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Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften
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ISSN (Print) 0949-1147 - ISSN (Online) 2197-988X
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  • Fokus Experimentiermaterial: Was sollten Studierende vom Blickwinkel der
           Praxis zur Einschätzung der Schwierigkeit wissen'

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      Abstract: Zusammenfassung Studierenden sollte bereits im Studium eine theoretisch fundierte und systematisch verknüpfte Wissensbasis vermittelt werden, die ihnen die spätere berufliche Tätigkeit erleichtert. Hierzu erscheint eine begründete Auswahl an Wissenselementen notwendig, die über mehrere Phasen der Lehrerbildung relevant bleiben und die zu professionellem Handeln führen. Am Beispiel der Bewertungssituation von „Schülerschwierigkeiten beim Experimentieren“ werden aus theoretischer und empirischer Sicht Merkmale abgeleitet, die die Schwierigkeit von Experimentiermaterial beeinflussen und die Studierenden bereits im Studium als Wissenselemente für spätere Bewertungssituationen vermittelt werden könnten. Im Rahmen einer Befragung mit N= 101 Lehrpersonen wurde untersucht, inwieweit diese Merkmale auch von Lehrpersonen für Bewertungen in der Praxis herangezogen wurden. Es konnten sowohl Merkmale identifiziert werden, die von Lehrpersonen über verschiedene Experimente und Materialien hinweg als schwierigkeitserzeugend genannt wurden, als auch solche, die nur bei spezifischen Experimentiermaterialien relevant scheinen. In der Lehre könnte somit zwischen generellen und spezifischen Merkmalen zur Einschätzung der Schwierigkeit von Experimentiermaterialien unterschieden werden. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse, dass Lehrpersonen materialspezifische Merkmale nicht losgelöst von Lernvoraussetzungen der Schülerinnen und Schüler betrachten. Dementsprechend sollte den Studierenden auch vermittelt werden, dass eine Betrachtung der Schwierigkeit des Experimentiermaterials losgelöst von Schülervoraussetzungen und aufgabenspezifischen Schwierigkeiten nicht zielführend erscheint.
      PubDate: 2022-07-15
       
  • Der potentiellen Energie ein Zuhause geben – Felder als didaktisches
           Hilfsmittel im Anfangsunterricht zum Energiekonzept

    • Free pre-print version: Loading...

      Abstract: Zusammenfassung Der vorliegende Beitrag präsentiert Erkenntnisse zur Wirksamkeit eines neuen Unterrichtsansatzes zur Einführung des Energiekonzeptes mit Hilfe von Feldern. Die zentrale Bedeutung des Energiekonzeptes in Physik steht im Kontrast zu den Verständnisschwierigkeiten der Schülerinnen und Schüler, insbesondere mit der potentiellen Energie. Die Konzeptualisierung der potentiellen Energie als in Feldern gespeicherter Energie erlaubt eine physikalisch korrekte und gleichzeitig anschauliche Begründung der für Schülerinnen und Schüler verwirrenden Eigenschaften der potentiellen Energie. Wir haben deswegen einen Unterrichtsansatz entwickelt und getestet, der Felder in den Anfangsunterricht zur Energie integriert. Dazu haben wir den traditionellen formenbasierten Ansatz, Energie zu unterrichten, erweitert. In einer quasi-experimentellen Studie haben wir anschließend eine Schülergruppe (N = 43) nach dem traditionellen formenbasierten Ansatz unterrichtet und eine Gruppe (N = 47) nach dem erweiterten Ansatz, der potentielle Energieformen als in entsprechenden Feldern gespeicherte Energie konzeptualisiert. Neben den kognitiven Fähigkeiten als Kovariate wurden das Verständnis vom Energie- und Feldkonzept als abhängige Variablen erfasst. Die Ergebnisse zeigen zunächst, dass die Schülerinnen und Schüler des erweiterten Ansatzes im Energietest schlechter abschneiden als die Schülerinnen und Schüler des traditionellen Ansatzes. Eine Untersuchung des Einflusses des Felderverständnisses auf den Effekt der Intervention ergibt jedoch, dass die nach dem erweiterten Ansatz unterrichteten Schülerinnen und Schüler wesentliche Aspekte des Feldkonzeptes verstehen und dass sich dieses Verständnis positiv auf ihr Verständnis von Energie auswirken könnte. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Feldkonzept ein Mittel zur Entwicklung eines besseren Energieverständnisses sein könnte, dessen Einfluss auf das zukünftige Lernen über Energie weiter untersucht werden sollte.
      PubDate: 2022-07-13
       
  • Modellierung der Struktur der Variablenkontrollstrategie und Abbildung von
           Veränderungen in der Grundschule

    • Free pre-print version: Loading...

