Fakultät für Mathematik, Naturwissenschaften und Technik
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Institut für Biologie und ihre Didaktik
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Hintergrund: Das Forschungsprojekt L.E.G.O. (Lernen ernährungswissenschaftlicher Grundlagen online) konzipiert und evaluiert eine Online-Lernplattform für Studierende ausgewählter Studiengänge der Pädagogischen Hochschule Freiburg – zur eigenständigen Aufarbeitung individueller Wissenslücken.
Methodik: Die Bereitstellung erfolgte über das Learning-Management-System ILIAS. Die Konzeption beruht auf ausgewählten Lerntheorien. Evaluiert wurde über eine Vollerhebung der Studierendengruppen mittels quantitativer Fragebögen – fokussierend auf deskriptive Berechnungen sowie explorative Faktorenanalysen.
Ergebnisse: 83 % der Studierenden bearbeiteten die Selbstlernplattform, dabei war die Nutzungsfrequenz hauptsächlich „gelegentlich“ bzw. „weniger intensiv“. Studierende „ohne ausreichende Vorkenntnisse“ nutzten diese vermehrt. Die Aspekte „Wissen vertieft“ und „Grundlagen erlernt“ spiegeln den erhaltenen Nutzen wider. Einer Nutzung entgegen stand fehlende Zeit. Die Benutzerfreundlichkeit wurde hauptsächlich als „zutreffend“ bis „teilweise zutreffend“ bewertet. Über beide Evaluationszeiträume hinweg veränderte sich das Nutzungsverhalten nicht bzw. wurde „weniger intensiv“. Der Nutzungsgrund entwickelte sich hin zu „Interesse am Fachthema“.
Diskussion: Die Online-Lernplattform zentral auf ILIAS zu verorten, wird durch aktuelle Literatur gestützt (Schäffer und Osterhagen 2016). Zudem fand dies Zustimmung bei den Studierenden. Die fehlende Zeit zur Nutzung ist ambivalent zu bewerten – eventuell obliegt dieser Antworten eine Priorisierung zuungunsten der Lernmöglichkeit – wird jedoch durch aktuelle Literatur gestützt (Schmidt 2007). Die Abnahme des Nutzungsverhaltens lässt sich u. a. auf den in der Literatur beschriebenen Neuigkeitseffekt (Nistor 2013) zurückführen. Möglicherweise nutzten die Studierenden zudem lediglich Inhalte, die ihrem spezifischem Interesse entsprechen (Cheng und Chau 2016).
Ausblick: Dadurch dass die Implementierung eines Blended-Learning-Konzeptes einen lohnenswerten Mehraufwand für die Initiatoren bewirkt (Mürner et al. 2015), sollten Kohärenzen genutzt werden (Koch et al. 2010). L.E.G.O. zeigte, dass Studierende diese Lernmöglichkeit akzeptieren und diese somit zukünftig auf weitere Studiengänge der Hochschule ausgeweitet werden kann.
In der vorliegenden Untersuchung wird aus Perspektive der Grundausbildung für Primarlehrpersonen im Fach Mathematik erörtert, welchen Einfluss dem mathematischen Wissen von Lehrpersonen im Zusammenhang mit der Umsetzung von mathematisch substanziellen Lernumgebungen durch einen Unterricht, tendenziell wie von "mathe 2000" gefordert, zugeordnet werden kann.
Mithilfe eines definierten Kriterien genügenden Instruments (Lernskript) versuchten Studierende innerhalb eines empirischen Projektes die Umsetzung (Entwicklung eines Lernskripts, Erprobung im Unterricht, Reflexion des Unterrichtsversuches, Revision des Lernskripts) und analysieren das leicht strukturierte Vorgehen in einer schriftlichen Arbeit.
Die Analyse der empirischen Daten stützt in einer Synthese die Annahme, dass das konkrete Entwickeln, Durchführen und Reflektieren von Unterricht mit Lernskripten wesentlich vom Wissen der Lehrpersonen abhängig ist und die Grundausbildung das mathematische Wissen für dafür relevante Handlungskompetenzen unzureichend bereitstellt.
Ausgangspunkt und Anstoß für diese Dissertationsschrift war die Projektleitung des „IES Teacher Training Project“, eines Projektes der Bildungszusammenarbeit von Deutschland und Bangladesch in der methodischen und geographiedidaktischen Hochschullehrerbildung. Im Laufe dieses Projektes ist eine Vielzahl von verschiedenartigen Herausforderungen aufgetreten. Daraus entstand der Bedarf an einer dreijährigen wissenschaftlichen Begleitung, mit der die einzelnen Prozesse im Projektverlauf wissenschaftlich untersucht wurden.
