Forschung und Projekte - AG Theyßen

Teilprojekt der Forschergruppe "Akademisches Lernen und Studienerfolg in der Eingangsphase von MINT-Studiengängen" Einfluss verschiedener Typen fachspezifischen Vorwissens auf den Studienerfolg in Biologie und Physik

In Deutschland wird immer wieder vor einem wachsenden Fachkräftemangel gewarnt, insbesondere auch in Bezug auf den Arbeitsmarkt für Akademikerinnen und Akademiker in den Natur- und Ingenieurwissenschaften. Dafür ist nicht nur die vergleichsweise niedrige Studierendenzahl verantwortlich, sondern auch die im internationalen Vergleich hohe Quote an Studienabbrüchen in diesen Fächern. Wie kommt es dazu? Sind die Universitäten zu anspruchsvoll oder fehlen den Studierenden die Voraussetzungen? Die Forschergruppe „Akademisches Lernen und Studienerfolg in der Eingangsphase von MINT-Studiengängen“ sucht fundierte Antworten aus den verschiedenen Blickwinkeln der Erziehungswissenschaft, der Psychologie und der Didaktik der Natur- und Ingenieurwissenschaften. Im Fokus der Forschung stehen zunächst Fragen der Studienanforderungen und der Lernvoraussetzungen, später dann theoretisch begründete Interventionen zur Verringerung der hohen Abbruchquoten.

Die Didaktik der Physik ist an folgenden Teilprojekten beteiligt:

AG Theyßen: Teilprojekt  "Einfluss verschiedener Typen des fachspezifischen Vorwissens auf den Studienerfolg in Biologie und Physik“ in Kooperation mit der Biologiedidaktik

AG Fischer: Teilprojekt "Studienerfolg in der Physik und in den Bauingenieurwissenschaften unter besonderer Berücksichtigung der mathematischen Kompetenz" in Kooperation mit der Didaktik der Technik

Dissertationsprojekt Britta Kalthoff Förderung experimenteller Fähigkeiten von Sachunterrichtsstudierenden

Die Forschungsarbeit befasst sich mit der Förderung fachmethodischer Fähigkeiten durch unterschiedliche Instruktionen bei Sachunterrichtsstudierenden. Insbesondere, wenn neben fachmethodischen auch fachinhaltliche Fähigkeiten erworben werden sollen, ist die Frage relevant, ob durch unterschiedliche fachmethodische Instruktionen auch die fachinhaltlichen Fähigkeiten unterschiedlich erworben werden. Aus diesem Grund steht die Lernwirksamkeit verschiedener fachmethodischer Instruktionen im Hinblick auf fachmethodische und fachinhaltliche Fähigkeiten im Vordergrund. Den Rahmen für die Untersuchung bildet ein Experimentalpraktikum für Sachunterrichtsstudierende. In eine Intervention werden zwei eher explizite Instruktionen (mit Erklärungen zu den fachmethodischen Konzepten und Reflexionsfragen) und eine implizite Instruktion (ohne Erklärungen zu den fachmethodischen Konzepten) integriert und im Experimentalpraktikum mit je einer Interventionsgruppe durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen einen signifikanten Lernzuwachs durch die Intervention, unabhängig von der eingesetzten Instruktion. Es zeigen sich jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den eingesetzten Instruktionen. Aus der Forschungsperspektive lassen die Ergebnisse verschiedene Interpretationen zu, die kritisch zu diskutieren sind. Die Ergebnisse werfen ferner ein positives Licht auf die Lehrperspektive, da die Intervention für die Studierenden eine Lerngelegenheit sowohl für fachmethodische als auch für fachinhaltliche Fähigkeiten bietet.

Gefördert im Rahmen der E-Learning Strategie der Uni DuE Interaktive Vorlesungsdemonstrationsexperimente (gemeinsam mit A. Wucher)

In der Physik gibt es, insbesondere in der Studieneingangsphase, zahlreiche Experimentalvorlesungen mit Demonstrationsexperimenten. Mehrere Hundert Haupt- und Nebenfachstudierende pro Jahr werden mit diesen Vorlesungen und dem begleitenden Übungsbetrieb erreicht.

Die Demonstrationsexperimente werden in der Vorlesung erklärt und live vorgeführt. Teilweise werden Messdaten aufgenommen und ausgewertet. Für umfangreichere Messreihen, Parametervariationen oder Wiederholungen bleibt jedoch in der Vorlesung in aller Regel keine Zeit. Die Studierenden können praktisch keine eigenen Ideen oder Fragestellungen in die Durchführung der Experimente einbringen. In die Übungsaufgaben zur Nachbereitung der Vorlesungsinhalte sind die Experimente so gut wie nicht eingebunden, da sie zuhause nicht nachvollzogen werden können. Da in den Vorlesungen keine Anwesenheitspflicht besteht, können Studierende, die die Vorlesungen nicht besuchen, die Inhalte nur anhand der Vorlesungsfolien und ergänzender Literatur erarbeiten. Zugang zu den Demonstrationsexperimenten haben sie allenfalls über Fotos in den Vorlesungsfolien. Die Abläufe können in dieser Form nur unzureichend nachvollzogen werden.