      Abstract: Zusammenfassung Die Variablenkontrolle ist bei der Planung und Durchführung von Experimenten von besonderer Bedeutung, weil sie eindeutige Aussagen über Beziehungen zwischen Ursache und Wirkung zulässt. Ihre Anwendung ist daher ein eigenständiges Lernziel des naturwissenschaftlichen Sachunterrichts und Gegenstand zahlreicher empirischer Studien. Entsprechende Fähigkeiten werden unter dem Begriff Variablenkontrollstrategie (VKS) zusammengefasst und beinhalten die vier Teilfähigkeiten: 1) Planung kontrollierter Experimente, 2) Identifizierung kontrollierter Experimente, 3) Interpretation der Ergebnisse kontrollierter Experimente und 4) Verständnis der fehlenden Aussagekraft unkontrollierter Experimente. Bisherige Studien zeigen starke positive Veränderungen bezüglich der VKS während der Grundschulzeit. Allerdings erfassen sie oft nur eine Teilfähigkeit bzw. differenzieren in ihren Analysen nicht zwischen unterschiedlichen Teilfähigkeiten oder dem Einfluss der Fachkontexte der Aufgaben. Wir haben zur Erfassung der VKS in der Grundschule ein Testinstrument im Multiple-Choice-Format entwickelt, welches Aufgaben zu den Teilfähigkeiten Identifizierung und Interpretation in unterschiedlichen Fachkontexten enthält. Das Instrument wurde in einer Querschnittstudie mit N = 415 Zweit- bis Viertklässler*innen eingesetzt. Entgegen bisherigen Befunden zeigen die Ergebnisse einer Rasch-Analyse eine mehrdimensionale Struktur der VKS entsprechend den Teilfähigkeiten. Die Fachkontexte der Aufgaben haben keinen Einfluss auf die Dimensionalität. Die Schwierigkeitsstruktur von Aufgaben wird durch die angesprochene Teilfähigkeit (Identifizierung ist einfacher als Interpretation) und den gewählten Aufgabentyp (z. B. Wahl der Distraktoren nach Schülervorstellungen) beeinflusst. Darüber hinaus wurde eine unterrichtliche Förderung der VKS untersucht (N = 44), um abzuschätzen, inwiefern das entwickelte Testinstrument erwartete Veränderungen hinsichtlich der VKS abbildet. Die gemessenen Veränderungen werden in diesem Beitrag in Relation zur Querschnittsstudie gesetzt. Abschließend werden die Konsequenzen unserer Befunde für die Messung und Förderung der VKS in der Grundschule diskutiert.
      PubDate: 2022-04-08
      DOI: 10.1007/s40573-022-00140-x
       
  • Welche Rolle spielt das fachdidaktische Wissen von
           Biologie-Referendar*innen für die Qualität ihrer
           Unterrichtsentwürfe'

    • Free pre-print version: Loading...

      Abstract: Zusammenfassung Die Unterrichtsplanung ist eine der Kernaufgaben von Lehrkräften. Insbesondere schriftliche Unterrichtsentwürfe gehören zum festen Bestandteil der Lehrkräftebildung. In ihnen zeigt sich das fachdidaktische Wissen (PCK), das in der Entwicklung und Begründung des Unterrichts genutzt wird und das als Prädiktor für hohe Unterrichtsqualität einerseits und für Lernerfolg von Schüler*innen andererseits gilt. Empirische Untersuchungen zu Unterrichtsentwürfen im Fach Biologie sowie zur Bedeutung des PCK in der Planung sind bislang rar, obwohl eine Untersuchung der Planungsprodukte angehender Biologie-Lehrkräfte Aufschluss darüber geben könnte, in welchen Bereichen die Ausbildungsinstitutionen der ersten und zweiten Phase der Lehrkräftebildung noch stärker unterstützend einwirken könnten. In der vorliegenden Studie werden Staatsexamensentwürfe im Fach Biologie (N = 46) untersucht, indem PCK-Elemente und ihre Vernetzungen mittels einer qualitativen Inhaltsanalyse identifiziert werden und analysiert wird, in welchen Aspekten sich gelungene von weniger gelungenen Unterrichtsentwürfen unterscheiden. Die Ergebnisse liefern Hinweise, dass die Qualität eines Unterrichtsentwurf mit der Vernetztheit des PCK korreliert. Allerdings zeigt ein qualitativer Fallvergleich, dass auch sehr gute Entwürfe eher schwach ausgeprägtes PCK enthalten können und vice versa, so dass die Anzahl der PCK-Verbindungen allein keinen hinreichenden Qualitätsindikator darstellt. Anhand ausgewählter Beispiele wird beschrieben und diskutiert, inwiefern sich in der Berücksichtigung von PCK-Elementen qualitative Unterschiede identifizieren lassen und welche Aspekte in Unterrichtsentwürfen besonders berücksichtigt werden sollten.
      PubDate: 2022-04-06
      DOI: 10.1007/s40573-022-00141-w
       
  • MaSter-Bio – Messinstrument für das akademische Selbstkonzept zum
           technologiebezogenen Professionswissen von angehenden Biologielehrpersonen
           

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      Abstract: Zusammenfassung Digitale Technologien können – sinnvoll eingesetzt – das Lernen befördern. Ob jedoch die Potenziale digitaler Technologien im Regelunterricht tatsächlich genutzt werden, hängt zu einem relevanten Maß von der Lehrperson und ihrer Bereitschaft zur Nutzung ab. Hierbei ist nicht zuletzt das akademische Selbstkonzept der Lehrpersonen in Bezug auf das technologiebezogene Professionswissen (technological pedagogical content knowledge – TPACK) von Bedeutung. Um dieses Konstrukt in seiner Tiefe zu verstehen oder den Erfolg von Förderangeboten abschätzen zu können, ist die valide und reliable Messung des akademischen Selbstkonzeptes zum technologiebezogenen Professionswissen wichtig. In diesem Beitrag wird der MaSter-Bio als ein Messinstrument für das akademische Selbstkonzept zum technologiebezogenen Professionswissen von angehenden Biologielehrpersonen vorgestellt. Bei seiner Entwicklung wurden die aktuelle Forschung zum akademischen Selbstkonzept und zum technologiebezogenen Professionswissen, die Nutzbarkeit im deutschsprachigen Raum sowie eine spezifische Ausschärfung für den Biologieunterricht berücksichtigt. Reliabilität und Validität wurden an einer Stichprobe von 403 angehenden Biologielehrpersonen überprüft. Mit dem Instrument können die sieben angenommenen Subskalen des Konstrukts reliabel erfasst werden und es liegen Hinweise für diskriminante und konvergente Validität vor.
      PubDate: 2022-04-05
      DOI: 10.1007/s40573-022-00137-6
       
