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Projekt Kompetenzdiagnose
<b>Didaktik der Physik <br> <br></b>
Didaktik der Physik

Antragsteller  
Prof. Dr. Hans E. Fischer      
Dr. Knut Neumann  
 
Projektmitarbeiter  
Dr. Alexander Kauertz  
Hendrik Notarp  
Irene Zilker  
 
Projektzeitraum:      
10.2006-9.2009  
   
       
   
Förderkennziffer: FI477/19-1
Forschungsanliegen
Kompetenzdiagnose im Physikunterricht der Sekundarstufe  
 

Klieme et al. (2003) bezeichnen die Operationalisierung der für den Mittleren Bildungsabschluss beschlossenen kompetenzorientierten Standards (Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland [KMK], 2005a; KMK, 2005b; KMK, 2005c) als vorrangiges Ziel zur Qualitätsentwicklung in unserem Bildungssystem. Eine besondere Bedeutung kommt daher der Entwicklung und empirischen Überprüfung entsprechender Kompetenzmodelle für die jeweiligen Fächer zu (Reiss, im Druck; Schecker, im Druck), da die Kenntnis beziehungsweise die Vorgabe einer fachbezogenen Kompetenzstruktur Voraussetzung für eine Diagnose und anschließende gezielte Entwicklung einer entsprechenden Kompetenz ist.  
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und empirische Überprüfung eines Kompetenzstrukturmodells für physikalische Kompetenz und eines entsprechenden Testinstruments. Ausganspunkt dafür sind die nationalen Bildungsstandards für den mittleren Schulabschluss (KMK, 2005c) und bestehende fachdidaktische Modelle für das Lernen im Fach Physik. Die Untersuchung zur empirischen Überprüfung des Modells ist in zwei Schritten geplant: Im ersten Schritt soll die durch das Modell postulierte Struktur physikalischer Kompetenz als Binnenaspekt der Konstruktvalidität und im zweiten Schritt die Konstruktvalidität des Modells im Hinblick auf Außenaspekte geprüft werden.

Methoden und Auswertung

Im ersten Arbeitsschritt wird, ausgehend von einer detaillierten Beschreibung des Modells, eine Anleitung für die Aufgabenkonstruktion erstellt. Eine solche Anleitung strukturiert den Prozess der Konstruktion von Aufgaben mit vorher definierten Eigenschaften. Dazu wird eine von Kauertz entwickelte Anleitung erweitert, um zusätzlich zu strukturellen Aspekten auch die Auswahl der Aufgabeninhalte über Concept-Maps zu systematisieren. Diese Concept-Maps werden aus Physik-Schulbüchern der Sekundarstufe I erstellt, um die Inhaltsvalidität der Aufgaben zu sichern – in Anlehnung an frühere Arbeiten z. B. von Hucke (2000) oder Miller (1974). Darauf aufbauend werden Aufgaben für einen Kompetenztest entwickelt.  
Der zweite Arbeitsschritt dient der Überprüfung der postulierten Kompetenzstruktur. Es wird untersucht, ob physikalische Kompetenz durch die drei genannten Dimensionen konsistent beschrieben werden kann. Die Analyse erfolgt mittels probabilistischer Testtheorien (z.B. Raschanalyse). Diese ermöglichen es, Aufgabenschwierigkeit und Schülerfähigkeiten in einen unmittelbaren Zusammenhang zu stellen. Zusätzlich werden die kognitiven Fähigkeiten sowie Interesse und Motivation als Kontrollvariablen erhoben.  
In einem dritten Arbeitsschritt wird geprüft, ob mit dem entwickelten Kompetenztest tatsächlich physikalische Kompetenz erfasst werden kann. Dazu wird ein Teil des PISA-E Tests zu physikalischer Kompetenz als Vergleich genutzt. Die statistische Auswertung wird wiederum über probabilistische Methoden vorgenommen.

