Autor: GDCP

Naturwissenschaften integrativ – Ergebnisse eines Entwicklungsprojekts

Engelmann, Philipp, Hoffmann, Clemens & Woest, Volker

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Mit der Implementation naturwissenschaftlicher Verbundfächer mit integrativem Charakter stehen Lehrkräfte in Deutschland mangels adäquater Professionalisierungsangebote vor der Herausforderung, diese Fächer sowohl fachlich qualifiziert und fachdidaktisch kompetent zu unterrichten. An der Friedrich-Schiller-Universität Jena wurden im Zeitraum von 2015 bis 2018 im Rahmen der „Qualitätsoffensive Lehrerbildung“ ein Fortbildungskonzept sowie eine universitäre Seminareinheit für (angehende) Naturwissenschaftslehrkräfte entwickelt, die auf das Unterrichten integrierter Naturwissenschaften vorbereiten. Neben der konzeptionellen Entwicklungsforschung nach dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion wurden im Sinne eines Mixed-Methods-Designs Lehrer- und Studierendenperspektiven auf fächerübergreifenden Unterricht qualitativ wie quantitativ untersucht und in die Konstruktion der Lernangebote integriert. Im Vortrag werden die Ergebnisse dieses Projektes dargestellt und ein Einblick in die Fort- sowie Seminareinheiten gegeben.

Referenz:

Engelmann, Philipp, Hoffmann, Clemens & Woest, Volker (2020). Naturwissenschaften integrativ – Ergebnisse eines Entwicklungsprojekts. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 162). Universität Duisburg-Essen

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Disziplinübergreifende Lehrerbildung zwischen Fach und Fachdidaktik

Woest, Volker, Engelmann, Philipp, Hoffmann, Clemens, Jünger, Theresa & Simon, Marcel

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Referenz:

Woest, Volker, Engelmann, Philipp, Hoffmann, Clemens, Jünger, Theresa & Simon, Marcel (2020). Disziplinübergreifende Lehrerbildung zwischen Fach und Fachdidaktik. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 158). Universität Duisburg-Essen

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Vorstellungsänderungen von Studierenden zu Nature of Science

Roetger, Rebekka & Wodzinski, Rita

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Verschiedene Studien zeigen, dass bei Lehrkräften oft sehr unterschiedlich ausgeprägte und inkonsistente Vorstellungen zu Nature of Science (NoS) vorliegen (Deng et al., 2011; Höttecke & Rieß, 2007). In einem Seminar für angehende Physiklehrkräfte, das fachwissenschaftliche und fachdidaktische Studienanteile vernetzt (Roetger & Wodzinski. 2018), wurden am Beispiel aktueller physikalischer Forschung verschiedene Aspekte von NoS, insbesondere die naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen, aus den unterschiedlichen Perspektiven reflektiert.

In der qualitativen Begleitstudie wurde im Prä-Post-Design über Interviews die Wirkung des Seminars auf die Vorstellung der Studierenden zu NoS untersucht. Dabei stand insbesondere die Frage im Fokus, welche Wirkung die authentische Begegnung mit aktueller physikalischer Forschung hat. Es wird deutlich, dass die Studierenden nach der authentischen Begegnung verschiedenen Aspekten von NoS einen höheren Stellenwert zuschreiben (z.B. der Kreativität) oder neu identifizieren (z.B. die Kommunikation). Die zentralen Ergebnisse der Studie werden vorgestellt.

Referenz:

Roetger, Rebekka & Wodzinski, Rita (2020). Vorstellungsänderungen von Studierenden zu Nature of Science. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 154). Universität Duisburg-Essen

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Verständnisfördernde Lernarrangements zu ausgewählten NOS-Aspekten

Müller, Stefan & Reiners, Christiane S.

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Die Förderung eines adäquaten Verständnisses der Möglichkeiten und Grenzen naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung scheint vor dem Hintergrund aktueller Debatten um die Sicherheit bzw. Glaubwürdigkeit von Erkenntnissen („Fake Science“) und gesellschaftlichen Herausforderungen wie dem Klimawandel von entscheidender Bedeutung zu sein. Eine notwendige Bedingung für ein Verständnis von „Nature of Science“ (NOS) auf Seite der Lernenden stellen adäquate Vorstellungen der Lehrenden dar. Studien zeigen jedoch, dass Lehramtsstudierende zu manchen NOS-Aspekten, wie der Vorläufigkeit von Erkenntnissen, eher naive Ansichten besitzen und diese darüber hinaus besonders resistent gegenüber Veränderungen sind. Im Vortrag werden innovative Ansätze und konkrete Lernarrangements zu diesen Aspekten vorgestellt und diskutiert, welche die epistemologische Kompetenz der Lehramtsstudierenden fördern sollen. Die Ansätze wurden im Rahmen einer qualitativen Studie an der Universität zu Köln in chemiedidaktischen Seminaren erprobt und mithilfe geeigneter Instrumente (u.a. Interviews, Fragebögen) evaluiert.

