Feedback Loops sind Mechanismen lebender Systeme, die deren Gleichgewichtszustand aufrechterhalten können. Sie ermöglichen es auf zellulärer Ebene im menschlicher Körper Homöostase zu bewahren. Wir verstehen unter Feedback Loop Reasoning einen spezifischen Teilaspekt systemischen Denkens (Ben-Zvi Assaraf et al., 2013; Mehren et al., 2018). Dieser setzt sich zusammen aus (1) der Fähigkeit Feedback Loop Systeme in ihrer Organisation zu identifizieren und zu beschreiben, (2) der Fähigkeit das Verhalten solcher Systeme zu analysieren und anzuwenden, (3) der Fähigkeit absichtsvolle Eingriffe abzuwägen, mit dem Ziel bestimmte Systemzustände hervorzurufen.

Ein Verständnis homöostatischer Feedback Loop Phänomene ist für Schüler*innen herausfordernd. Eine Schwierigkeit ergibt sich daraus, dass die dem Phänomen zugrundeliegenden Mechanismen und Dynamiken für das bloße Auge nicht sichtbar sind (Tripto et al., 2016). So laufen zeitgleich immer mehrere Prozesse und Mechanismen ab, die einander auf makroskopischer Ebene ausgleichen (Modell et al., 2015). Frühere Studien haben ergeben, dass Schüler*innen keine Feedback Loop Mechanismen erkennen bzw. dass sie diese zumindest nicht in ihre Argumentation einbeziehen (Sweeney & Sterman, 2007).

Wir möchten herausfinden, wie Lernende in einem homöostatischen Feedback Loop System schlussfolgern, wenn ihnen eine Visualisierung zu Mechanismen des jeweiligen Phänomens vorliegt. Dazu untersuchen wir die Argumentationsmuster von Lernenden zu Mechanismen der Blutzuckerregulation anhand von Protokollen lauten Denkens mithilfe qualitativer Inhaltsanalyse (Mayring, 2014). Auf Grundlage dieser Erkenntnisse werden schwierigkeitserzeugende Faktoren abgeleitet. Mit einer quantitativen Querschnittsstudie zielen wir darauf ab, die angenommenen Dimensionen und schwierigkeitserzeugenden Faktoren empirisch zu stützen. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse wird es möglich sein Instruktionsmaterial zu entwickeln, um den Erwerb eines elaborierten Verständnisses homöostatischer Feedback Loop Systeme zu fördern.

Wellmanns, A., & Schmiemann, P. (2020). Feedback loop reasoning in physiological contexts. Journal of Biological Education. Advance online publication. https://doi.org/10.1080/00219266.2020.1858929

Mambrey, S., Wellmanns, A., Timm, J., & Schmiemann, P. (2022). Systems Thinking in Ecological and Physiological Systems and the Role of Representations. In O. Ben Zvi Assaraf & M.-C. P. J. Knippels (Eds.), Fostering Understanding of Complex Systems in Biology Education (pp. 105–121). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-98144-0_6

Kiesewetter, A., & Schmiemann, P. (2022). Understanding Homeostatic Regulation: The Role of Relationships and Conditions in Feedback Loop Reasoning. CBE Life Sciences Education, 21(3), ar56. https://doi.org/10.1187/cbe.21-04-0092

Ben-Zvi Assaraf, O., Dodick, J., & Tripto, J. (2013). High School Students’ Understanding of the Human Body System. Research in Science Education, 43(1), 33–56. https://doi.org/10.1007/s11165-011-9245-2

Mayring, P. (2014). Qualitative content analysis: Theoretical foundation, basic procedures and software solution. https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:0168-ssoar-395173

Mehren, R., Rempfler, A., Buchholz, J., Hartig, J., & Ulrich-Riedhammer, E. M. (2018). System competence modelling: Theoretical foundation and empirical validation of a model involving natural, social and human-environment systems. Journal of Research in Science Teaching, 55(5), 685–711. https://doi.org/10.1002/tea.21436

Modell, H., Cliff, W., Michael, J., McFarland, J., Wenderoth, M. P., & Wright, A. (2015). A physiologist's view of homeostasis. Advances in Physiology Education, 39(4), 259–266. https://doi.org/10.1152/advan.00107.2015

Sweeney, L. B., & Sterman, J. D. (2007). Thinking about systems: Student and teacher conceptions of natural and social systems. System Dynamics Review, 23(2-3), 285–311. https://doi.org/10.1002/sdr.366

Tripto, J., Ben-Zvi Assaraf, O., Snapir, Z., & Amit, M. (2016). The ‘What is a system’ reflection interview as a knowledge integration activity for high school students’ understanding of complex systems in human biology. International Journal of Science Education, 38(4), 564–595. https://doi.org/10.1080/09500693.2016.1150620