Ausgehend von den konkreten Projekterfahrungen wurden in dieser Untersuchung drängende aktuelle Fragen der globalen Bildungszusammenarbeit in den Blick genommen, die sehr allgemein formuliert folgendermaßen lauten könnten:
• Wie können Projektpartner aus unterschiedlichen Kontexten miteinander inter-agieren?
• Wie muss Wissenstransfer gestaltet werden, um trotz oder gerade aufgrund der Interaktionsbarrieren und Kontextabhängigkeiten eine Innovation von Wissensbeständen hervorzurufen?
• Wie tritt transferiertes Wissen im Zusammenhang mit den beteiligten Kontexten in Erscheinung und unter welchen Bedingungen kann es sogar eine Kontextänderung hervorrufen?
Die vorliegende Dissertationsschrift untersucht diese Fragestellungen und die damit verbundenen sehr komplexen Zusammenhänge gründlich und in der Breite, leitet am Ende aber auch konkrete, unabhängig von dem speziellen Projekt verwertbare Handlungsimpulse für künftige Projekte der Bildungszusammenarbeit ab.
Derzeit besteht eine große Vielfalt von theoretischen Modellen für die Zusammenhänge zwischen Wissen und Raum. Die Diversität der sich darin ausdrückenden verschiedenen Perspektiven hat zuletzt insbesondere durch die Berücksichtigung relationaler Nähe- und Distanzformen nochmals deutlich hinzugewonnen. Der Autor erforscht die Potenziale der Interaktion dieser unterschiedlichen Perspektiven am konkreten und empirisch analysierten Gegenstand. Hierzu werden die theoretischen Weiterentwicklungen zur Governance von Praktikergemeinschaften und die bildungsgeographischen Weiterentwicklungen zu relationalen Nähe- und Distanzformen intensiv miteinander verwoben.
Auf der Grundlage dieser theoretischen Weiterentwicklung widmet sich diese Dissertationsschrift der Frage, in welchem Zusammenhang die erkannten und untersuchten Steuerungsprozesse mit den Formen relationaler Nähe und Distanz stehen. Dies betrifft den ganz konkreten Bereich der Projektgestaltung, indem globale Ungleichheiten der Arbeits- und Aufgabenverteilung analysiert werden, und es spitzt sich in folgenden Fragen noch weiter zu:
• Wie wird innerhalb internationaler Bildungszusammenarbeit Reziprozität prakti-ziert?
• Welches Wissen wird von welchem Akteur mit dem Partner geteilt und vom Gegenüber als nachahmens- und teilenswert erachtet?
• Wie treten Vertrauen und Misstrauen bei der Arbeit über physische Distanz hin-weg in Erscheinung und wie wirken sie sich auf den Wissenstransfer aus?
Zum formalen Aufbau der Darstellung:
Ein Charakteristikum des konkreten Transferprojektes bestand darin, dass die im Verlauf des IES Teacher Training Projects auftretenden Probleme, Chancen und Risiken zu einer rekursiven Durchdringung geführt haben. Dabei kamen bei jedem Rekursionsschritt die bestehenden Theorien an ihre Grenzen, was aber in der Konsequenz zu Querverbindungen zwischen diesen Theorien und zu einer Weiterentwicklung geführt hat.
Dieses rekursive Durchdringen und seine Auswirkungen auf die der Untersuchung zugrunde gelegten Theorien sind der Grund, weshalb dem theoretischen Hintergrund und Forschungsstand (Kap. 3) und dem empirischen Teil dieser Arbeit (Kap. 4) ein einführendes Kapitel (Kap. 2) vorangestellt wird. Dieses Kapitel 2 vermittelt sowohl die Inhalte und Intentionen des untersuchten Projekts als auch die aus der wissenschaftlichen Begleitung des Projekts resultierenden Leitgedanken.
Auf dieser Grundlage kann der sehr breite theoretische Teil in Kapitel 3 bereits bei der Abhandlung der einzelnen Theorien jeweils mit wenigen Worten auf die Relevanz für die später dargestellte empirische Fragestellung hinweisen. Der zentrale Gegenstand dieses theoretischen Kapitels 3 ist aber die Erläuterung des Forschungsstands entlang der für die Geographie markantesten Perspektiven und Entwicklungslinien. Dabei stehen Wissenskultur (Kap. 3.1), Wissenstransfer (Kap. 3.2) und Wissensmanagement (Kap. 3.3) in einem engen Zusammenhang.
