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Professionswissen in den Naturwissenschaften (ProWiN)
Das Professionswissen von Lehrkräften wird als eine wesentliche Voraussetzung erfolgreichen Unterrichtens diskutiert. Seit Shulman (1987) werden drei Dimensionen des Professionswissens von Lehrkräften unterschieden: das Fachwissen (content knowledge: CK), das fachdidaktische Wissen (pedagogical content knowledge: PCK) und das pädagogische Wissen (pedagogical knowledge: PK). Während für den Bereich der Mathematik das Fachwissen und das fachdidaktische Wissen von Lehrkräften bereits per Leistungstests erhoben wurden (Baumert et al., 2006), existiert im deutschsprachigen Raum für den Bereich der Naturwissenschaften bisher weder ein Modell für Professionswissen, noch gibt es geeignete Testinstrumente, um die drei Dimensionen zu erfassen und ihre Zusammenhänge im Rahmen von Unterrichtsqualität zu klären. Im Rahmen der hier geplanten Untersuchung sollen in einem ersten Schritt – in enger Anlehnung an die COACTIV-Studie (Brunner et al., 2006a; Krauss et al., 2004) – ein valides Modell für die drei genannten Dimensionen des Professionswissens von Lehrpersonen der naturwissenschaftlichen Fächer und Testinstrumente zur modellkonformen Erfassung des Professionswissens entwickelt und evaluiert werden (Phase 1, Jahre 1 bis 3). Das Modell und die entwickelten Testinstrumente werden dann in einem zweiten Schritt im Rahmen einer Videostudie genutzt, um Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Dimensionen des Professionswissens und dem Lehrerhandeln im Unterricht zu untersuchen sowie  
differenzierte Vorhersagen über die Wirkung des Professionswissens auf den Lernzuwachs bei Schülerinnen und Schülern ableiten zu können (Phase 2, Jahre 3 bis 5 bzw. 4 bis 6). Als Ertrag werden – neben der Validierung des Modells – Erkenntnisse über die Struktur des Professionswissens sowie über den Zusammenhang zwischen Professionswissen, Handeln im Unterricht und Lernergebnissen von Schülern erwartet. Das Projekt startet im Mai 2009.
Ganz-In (Mercator Projekt)
  Ganz In – mit Ganztag mehr Zukunft.  
Das neue Ganztagsgymnasium in NRW

Hintergrund und Projektbeschreibung:  
Aus verschiedenen Begründungszusammenhängen heraus lässt sich die Forderung postulieren, dass Deutschland mehr Abiturienten und weniger Schulabbrecher braucht. Über den Bildungserfolg von Schülerinnen und Schülern entscheidet jedoch nachweislich noch immer in besonderem Maße die soziale Herkunft des Einzelnen.  
Hier setzt das neue Projekt „Ganz In – mit Ganztag mehr Zukunft. Das neue Ganztagsgymnasium NRW“ an. Innerhalb des Projekts haben die bis zu 30   teilnehmenden Gymnasien die Möglichkeit, die organisatorische Struktur nachhaltig zu verändern und eine neue Lernkultur einzuführen, die durch den gebundenen Ganztag mehr Zeit für individuelle Förderung bietet. Dabei sollen besonders diejenigen Schülerinnen und Schüler in den Blick genommen werden, die ein hohes Leistungspotenzial besitzen, es aber aufgrund äußerer Rahmenbedingungen bislang nicht voll ausschöpfen konnten. Die Entfaltung der Leistungspotenziale dieser Schülerinnen und Schüler gelingt dem deutschen Bildungswesen bisher nur unzureichend.  
Die Projektlaufzeit ist zunächst auf sechs Jahre begrenzt und soll nach Bewertung eines dann vorliegenden Forschungsberichts auf zehn Jahre ausgeweitet werden. Die von der Stiftung Mercator, dem Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen (MSW) sowie den Universitäten Bochum, Duisburg/Essen und Dortmund bereitgestellte Fördersumme des Projektes beläuft sich für die erste sechsjährige Projektphase auf knapp 10 Millionen Euro.  
 
