

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Quantenphysik als Teil gymnasialer Allgemeinbildung
FACETTEN für Nicht-MINT-Gymnasiast/innen

Dreyer, Hans Peter

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In der Schweiz müssen Nicht-MINT-Lernende in der Oberstufe Physik belegen. Quantenphysik ist oft bloss «Einblick in moderne Physik». Allgemeine Ziele sehen «Möglichkeiten und Grenzen der Physik» vor, also Natur der Naturwissenschaften (NdN). In der Schulrealität fehlen QP und NdN oft auf der Inhalts- und der Meta-Ebene. FACETTEN DER QUANTENPHYSIK ist ein didaktisch rekonstruierter Kurs für diese Situation. Er orientiert sich an der Geschichte der QP, soweit sie dem Lernen neuer Konzepte dient. Biographische Facetten geben sowohl Anknüpfungspunkte für NdN Themen wie «Theorie und Experiment», als auch inhaltliche Stichworte wie «Welle-Teilchen-Dualismus». Dieses «Paradoxon» führt zum Konzept «Quantenobjekt» bei Licht und Materie. Der Wellenaspekt des Elektrons wird über de Broglie eingeführt, das Bohrsche Modell kritisiert und die Verbindung zum Orbitalmodell des Chemieunterrichts hergestellt. Die Wahrscheinlichkeitsinterpretation der ψ-Wellen leitet über zu Fragen um Schrödingers Katze. Der Poster skizziert Umfeld, Ziele, Aufbau, Schuleinsatz und die Ergebnisse von schriftlichen Prä- und Posttests.

Referenz:

Dreyer, Hans Peter (2020). Quantenphysik als Teil gymnasialer Allgemeinbildung
FACETTEN für Nicht-MINT-Gymnasiast/innen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 820). Universität Duisburg-Essen

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Entwicklung eines Instruments zur Beurteilung manueller Kompetenzen

Haag, Guido, Scheid, Jochen, Löffler, Patrick & Kauertz, Alexander

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Experimentieren Lernende, treten in der Regel Abweichungen zur idealen Durchführung auf. Es wird angenommen, dass diese Abweichungen in Zusammenhang mit der experimentellen Kompetenz der Lernenden stehen. Um verschiedene Experimente untereinander vergleichbar zu machen, betrachten wir den Experimentierprozess idealisiert als eine Anzahl von notwendigen Handlungsschritten. Darunter gibt es Handlungsschritte, die Auswirkungen auf das Ergebnis des zu Ende geführten Experiments haben. Diese bezeichnen wir als wirksame Schritte. Die Untersuchung der Abweichungen in den wirksamen Schritten ergibt ein individuelles Performanzmaß als Ausdruck experimenteller Kompetenz. Durch die Betrachtung der Art und der Häufigkeit der Abweichungen zum idealisierten Experimentierprozess bietet sich ein neuer Zugang, um experimentelle Kompetenz hierarchisch abzubilden. 28 Lernende der 8. und 9. Klasse durchliefen ein Setting aus 6 Experimenten. Wir haben ein Kategoriensystem für Abweichungen erstellt und durch ein Beurteilerverfahren empirisch untersucht. Der Beitrag stellt Ergebnisse der Pilotierung vor.

Referenz:

Haag, Guido, Scheid, Jochen, Löffler, Patrick & Kauertz, Alexander (2020). Entwicklung eines Instruments zur Beurteilung manueller Kompetenzen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 816). Universität Duisburg-Essen

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Naturwissenschaftsbezogene Potenziale im Übergang Kita-Grundschule
beobachten, dokumentieren und weiterentwickeln

Voigt, Julia & Köster, Hilde

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die (vor-)schulische Zusammenarbeit zwischen der Kindertagesstätte und der Grundschule wird als bedeutend für die Förderung von Kindern im Übergang angesehen (Ahtola et al., 2011). Bereichsspezifische Längsschnittstudien zu begabten Kindern im Übergang von der Kita in die Grundschule liegen bisher nur vereinzelt vor (Bugzel, 2017, S. 376). Als Teil des vom BMBF geförderten Verbundprojektes „Leistung macht Schule“ (LemaS) werden im Projekt DiaMINT-Sachunterricht an der Freien Universität Berlin in Kooperation mit Grundschulen und Kindertageseinrichtungen Übergangskonzepte zur Diagnose und Förderung naturwissen-schaftsbezogener Potenziale bei Kindern entwickelt. Basierend auf einer Gruppendiskussion mit den beteiligten Kooperationspartner*innen sollen unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen der teilnehmenden Institutionen die Informationsweitergabe naturwissenschaftlicher Potenziale untersucht und ggf. verbessert werden. Über erste Ergebnisse und Erfahrungen wird berichtet.