  • Das Schülerlabor als Ort authentischer Wissenschaftsvermittlung'
           Entwicklung und Validierung eines Fragebogens zur Erfassung der
           Authentizitätswahrnehmung der Wissenschaftsvermittlung im Schülerlabor

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      Abstract: Zusammenfassung Im vorliegenden Beitrag wird ein Fragebogen zur mehrdimensionalen Erfassung der Wahrnehmung von Authentizität in der Wissenschaftsvermittlung (FEWAW) vorgestellt. Die Entwicklung des Messinstruments mit den Authentizitätsdimensionen Vermittler, Ort, Vorgehen und Innovation erfolgte auf der Grundlage theoretischer Modelle zur Wahrnehmung von Authentizität der Wissenschaftsvermittlung. In einer Validierungsstudie mit N = 337 Schülerinnen und Schülern im Alfried Krupp-Schülerlabor der Ruhr-Universität Bochum konnte die faktorielle Struktur mittels konfirmatorischer Faktorenanalysen bestätigt werden. Die internen Konsistenzen der vier Dimensionen sind zufriedenstellend (Cronbachs α ≥ 0,81). Außerdem konnte die Messinvarianz des Instruments für das Geschlecht sowie die Klassenstufe bestätigt werden. Die Zusammenhänge der Authentizitätsdimensionen mit Außenkriterien, wie z. B. epistemologischen Überzeugungen, liefern weitere Hinweise auf die Validität des Messinstruments. Insgesamt stellt der FEWAW ein geeignetes Instrument für die mehrdimensionale Erfassung der Authentizitätswahrnehmung in der Wissenschaftsvermittlung dar.
      PubDate: 2022-04-01
      DOI: 10.1007/s40573-022-00139-4
       
  • Nutzungsverhalten von Lehrkräften bei der Implementierung einer
           physikdidaktisch innovativen Unterrichtskonzeption

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      Abstract: Zusammenfassung Eine zentrale Aufgabe fachdidaktischer Forschung stellt die Verbesserung schulischen Unterrichts dar. Die freie Bereitstellung wirksamer Unterrichtskonzeptionen zur Unterstützung des Selbststudiums von Lehrkräften bildet eine Strategie für eine flächendeckende Implementierung fachdidaktischer Innovationen. Allerdings etablieren sich zahlreiche, empirisch erfolgreich evaluierte Unterrichtskonzeptionen nicht nachhaltig an Schulen. Daher untersucht das vorliegende Forschungsvorhaben den Implementationsprozess solcher Materialien unter authentischen Bedingungen. Dazu wurde kriteriengeleitet eine evidenzbasierte, fachdidaktisch innovative Unterrichtskonzeption ausgewählt: das Münchener Unterrichtskonzept zur Quantenmechanik (MILQ). Diese wurde den teilnehmenden Lehrkräften fakultativ zur Verfügung gestellt. Mittels Fallstudien wurde die Implementierung von MILQ von elf Lehrkräften durch halbstandardisierte Interviews zu Beginn und am Ende einer Unterrichtsreihe zur Quantenmechanik sowie zwei Unterrichtsbeobachtungen mit je einem anschließenden stimulated recall explorativ erfasst. Die Probanden setzten sich überwiegend heuristisch mit MILQ auseinander und implementierten vor allem Elemente auf Sichtstrukturebene im Unterricht, die konform zu ihren bisherigen Vorstellungen waren. Dadurch wurde das fachdidaktische Innovationspotential nicht ausgeschöpft. Bezeichnend ist, dass der empirische Wirksamkeitsnachweis von MILQ für die Beurteilung der Lehrkräfte nicht relevant war, was aus theoretischer Sicht bislang als ein zentrales Argument der Bereitstellungsstrategie zur Implementierung fachdidaktischer Innovation angenommen wurde.
      PubDate: 2022-03-31
      DOI: 10.1007/s40573-022-00138-5
       
  • Der Simulierte Klassenraum Biologie – Erfassung deklarativen und
           prozeduralen Wissens bei Lehramtsstudierenden der Biologie

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      Abstract: Zusammenfassung In der Lehrerprofessionalisierungsforschung werden zahlreiche Studien durchgeführt, die sich intensiv mit verschiedenen Wissensbereichen – fachliches, fachdidaktisches und pädagogisches Wissen – beschäftigen. Vernachlässigt werden häufig spezifische Wissenstypen, die nach psychologischen Ansätzen in deklaratives und prozedurales Wissen differenziert werden. Vor diesem Hintergrund untersucht die vorliegende Studie die verschiedenen Bereiche des Professionswissens angehender Biologiestudierenden (N = 51) zur Evolution und versucht gleichzeitig, erste Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen dem deklarativen und prozeduralen Wissen zu gewinnen. Zu diesem Zweck wird eine Kombination zweier Instrumente verwendet - ein Fragebogen zur Evolution, der das deklarative Wissen misst - und der Simulierte Klassenraum Biologie (SKRBio), der das prozedurale Wissen im Bereich der Diagnosefähigkeit erfasst. Im SKRBio können die Lehramtsstudierenden Fragen zur natürlichen Selektion an virtuelle Schüler*innen richten, woraufhin die gegebenen Antworten und die gezeigten Leistungen diagnostiziert werden müssen. Die Ergebnisse im SKRBio zeigen, dass die Lehramtsstudierenden in der Lage sind, die wissenschaftliche Korrektheit der virtuellen Schülerantworten zu beurteilen (91% Diagnoserate). Größere Schwierigkeiten werden bei der Diagnose spezifischer Fehlvorstellungskategorien innerhalb der virtuellen Schülerantworten identifiziert (59% Diagnoserate). Zwischen dem deklarativen und dem prozeduralen Wissens zeigten sich schwache bis moderate Zusammenhänge. Erwartungswidrige Ergebnisse lieferten die differenzierten Zusammenhangsanalysen zwischen deklarativem und prozeduralem Wissen innerhalb eines Wissensbereichs. Diese Befunde zeigen, dass deklaratives und prozedurales Wissen angehender Lehrer*innen zusammenhängen. Weitere Replikationsstudien könnten dazu beitragen, die beobachteten Unterschiede in den Zusammenhangsgrößen innerhalb der Wissensbereiche zu erklären. In Zukunft könnte der SKRBio eine simulierte Klassenraumumgebung darstellen, um Lehramtsstudierenden neben den schulpraktischen Phasen die Möglichkeit zu geben, prozedurales Wissen anzuwenden und trainieren zu können.
      PubDate: 2021-12-01
      DOI: 10.1007/s40573-021-00136-z
       
