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Projekt Vertikale Vernetzung (Fortsetzung)
Vertikale Vernetzung und kumulatives Lernen im naturwissenschaftlichen Unterricht  
 
Antragssteller: Prof. Dr. Hans E. Fischer, Prof. Dr. Elke Sumfleth    
Projektmitarbeiter: Dr. Knut Neumann, Anna Lau  
Projektdauer: 10.2006-9.2009      

Im Rahmen dieser Phase des Projekts „Vertikale Vernetzung“ wurde die Passung von Aufgaben und Antworten im Unterricht in Bezug auf die Schwierigkeit der Aufgaben und der Fähigkeit der Antworten analysiert. Als Maß für die Schwierigkeit bzw. Fähigkeit wurde, basierend auf dem in der ersten Projektphase entwickelten Modell Vertikaler Vernetzung (vgl. Kauertz, 2008), das Vernetzungsniveau der Aufgaben bzw. Antworten herangezogen. Angenommen wurde, dass erst gute Passung zwischen dem Vernetzungsniveau von Aufgaben und dem Vernetzungsniveau von Antworten (P1) zu einem Zusammenhang zwischen dem mittleren Vernetzungsniveau von Lehreraufgaben und der mittleren Schülerleistung in einem Fachtest führt. Weiterhin sollte bei gegebener guter Passung P1 ein adäquates Ansteigen des Vernetzungsniveaus innerhalb von Aufgabensequenzen (P2) im Unterricht zu einer besseren Schülerleistung führen. Darüber hinaus wurde angenommen, dass ein Zusammenhang zwischen Passung und den Aspekten der Unterrichtsqualität wie Pacing, Klarheit und Strukturiertheit oder Schülerorientierung besteht.  
Die Analyse der Passung von Aufgaben und Aufgabenfolgen erfolgte für N=33 Unterrichtsstunden in Chemie und N=28 Unterrichtsstunden in Physik in der 10. Jahrgangstufe an Gymnasien in NRW. Zur Hypothesentestung lagen weiterhin aus der ersten Projektphase Leistungstestdaten für Chemie (Glemnitz, 2007) und Physik (Kauertz, 2008) aller Schüler, sowie Daten zur Unterrichtsqualität (Clausen, 2002) für alle Unterrichtstunden vor.  
Die Hypothese über einen bestehenden Zusammenhang zwischen dem mittleren Vernetzungsniveau von Aufgaben und der mittleren Leistung der Schüler in einem Test in Klassen mit guter Passung P1+ konnte zunächst nur für die Chemieklassen bestätigt werden. Betrachtet man jedoch nur die Aufgaben, die von den Schülern im Unterricht auch beantwortet worden sind, so zeigt sich sowohl in Chemie, als auch in Physik ein Zusammen¬hang zwischen dem Vernetzungsniveau und der mittleren Schülerleistung in den Klassen, in denen eine gute Passung P1+ vorliegt. Hinsichtlich des Einflusses von Steigern und Senken des Vernetzungsniveaus von Aufgabenfolgen und der Schülerleistung, zeigt sich nur für die Physikklassen der erwartete Zusammenhang. In den Chemieklassen hingegen sind keine Unterschiede zwischen Klassen, die das Vernetzungsniveau steigern beziehungs¬weise senken, zu erkennen. Hier lag allerdings auch ein sehr kleines N für Klassen vor, die sowohl eine gute Passung P1, als auch P2+ zeigten.  
Darüber hinaus zeigte sich in den Chemieklassen ein signifikanter Unterschied zwischen Klassen mit guter und schlechter Passung P1 hinsichtlich der Klarheit und Strukturiertheit als Merkmal der Unterrichtsqualität zugunsten der Klassen mit guter Passung. In den Physikklassen schneiden überraschender Weise Klassen mit schlechter Passung P1 besser hinsichtlich der Schülerorientierung, der Kognitiven Aktivierung ab, als Klassen mit guter Passung P1. Eine weitergehende Analyse der Aufgaben in den Klassen mit schlechter Passung P1 ergab, dass hier signifikant häufiger Aufgaben gestellt werden, die nicht von den Schülern beantwortet wurden. Gleichzeitig konnte in den Physikklassen häufiger eine Variation und Umformulierung der Aufgaben durch den Lehrer beobachtet werden, falls Schüler auf Aufgaben nicht sofort antworteten. Da jede Variation der Aufgabe zum einen dem Schüler mehr Zeit gibt, über diese nachzudenken, zum anderen auch immer einen zusätzlichen Informationswert besitzt, der die Lösungswahrscheinlichkeit, der Aufgabe erleichtern kann, wird hier der Einfluss von Scaffolding vermutet. Eine weiterführende inhaltliche Analyse der Aufgaben in den Physikklassen mit schlechter Passung soll Aufschluss darüber geben, ob es sich hier eventuell um einen Scaffolding-Effekt handeln könnte.  