Datenlage und Ergebnisse
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
Veröffentlichungen zu diesem Projekt
Artikel und Tagungsbandbeiträge  
 
•   Notarp, H., Kauertz, A., Neumann, K., Fischer, H. E. (im Druck). Kontentvalidität von Tests über Sachstrukturen von Physikschulbüchern. In D. Höttecke (Hrsg.): Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik: Chemie- und Physikdidaktik für die Lehramtsausbildung. Münster: Lit.  
•   Notarp, H., Neumann, K., Fischer, H. E. (2008): Kompetenzdiagnose im Physikunterricht der Sekundarstufe 1. In D. Höttecke (Hrsg.): Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik: Kompetenzen, Kompetenzmodelle, Kompetenzentwicklung. Münster: Lit. S. 404 – 406.  
•   Köller, O., Fischer, H. E., Mayer, J., Sumfleth, E., Hartmann, S., Katzenbach, M., Kauertz, A., Notarp, H., Ropohl, M., Walpuski, M., Wellnitz, N., Zilker, I. (2008). Hinweise zur Erstellung von Testaufgaben für das Projekt Evaluation der Bildungsstandards in den Fächern Biologie, Chemie und Physik, Bd. 1-5. Unveröffentlichtes Arbeitspapier.  
•   Härtig (geb. Notarp), H. (2007). Kodiermanual zum Concept Mapping von Schulbüchern. Unveröffentlichtes Arbeitspapier.  
•   Neumann, K., Kauertz, A., Lau, A., Notarp, H., & Fischer, H. E. (2007). Die Modellierung physikalischer Kompetenz und ihrer Entwicklung. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 13, 125-143.  
•   Fischer, H. E., Kauertz, A., Neumann, K. (2008). Standards of Science Education. In: Mikelskis-Seifert, Ringelband & Brückmann (Hrsg.) Four Decades of Research in Science Education – from Curriculum Development to Quality Improvement. (S.29-42)   Münster: Waxmann.  
•   Kauertz, A., Fischer, H. E., Lau, A., & Neumann, K. (2008). Kompetenzmessung durch Leistungstests – Hilfe oder Druckmittel? Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht (61/2), 75 -79  
•   Kauertz, A. und Fischer, H.E. (2006). Assessing Students’ Level of Knowledge and Analysing the Reasons for Learning Difficulties in Physics by Rasch Analysis. In: X. Liu & W. J. Boone (Hrsg.) Applications of Rasch Measurement in Science Education. (S. 212–246) Maple Grove, USA: JAM press.    
•   Kauertz, A., Neumann, K., & Notarp, H. (submitted). Competence in Science Education. In: B. Fraser, K. Tobin & C. McRobbie (Hrsg.). Second International Handbook of Science Education.  
•   Leutner, D., Fischer, H.E., Kauertz, A., Schabram, N., & Fleischer, J. (2008). Instruktionspsychologische und fachdidaktische Aspekte der Qualität von Lernaufgaben und Testaufgaben im Physikunterricht. In J. Thonhauser (Hrsg.) Aufgaben als Katalysatoren von Lernprozessen (S. 169-181). Münster: Waxmann.  
•   Walpuski, M., Kampa, N., Kauertz, A., & Wellnitz, N. (2008). Evaluation der Bildungsstandards in den Naturwissenschaften. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 61, (6) 323-326.  
•   Walpuski, M., & Kauertz, A. (im Druck): Die Normierung der Bildungsstandards in den Naturwissenschaften. In: D. Höttecke (Hrsg.) Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik: Chemie- und Physikdidaktik für die Lehramtsausbildung. Berlin: Lit.  
•   Zilker, I., Kauertz, A., & Fischer, H. E. (im Druck). Kompetenzdiagnose im Bereich Nature of Science und Scientific Inquiry. In: Höttecke D. (Hrsg.) Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik: Chemie- und Physikdidaktik für die Lehramtsausbildung. Berlin: Lit.  
 