  • Eine Mikroanalyse von Chemieunterricht – Einsatz und Perzeption von
           Triggern für situationales Interesse

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      Abstract: Zusammenfassung Die Gestaltung eines interessefördernden (Chemie‑)Unterrichts ist Anspruch von Unterricht und bildungswissenschaftlicher sowie fachdidaktischer Forschung. Gemäß des 4‑Phasen-Modells der Interessenentwicklung ist es sinnvoll, auf die Förderung des labileren situationalen Interesses zu fokussieren, da dies den Ausgangspunkt zur Entwicklung eines stabileren individuellen Interesses darstellen kann. Faktoren, sogenannte Trigger, die in verschiedensten Studien als potenziell interessefördernd identifiziert worden sind, sind vielfältig. Trotz einer langen Forschungstradition ist bis heute unklar, welche Auswirkungen der Einsatz von kombinierten Triggern im Unterricht auf das situationale Interesse hat und inwiefern Lernercharakteristika die Perzeption von Triggern beeinflusst. Daher wurde eine explorative Beobachtungsstudie im Chemieunterricht in neun gymnasialen Klassen der achten Jahrgangsstufe durchgeführt. Mittels einer qualitativen Inhaltsanalyse konnten unterschiedliche Trigger extrahiert und verschiedenen Unterrichtsphasen zugeordnet werden. Der Einsatz von Alltagskontexten wurde bspw. am häufigsten in Einstiegsphasen gefunden. Weiterhin wurde der Einfluss des mittleren situationalen Interesses der Lernenden auf die Wahrnehmung von Triggern untersucht: Experimente werden von niedriginteressierten Lernenden generell als interessant wahrgenommen, während die Wahrnehmung der Hochinteressierten differenzierter bezüglich u. a. der Einbettung in den Unterricht ist. Auf Basis der Ergebnisse werden erste Hypothesen zu möglichen Wirkmechanismen aufgestellt.
      PubDate: 2021-12-01
      DOI: 10.1007/s40573-020-00122-x
       
  • Die Anwendung naturwissenschaftlicher Untersuchungsmethoden inklusiv
           gestalten – Naturwissenschaftsdidaktische Theorie und Empirie erweitern
           mit dem Kategoriensystem inklusiver naturwissenschaftlicher Unterricht
           (KinU)

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      Abstract: Zusammenfassung Zur Verknüpfung von etablierten und typischen Themenfeldern des naturwissenschaftlichen Unterrichts mit inklusiver Pädagogik wurde ein systematisches Literaturreview zur Ableitung des umfassenden Kategoriensystems inklusiver naturwissenschaftlicher Unterricht (KinU) durchgeführt. In einer vorherigen Publikation sind das detaillierte methodische Vorgehen sowie die methodische Diskussion zur besseren intersubjektiven Nachvollziehbarkeit veröffentlicht (www.leuphana.de/inclusive-science-education). In diesem Artikel wird das Kategoriensystem inhaltlich diskutiert, inwieweit sich die Ergebnisse und Implikationen aus der Literatur zur Umsetzung inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts mit den Erkenntnissen aus der naturwissenschaftsdidaktischen Theorie und Empirie ohne expliziten Inklusionsbezug überschneiden oder diese ergänzen. Der Vergleich wird exemplarisch zu „naturwissenschaftliche Untersuchungsmethoden inklusiv gestalten“ durchgeführt, was mit n = 126 Kategorien die größte der 16 Hauptkategorien des KinU (N = 935) darstellt. Dieser Vergleich wird entlang von Aktionen, Ausführungsformen, Funktionen, experimenteller Kompetenz und Offenheit naturwissenschaftlicher Untersuchungsmethoden strukturiert. Die Ergebnisse zeigen, dass in der naturwissenschaftsdidaktischen Theorie und Empirie ohne expliziten Inklusionsbezug der naturwissenschaftsbezogene Gegenstandsbereich detailliert beschrieben wird und die Anforderungen an die Schüler*innen bzgl. dieses Gegenstands herausgestellt werden. Um inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht zu bestimmen, ist es notwendig, konkrete Zugänge speziell für etablierte und typische Themenfelder des naturwissenschaftlichen Unterrichts zu schaffen. Ein wesentlicher Mehrwert zu der allgemein naturwissenschaftsdidaktischen Literatur liegt darin, dass in den Publikationen mit Inklusionsbezug beschrieben wird, wie der naturwissenschaftliche Gegenstand modifiziert werden kann und welche zusätzlichen Angebote gemacht werden können, damit alle Schüler*innen an diesem Gegenstand mit dem Ziel der naturwissenschaftlichen Grundbildung partizipieren können. Die konkreten Erweiterungen diesbezüglich werden entlang des KinU zusammengefasst dargestellt.
      PubDate: 2021-12-01
      DOI: 10.1007/s40573-021-00135-0
       