 
Veröffentlichungen aus diesem Projekt
Projekt Lernprozesse und Problemlösen (Fortsetzung)
Diagnose und Förderung von Lernprozessen im naturwissenschaftlichen Unterricht  
 
Antragsteller: Dr. Joachim Wirth, Prof. Dr. Detlev Leutner, Prof. Dr. Hans E. Fischer    
Projektmitarbeiter: Jill Gößling, Jessica Marschner    
Projektzeitraum: 01.2007 - 01.2010    

Das Projekt geht der Frage nach, wie Schülerinnen und Schüler in (computerbasierten) Experimentierumgebungen ihren Lernprozess strategisch selbst regulieren und wie sie dabei unterstützt werden können. Dafür wurde zusätzlich zu der in der ersten Projektphase entwickelten computerbasierten Experimentierumgebung zum Thema „Auftrieb in Flüssigkeiten“ eine weitere Experimentierumgebung entwickelt. In dieser können Schülerinnen und Schüler Experimente zum Thema „Säuren und Basen“ durchführen. Zusätzlich wurden die in der ersten Projektphase entwickelten verhaltensbasierten Strategie- und Regulationsmaße auf die neue Experimentierumgebung adaptiert. Diese Maße sind die Grundlage für die Entwicklung mikro-adaptiver metakognitiver Onlinehilfen, welche kleinschrittig an das Experimentierverhalten eines Schülers/einer Schülerin adaptiert die Anwendung geeigneter Strategien anregen und damit den Lernprozess verbessern und den Lernerfolg erhöhen. Weitere Onlinehilfen sollen das Erkennen von Fehlern bei der Anwendung von Strategien fördern und somit helfen, entsprechende Fehler zu vermeiden.  
Die Entwicklungsarbeiten sind mittlerweile abgeschlossen, so dass die Experimentierumgebung zum Thema „Säuren und Basen“ inklusive der adaptierten Strategie-, Regulations- und Fehlermaße zurzeit evaluiert wird. Erste vorläufige korrelative Befunde zeigen, dass der Einsatz von Strategien in der einen computerbasierten Experimentierumgebung positiv mit dem entsprechenden Strategieeinsatz in der anderen Experimentierumgebung korreliert. Tiefergehende Analysen werden jedoch erst nach Abschluss der Datenerhebung Ende Februar möglich sein.  
In einer Re-Analyse der Daten aus der ersten Projektphase (n = 255), die mit Hilfe der physikalischen Experimentierumgebung und der darin implementierten verhaltensbasierten Strategiemaße erhoben wurden, wurde eine zentrale Annahme des Scientific Discovery as Dual Search-Modells nach Klahr und Dunbar (1988) überprüft. Nach dem Modell ist es für Lernen notwendig, dass es zu einer Interaktion zwischen Experimente- und Hypothesen-Raum kommt. Diese Interaktion drückt sich entweder in Experimenten aus, die eine zuvor aufgestellte Hypothese überprüfen, oder aber in einer Schlussfolgerung auf der Basis eines durchgeführten Experiments. Gemäß dem Modell sollte diese Interaktion Lernerfolg besser vorhersagen als Experimente, die sich nicht auf eine Hypothese beziehen oder aber als Experimente, die unsystematisch und ohne Variablenkontrolle durchgeführt wurden. Die Re-Analyse bestätigt diese Annahme: Neben dem inhaltsspezifischem Vorwissen (beta = .38) sagt die Interaktion zwischen Experimente- und Hypothesen-Raum mit beta = .29 den inhaltsspezifischen Lernerfolg am besten vorher. Die Ergebnisse konnten in einer weiteren Untersuchung mit einer überarbeiteten Version der physikalischen Experimentierumgebung repliziert werden.

 
Veröffentlichungen des Projekts
Projekt Visualisierung (Fortsetzung)
Visualisieren naturwissenschaftlicher Sachverhalte    
 
Antragsteller: Prof. Dr. Detlev Leutner, Prof. Dr. Elke Sumfleth      
Projektmitarbeiter: Dr. Hubertina Thillmann, Claudia Leopold, Annett Schwamborn    
Projektzeitraum: 10.2007-9.2010    