Durch das E-Learning Konzept der Physik sollen die Demonstrationsexperimente den Studierenden über die Vorführung in der Vorlesung hinaus für eine interaktive Auseinandersetzung zugänglich gemacht werden. So können die Vorlesungsinhalte umfassender nachbereitet und im Rahmen von Übungsaufgaben vertieft werden.

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DFG-gefördertes Gemeinschaftsprojekt mit H. Schecker, Universität Bremen MeK-LSA: Messung experimenteller Kompetenz in Large Scale Assessments

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines in Large Scale Assessments einsetzbaren, validen und reliablen Instrumentes zur Erfassung experimenteller Kompetenz in den Bereichen „Planung“, „Durchführung“ und „Auswertung“. Neben online gestellten schriftlichen Aufgaben sollen insbesondere Simulationen realer Experimente eingesetzt werden, um prozessbezogene Teilkompetenzen zu erfassen. Zielgruppe sind Schülerinnen und Schüler der neunten Klassen.

DFG-gefördertes Gemeinschaftsprojekt mit H. Schecker, Universität Bremen eXkomp: Experimentelle Kompetenz messen - Diagnostik experimenteller Kompetenz

Das Vorhaben erforscht technologiegestützte Verfahren für die Diagnose experimenteller naturwissenschaftlicher Kompetenz. Es geht davon aus, dass diese Diagnostik mit schriftlichen Wissenstests nicht hinreichend valide gelingt. Experimentaltests mit Realexperimenten sind in Durchführung und Auswertung für den großflächigen Einsatz zu aufwändig. Experimentaltests mit virtuellen Medien, wie Simulationsbaukästen für experimentelle Handlungssituationen, bieten eine Alternative. Die empirische Validierung solcher Verfah-ren zur Diagnose experimenteller Kompetenz steht jedoch noch aus und ist primäres Ziel des Vorhabens. Als Referenzmaßstab dienen Experimentaltests mit Realexperimenten. Den Erhebungen liegt ein theoretisches Konstrukt experimenteller Kompetenz zugrunde, das auf einem vorliegenden normativen Kompetenzstrukturmodell basiert. Wenn die untersuchten technologiegestützten Verfahren sich als valide erweisen, wird es u.a. möglich, in Studien zur Modellierung naturwissenschaftlicher Kompetenz auf breiter empirischer Datenbasis das Zusammenspiel der experimentellen Kompetenz mit anderen Komponenten naturwissenschaftlicher Kompetenz zu untersuchen.

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dortMINT ist ein Projekt der TU Dortmund, gefördert durch die Deutsche Telekom-Stiftung Teilprojekt Physik in dortMINT

Die TU Dortmund ist Sieger eines Exzellenzwettbewerbs zur MINT‐Lehrerbildung (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik), der von der Deutsche Telekom Stiftung initiiert wurde.
Im Zentrum des Projekts dortMINT stehen die Themen "Diagnose und individuelle Förderung", die in den fachwissenschaftlichen, fachdidaktischen und schulpraktischen Teilen des Lehramtsstudiums fest verankert werden.
Ziel der fünf Teilprojekte von dortMINT ist es, die Professionalisierung künftiger Lehrkräfte aller Schulstufen und Schulformen mit Blick auf ihre Diagnosefähigkeit zu fördern und damit die Lehrerbildung sowie die fachbezogene Bildungsforschung qualitativ zu verbessern.

Gemeinschaftsprojekt mit D. Schumacher, Universität Düsseldorf Hypermediale Lernumgebung "Physik für Mediziner"

Diese computergestützte Lernumgebung bietet bereits seit 2003 Studierenden der Medizin die Möglichkeit, ausgewählte Themen des Physikpraktikums online zu bearbeiten. Das webbasierte System stellt jedem Studierenden ein persönliches, multimediales und interaktives Lernbuch zur Verfügung. So gestattet dieses Konzept den Lernenden die freie Wahl des Lernortes und der Lernzeit. Im Lernbuch sind die Realexperimente des Praktikums als Interaktive Bildschirmexperimente (IBE) umgesetzt. IBEs sind virtuelle Repräsentationen realer Experimente mit weitgehend gleichen Handlungsmöglichkeiten. So gestatten es die IBEs einerseits Phänomene zu beobachten und andererseits auch quantitative Messungen durchzuführen. Wie man es von einem realen Experiment her kennt, so sind auch hier systematische wie zufällige Messfehler möglich. Die Arbeitsergebnisse, wie aufgenommene Messwerte, Notizen zu Beobachtungen, Antworten auf Fragen tragen die Studierenden bei der Bearbeitung in ihr persönliches Lernbuch ein. Eine Versuchsdurchführung kann an beliebiger Stelle unterbrochen und jederzeit wieder aufgenommen werden. Die persönliche Bearbeitung steht auch in späteren Ausbildungsphasen zur Wiederholung des Stoffs zur Verfügung.

Initiiert und federführend bearbeitet wurde dieses Projekt von Dieter Schumacher und Heike Theyßen in Kooperation mit Mitarbeitern der Universitäts- und Landesbibliothek Düsseldorf, der Chemiedidaktik der Universität Duisburg-Essen und der TU Berlin. Die Entwicklungsarbeit, die Implementation und die Evaluation der Online-Praktika wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert (Projektnummer: BIB46 DUuv 01- 03).