Zielsetzung  
Mehr Schülerinnen und Schüler durch intensivere individuelle Förderung zum Abitur zu führen und eine Verbesserung der Qualität der Abschlüsse insgesamt zu erreichen, sind die zentralen Ziele des von der Stiftung Mercator, dem Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen (MSW) sowie den Universitäten Bochum, Duisburg/Essen und Dortmund unter der wissenschaftlichen Ägide des Instituts für Schulentwicklungsforschung (IfS) initiierten Projekts.  
Um die avisierten Zieldimensionen erreichen zu können, haben die Schulen im Rahmen des Projektes neben einer verbesserten sächlichen und personellen Ausstattung Zugriff auf professionelle Unterstützungssysteme. Die Projektschulen  
 
 
• haben Unterstützung durch einen Schulentwicklungsberater, der die Schule im Entwicklungsprozess begleitet,  
• können   einen kontinuierlichen wissenschaftlichen Input aus den Fachdidaktiken Deutsch, Mathe, Englisch und Naturwissenschaften sowie der Lernforschung und der Bildungs- und Schulentwicklungsforschung einfordern, um ihre schulischen Entwicklungsprozesse voranzutreiben,  
• haben die Möglichkeit, auf durch das Projekt weiterentwickelte (Schul-)Netzwerke in ihrer Bildungsregion zuzugreifen.  
 
       
 
Lehrerfortbildung  
Dissertation: Sequenzierung von Lernprozessen  
Dissertation: Diagnosekompetenz  
Projekt: Professionswissen
Quality of Instruction
„Quality of Instruction in Physics Education – comparing instruction in Finnland, Germany and Switzerland"  
 
Forschungsanliegen  
Internationale Vergleichsstudien wie TIMSS oder PISA haben gezeigt, dass die Leistungen deutscher Schüler im internationalen Vergleich hinter den Erwartungen zurückbleiben, während Länder wie Finnland oder die Schweiz diesen eher gerecht zu werden scheinen (Beaton et al. 1996, OECD 2001, 2004). Untersuchungen der Oberflächenstruktur des Unterrichts, wie sie im Rahmen von TIMSS-Video (Baumert et al. 1997, Stigler & Hiebert 1997) und deren Wiederholung 1999 (Hiebert et al. 2003) durchgeführt wurden, konnten bisher zwar deutliche Unterschiede in der Art und Weise, wie Unterricht in den einzelnen Ländern durchgeführt wird, jedoch keinen Zusammenhang zu Unterschieden in der Schülerleistung feststellen.  
 
Ziel des vom BMBF finanzierten Projekts QuIP ist es, diese Lücke zu schließen, indem neben der Oberflächenstruktur (z.B. der tatsächlichen Unterrichtszeit oder der Mediennutzung) von Unterricht ebenfalls die Tiefenstruktur des Unterrichts („der rote Faden“) analysiert wird. Auf Grundlage dieser Analyse werden spezifische Muster identifiziert und in Zusammenhang zur Schülerleistung gesetzt. Aus dem internationalen Vergleich werden Erkenntnisse darüber erwartet, warum Unterricht insbesondere in Finnland zu deutlich höheren Schülerleistungen führt.  
 