Ziel des Projekts ist die Untersuchung der theoretischen Grundlagen für ein computergestütztes Visualisierungswerkzeug zur Förderung des Lernens aus naturwissenschaftlichen Sachtexten. Das Projekt hat bisher (Februar 2009) eine Laufzeit von 21 von insgesamt 36 Monaten. In diesem Zeitraum wurden vier Untersuchungen (eine Vorstudie und drei Hauptstudien) durchgeführt.  
In zwei papierbasierten Studien (Studien 2a & 2b) konnte die Effektivität und relative Effizienz des instruktional unterstützten Lernens mit selbst konstruierten (selbst gezeichneten) Visualisierungen aus einem Chemie-Sachtext gezeigt werden (vgl. Leopold, 2008; Van Meter, 2001). Im Gegensatz dazu zeigten die Ergebnisse einer computergestützten Studie (Studie 3) für das Lernen mit selbst konstruierten Visualisierungen nur eine Überlegenheit im Lernerfolg, wenn der Lernerfolg piktorial und nicht verbal erfasst wurde. Zudem zeigten sich über die drei Hauptstudien hinweg erwartungskonform signifikante positive Zusammenhänge zwischen dem erzielten Lernerfolg und der Qualität der selbstkonstruierten Bilder (vgl. Van Meter & Garner, 2005). Ergänzend konnten die aus der Literatur bekannten lernförderlichen Effekte des Lernens mit präsentierten Visualisierungen (vgl. Mayer, 2001; Schnotz, 2005) sowohl mit papierbasierten Lernmaterialen unter konstanter Lernzeit als auch mit computerbasierten Lernmaterialen unter Kontrolle der Lernzeit gezeigt werden.  
Im Hinblick auf die Fragestellung des Projektes lassen sich damit erste Antworten geben: Selbstkonstruierte funktionale Visualisierungen scheinen beim verstehenden Lesen eines naturwissenschaftlichen Sachtextes in Abhängigkeit von der Qualität der selbst erstellten Bilder dann lernwirksam zu sein, wenn der Lernende auf Papier zeichnet und während des Lernprozesses durch Zeichenhilfen instruktional unterstützt wird. Bezüglich des computergestützten Visualisierungswerkzeugs zur Förderung des Lernens aus naturwissenschaftlichen Sachtexten konnte diese Lernwirksamkeit bisher allerdings noch nicht überzeugend gezeigt werden.  
In weiteren Experimenten der zweiten Förderphase wird daher in einer Folgestudie untersucht, welchen Einfluss die Darbietungsform des Lernmateriales (paperbasiert vs. computergestützt) auf den Lernerfolg beim Lernen mit selbst konstruierten Visualisierungen hat. Zudem ist für das Frühjahr 2009 eine weitere experimentelle Studie geplant, um zusätzliche Möglichkeiten der instruktionalen Unterstützung der beiden Teilprozesse „Selektion“ und „Organisation“ beim selbstregulierten Visualisieren zu untersuchen. Diese Studie wird auf Grund der indifferenten Befundlage der bisherigen Studie mit computergestütztem Lernen zunächst papierbasiert durchgeführt. Eine zusätzliche computergestützte Erfassung zur weiteren Modifikation und Evaluation des computerbasierten Visualisierungswerkzeuges könnte im Herbst 2009 erfolgen.  
Die zu erwartenden Ergebnisse sollen weitere spezifische Erkenntnisse zur instruktionalen Unterstützung beim Visualisieren naturwissenschaftlicher Sachverhalte sowohl mit papierbasierten als auch computerbasierten Lernmaterialien aufzeigen sowie als Ausgangspunkt für die Überprüfung der Generalisierbarkeit der Befunde der ersten und zweiten Förderphasen zum Visualisieren naturwissenschaftlicher Sachverhalte dienen (vgl. Fortsetzungsantrag 2009-2011).  
Die in diesem Projekt in der zweiten Förderphase bisher durchgeführten und weiterhin geplanten Arbeiten werden von der Projektmitarbeiterin Annett Schwamborn durchgeführt und bis voraussichtlich Anfang 2010 in Teilen in ihre Dissertationsschrift münden.

 
Veröffentlichungen des Projekts
Projekt Kleingruppen/ Strukturierungstraining (Fortsetzung)
Strukturierungstraining zur Fehlervermeidung beim prozessorientierten Arbeiten in kooperativer Kleingruppenarbeit  
 
Antragstellerin: Prof. Dr. Elke Sumfleth      
Projektmitarbeiterin: Isabel Wahser    
Projektzeitraum: 10.2006-9.2009  