  • Verfügbarkeit und Zielsetzungen digitalisierungsbezogener
           Lehrkräftefortbildungen für naturwissenschaftliche Lehrkräfte in
           Deutschland

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      Abstract: Zusammenfassung Lehrkräfte sind essentiell für die Integration digitaler Technologien in Schule und Unterricht. Ihre Qualifizierung für diese Aufgabe ist daher in allen Phasen der Lehrkräfteausbildung von zentraler Bedeutung, zumal nur etwa ein Drittel der derzeit im aktiven Schuldienst befindlichen Lehrkräfte während des Studiums Lerngelegenheiten zu einem digitalisierungsbezogenen Kompetenzaufbau hatte. Trotz des Wunsches nach einer digitalisierungsbezogenen Qualifikation besuchen deutsche Lehrkräfte jedoch vergleichsweise selten Fortbildungen. Neben fehlender Passung des Fortbildungsangebots könnte für diese Diskrepanz ein unzureichendes Angebot verantwortlich sein. Wir untersuchen in dieser Studie, welche Fortbildungsangebote in 12 von 16 Bundesländern explizit für naturwissenschaftliche Lehrkräfte über staatliche Fortbildungskataloge angeboten wurden, welche Kompetenzbereiche des Orientierungsrahmens „Digitale Kompetenzen für das Lehramt in den Naturwissenschaften“ (DiKoLAN) die Fortbildungen adressieren und inwieweit die in den Fortbildungen adressierten didaktischen Funktionen die Lehrkräfte bei der Ausbringung von Distanzunterricht während der Schulschließungen 2020 hätten unterstützen können. Insgesamt werden 90 Fortbildungen identifiziert und damit zu wenige, um die Zielsetzungen der Kultusminister Konferenz-Strategie „Bildung in der digitalen Welt“ angemessen zu verfolgen. Aus den Angeboten lassen sich kaum Hinweise auf Faktoren ablesen, die der individuellen Lehrkraft einen kumulativen Kompetenzaufbau ermöglichen. Fast alle Fortbildungsangebote adressieren für Naturwissenschaftslehrkräfte relevante Kompetenzbereiche des DiKoLAN-Orientierungsrahmens, ein Teil ist geeignet, Lehrkräfte die didaktischen Funktionen zu vermitteln, die auch bei der Ausbringung von Distanzunterricht genutzt werden können.
      PubDate: 2021-10-05
      DOI: 10.1007/s40573-021-00134-1
       
  • Einfluss visueller Hilfen und räumlicher Fähigkeiten auf die graphische
           Interpretation von Vektorfeldern: Eine Eye-Tracking-Untersuchung

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      Abstract: Zusammenfassung Ein solides Verständnis physikalischer Konzepte erfordert den Umgang mit multiplen Repräsentationen wie Formeln und Diagrammen zur Bildung kohärenter mentaler Modelle. Bei komplexen Sachverhalten haben Studierende häufig Schwierigkeiten mit solchen repräsentationalen Verknüpfungen und benötigen deshalb instruktionale Unterstützung. In diesem Beitrag wird der Einfluss von zwei Instruktionen (mit und ohne visuelle Hilfen; VH vs. OH) zur graphischen Interpretation eines Vektorfelddiagramms hinsichtlich Divergenz auf die Leistungsfähigkeit von \(N=141\) Studierenden untersucht. Beim Lesen der Instruktion und der anschließenden Aufgabenbearbeitung wurden die Augenbewegungen mit einem Eye-Tracker aufgenommen. Die Ergebnisse zeigen, dass Studierende in der VH-Gruppe ( \(N=64\) ) eine bessere Testleistung erzielten als Studierende der OH-Gruppe ( \(N=77\) ). Der Unterschied ist am stärksten ausgeprägt für die Studierendengruppen mit hohen und mittelstarken räumlichen Fähigkeiten, die im Vorfeld der Untersuchung mittels eines standardisierten Raumspannentests ermittelt wurden. Die Eye-Tracking-Analysen zum Lesen der Instruktionen zeigen, dass den Studierenden mit visuellen Hilfen die Selektion, Organisation und Integration lernrelevanter Informationen im Sinne der kognitionspsychologischen Theorie multimedialen Lernens besser gelingen als Studierenden der OH-Gruppe. Die Analyse der Eye-Tracking-Daten beim anschließenden Problemlösen ergibt, dass Studierende mit VH-Instruktion ihre Augen systematischer über die Vektorfelddiagramme bewegen, was eine korrekte Anwendung der vermittelten Strategie indiziert. Neben dem modellprüfenden Charakter und der Bedeutung visueller Hilfen zeigt die Studie das diagnostische Potential von Eye-Tracking bei Aufgaben mit hohen Ansprüchen an die kognitiv-visuellen Fähigkeiten.
      PubDate: 2021-08-16
      DOI: 10.1007/s40573-021-00133-2
       
  • Erratum zu: Qualitative Inhaltsanalyse in naturwissenschaftsdidaktischer
           Forschung unter Berücksichtigung von Gütekriterien: Ein Review