Im empirischen, unmittelbar auf das IES Teacher Training Project bezogenen Kapitel 4 wird das IES Teacher Training Project vielschichtig und projektbegleitend durchdrungen. Diese Analyse exploriert grundlegende Mechanismen in fachbezogenen Partnerschaften von Hochschulen mit „Entwicklungsländern“. Die gewonnenen Einsichten erlauben eine intensive Diskussion, Weiterentwicklung und Verknüpfung des bisherigen Forschungsstands. Sie schließen daher unmittelbar an die eingangs erläuterten Frage- und Forschungsfelder an. Hierzu werden diese Felder in den Unterkapiteln zur Fragestellung (Kap. 4.1) strukturiert und es wird die Methodik, anhand derer sie bearbeitet werden, beschrieben (Kap. 4.2). Die Darstellung der empirischen Erkenntnisse (Kap. 4.3) orientiert sich dann an der chronologischen Projektentwicklung. Dadurch können die gewonnenen Erkenntnisse situativ und handlungspraktisch aufeinander bezogen werden. Hingegen gliedert sich die Diskussion der Ergebnisse in Kapitel 4.4 durch einen jeweils unterschiedlichen Fokus auf die einzelnen Ebenen und Bereiche der Fragestellung und führt die theoretischen Aspekte weiter.
Das abschließende Kapitel 5 mündet dann schließlich in konkrete, allgemein verständliche Handlungsimpulse für künftige Projekte der Bildungszusammenarbeit und führt auch damit weit über das untersuchte Projekt hinaus.
Das Experiment ist eine essentielle Erkenntnisgewinnungsmethode der Naturwissenschaften. Eigenständiges Experimentieren erfordert zahlreiche Kompetenzen und wird als anspruchsvoller Problemlöseprozess betrachtet. Experimentelle Problemlösefähigkeit und damit verbundenes Wissenschaftsverständnis leisten einen wichtigen Beitrag zur naturwissenschaftlichen Grundbildung, sind jedoch bei vielen Lernenden nicht zufriedenstellend ausgeprägt. Fachdidaktische Forschung bemüht sich daher um die Verbesserung schulischer Lehr-Lernprozesse.
Seit Jahrzehnten werden in der naturwissenschaftsdidaktischen Unterrichtsforschung Konzepte zur Förderung experimenteller Kompetenzen entwickelt, implementiert und evaluiert. Dafür müssen Kompetenzmodelle postuliert und empirisch geprüft sowie Messverfahren und Testinstrumente zur Erfassung der Performanz entwickelt, erprobt, validiert und optimiert werden. Zahlreiche Studien bezeugen, wie hochkomplex das Zusammenspiel diverser Voraussetzungen und Faktoren ist, welche die Effektivität von Naturwissenschaftsunterricht zur Förderung experimenteller Problemlösefähigkeit beeinflussen. Diese Einflussgrößen sind auf ganz unterschiedlichen Ebenen verortet: individuelle Lernvoraussetzungen und Verarbeitungsprozesse der Schülerinnen und Schüler; Eigenschaften der Klasse, der Schule und des Soziotops; Unterrichtsmedien; Merkmale der Lehrkraft sowie Aspekte der Unterrichtsprozesse.
Inzwischen liegen zahlreiche Forschungserkenntnisse vor: (a) zur Bedeutung kognitiver, metakognitiver und affektiver Voraussetzungen und deren Entwicklungsverläufe, (b) zur Operationalisierung und Dimensionalität von Kompetenzkonstrukten, (c) zur Wirksamkeit von Treatments für spezielle Kompetenzen und (d) zur Bedeutung des moderaten Konstruktivismus für die Gestaltung erfolgreicher Lernumgebungen. Empirisch wurde hingegen u. a. kaum untersucht, (a) welche Chancen und Herausforderungen für die Förderung domänenübergreifender und -spezifischer experimenteller Kompetenzen mit der komplexen Domäne Ökologie verbunden sind, (b) wie sich anspruchsvolle Lernkontexte im Rahmen der Bildung für nachhaltige Entwicklung in dieser Domäne in der Orientierungsstufe auf verschiedene Zielkriterien auswirken, (c) ob Schulbücher und Lehrerhandreichungen die Kompetenzförderung gut unterstützen und (d) ob systemisches Denken für das Verständnis für externe Validität ökologischer Experimente vorteilhaft sein könnte; des Weiteren wurde (e) der Großteil von Interventionsstudien in Stichproben aus besonders leistungsstarken Versuchspersonen durchgeführt, was deren Übertragbarkeit auf Lernende mit anderen kognitiven Voraussetzungen relativiert.