Aufbauend auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts (Walpuski, 2006) wurde in diesem Projekt untersucht, inwieweit die Einführung eines Strukturierungstrainings zum Umgang mit strukturierenden Hilfen in Form eines Flussdiagramms bzw. eines standardisierten Lehrer¬vortrags einen Effekt auf das intendierte Vorgehen und die Lernleistung der Schüler hat. Darü¬ber hinaus wurde untersucht, inwieweit die Interventionen Anzahl und Art der Schülerfehler beeinflussen.  
Zu diesem Zweck wurde zunächst die aus dem Vorgängerprojekt vorliegende Lernumgebung optimiert. Insbesondere die Strukturierungshilfen (Flussdiagramm) wurden modifiziert, da die Videodaten zeigen, dass diese von den Schülerinnen und Schülern nicht wie erwartet ange¬nommen wurden. Ergänzend wurde ein Strukturierungstraining in Form von drei Trainings¬heften entwickelt. Neben einer Erläuterung der naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen enthielt das Strukturierungstraining zwei weitere Aspekte: Sinn und Funktion von Feedback sowie der Umgang mit Fehlern. Zur Überprüfung der Wirksamkeit des Trainings wurde ein Strukturie¬rungstest entwickelt. Da in der Studie auch untersucht werden sollte, inwieweit das Strukturie¬rungstraining und/oder der standardisierte Lehrervortrag einen Einfluss auf Zahl und Art der Schülerfehler haben, musste ein Manual zur Kodierung der Videos entwickelt werden. Ergän¬zend wurden Leistungstests aus dem Vorgängerprojekt übernommen und Daten zu kognitiven Fähigkeiten und Motivation erhoben.  
Die Hauptstudie wurde an drei verschiedenen Gymnasien in NRW mit insgesamt  
172 Schülern der 7. Jahrgangsstufe als experimentelle Laborstudie durchgeführt. Ein Vergleich der Prä- und Postergebnisse zeigt, dass die Schülerinnen und Schüler, die ein Strukturierungs¬training erhalten haben einen signifikant höheren Lernzuwachs im Fachwissen erlangen und strukturierter in den Kleingruppen arbeiten. In Kombination mit dem Lehrervortrag wird dieser Effekt noch verstärkt. Mit dem Strukturierungstraining liegt zusätzlich neues Lernmaterial vor, das themenunabhängig zur Vermittlung von experimentellen Arbeitsweisen eingesetzt werden kann.  

 
Veröffentlichungen des Projekts
Projekt Kompetenzdiagnose
Kompetenzdiagnose im Physikunterricht der Sekundarstufe I  
 
Antragsteller: Prof. Dr. Hans E. Fischer, Dr. Knut Neumann    
Projektmitarbeiter: Dr. Alexander Kauertz, Hendrik Härtig, Irene Neumann  
Projektzeitraum: 10.2006-9.2009    

Ziel des Projekts „Kompetenzdiagnose im Physikunterricht der Sekundarstufe I“ ist die Entwicklung und empirische Überprüfung eines Stufenmodells physikalischer Kompetenz. In Kooperation mit Prof. Dr. J. Mayer (Universität Gießen), Prof. Dr. E. Sumfleth (Universität Duisburg-Essen) und Prof. Dr. O. Köller (IQB Berlin) wurde ein entsprechendes Modell für Biologie, Chemie und Physik gemeinsam entwickelt. Dieses Modell baut auf den Vorabeiten von Kauertz (2008) auf und nutzt das Modell hierarchischer Komplexität und kombiniert es mit zwei weiteren Dimensionen (kognitive Prozesse und Kompetenzbereiche). Damit handelt es sich entsprechend des Projektantrags um ein Kompetenzstrukturmodell mit hierarchischen Stufen.  
Durch die Kooperation im Projekt ESNaS kann die Samplegröße erhöht werden, die Generalisierbarkeit wird verbessert und weitere Instrumente können zur Validierung genutzt werden. Zudem lässt sich untersuchen, ob physikalische Kompetenz eindeutig von biologischer und chemischer abgegrenzt werden kann, da Aufgaben basierend auf demselben Modell für die Fächer getrennt entwickelt werden. Zusätzlich wird nicht nur der Bereich Fachwissen modelliert, sondern darüber hinaus auch Erkenntnisgewinnung.  
Die benötigten größeren Stichproben werden durch die Testdurchführung mittels des DPC sichergestellt. Die Aufgaben wurden von Vertretern der Bundesländer anhand einer Konstruktionsanleitung entwickelt, die Entwicklung durch die beteiligten Fachdidaktiker begleitet. Externe Berater aus anderen Fachdidaktiken hatten Einsicht in den gesamten Prozess, um die Güte der Aufgaben sicher zu stellen.   Der Prozess der Aufgabenentwicklung und eine erste Prä-Pilotierung sind inzwischen abgeschlossen. Die Ergebnisse der Prä-Pilotierung stellen aufgrund der Stichprobengröße zwar nur einen Trend dar, deuten aber darauf hin, dass die entwickelten Aufgaben bezüglich der Gütekriterien Validität und Reliabilität in der Pilotierung hinreichend gute Werte erzielt werden. So ist es gelungen einen Test zu konstruieren, der in der Stichprobe, die alle Schulformen umfasst weder zu Boden- noch Deckeneffekten führt. Die Komplexitätsniveaus und kognitiven Prozesse bilden sich trotz der geringen Stichprobengröße bereits in der Aufgabenschwierigkeit wie erwartet ab, so dass sich das Modell offenbar bestätigen lässt.  
In der nächsten Phase, der Pilotierung werden alle Aufgaben in einer deutlich größeren Stichprobe eingesetzt. Die Erhebung findet noch im ursprünglichen Antragszeitraum statt, so dass die Ziele des Projekts erreicht werden.