Referenz:

Voigt, Julia & Köster, Hilde (2020). Naturwissenschaftsbezogene Potenziale im Übergang Kita-Grundschule
beobachten, dokumentieren und weiterentwickeln. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 812). Universität Duisburg-Essen

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Naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung im Lehramtsstudium

Borchert, Cornelia, Hilfert-Rüppell, Dagmar & Höner, Kerstin

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Lehramtsstudierende naturwissenschaftlicher Fächer sollen Kompetenzen im Erkenntnisgewinnungsprozess erwerben, sie später ihren Schüler*innen vermitteln und diagnostizieren können. In der Regel sehen jedoch weder fachtheoretische noch –praktische Lehrveranstaltungen im Studium die explizite Vermittlung naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen vor. Erwartungskonform zeigen Studierende ein mangelhaftes Experimentierverständnis (Hilfert-Rüppell et al. 2013). Vertiefende, fachlich ausgerichtete Seminare zur Erkenntnisgewinnung könnten hier Abhilfe schaffen (Krämer et al. 2012).

Wir schlagen daher die Einführung eines Spiralcurriculums Erkenntnisgewinnung im Lehramtsstudium vor, das die Studierenden ausgehend von experimentellen Erfahrungen mit naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen kontinuierlich und vertiefend bis hin zur Diagnose experimenteller Kompetenzen von Schülerinnen und Schülern fördert.

Das Poster stellt die Stationen des Spiralcurriculums am Beispiel der Chemielehramtsausbildung an der TU Braunschweig dar und diskutiert deren didaktisch-methodische Umsetzung.

Referenz:

Borchert, Cornelia, Hilfert-Rüppell, Dagmar & Höner, Kerstin (2020). Naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung im Lehramtsstudium. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 808). Universität Duisburg-Essen

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Aktuelle Forschung als Lerngegenstand für Lehrerbildung und Schule –
Das Projekt „Contemporary Science @ school“

Bednarek, Andreas, Gimbel, Katharina, Frevert, Mareike, Wodzinski, Rita, Ziepprecht, Kathrin, Mayer, Jürgen & Fuccia, David-S. Di

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Im Projekt „Contemporary Science“ konnte gezeigt werden, dass das Verständnis von Nature of Science (NoS) bei angehenden Naturwissenschaftslehrkräften durch einen authentischen Kontakt mit aktueller naturwissenschaftlicher Forschung und durch die Vernetzung fachwissenschaftlicher und fachdidaktischer Studieninhalte erweitert werden kann (Roetger & Wodzinski, 2018; Gimbel & Ziepprecht, 2018; Frevert & Di Fuccia, 2018). Aufbauend auf den Befunden sollen die Erfahrungen im Anschlussprojekt „Contemporary Science @School“ in die Schulpraxis transferiert werden. Dazu werden in den Fächern Biologie, Chemie und Physik vernetzte Lernumgebungen konzipiert, die studentisch vorbereitete Universitätsbesuche für Schülerinnen und Schüler enthalten. Zusätzlich wird ein fächerübergreifendes Lehrerfortbildungskonzept entwickelt. Die Wirkungen der Lernumgebungen und des Fortbildungskonzepts werden bei den beteiligten Gruppen qualitativ und quantitativ im Prä-Post-Design erfasst. Das Poster stellt das Lernumgebungs- und Fortbildungskonzept sowie das Untersuchungsdesign vor.

Referenz:

Bednarek, Andreas, Gimbel, Katharina, Frevert, Mareike, Wodzinski, Rita, Ziepprecht, Kathrin, Mayer, Jürgen & Fuccia, David-S. Di (2020). Aktuelle Forschung als Lerngegenstand für Lehrerbildung und Schule –
Das Projekt „Contemporary Science @ school“. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 804). Universität Duisburg-Essen

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Die Serie „Genius“ als NoS-Lerngelegenheit in Schule und Hochschule

Heine, Antje & Heine, Erik

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Filme und Serien stellen eine mögliche Quelle von Schüler- und Studierendenvorstellungen über die Natur der Naturwissenschaften (Nature of Science, NoS) dar und können sowohl adäquate als auch inadäquate Vorstellungen fördern. Solche Medien können jedoch auch für eine explizite Thematisierung von NoS-Aspekten genutzt werden.

Im Rahmen dieses Projektes soll in einem ersten Schritt die Serie „Genius“, in der das Leben und Wirken Einsteins dargestellt wird, hinsichtlich ihrer Eignung für den Einsatz im Physikunterricht und der Lehramtsausbildung untersucht werden. Im Zusammenhang damit stellt sich die Frage, inwieweit sich Szenen mit NoS-Bezug identifizieren lassen, und wenn ja, welche Aspekte zum Wesen der Physik eine Rolle spielen. Dazu wurde ein Kategoriensystem deduktiv-induktiv entwickelt, getestet und überarbeitet. Erste Ergebnisse der Videoanalyse werden dargestellt sowie Einsatzmöglichkeiten der Serie in der Lehramtsausbildung und im Physikunterricht.

Referenz:

Heine, Antje & Heine, Erik (2020). Die Serie „Genius“ als NoS-Lerngelegenheit in Schule und Hochschule. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 800). Universität Duisburg-Essen

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