 
Methoden und Auswertungen  
In jedem Land wird der Physikunterricht von bis zu 60 Klassen aufgezeichnet, wobei alle Schulformen einbezogen werden, da in Finnland keine äußere Differenzierung in der 9. Klasse stattfindet. Um die Vergleichbarkeit der Videoaufnahmen sicherzustellen, werden Rahmen und Inhalt der zu filmenden Unterrichtsstunden festgelegt: Eine Einführungsstunde zur elektrischen Energie.  
Die Oberflächenstruktur des Unterrichts wird nieder-inferent kodiert, hierzu verwenden wir das Kategoriensystem aus BIQUA (Seidel et al. 2004). Die Tiefenstruktur des Unterrichts wird hoch-inferent kodiert, hierzu verwenden wir Eigenentwicklungen - z B. aus dem Projekt Professionswissen (Trendel et al. 2007). Mit diesem Kategoriesystem aufbauend auf den Basismodellen (Oser & Patry 1990) sollen die spezifischen Muster des Unterrichts („der rote Faden“) identifiziert und zwischen den Ländern verglichen werden.  
Die Schüler werden bezüglich ihrer Motivation und weiterer selbstbezogener Variablen und die Lehrer bezüglich ihres Professionswissens befragt.  
Die schriftlichen und videobasierten Daten werden auf der Grundlage eines Angebot-Nutzungs-Modells nach Lipowski (2005) ausgewertet und mit den in einem spezifisch entwickelten Kompetenztest erhobenen Leistungen der Schüler in Beziehung gesetzt. Dabei werden Rahmenbedingungen wie die Gestaltung des Bildungssystems, aber auch der sozio-ökonomische Status der Eltern mitberücksichtigt.  
 
Datenlage und Ergebnisse  
Die Arbeiten haben in Deutschland im Februar 2007 mit der Entwicklung des Kompetenztests begonnen. In Finnland ist das Projekt unter Leitung von Prof. Jouni Viiri an der Universität Jyväskylä ebenfalls bereits angelaufen. Im Juni 2007 beginnt das Projekt in der Schweiz an der PH Bern. Projektpartner dort ist Prof. Dr. Peter Labudde.
Entwicklung von Physiktests
Die Arbeitsgruppen Fischer (Didaktik der Physik) und Sumfleth (Didaktik der Chemie) wurden vom Institut für Qualitätsentwicklung im Bildungswesen (IQB) beauftragt, die Aufgaben für die Lernstandserhebungen in den zehnten Klassen im Jahr 2012 für die Fächer Physik und Chemie zu entwickeln. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit mit dem IQB werden zwei Doktorandenstellen finanziert.  
Beide Arbeitsgruppen und die Forschergruppe naturwissenschaftlicher Unterricht beschäftigen sich seit einigen Jahren mit der Konstruktion von Aufgaben, die nach einem Kompetenzmodell entwickelt wurden. Die Ergebnisse der vergangenen Arbeit werden in dem Projekt Kompetenzdiagnose der Forschergruppe und in drei Projekten eines Schwerpunktprogramms der DFG weitergeführt. Unter anderem wird hier die Entwicklung von standardisierten Aufgaben verfolgt, so dass sich die Zusammenarbeit mit dem IQB in die bereits laufenden Projekte integrieren lässt.  
Als Folge des schlechten Abschneidens der deutschen Schüler und Schülerinnen in internationalen Vergleichstest wie PISA und TIMMS wurde eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, die den Bildungsstandard an deutschen Schulen verbessern soll. Neben der Veröffentlichung von nationalen Bildungsstandards im Jahr 2003 durch die Kultusministerkonferenz war die Gründung des (IQB) 2004 an der Humboldt- Universität in Berlin ein wichtiger Schritt zur Qualitätsverbesserung des deutschen Bildungswesens. Das IQB hat das Ziel, nationale Bildungsstandards weiterzuentwickeln, sie zu normieren, ihre Erreichung zu überprüfen und ihre Implementation wissenschaftlich zu begleiten. Neben der Festlegung der Kompetenzen, die Schüler zu einem bestimmten Zeitpunkt
erreicht haben sollen, werden im IQB für die verschiedenen Unterrichtsfächer sowohl große Aufgabensammlungen erstellt, um die Bildungsstandards zu operationalisieren, als auch Vergleichsaufgaben entwickelt, die dazu geeignet sind, die erworbenen Kompetenzen der Schüler zu erfassen. So ist das IQB u.a. verantwortlich für die parallel zu den internationalen Vergleichstests in der Sekundarstufe I (PISA) nationale Tests zum Ländervergleich durchzuführen. Im Jahr 2012 ist ein solcher Vergleichstest für die Fächer Mathematik, Biologie, Chemie und Physik geplant.
Institut zur Qualitätsentwicklung im Bildungswesen
Unterrichtsgestaltung und Lernerfolg
Die Studie „Unterrichtsgestaltung und Lernerfolg im Physikunterricht“ exploriert (im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms „Bildungsqualität“) Gestaltungsaspekte von Physikunterricht der gymnasialen Jahrgangsstufen 8 und 9 über einen Zeitraum von 3 Halbjahren exemplarisch in sechs Schulklassen und erhebt gleichzeitig die Schülerleistungen und Schülereinstellungen, um Aussagen über die Lernwirksamkeit des Unterrichts zu erhalten. Auf der Lehrerebene werden ausgewählte handlungsleitende Vorstellungen der Lehrer erfasst, um Hypothesen über die Entstehung des Unterrichts aufzustellen. Diesem Mehrebenenansatz wird ein Unterrichtsmodell zu Grunde gelegt, das die Tiefenstrukturen und Oberflächenmerkmale als unterscheidbare Untersuchungsebenen des Unterrichts auffasst; sie stellen eine ursächliche Verbindung zwischen den Untersuchungsebenen Lehrer und Schüler her. Auf allen diesen Ebenen werden Daten wie Leistungstests, Einstellungstests und Videokodierungen erfasst, die im Sinne einer kumulativen Validierung miteinander verknüpft werden.  
 