 
Veröffentlichungen des Projekts
Projekt Abiturprüfungen
Bedingungen und Wirkungen dezentraler und zentraler Abschlußprüfungen im Naturwissenschaftlichen Unterricht  
Antragsteller: Prof. Dr. Klaus Klemm, Dr. Isabell van Ackeren    
Projektmitarbeiter: Dr. Rainer Block    
Projektzeitraum: 04.2007-12.2009  

Fast alle deutschen Bundesländer schließen mit der Einführung zentraler Prüfungen am Ende der Sekundarstufen II an internationale Entwicklungen an. Die Standardisierung des Prüfungsverfahrens wird als eine wesentliche bildungspolitische Maßnahme zur Sicherung von Qualitätsstandards angesehen. Bemerkenswert ist, dass sich diese Erwartungen kaum auf empirische Forschung, welche die Komplexität schulischer Bildungsprozesse berücksichtigt, stützen können. Eine Durchsicht der Forschungsbefunde die insbesondere auf Reanalysen von TIMSS und PISA-Datensätzen beruhen, zeigt tendenziell Vorteile zentraler Prüfungen für das Erreichen hoher Standards. Über die Studien hinweg erweist sich das Bild jedoch als inkonsistent und variiert fach- und altersgruppenspezifisch  
Die Wirkungen der Prüfungsorganisation auf schulische und unterrichtliche Prozesse wurden zudem bislang nicht hinreichend differenziert analysiert. Im Rekurs auf die Educational Governance-Theorie kann davon ausgegangen werden, dass Steuerungshandeln auf der Bildungs¬systemebene auf unterschiedliche institutionelle und individuelle Handlungs¬bedingungen hin adaptiert wird. Die Adaption wird von selbstreflexiven und situativen Konstellationen multifaktoriell beeinflusst, so dass sich Auftragsplan (z.B. die Steuerung von Unterricht und Lernerträgen durch zentrale Prüfungen) und Realisierung durch die schulischen Akteure substanziell unterscheiden können.  
Das als Querschnittstudie angelegte Forschungsprojekt greift dieses Forschungsdesiderat auf und untersucht im Rahmen einer Befragung mit standardisierten Erhebungsinstrumenten die Wirkungen unterschiedlicher Prüfungsmodalitäten (zentrale/dezentral) auf schulische Arbeitsprozesse in drei Bundesländern mit jeweils unterschiedlichen Prüfungstraditionen im Abitur (Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz, Nordrhein-Westfalen).  
Im Vorfeld der derzeit laufenden Haupterhebung (Stand Dezember 2008) wurden im Projektzusammenhang zwei zentrale Forschungsvorhaben umgesetzt. Dabei handelt es sich zum einen um eine Sekundäranalyse der PISA E 2003-Daten zum Zusammenhang von Prüfungsorganisation und Leistungsniveau. Die Ergebnisse der Reanalyse zeigen, im Gegensatz zu den verbreiteten Forschungsbefunden bildungsökonomischer Provenienz, dass sich anhand der PISA-Daten die unterstellten generellen und substanziellen Effekte des Zentralabiturs so nicht beobachten lassen, weder in Bezug auf die untersuchten Leistungsvariablen noch hinsichtlich ausgewählter Unterrichtsvariablen. Dort, wo sich signifikante Unterschiede zeigen, sind diese entweder erwartungswidrig, von der Größenordnung her klein bis trivial oder domänenspezifisch variierend.  
Die erstellten nationalen und internationalen Übersichtsstudien zur Prüfungsorganisation in der Sekundarstufe I und II wiederum zeigen, wie heterogen die Prüfungssysteme selbst so genannter ‚zentral prüfender‘ Länder ausgestaltet sind. In Bezug auf die Bundesländer in der BRD überwiegen die Überschiede in der Ausgestaltung der Prüfungselemente beim Zentralabitur die Gemeinsamkeiten. Aus internationaler Perspektive wiederum präferiert die Mehrheit der zentral prüfenden Bundesländer in der BRD – mit Ausnahme der Bewertungsvorgaben für die Benotung – solche Organisationsformen des Zentralabiturs, die einen im internationalen Vergleich nur geringen bis mittleren Standardisierungsgrad repräsentieren. Dies betrifft alle Bereiche der Prüfungsorganisation: Von der Vorbereitung der Prüfung bis hin zum Umgang mit den Prüfungsergebnissen.