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      PubDate: 2021-07-02
      DOI: 10.1007/s40573-021-00132-3
       
  • Was ist schwierig am Modellieren' Identifikation und Beschreibung von
           Hindernissen in Modellierungsprozessen von Lehramtsstudierenden
           naturwissenschaftlicher Fächer

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      Abstract: Zusammenfassung Die Entwicklung von Modellkompetenz im naturwissenschaftlichen Unterricht kann potenziell zur Erreichung vielfältiger Ziele naturwissenschaftlicher Bildung beitragen. Studien deuten allerdings darauf hin, dass Modellierungsprozesse, in denen Modelle kritisch reflektiert oder als Werkzeuge zur Erkenntnisgewinnung eingesetzt werden, im Unterricht eher selten umgesetzt werden und dass Lehrkräfte in Bezug auf Fähigkeiten des naturwissenschaftlichen Modellierens weitere Förderung benötigen. Das Ziel der vorliegenden Studie ist die Identifikation und Beschreibung von Hindernissen, die in Modellierungsprozessen von Lehramtsstudierenden naturwissenschaftlicher Fächer auftreten. Hierzu wurden die Modellierungsprozesse von 36 Lehramtsstudierenden naturwissenschaftlicher Fächer bei der Untersuchung einer Blackbox qualitativ-inhaltsanalytisch ausgewertet. Es konnten 13 verschiedene Hinderniskategorien identifiziert und beschrieben werden. Die identifizierten Hinderniskategorien weisen teils Parallelen zum Experimentieren und naturwissenschaftlichen Arbeiten allgemein auf: Spezifische Hinderniskategorien für das Modellieren ergeben sich dagegen beim Umgang mit Analogien und Erfahrungen und treten vor allem beim Testen des entwickelten Modells auf. Basierend auf vorherigen Arbeiten wurden zudem die Modellierungsprozesse der Lehramtsstudierenden analysiert und sechs typischen Modellierungsstrategien zugeordnet. Es scheint kein eindeutiger Zusammenhang zwischen den identifizierten Hindernissen und den Modellierungsstrategien vorzuliegen, da ProbandInnen, die ähnlichen Hindernissen begegnen, sich hinsichtlich ihrer Modellierungsstrategien teils deutlich unterscheiden. Es wird diskutiert, inwiefern die identifizierten Hinderniskategorien für die weitere Entwicklung von Diagnoseinstrumenten und zur gezielten Planung von Förderangeboten genutzt werden können.
      PubDate: 2021-06-28
      DOI: 10.1007/s40573-021-00131-4
       
  • Kompetenzmodell der Modellierkompetenz – Die Rolle abduktiven
           Schließens beim Modellieren

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      Abstract: Zusammenfassung In diesem theoretischen Beitrag wird das Kompetenzmodell der Modellkompetenz durch Integration der Theorie des abduktiven Schließens ausdifferenziert und als Kompetenzmodell der Modellierkompetenz präsentiert. Abduktives Schließen in der Biologie heißt, ein biologisches Phänomen durch einen kausalen Rückschluss theoriebasiert oder kreativ bestmöglich zu erklären. Kreativität innoviert im Sinne der Erkenntnisgewinnung durch neues theoretisches Wissen den Prozess des Modellierens. Im ausdifferenzierten Kompetenzmodell wird abduktiv schließendes Erklären als neues Niveau hinzugefügt. Beim abduktiv schließenden Erklären bildet die Herstellung eines Modells die Basis für einen sich möglicherweise anschließenden deduktiven Überprüfungsprozess. Dieser umfasst bei der Anwendung des Modells das Ableiten von Hypothesen aus dem Modell und deren Testung. Bei dieser Anwendung eines Modells als Forschungswerkzeug stehen, im Gegensatz zur Anwendung als verständniserzeugendes Medium, prozedurale sowie epistemische Aspekte des Modellierens im Vordergrund. Fachdidaktische Arbeiten aus verschiedenen Disziplinen weisen auf die Bedeutung des abduktiven Schließens beim Modellieren hin. Ausgehend davon stellt sich die Frage, ob und wie abduktives Schließen beim Modellieren auf der Basis von theoretischem Fachwissen oder kreativer Innovation die Bedeutung eines Modells als Forschungswerkzeug hervorhebt. Die Berücksichtigung des abduktiven Schließens beim Modellieren stößt Vorhaben in drei Forschungsbereichen an: (1) Bezogen auf Grundlagenforschung gilt es zu klären, inwieweit die erfolgreiche Modellierung eines Phänomens von theoretischen Vorkenntnissen abhängt. (2) Bezogen auf die Erfassung von Modellierkompetenz ist zu prüfen, inwieweit unterschiedliche biologische Kontexte abduktives Schließen anregen. (3) Mit Blick auf eine Förderung von Modellierkompetenz ist zu untersuchen, inwieweit beim Modellieren biologisches Fachwissen für abduktives Schließen bei der Herstellung eines Modells dabei hilft, in eine deduktive Modellanwendung überzuleiten.
      PubDate: 2021-06-11
      DOI: 10.1007/s40573-021-00129-y
       
  • Die Wirkung der Authentizität von Lernort und Laborgeräten auf das
           situationale Interesse und die Relevanzwahrnehmung beim Besuch eines
           naturwissenschaftlichen Schülerlabors