 
Vorträge und Workshops  
 
•   Notarp, H., Kauertz, A., Neumann, K., Fischer, H. E. (2008). Kontentvalidität von Tests über Sachstrukturen von Physikschulbüchern. Tagungsbeitrag zur Jahrestagung der Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik (GDCP) 2008, Schwäbisch Gmünd.  
•   Notarp, H., Kauertz, A., Neumann, K., Fischer, H. E. (2008). Inhaltsvalidität von Aufgaben zur Überprüfung der KMK-Bildungsstandards Physik. 72. Jahrestagung der DPG in Berlin.  
•   Notarp, H., Fischer, H. E. (2007). Kompetenzdiagnose im Physikunterricht der Sekundarstufe I. Tagungsbeitrag zur GDCP Doktorandentagung, Gemen.  
•   Kauertz (2008). Von den Bildungsstandards zum Kompetenzmodell, Evaluation der Standards in den Fächern Biologie, Chemie und Physik – Auftaktveranstaltung zur Schulung der Aufgabenentwickler, Kassel  
•   Kauertz (2008). Von den Bildungsstandards zur Testaufgaben. Aufgabenentwicklung im Projekt ESNaS. DPG-Tagung, Berlin  
•   Kauertz (2008). Implikationen einer Studie zur Aufgabenkomplexität für Large-Scale-Kompetenztests. Tagungsbeitrag zur Jahrestagung der Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik (GDCP) 2008, Schwäbisch Gmünd  
•   Kauertz (2008). Schwierigkeitserzeugende Merkmale physikalischer Leistungstestaufgaben. Preisträgervortrag auf der GDCP-Tagung 2007, Schwäbisch Gmünd  
•   Kauertz (2008). Entwicklung eines Kompetenzmodells und Grundlagen der Aufgabenkonstruktion zur Evaluation der NBS. Information der Ländervertreter im Projekt Evaluation der Standards in den Fächern Biologie, Chemie und Physik (ESNaS), Berlin.  
•   Kauertz (2008). Vom Kompetenzmodell zum Testheft. Entwicklung eines Kompetenzmodells und Grundlagen der Aufgabenkonstruktion zur Evaluation der NBS. Informationsveranstaltung am Landesinstitut für Schulentwicklung Baden-Württemberg, Stuttgart.  
•   Kauertz, A., Walpuski, M., Fischer, H. E., Fischler, H., Melle, I., Parchmann, I., Reinhold, P, & Schecker, H. (2008). Die Normierung der Bildungsstandards in den Naturwissenschaften. Workshop bei der GDCP-Jahrestagung, Schwäbisch-Gmünd.  
•   Kauertz (2008). Modelle und Methoden zur Untersuchung von Physikkompetenz. Möglichkeiten und Grenzen einer large-scale Erfassung von Kompetenz. Physikdidaktischen Kolloquium der Universitäten Münster, Bochum, Dortmund und Duisburg-Essen, Bochum  
•   Kauertz, A. (2008). Vom Kompetenzmodell zum Testheft - Grundprinzipien, Rahmen-bedingungen und Möglichkeiten der Qualitätssicherung. Workshop „Aufgabenentwicklung“ des Arbeitskreises Naturwissenschaften im Schwerpunktprogramm 1293, Essen.  
 
 
Poster  
 
•   Notarp, H., Kauertz, A., Neumann, K., Fischer, H. E. (2008). Inhaltsvalidität von Tests im Large-Scale Assessment über Sachstrukturanalyse von Schulbüchern. Tagungsbeitrag zur 71. Tagung der Arbeitsgruppe für Empirische Pädagogische Forschung. AEPF, Kiel.  
•   Notarp, H., Neumann, K., Fischer, H. E. (2008): Kompetenzdiagnose im Physikunterricht der Sekundarstufe I. Tagungsbeitrag zur Jahrestagung der Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik (GDCP) 2007, Essen.  
•   Notarp, H., Neumann, K., & Fischer, H. E. (2008): Kompetenzdiagnose im Physikunterricht der Sekundarstufe I. Posterbeitrag zum Workshop „Naturwissenschaftlicher Unterricht“, Mülheim.  
•   Notarp, H., Kauertz, A., Neumann, K., Fischer, H. E. (2008): Content Validity and Science Competence Tests. Posterbeitrag zum Workshop mit dem Finnischen Graduiertenkolleg, Helsinki.  
•   Notarp, H., Neumann, K., & Fischer, H. E. (2007): Kompetenzdiagnose im Physikunterricht der Sekundarstufe I. Posterbeitrag zum Workshop „Naturwissenschaftlicher Unterricht“, Mülheim.
Seite zuletzt bearbeitet am: 07.01.2014 Alle Inhalte © NWU Essen, soweit nicht anderweitig bezeichnet