 
Veröffentlichungen des Projekts
Projekt PLUS-Studie
Professionswissen von Lehrkräften, naturwissenschaftlicher Unterricht und Zielerreichung im Übergang von der Primar- zur Sekundarstufe  
 
Antragsteller: Prof. Dr. Kornelia Möller, Prof. Dr. Hans E. Fischer      
Projektmitarbeiter: Katharina Fricke, Dr. Alexander Kauertz, Thilo Kleickmann, Kim Lange    
Projektzeitraum: 10.2006-9.2009  

Im Rahmen des PLUS-Projekts werden Grund- und weiterführende Schulen auf der Basis eines Modells für Unterrichtsqualität verglichen. Dabei werden drei Merkmalsebenen unterschieden: Die Lehrerebene, die Unterrichtsebene und die Schülerebene. Mit Hilfe des Modells können innerhalb und zwischen den Ebenen Zusammenhänge untersucht und somit stufen- und schulformspezifische Unterschiede erfasst werden. Die Erhebung der Daten findet derzeit an 60 Grundschulen, 30 Hauptschulen und 30 Gymnasien in Nordrhein-Westfalen statt. Die dabei verwendeten Instrumente wurden im ersten Projektjahr entwickelt und adaptiert. Im Leistungstest erforderten die sprachliche Angemessenheit und Verständlichkeit einerseits sowie die für die Jahrgangsstufe angemessene physikalische Genauigkeit andererseits aufwändige Prä-Pilotierungen. Auch die teilweise adaptierten, teilweise neu entwickelten Fragebogeninstrumente wurden hinsichtlich adäquater Formulierungen der Items mehrfach pilotiert.  
In der Pilotierung zeigten alle Instrumente gute Kennwerte bzgl. Reliabilität und Verteilungsparameter. Mit diesen Daten konnte gezeigt werden, dass sowohl auf der Ebene der Lehrkräfte (Fachwissen, Vorstellungen zum Lehren und Lernen) als auch im Unterricht (Verständnisorientierung, Interessenorientierung, Klassenführung; erfasst wurden Wahrnehmungen der Schülerinnen und Schüler) z. T. gravierende Unterschiede zwischen Grundschule (4. Klasse) und Sekundarstufe (6. Klasse) bestehen. Auch in den Zielkriterien zeigen sich Unterschiede zwischen Klasse 4 und 6. Die Merkmale des Unterrichts werden neben der Erfassung über Schülerwahrnehmungen auch in Videos erfasst und durch Videokategoriensysteme analysiert. Hierzu ist eine reliable Basiskodierung entwickelt worden, mit der die Oberflächenmerkmale der Videos systematisiert werden. Die höher inferenten Kodierungen werden derzeit an Pilot-Videos entwickelt. Bis zum Ende des Projektzeitraums werden die Hypothesen zu schulstufen- und -formbezogenen Unterschieden in den Zusammenhängen der untersuchten Variablen innerhalb und zwischen den Merkmalsebenen mit diesen Daten überprüft.

 
Veröffentlichungen des Projekts
Projekt Unterrichtsqualität im Fach Biologie
Sachlogische Strukturen im Biologieunterricht und ihr Zusammenhang zu Unterrichtsqualität und Lernleistung  
Antragsteller: Dr. Birgit J. Neuhaus, Prof. Dr. Angela Sandmann  
Projektmitarbeiterin: Stefanie Wüsten    
Projektzeitraum: 10.2006-9.2009  