In dieser Arbeit werden die Befunde einer quasiexperimentellen Interventionsstudie zur Förderung experimenteller Problemlösefähigkeit im Kontext ökologischer Bildung mit mehreren Experimentalgruppen in der 6. Klassenstufe an Realschulen in Baden-Württemberg sowie einer Analyse von Schulbüchern und Lehrerhandreichungen zum Fächerverbund „Naturwissenschaftliches Arbeiten“ der Orientierungsstufe in der aktuellen naturwissenschaftsdidaktischen Forschung verortet und in diesem Rahmen diskutiert.
Die zentralen Erträge der in den Einzelbeiträgen vorgestellten eigenen Studien um-fassen mehrere Erkenntnisse: dass (a) domänenübergreifende experimentelle Kompetenzen in den teilnehmenden Realschulklassen auch in einem anspruchsvollen Lernkontext bereits in der 6. Klassenstufe gefördert werden können, jedoch nur mit kleinem Effekt; (b) das domänennahe Verständnis für Kriterien der externen Validität trotz anschaulicher Beispiele und expliziter Reflexion nicht gefördert wurde, es aber Anhaltspunkte gibt, dass systemisches
Denken das Verständnis besser steigern könnte; (c) sich die Domäne „Ökologie“ zur Einführung grundlegender domänenübergreifender experimenteller Kompetenzen angesichts ihrer Komplexität und des für die Suche im Hypothesen- und Experimentraum, die Interpretation der Befunde und die Beurteilung von Validitätskriterien erforderlichen enormen Domänenwissens in der Orientierungsstufe nicht eignet; (d) Domänenwissen die Suche im Hypothesenraum begünstigt, jedoch für die untersuchten anderen, domänenübergreifenden experimentellen Kompetenzen ohne Belang ist; (e) Schulbücher und Lehrerhandreichungen für die Orientierungsstufe (Bildungsplan 2004) wenig Angebote und Impulse für eigenständiges Experimentieren sowie kaum inhaltliche und didaktisch-methodische Informationen zum Aufbau experimenteller Kompetenzen enthalten.
Als Perspektiven bzw. Implikationen für die Schulpraxis lassen sich aus den eigenen Forschungsarbeiten u. a. ableiten: (a) Gestaltung von Spiralcurricula zur kumulativen Förderung domänenübergreifender und domänenspezifischer experimenteller Kompetenzen; (b) Erarbeitung und Beurteilung von Validitätskriterien sowie Weiterentwicklung des Naturwissenschaftsverständnisses anhand der Domäne Ökologie in höheren Klassenstufen; (c) Schwerpunktsetzung auf der Ebene der Zielkriterien des Unterrichts, intensive Einübung jeder Kompetenz; (d) Reduktion der kognitiven Belastung aus eher nebensächlichen Treatmenteigenschaften, die z. T. kontextbedingt sind; (e) Gestaltung bzw. Auswahl von Schulbüchern und Lehrerhandreichungen mit ausführlichen, möglichst aktuellen didaktisch-methodischen Hinweisen, Informationen zur experimentellen Methode, wissenschaftsmethodischen Fähigkeiten und Strategien sowie Lerngelegenheiten für hands- und minds-on-Schülerexperimente.
Desiderate für die künftige naturwissenschaftsdidaktische Forschung betreffen u. a.
(a) die Optimierung des Designs der Interventionsstudie für differenziertere Analysen von
Gelingensbedingungen der Förderung experimenteller Problemlösefähigkeit, (b) die Weiterentwicklung von Tests sowie (c) die Untersuchung der neuen Generation von Schulbüchern und Lehrerhandreichungen: hinsichtlich Hinweisen, Lernangeboten und spiralcurricularer
Konzeption.
Schlüsselwörter: Experiment, Schülerexperiment, systemisches Denken, Kompetenzförderung, Cognitive Apprenticeship, Domäne, Ökologie, Lernkontext, Bildung für nachhaltige Entwicklung, Interventionsstudie, Validität, Spiralcurriculum, Schulbuchanalyse.