Die Schülerleistungen der Gesamtstichprobe entsprechen dem mittleren Leistungsniveau deutscher Gymnasien (verglichen mit den TIMSS-Ergebnissen von 1995). Die Kodierung der Oberflächenmerkmale des Unterrichts lässt für die untersuchten Schulklassen zwei Typen der Unterrichtsgestaltung erkennen, die benannt werden als „lehrerzentrierte Instruktion mit Demonstrationsexperimenten“ und „schülerorientierte Erarbeitung mit experimenteller Gruppenarbeit“. Die Unterrichtstypen unterscheiden sich vor allem hinsichtlich des unterschiedlichen Grades an „Schülerorientierung“. Im Leistungsvergleich schneiden diejenigen Klassen erfolgreicher ab, deren Unterrichtsführung sich durch einen höheren Grad an Schülerorientierung auszeichnet. Die Daten der Tiefenstrukturkodierung lassen dagegen keine so klare und noch weniger eine leistungsrelevante Unterscheidung verschiedener Unterrichtstypen zu. Die Tiefenstruktur stellt sich als „faktenorientiert“ und „handlungsorientiert“ dar. Die Nutzung der für naturwissenschaftlichen Unterricht relevanten Lehrziele und auch der korrespondierenden
Inhaltshandlungen bleibt in einer auffallend geringen Bandbreite; hier sticht besonders die unerwartet geringe Relevanz der Lehrziele „Problemlösen“ und „Konzeptwechsel“ hervor, die damit im Widerspruch zu fachdidaktischen Ansprüchen an die Unterrichtsführung und zu den erklärten Zielen der beteiligten Lehrer steht. Dr. Thomas Reyer hat sowohl die Untersuchung geplant und durchgeführt als auch die Arbeit mit den Lehrerinnen und Lehrern an den beteiligten Schulen koordiniert.  
Wir bedanken uns insbesondere bei Hans Erdbrügger und Rolf Podzielny (Phoenix Gymnsaium Dortmund) sowie Axel Bongardt, Rainer Deeken, Uli Möllenkamp und Udo Wlotzka und (Helene Lange Gymnasium Dortmund) für die Unterstützung.
Lab of Tomorrow (LOT)
An dem Projekt „Lab of Tomorrow“ der europäischen Union sind Teilnehmer aus Österreich, Italien, Großbritannien, Griechenland und Deutschland mit dem Ziel beteiligt, Erkenntnisse der naturwissenschaftsdidaktischen Lehr-/Lernforschung mit Innovationen aus Bereichen der Technik zu kombinieren. Lernprozesse sollen nicht nur auf den Klassenraum beschränkt bleiben, sondern durch eine möglichst vielseitige Verknüpfung von naturwissenschaftlichen Phänomenen mit alltäglichen
Erfahrungen der Lernenden umfassender, angelehnt an das „scientific literacy“ Konzept von PISA, betrachtet werden. Die von den Schülerinnen und Schülern zu Beginn der Sekundarstufe II durchgeführten Experimente im Bereich der Mechanik basieren auf einer elektronischen Erfassung der Messwerte und auf kleineren, programmierbaren computergestützten Einheiten, sog. „Axions“ (new technology, NT). Diese Axions werden in Kleidungsstücken oder Spielgeräten eingesetzt und erfassen dort Messwerte, die mittels Funk an eine Basisstation übertragen werden. Die Kommunikation der Schülerinnen und Schüler wird durch eine besondere Aufgabenstellung sowohl innerhalb der Schulgruppe als auch im internationalen Austausch gefördert. Das Projekt wird im Rahmen des Schwerpunktprogramms der EU „School of Tomorrow“ mit dem Ziel durchgeführt vielfältigere und umfassendere Lernangebote zu gestalten und zu evaluieren.  
Als Leiter des fachdidaktischen Teils des LOT hat Dr. Rüdiger Tiemann die Zusammenarbeit mit den Schulen inhaltlich geleitet und koordiniert, das Training der Lehrerinnen und Lehrer gestaltet und durchgeführt und den Erfolg des Projekts evaluiert.  
Auch dieses Projekt wäre ohne Unterstützung durch Schulen nicht möglich gewesen: Wir bedanken uns insbesondere bei Thomas Daub und Dennis Draxler (Phoenix Gymnasium Dortmund) sowie Uli Möllenkamp und Udo Wlotzka (Helene Lange Gymnasium Dortmund) für ihre Mitarbeit.
Drittmittelprojekte
1991-1993 Mit Stefan von Aufschnaiter Antragsteller in der DFG-Forschergruppe “Interdisziplinäre Kognitionsforschung” in Kooperation mit Neurobiologen   (Flohr, Roth), Psychologen (Scheerer, Stadler) und Theoretischen Physikern (Schwegler, Carmesin).  
(1.000 k€ total, 50 k€ für das Institut für Didaktik der Physik in Bremen).  
 