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines biologiedidaktischen Modells der Unterrichtsqualität und die anschließende Analyse von Interaktionseffekten zwischen allgemeinen, fachunabhängigen Qualitätsmerkmalen auf der einen Seite und fachspezifischen Merkmalen auf der anderen Seite. Unter allgemeinen Merkmalen der Unterrichtsqualität verstehen wir in Anlehnung an Shulman (1987) Merkmale, die im Unterricht beobachtet werden können und auf das pädagogische Wissen der Lehrkraft zurückzuführen sind. Unter fachspezifischen Merkmalen verstehen wir Qualitätsmerkmale, die im Unterricht beobachtet werden können und auf das fachliche und fachdidaktische Wissen der Lehrkraft zurückzuführen sind.  
Auf der Grundlage bestehender Literatur wurden Listen allgemeiner und fachspezifischer Qualitätsmerkmale aufgestellt. Für wesentliche dieser Qualitätsmerkmale wurden Kategoriensysteme entwickelt, mit denen Unterrichtsvideos, Transkripte der Unterrichtsvideos und Sachstrukturdiagramme ausgewertet werden können.  
Die empirische Projektarbeit besteht aus zwei Teilstudien: einer quasi-experimentellen Videostudie, und einer experimentellen Interventionsstudie. Im Rahmen der Videostudie wurden 50 aus der ersten Antragsphase vorhandene Unterrichtsvideos zum Thema Blut und Blutkreislauf in Transkripte und Sachstrukturdiagramme überführt. Die Videos, die Transkripte und die Sachstrukturdiagramme wurden hinsichtlich allgemeiner Qualitätsmerkmale (Organisationsklarheit, Klassenführung, Wahlmöglichkeiten für Schüler, Medien und Methodeneinsatz, Frageverhalten und Kommunikationsstruktur)   und fachspezifischer Qualitätsmerkmale (inhaltliche Klarheit, Einsatz von Realobjekten, Einsatz von Modellen, Alltagsbezüge im Unterricht, Einsatz von Fachsprache) ausgewertet und wurden bzw. werden zurzeit mit Leistungs- und Interessendaten der Schüler korreliert. Die Bündel von allgemeinen und fachspezifischen Qualitätsmerkmalen werden im Anschluss in einem experimentellen Design bezüglich ihrer Wirkung auf die Lernleistung der Schülerinnen und Schüler und hinsichtlich erwarteter Interaktionseffekte untersucht.  
Das Projekt leistet durch die Beschreibung von Qualitätsmerkmalen des Biologieunterrichts einen Beitrag zur Unterrichtsqualitätsforschung innerhalb der Biologiedidaktik und trägt durch die Untersuchung der Interaktion von fachun¬abhängigen und fachspezifischer Qualitätsmerkmalen darüber hinaus zu einer Erweiterung des Konzepts der Unterrichtsqualität bei. Im Rahmen der Interventionsstudie werden zudem optimierte Unterrichtsmaterialien entwickelt, die   in der lehreraus- und -fortbildung genutzt werden können. Zudem eigenen sich die hier beschriebenen Sachstrukturdiagramme um in der Lehreraus- und -fortbildung prototypische Unterrichtsverläufe miteinander zu vergleichen.  

 
Veröffentlichungen des Projekts
Projekt Kontext und Concept-Maps in Biologie und Chemie
Zum Einfluss von Kontext und Concept-Maps auf Lernerfolg und Interesse in Biologie und Chemie  
 
Antragsteller: Prof. Dr. Angela Sandmann, Prof. Dr. Elke Sumfleth      
Projektmitarbeiter: Sabine Fechner, Marion Haugwitz    
Projektzeitraum: 10.2006-9.2009  

Ziel des Projekts ist es, den Einfluss lebensweltlicher Kontexte auf Interesse und Lernleistung in den zwei naturwissenschaftlichen Fächern Chemie und Biologie fachintern als auch fächervergleichend zu untersuchen. Weiterhin wird der Einsatz von Concept Mapping im Hinblick auf eine Unterstützung der Vernetzung der Fachinhalte beleuchtet.  
Es gelang größtenteils die angestrebte Stichprobe für beide Fächer zu realisieren und somit einen Vergleich der beiden Naturwissenschaften zu gewährleisten. In Pilotstudien wurden die Studienmaterialien erprobt und aufgrund der Ergebnisse zum Teil überarbeitet. Die Hauptstudien im 2x2 Design mit den unabhängigen Variablen Kontext und Concept Mapping wurden für beide Fächer mit annähernd gleicher Stichprobe an sieben Gymnasien durchgeführt. Die bisherige Auswertung der paper und pencil Daten aus den Hauptmesszeitpunkten (Prä, Post und Follow-Up) sowie den stundenbegleitenden Erhebungszeitpunkten zeigen fachintern für die Chemie einen positiven Effekt lebensweltlicher Kontexte und für die Biologie einen positiven Effekt des Concept Mappings auf die Lernleistung der Schülerinnen und Schüler.  
Die Analysen der paper und pencil Daten sind relativ weit fortgeschritten, so dass demnächst mit den fächervergleichenden Auswertungen begonnen werden kann. Es deutet sich bereits an, dass die Einbettung fachlicher Inhalte in lebensweltliche Kontexte nicht generell als interessens- und leistungssteigernd angenommen werden kann. Vielmehr scheint wie vermutet in der Biologie durch die stärkere Verknüpfung von Lebenswelt und Fachinhalt kein Unterschied zu bestehen. Dieses Ergebnis deutete sich bereits bei der Konstruktion der Kontexte an.  
Weiterhin zeigt sich für die Chemie, dass trotz generell positiver Kontexteffekte die stundenbegleitenden Ergebnisse sehr unterschiedlich ausfallen. Eine weitere Untersuchung, welche Kontexte bei welchen fachlichen Konzepten am wirksamsten sind, könnte vielversprechende Erkenntnisse liefern.  
Die Ergebnisse der Variablen Concept Mapping zeigen eine Lernwirksamkeit in Biologie, jedoch nicht in Chemie auf. Die Auswertung der vorliegenden Concept Maps und der Zusammenfassungen könnte hierbei weiteren Aufschluss geben.  
Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass Lernen in lebensweltlichen Kontexten in Chemie zu einem gesteigerten Interesse und höheren Leistungen führt, die unterschiedliche Wirkung der einzelnen Kontexte in beiden Fächern bedarf jedoch noch weiterer Aufklärung. Die Effekte des Concept Mapping im Vergleich zu den Zusammenfassungen können mit den vorhandenen Daten noch weiter beleuchtet werden.