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      Abstract: Zusammenfassung Als besonderes Merkmal von Schülerlaboren, die u. a. das Interesse an Naturwissenschaften fördern sollen, wird häufig die Authentizität der Lernumgebung genannt. Allerdings besteht Klärungsbedarf, welche Gestaltungsaspekte von authentischen Lernsettings interesseförderlich wirken. Die Faktoren Authentizität des Lernorts und Echtheit der Laborgeräte standen daher bei der hier beschriebenen quasi-experimentellen Interventionsstudie im 2 × 2-faktoriellen Design im Vordergrund. Untersucht wurde die Wirkung dieser Faktoren auf das situationale Interesse sowie auf die subjektiv wahrgenommene inhaltliche Relevanz und die wahrgenommene Authentizität der Laborgeräte beim Besuch eines forschungsnahen, naturwissenschaftlichen Schülerlabors. Dazu wurde ein Workshop zur Infrarotfernerkundung entwickelt und mit insgesamt 166 Schüler*innen der zehnten Klasse an unterschiedlich authentischen Lernorten (Schülerlabor vs. Schule) durchgeführt. Kontrastierend kamen an beiden Orten echte High-End-Laborgeräte, die im Allgemeinen nur Forschungseinrichtungen zur Verfügung stehen, bzw. vereinfachte, für Schulen verfügbare, weniger authentische Low-Cost-Geräte zum Einsatz. Die Arbeit mit den echten Laborgeräten führte unabhängig vom Lernort zu einer stärkeren Authentizitätswahrnehmung. Die Wahrnehmung inhaltlicher Relevanz hingegen war unabhängig von den Laborgeräten und wurde am authentischen Lernort signifikant höher bewertet als in der Schule. Das situationale epistemische Interesse war in der Gruppe am größten ausgeprägt, die am authentischen Lernort mit echten Laborgeräten arbeiten konnte.
      PubDate: 2021-06-10
      DOI: 10.1007/s40573-021-00128-z
       
  • Angebot, Nutzung und Ertrag von Konzeptwechseltexten zu Neuromythen bei
           angehenden Biologielehrkräften

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      Abstract: Zusammenfassung Lehrkräftebildung hat das Ziel, Studierende zu Fachleuten für das Lehren und Lernen auszubilden. Empirische Studien zeigen jedoch sowohl bei angehenden als auch praktizierenden Lehrkräften eine hohe Zustimmung zu Fehlvorstellungen zum Thema Gehirn und Lernen – sogenannten Neuromythen. In der vorliegenden Studie wird in einem Mixed-Model-Design (N = 40) mit quantitativen und qualitativen Forschungsmethoden und vor dem theoretischen Hintergrund eines Angebots-Nutzungs-Modells untersucht, inwiefern sich durch eine universitäre Lehrveranstaltung mit Konzeptwechseltexten die Zustimmung angehender Biologielehrkräfte zu Neuromythen verändern lässt. Dazu wurde ein Seminar entwickelt und durchgeführt, in dem neun Konzeptwechseltexte eingesetzt wurden. Quantitative Daten wurden zu drei Messzeitpunkten mittels Fragebogen erhoben, qualitative Daten semesterbegleitend mittels offener Aufgaben zu Konzeptwechseltexten. Durch die systematische Verschränkung der Daten wurden Gelingensbedingungen für den Ertrag des Lernangebots geprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass angehende Biologielehrkräfte Neuromythen nicht nur zustimmen, sondern fachlich nicht angemessene und subjektiv-biografische Argumente für Neuromythen nennen. Trotz identifizierter Optimierungsmöglichkeiten bei Angebot und Nutzung der Konzeptwechseltexte für/durch die Studierenden zeigen die quantitativen Ergebnisse, dass sich die Zustimmung zu Neuromythen durch das Seminar mit Konzeptwechseltexten nachhaltig und mit mittleren bis hohen Effektstärken reduzieren lässt. Die qualitativen Ergebnisse zeigen, dass die Argumente angehender Lehrkräfte für Neuromythen breit gestreut sind und nur zu 37–76 % mit den Inhalten der konzipierten Konzeptwechseltexte übereinstimmen. Die Nachbereitung der Konzeptwechseltexte durch die Studierenden verblieb in vielen Fällen auf niedrigem Niveau. Passung des Lehr-Lern-Materials sowie Nachbereitungsniveau erwiesen sich jedoch nicht als Gelingensbedingungen für den Ertrag des Lernangebots. Insgesamt stützen die Ergebnisse, dass das Aufgreifen und Reflektieren von Fehlvorstellungen eine gewinnbringende Perspektive für die Lehrkräftebildung darstellt.
      PubDate: 2021-04-27
      DOI: 10.1007/s40573-021-00127-0
       
  • Studienerfolg von Fachstudierenden im Anfangsstudium der Biologie

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      Abstract: Zusammenfassung Besonders in den naturwissenschaftlichen Studiengängen brechen viele Studierende ihr Studium ab. Bislang war ein Studium der Biologie davon eher weniger betroffen. In den letzten Jahren zeichnet sich für Deutschland auch im Bachelorstudium Biologie der Trend einer steigenden Studienabbruchsquote ab. Empirisch begründete Studienberatungen und fundierte Unterstützungsangebote könnten hier geeignete Maßnahmen sein. Die individuellen Voraussetzungen wie Noten, soziodemographische und motivationale Faktoren, Fachwissen, sowie die Lebens- und Studienbedingungen und das Studier- und Lernverhalten (z. B. Lernstrategien und -motivation) sind relevante Faktoren für den Studienerfolg. Bislang fehlen für das Biologiestudium in Deutschland allerdings weitgehend Untersuchungen hierzu. Daher prüft diese Studie schulisches und universitäres Wissen sowie Lernstrategien als Erfolgsprädiktoren für den Studienerfolg im biologiebezogenen Anfangsstudium, da diese geeignet erscheinen in der kritischen Phase des Studienbeginns mögliche Präventionsmaßnahmen abzuleiten. Die Ergebnisse legen nahe, dass auch über den üblicherweise starken Prädiktor der Abiturnote hinaus universitäres Fachwissen, Zeitmanagement und Anstrengung den Studienerfolg in Biologie vorhersagen. Auf Basis dieser Ergebnisse lassen sich universitäre Maßnahmen ableiten, die potenziell zu einer Reduzierung des Studienabbruchs beitragen könnten.
      PubDate: 2021-03-11
      DOI: 10.1007/s40573-021-00123-4
       