1993-1996 Lernprozesse von Studierenden beim Studium der Physik an der Universität. Untersucht wurden Studierende im 3. und 4. Semester, u.a. bzgl. Auswirkung von Einstellungen auf Lernergebnisse (20 k€).  
 
1995-1999 In einem DFG-Projekt wurde die Korrelationen zwischen Motivation und Interesse von Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe I im Fach Physik und dem Lernverhalten während des Physikunterrichts untersucht. Kooperation mit St. v. Aufschnaiter, Institut für Didaktik der Physik, Bremen.  
Das Projekt wurde mit der Dissertation von Frau Michaela Horstendahl abgeschlossen: „Horstendahl, M. (2000). Motivationale Orientierungen im Physikunterricht. Logos, Berlin.“ (100k € total, 50k € für den Lehrstuhl für Didaktik der Physik in Dortmund).  
1995-1998 Improving science education: issues and research on innovative empirical and computer-based approaches to labwork in Europe.   European Commission (TSER Programme; Framework 4): Randbedingungen experimenteller Laborarbeit an Schulen und Universitäten in Dänemark, Deutschland, England, Frankreich, Griechenland und Italien. Kooperation mit dem Institut für Didaktik der Physik, Bremen (St. v. Aufschnaiter, H. Niedderer).  
Das Dortmunder Projekt wurde mit der Doktorarbeit von Lorenz Hucke abgeschlossen. Titel: „Hucke, L. (2000). Handlungsregulation und Wissenserwerb in traditionellen und computergestützten Experimenten des physikalischen Praktikums. Berlin: Logos.“ (1300 k€ total, 100 k€ nach Dortmund).  
 