Referenz:

Müller, Stefan & Reiners, Christiane S. (2020). Verständnisfördernde Lernarrangements zu ausgewählten NOS-Aspekten

. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 150). Universität Duisburg-Essen

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Veränderung des Professionswissens zu NOS im Längsschnitt –
eine Messinvarianzprüfung

Billion-Kramer, Tim, Lohse-Bossenz, Hendrik, Dörfler, Tobias & Rehm, Markus

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Ein angemessenes Wissenschaftsverständnis wird in den naturwissenschaftlichen Fachdidaktiken unter der Bezeichnung Nature of Science (NOS) diskutiert und gelehrt. Es stellt ein zentrales Ziel naturwissenschaftlicher Bildung dar. Dazu gehören u. a. folgende Facetten: (a) Differenzierung zwischen Beobachtung und Schlussfolgerung, (b) Veränderung wissenschaftlicher Erkenntnisse im Laufe der Zeit und (c) die Bedeutung von Subjektivität und Kreativität für wissenschaftliche Erkenntnis.

Das Projekt untersucht die Veränderung des Professionswissens angehender Lehrkräfte (N = 289) zu den genannten Facetten im Referendariat. Zur Erhebung wurde ein Vignetteninstrument eingesetzt.

In Strukturgleichungsmodellen zeigen sich nur wenige Veränderungen der Testleistungen über alle Vignetten hinweg. Der fehlende Anstieg der Testleistung wird mit einem Mangel an expliziter Unterrichtspraxis zu Nature of Science interpretiert, zumal weder in Schulbüchern noch im verwendeten Bildungsplan der angehenden Lehrkräfte explizite oder kontextualisierte Unterrichtseinheiten zu NOS zu finden sind.

Referenz:

Billion-Kramer, Tim, Lohse-Bossenz, Hendrik, Dörfler, Tobias & Rehm, Markus (2020). Veränderung des Professionswissens zu NOS im Längsschnitt –
eine Messinvarianzprüfung. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 146). Universität Duisburg-Essen

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Wirkung visueller und auditiver Hinweise in Videos zu Wirbelströmen

Watzka, Bianca, Hoyer, Christoph, Ertl, Bernhard & Girwidz, Raimund

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In einer Laborstudie wurden die Wirkungen von Hinweisen (visuell vs. auditiv) und Expertise (Novizen vs. Experten) auf die visuelle Aufmerksamkeit und den Wissenserwerb mittels Eye-Tracking und Paper-and-Pencil Test untersucht. Die Probanden betrachteten zwei Experimentiervideos zu Wirbelströmen, die entweder gesprochene Hinweise oder hell-dunkel Kontraste mit Textfeldern enthielten.

Die Ergebnisse zeigten Unterschiede zwischen Novizen und Experten.

Novizen zeigten in Videosequenzen ohne Hinweise Blickverläufe, die durch viele und wahllos ablaufende Blicksprünge charakterisiert waren. Auditive und visuelle Hinweise lenkten die Aufmerksamkeit schnell und sicher auf relevante Bereiche im Video. Jedoch erzeugten visuelle Hinweise gleichzeitig auch ungewollte Split-Attention Effekte. Der Wissenserwerb war zudem abhängig vom Format der Hinweise.

Experten benötigten keine Hinweise, um relevante Bereiche im Video anzusehen.

In diesem Vortrag werden die Studie und deren Ergebnisse vorgestellt sowie die Bedeutung der Ergebnisse für die Praxis diskutiert.

Referenz:

Watzka, Bianca, Hoyer, Christoph, Ertl, Bernhard & Girwidz, Raimund (2020). Wirkung visueller und auditiver Hinweise in Videos zu Wirbelströmen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 142). Universität Duisburg-Essen

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Eye Tracking in der physikdidaktischen Forschung

Klein, Pascal, Küchemann, Stefan & Kuhn, Jochen

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In diesem Beitrag werden mehrere physikdidaktische Studien dargestellt, die Eye Tracking als zentrales Werkzeug der Erkenntnisgewinnung nutzen. Inhaltliche Fragestellungen betreffen das Hervorheben relevanter Informationen in graphischen Darstellungen („visual cuing“), der Zusammenhang mit visueller Aufmerksamkeit und erfolgreichem Bearbeiten von Multiple-Choice Aufgaben sowie die Auswirkung von gezielten Interventionen auf das Blickverhalten in Längsschnittstudien. Der Fokus des Vortrags liegt dabei einerseits auf den theoretischen Grundlagen zur Analyse und Interpretation von Augenbewegungen und andererseits auf methodischen Aspekten wie Studiendesign, Datenauswertung und Triangulation mit anderen Datenquellen, um die Zugänglichkeit fachdidaktischer Fragestellungen zu dem Eye Tracking Verfahren zu beurteilen.