  • Entwicklung und empirische Validierung eines kontextorientierten
           Skalenmodells zur Erfassung des Interesses von Schüler*innen am
           Klimawandel

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      Abstract: Zusammenfassung Der Klimawandel stellt eine der wesentlichen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar und gilt durch seine Struktur als hochrelevantes Thema im Geographieunterricht. Gleichzeitig stellt Interesse eine der zentralen themenspezifischen Voraussetzungen für fachliches Lernen dar. Bezogen auf den Klimawandel ist dieses bisher allerdings nur in Ansätzen erforscht. Die vorliegende Studie entwickelte daher auf Basis themenspezifischer sowie geographiedidaktischer Vorüberlegungen einen Fragebogen zur Erfassung kontextbezogenen Schüler*inneninteresses am Klimawandel. Im Zuge einer Faktorenanalyse ergaben sich fünf eindeutige Faktoren mit jeweils angemessenen bis hohen Reliabilitätswerten. Auf Ebene der unterrichtlichen Kontexte zeigten sich die lebensweltlich orientierten und individuell geprägten Kontexte Handlung sowie räumliche Nähe als besonders gewichtige Determinanten des Schüler*inneninteresses. Weiterhin ergab sich der Kontext Messung/Methodik. Mit Blick auf die fachlich-inhaltliche Struktur des Themas konnten die Faktoren globale Ursachen sowie Folgen als interesseleitend identifiziert werden. Es zeigte sich, dass das Interesse am Klimawandel vor allem durch die Lebenswelt sowie den Alltag der Schüler*innen betreffende Kontexte (z. B. den Nah‑/Heimatraum) determiniert wird. Die inhaltlichen Facetten des Themas spielen – zumindest soweit diese Kontexte berührt werden – eine nachgeordnete Rolle. Somit liegt ein hochreliables Verfahren zur Erfassung des Schüler*inneninteresses am Klimawandel gegen Ende der Sekundarstufe I vor, das eine Ausdifferenzierung des derzeitigen Forschungsstandes sowie eine interessenbezogene Wirksamkeitsprüfung unterrichtlicher Interventionen ermöglicht.
      PubDate: 2021-02-18
      DOI: 10.1007/s40573-021-00125-2
       
  • Erforschung potenzieller Entwicklungsverläufe diagnostischer Fähigkeiten
           angehender Chemielehrkräfte hinsichtlich Lernendenvorstellungen – Die
           Bedeutung individueller Vorstellungen über Lernendenvorstellungen

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      Abstract: Zusammenfassung In den naturwissenschaftlichen Fächern ist die Diagnose von individuellen Lernendenvorstellungen aufgrund ihrer Bedeutung für Lehr-Lernprozesse ein zentrales Element der Lehrkräfteprofessionalisierung. In vielen Modellierungen zum Professionswissen von Lehrkräften finden sich daher Elemente zum Umgang mit Lernendenvorstellungen. Zusätzlich existieren für einzelne naturwissenschaftliche Fächer erste ausführliche Beschreibungen der inhaltlichen und methodischen Güte von diagnostischen Fähigkeiten. Gleichzeitig zeigen einige Studien, dass angehende Lehrkräfte verschiedenste Schwierigkeiten mit einer Durchführung einer formellen Diagnose von Lernendenvorstellungen haben. Wenige Erkenntnisse existieren bislang in Bezug auf die Entwicklung derartiger diagnostischer Fähigkeiten. Erste Studien deuten außerdem darauf hin, dass sich (angehende) Lehrkräfte häufiger einer eher hindernisorientierten Perspektive hinsichtlich Lernendenvorstellungen zuordnen lassen. Über das Ausmaß des Einflusses einer solchen Perspektive auf die Diagnose von Lernendenvorstellungen ist bislang ebenfalls wenig bekannt. Ausgehend von diesen beiden Desideraten hat dieser Beitrag daher zwei primäre Ziele: Erstens sollen Entwicklungsprozesse angehender Chemielehrkräfte hinsichtlich der Diagnose von Lernendenvorstellungen erforscht werden. Zweitens steht die Ermittlung des Einflusses individueller Vorstellungen über Lernendenvorstellungen u. a. auf die Diagnose im Fokus. Hierfür wurden sieben Bachelorstudierende (gymnasiales Lehramt Chemie) in drei Gruppen über den Zeitraum eines Semesters bei der Bearbeitung von drei unterschiedlichen Fallbeispielen videografiert. Zusätzlich wurden die erstellten schriftlichen Diagnosen eingesammelt. Die qualitativ inhaltsanalytische Auswertung der Daten zeigt, dass die Studierenden sich lediglich partiell in ihren diagnostischen Fähigkeiten entwickeln. Als eine mögliche Erklärung hierfür werden die Vorstellungen der angehenden Lehrkräfte über Lernendenvorstellungen diskutiert. Ausblickend werden Implikationen für die universitäre Lehrkräftebildung abgeleitet.
      PubDate: 2021-02-10
      DOI: 10.1007/s40573-021-00124-3
       
 
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