1999-2001 Im Bertelsmann Hochschulnetzwerk “Lehrerausbildung und neue Medien“ wurden Multimedia-Werkzeuge Lernumgebungen für Schulen und Universitäten entwickelt und evaluiert. In Dortmund wurde mit Bertelsmann- und Universitätsgeldern das mobile PC-Labor „edoLAB“ geplant und bereits mehrfach gebaut. Der Einsatz an Schulen wurde im Rahmen von Staatsarbeiten evaluiert. (30 k€ nach Dortmund zusätzlich 25 k€ Entwicklungsförderung der Universität Dortmund).  
 
2000-2004 Schwerpunktprogramm der DFG „Bildungsqualität im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht.“ In Kooperation mit Prof. Dr. Wilfried Bos (Universität Hamburg) wurde „Unterrichtsgestaltung und Lernerfolg im Physikunterricht“ untersucht. Es wurden Lehrerkonzepte über Physiklernen und –lehren identifiziert sowie ihre Ausprägung im Unterricht und ihr Einfluss auf die Lernergebnisse der Schülerinnen und Schüler. (2.000 k € total, 150 k€ nach Dortmund)  
 
2001-2004 Design und Evaluation des fachdidaktischen Rahmens der technischen Entwicklungen und des Unterrichts im EU-Projekt   „Lab of Tomorrow“ im EU-Programm „School of Tomorrow“. Das Konsortium besteht aus Firmen, Universitäten und Schulen aus 5 Ländern. Ziel war, professionelle Messgeräte, drahtlose Übertragung und Datenverarbeitung in den Physikunterricht zu integrieren. Das pädagogische Konzept orientierte sich an der PISA-Aufgabengestaltung (scientific literacy) und „situated learning“. (1.500 k € total, 450 k€ nach Dortmund und Essen).  
 
Seit Oktober 2003 Forschergruppe (FG) “Naturwissenschaftlicher Unterricht” mit Graduiertenkolleg (GK) an der Universität Duisburg-Essen, Standort Essen. Mitantragsteller und Sprecher der Forschergruppe. Die Kombination FG/GK soll von der DFG erstmalig als Pilotprojekt finanziert werden. (etwa 700 k€ pro Jahr für den Standort Essen, für maximal 8 Jahre, bzw. 9 Jahre für das GK.  
 
Seit Januar 2007 Quality of Instruction in Physics (QuIP) ist eine internationale Vergleichsstudie zwischen Deutschland, Finnland (Jouni Viiri) und der Schweiz (Peter Labudde). Tiefenanalysen von Videodaten aus 9. und 10. Klassen der Schulen in den beteiligten Ländern werden mit Leistungsdaten und motivationalen Daten korreliert, um Hinweise für Ursachen der bekannten Leistungsunterschiede zu finden.  
 
Seit Juli 2007 wird in einem internationalen Projekt gemeinsam mit Norman und Judith Lederman (Chicago) ein Modell und ein Testinstrument für Natiur of Science (NOS) und Scientific Inquiery (SI) entwickelt und validiert. Ziel ist die Entwicklung eines Modells, das den Standards beider Länder für den mittleren Schulabschluss entspricht und dort zur Normierung und zur Leistungsmessung benutzt werden kann.  
 
Seit Juli 2007 wird gemeinsam mit der AG Sumfleth, Diadktik der Chemie und der AG Mayer, Didaktik der Biologie, Universität Giessen, ein Modell und ein Testinstrument entwickelt, das 2012 in einem nationalen Vergleichstest am Ende der Mittelstufe für die naturwissenschaftlichen Fächer eingesetzt werden soll. Ziel ist der nationale Leistungsvergleich und die Normierung der KMK-Standards für den Mittleren Schulabschluss.
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Seite zuletzt bearbeitet am: 13.01.2012 Alle Inhalte © AG Fischer, soweit nicht anderweitig bezeichnet.