Referenz:

Klein, Pascal, Küchemann, Stefan & Kuhn, Jochen (2020). Eye Tracking in der physikdidaktischen Forschung. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 138). Universität Duisburg-Essen

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Intervention zur Variablenkontrollstrategien in der Grundschule

Salim, Cem, Brandenburger, Martina, Mikelskis-Seifert, Silke & Schwichow, Martin

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

In der Primarstufe spielt das Experimentieren unter Beachtung der Variablenkontrollstrategien (VKS) eine wichtige Rolle. Grundschüler planen jedoch vor einer unterrichtlichen Intervention oft keine kontrollierten Experimente, da sie mehrere Variablen gleichzeitig testen wollen oder das Prinzip der Kontrolle überinterpretieren und identische Bedingungen vergleichen. Im Rahmen einer Interventionsstudie mit N = 40 Drittklässlern wurde untersucht, wie sich die Vorstellungen von Grundschulkinder bezüglich der Planung und Interpretation kontrollierter Experimente durch eine kurze direkte Instruktion verändern. Das im Prä- Post- und Follow-Up-Test eingesetzte Testinstrument unterscheidet dabei nicht nur in angemessene und unangemessene Antworten, sondern erfasst über die Distraktoren der Aufgaben auch bekannte Fehlvorstellungen bezüglich der VKS. Ein Treatment-Kontrollgruppenvergleich zeigt, dass Schüler durch eine direkte Instruktion adäquate Vorstellungen entwickeln, während die Schüler der Kontrollgruppe häufiger und konsistenter Fehlvorstellungen aufzeigen.

Referenz:

Salim, Cem, Brandenburger, Martina, Mikelskis-Seifert, Silke & Schwichow, Martin (2020). Intervention zur Variablenkontrollstrategien in der Grundschule. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 134). Universität Duisburg-Essen

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Variablenkontrollstrategien in der Grundschule

Brandenburger, Martina, Mikelskis-Seifert, Silke, Schwichow, Martin & Wilbers, Jens

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Um mit Experimenten eindeutige Aussagen über Ursache-Wirkungs-Beziehungen zu erlangen, wird beim Vergleich experimenteller Bedingungen lediglich eine Variable verändert und alle anderen konstant gehalten. Dieses grundlegende Prinzip der Erkenntnisgewinnung wird als Variablenkontrollstrategie (VKS) bezeichnet.

Studien zeigen, dass Grundschulkinder in der Lage sind, ein angemessenes Verständnis der VKS zu entwickeln (zB Chen & Klahr, 1999). Hierbei wird die VKS über vier Teilfähigkeiten (u. a. Interpretieren und Identifizieren) beschrieben. Die Ausprägungen der Teilfähigkeiten werden in Tests jedoch nur implizit gegeneinander abgegrenzt und die VKS wie ein eindimensionales Konstrukt behandelt. Um einen Überblick über die Ausprägungen der Teilfähigkeiten bei Grundschülern zu erlangen, wurde ein Test mit typischen physikalischen Kontexten des Sachkundeunterrichts (z.B. Schwimmen) entwickelt und erprobt (N~300).

Im Vortrag werden Items und Ergebnisse der Erhebung vorgestellt. Insbesondere werden die Teilfähigkeiten der VKS betrachtet und typische Schülerfehler herausgearbeitet.

Referenz:

Brandenburger, Martina, Mikelskis-Seifert, Silke, Schwichow, Martin & Wilbers, Jens (2020). Variablenkontrollstrategien in der Grundschule. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 130). Universität Duisburg-Essen

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Überzeugungen zum Aufbau
fachinhaltlicher und fachmethodischer Kompetenzen

Petermann, Verena & Vorholzer, Andreas

Beitrag auf der GDCP-Jahrestagung 2019

Naturwissenschaftliches Arbeiten als Unterrichtsmethode soll zum Aufbau sowohl fachinhaltlicher als auch fachmethodischer Kompetenzen beitragen. Im (Physik-)Unterricht werden jedoch im Zusammenhang mit dem naturwi. Arbeiten häufig primär fachinhaltliche und nur selten auch fachmethodische (z. B. Daten auswerten) Kompetenzen fokussiert. Wir vermuten, dass die unterschiedlich starke Fokussierung auch damit zusammenhängt, dass sich die sach- und selbstbezogenen Überzeugungen von Lehrkräften zum Lernen und Lehren von Fachinhalten und Fachmethoden unterscheiden. Um dieser Vermutung nachzugehen, wurde in der vorgestellten Studie ein Online-Fragebogen entwickelt und mit N = 70 Lehramtsstudierenden pilotiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich insbesondere die Überzeugungen zur expliziten Thematisierung von Konzepten, zur schülerorientierten Unterrichtsgestaltung und zu den eigenen unterrichtsbezogenen Fähigkeiten unterscheiden. Im Vortrag werden die Ergebnisse diskutiert und dargestellt, wie perspektivisch der Zusammenhang zwischen Überzeugungen und Handlungen untersucht werden soll.

Referenz:

Petermann, Verena & Vorholzer, Andreas (2020). Überzeugungen zum Aufbau
fachinhaltlicher und fachmethodischer Kompetenzen. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Jahrestagung in Wien 2019. (S. 126). Universität Duisburg-Essen

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