Abstract der Dissertation von Thomas Rajh –
Domänenspezifik und Interdisziplinarität
THEORETISCHER HINTERGRUND
Das didaktische Konzept interdisziplinären Lehrens und Lernens in der Schule ist in baden-württembergischen Bildungsplänen des Jahres 2004 durch die Implementierung von Fächerverbünden strukturell umgesetzt worden. Gleichwohl hat sich fachdidaktische Forschung bisher erst wenig mit der Frage nach interdisziplinären didaktischen Modellen beschäftigt. In der Wissenschaftstheorie wurden Möglichkeiten und Grenzen von Interdisziplinarität hingegen intensiv diskutiert. Aus diesem Diskurs resultierende Erkenntnisse können für die Fachdidaktik wichtige Impulse zur Reflexion der Möglichkeiten und Grenzen lehr-lernbezogener Interdisziplinarität setzen. In dieser Synthese zeigt sich der Ansatz der vorliegenden Studie. Eine einschlägige Analyse fachdidaktischer Fragen wird am Beispiel Technischer Bildung durchgeführt, denn in unterschiedlichen curricularen MINT-Konzepten begegnen sich in einem Spannungsfeld finales und kausales Erkenntnisinteresse von Technik bzw. Naturwissenschaft(en) in ihrer jeweils domänenspezifischen Entfaltung.
FRAGESTELLUNG
Vor dem Hintergrund der Prämisse eines auch für die Bildungswissenschaften angenommenen Primats der Didaktik – also der Ziel- und Inhaltsfrage vor der Methodik – stellen sich Fragen nach Implikationen interdisziplinärer Ansätze in der fachdidaktischen Forschung:
Verändert sich die Funktion von Interdisziplinarität, wenn nicht die Messung schulischer Wirksamkeit, sondern die Bestimmung von Inhalten und daraus sich ableitender Bildungsziele Gegenstand der fachdidaktischen Forschung ist? Was sind die wissenschaftstheoretischen und lernpsychologischen Bedingungen von Interdisziplinarität in der Fachdidaktik? Unterscheiden sich empirische und nicht-empirische Forschungsgegenstände bzgl. der durch sie indizierten methodologischen Forschungsansätze? Kann Disziplinarität zugleich gestärkt und damit Interdisziplinarität praktiziert werden? Unterscheiden sich Forschungsparadigmata kultur- und gesellschaftswissenschaftlich orientierter von jenen naturwissenschaftlicher Fachdidaktiken? In welcher Relation stehen Fachdidaktik als „Fachunterrichtswissenschaft“ und Fachwissenschaft?
METHODEN
Die vorliegende Untersuchung ist analytisch-theoriebildend ausgerichtet, strebt nach fachdidaktischen und allgemeindidaktischen Erkenntnissen. Sie versteht sich als pädagogische Grundlagenforschung, die einen Kontext zwischen pädagogikbezogener, interdisziplinärer Wissenschaftstheorie und der Methodologie fachdidaktischer Forschung herstellt. Bereits vorliegende empirische Daten aus dem Bereich erziehungswissenschaftlicher Forschung werden dazu herangezogen. Am Beispiel der Technikdidaktik werden Fragen und Probleme von Domänenspezifik und Interdisziplinarität analysiert. Die gewonnenen Erkenntnisse werden nach der fachbezogenen Analyse auf die Ebene der Allgemeinen Didaktik übertragen und so für die Konzeption interdisziplinärer didaktischer Modelle in allen Fachdidaktiken zugänglich gemacht.
ERGEBNISSE
Herausgearbeitet werden wissenschaftstheoretische und fachdidaktische Bedingungen interdisziplinärer Forschung in der Fachdidaktik. Am Beispiel der Didaktik Technischer Bildung wird aufgezeigt, wie sich disziplinäre fachdidaktische Forschungsansätze und didaktische Modelle im Spannungsfeld zwischen fachlicher und interdisziplinärer Perspektive begegnen können. Das Gelingen von Interdisziplinarität in der Didaktik hat zahlreiche Bedingungen.
Modelle fächerverbindender Technischer Bildung können nun mit dem vorgelegten Analyseinstrument systematisch kategorisiert und hinsichtlich ihres didaktischen Nutzwertes überprüft und bewertet werden.
Die zentrale Bedeutung dieser Studie liegt darin, dass mit ihr zwei grundlegende Modelle didaktischer Interdisziplinarität definiert worden sind. Diese Modelle sind wissenschaftstheoretisch, erkenntnistheoretisch, kognitionspsychologisch und didaktisch begründet.
Mit den von ihr bereitgestellten Kriterien kann also überprüft werden, um welche Kategorie didaktischer Interdisziplinarität es sich bei ausgewählten Fächerverbünden der Schule handelt und wie ihr didaktischer Nutzen zu werten ist. Ansätze schulischer Interdisziplinarität können damit bei Bedarf didaktisch plausibel konzipiert werden.