 
Veröffentlichungen des Projekts
Projekt Hausaufgaben
Hausaufgabenpraxis im Chemieunterricht    
 
Antragsteller: Prof. Dr. Elke Sumfleth, Dr. Isabell von Ackeren    
Projektmitarbeiterin: Corinna Kieren    
Projektzeitraum: 10.2006-9.2009  

Da es keine Studien zur Hausaufgabensituation im Chemieunterricht gibt, wurde zunächst mittels einer Fragebogenerhebung bei Lehrerinnen und Lehrern der aktuelle Stand der Hausaufgabenpraxis im Chemieunterricht exemplarisch am Ende der Sekundarstufe I (Klasse 10) im Gymnasium erhoben. Auf der Grundlage der bislang in der Forschung herausgearbeiteten Standards zum Einsatz von Hausaufgaben wird die Hausaugabenpraxis typisiert, und zwar hinsicht¬lich der Häufigkeit, der Länge, der Art der Aufgabenstellung und der Komplexität der bearbeiteten Chemiehausaufgaben sowie der Art und der Häufigkeit der Kontrolle der Hausaufgaben. Mit Extremgruppen (optimale Hausaufgaben versus disfunktionale resp. keine Hausaufgaben) sollte in einer Interventionsstudie untersucht werden, ob durch eine Variation des ‚Hausaufgabendesigns‘ der Lernerfolg im Chemieunterricht erhöht werden kann.  
Die Fragebogenerhebung in den drei Bundesländern Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz und Schleswig-Holstein liefert hier wichtige Hinweise. Die Mehrheit der Lehrerinnen und Lehrer gibt an, in jeder oder jeder zweiten Stunde Hausaufgaben zu stellen und jede der erteilten Hausaufgaben zu kontrollieren. Für die Erledigung werden im Schnitt zehn bis fünfzehn Minuten eingeplant, wobei geschätzte 50 bis 75 Prozent der Schülerinnen und Schüler die gestellten Aufgaben auch bearbeiten. Kooperative Aufgabenstellungen sind relativ häufig, eine Binnendifferenzierung findet nur selten statt. Die Art der Aufgabenstellung wird jedoch nur eingeschränkt variiert. Erledigungs- und Lösungskontrolle werden gleichhäufig eingesetzt. Die Stellung der Hausaufgaben erfolgt nahezu ausschließlich am Stundenende, die Kontrolle überwiegend zu Beginn des Unterrichts. Im Schnitt benötigen die Lehrkräfte etwa fünf bis fünfzehn Minuten ihrer Chemiestunden für das Kontrollieren und Erteilen der Aufgaben. Unterschiede zwischen den Bundesländern sind unbedeutend.  
Im nächsten Schritt wurde dann eine Intervention geplant, das entsprechende Material und die dazugehörigen Tests entwickelt bzw. adaptiert und in einer ersten Pilotstudie erprobt. Es zeigt sich hier ein signifikanter Interaktionseffekt zwischen Messzeitpunkt und Treatment, der auch erhalten bleibt, wenn das Interesse als Kovariate in die Rechnungen einbezogen wird. Die Interventionsgruppe lernt also signifikant mehr als die Kontrollgruppe.  
Dennoch erscheint es nicht sinnvoll, die Hauptstudie in der ursprünglich geplanten Art und Weise durchzuführen. Hierfür gibt es einerseits organisatorische Gründe und andererseits inhaltliche, die als wichtiger beurteilt werden. Denn das Problem der durch die Hausaufgaben erhöhten Lernzeit bleibt immer bestehen. Es ist nicht klärbar, ob ein erzielter Effekt ggf. nur ein Zeiteffekt ist. Außerdem gibt es neue Arbeiten der Arbeitsgruppe um Trautwein (Trautwein, Lüdtke, Schnyder & Niggli, 2006; Pieper, Trautwein & Lüdtke, 2008), die den Einfluss der Hausaufgabenqualität thematisieren und modellhaft abbilden. Deshalb erschien es sinnvoller das Design der Hauptstudie zu überdenken, die Hauptstudie zeitlich zu verschieben und die Schwerpunkte der Untersuchung zu verlagern, zumal die Hinweise aus der Pilotstudie den prinzipiellen Nutzen der zusätzlichen Lernzeit untermauern. Das neue Projektprofil wird im Verlängerungsantrag beschrieben und begründet.

 
Veröffentlichungen des Projekts
Seite zuletzt bearbeitet am: 09.09.2010 Alle Inhalte © NWU Essen, soweit nicht anderweitig bezeichnet