570 Biowissenschaften, Biologie
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Die Themen der Diagnose und Förderung nehmen bei der Planung, Durchführung und Reflexion von Unterricht eine hohe Bedeutung ein. Bereits für das Lehramtsstudium schreiben KMK-Standards zum Beispiel die Beschäftigung mit Grundlagen der Lernprozessdiagnostik vor. Jedoch erscheinen Lehrveranstaltungen, die Studierende auf spätere Diagnose- und Förderaufgaben vorbereiten, bislang unzureichend in die Lehramtsausbildung implementiert. Wissenschaftlich evaluierte Ansätze zur Förderung diagnostischer Kompetenzen gelten als Forschungsdesiderat, evidenzbasierte Lehre zu diesem Aspekt pädagogischer Professionalität als ausbaufähig. Für die universitäre Ausbildung werden Instruktionsstrategien empfohlen, die neben theoretischem Wissen über Diagnostik auch das Können der Studierenden fördern.
Ziel der in dieser Arbeit vorgestellten, evaluierten Intervention ist der Erwerb diagnostischer Kompetenzen anhand von Lernaufgaben, die im Unterricht sowohl zur Diagnose fachlicher Lernprozesse als auch zur individuellen Förderung eingesetzt werden können. Die biologiedidaktische Intervention berücksichtigt zur Vorbereitung auf spätere Diagnose- und Förderaktivitäten im Fach Biologie drei Wissensbereiche: Der Umgang mit Lernaufgaben erfordert einerseits fachdidaktisches Wissen und Können (1), wenn es um die Auswahl, Bewertung und Konzeption geeigneter Diagnose- und Förderaufgaben geht. Um Lernaufgaben als Erhebungsinstrumente in einen systematischen, diagnostischen Prozess einbetten zu können, ist andererseits grundlegendes, diagnostisches Wissen (2) erforderlich. Die Analyse von Schülerlösungen greift zuletzt auf Fachwissen (3) zurück, welches zugleich Grundlage für die Planung von Fördermaßnahmen ist. Die theorie- und evidenzbasierte Entwicklung der Intervention folgt den Arbeitsschritten der kompetenzorientierten Studiengangsentwicklung (Schaper, 2012) und bezieht die Erkenntnisse zweier Vorstudien mit ein.
Die erste Vorstudie erhebt im Rahmen einer Bedarfsanalyse das Vorwissen zu pädagogischer Diagnostik. Im Vordergrund standen erlebte Lerngelegenheiten zu den oben genannten Wissensbereichen. Auf Grundlage der Forschungsfrage „Welche Einstellungen und Haltungen werden von Lehramtsstudierenden auf Grund ihrer Erfahrungen gegenüber der diagnostischen Kompetenz vertreten?“ wurden Lehramtsstudierende (n=12) des Fachs Biologie kurz vor ihrem Examen befragt. Durch fokussierte Gruppeninterviews und inhaltsanalytische Aufbereitung des Materials konnte die Vermutung, dass auch bisherige Lehramtsstudierende am Ausbildungsstandort Freiburg von mangelnden Lernangeboten betroffen sind, bestätigt werden. Das erhaltene Material wurde in Kategorien zusammengefasst und zu zwei Haltungen, die für die Passung von Lerninhalten und –aktivitäten relevant sind, verdichtet. Demnach kann eine aufgeschlossene Haltung zur positiven Aufnahme der Intervention beitragen, wenn die diagnostische Kompetenz als notwendige Qualifikation im Schulalltag thematisiert sowie Wünsche der Studierenden bezüglich praktischer Umsetzung von erlernten Methoden berücksichtigt werden. Eine problemorientierte Haltung der Befragten betont dagegen mangelnde Vorerfahrungen bezüglich Erhebungsmethoden sowie diagnostischem Grundlagenwissen und fordert zur Kompensation dieser Lücken auf. Die Ergebnisse werden in Hinblick auf deren Beitrag zu den drei Kohärenzkomponenten Verstehbarkeit, Bedeutsamkeit und Bewältigbarkeit späterer Diagnose- und Förderaktivitäten diskutiert.
Die zweite Vorstudie konkretisiert Lehrveranstaltungsinhalte (Themen und Methoden) der Intervention. In einer systematischen Übersicht wurden Erkenntnisse zur Reviewfrage „Welche thematischen Lehrveranstaltungsinhalte und methodischen Zugänge fördern diagnostische Kompetenz als die Fähigkeit, fachliches Lernen mithilfe von Lernaufgaben zu analysieren, bei Lehramtsstudierenden der naturwissenschaftlichen Fächer?“ identifiziert. Die Evidenz aus 36 Studien wurde in drei Kategorien zusammengefasst. Die erste Kategorie beschreibt Ausbildungsmerkmale, die beim Aufbau einer aufgabenbezogenen diagnostischen Kompetenz unterstützen können, zum Beispiel durch Konkretisierung des diagnostischen Grundlagenwissens. Die zweite Kategorie betont als methodischen Zugang Lehr-Lern-Konzepte, die über den Einsatz authentischer Fallbeispiele aktives Lernen befördern können. Eine dritte Kategorie fasst Evidenz zu Aufgaben als Lern- und Diagnosehilfen zusammen. Die Evidenzlage wird vor dem Hintergrund der Güte eingeschlossener Studien diskutiert.
Auf Grundlage der Vorstudien wurden im Rahmen einer didaktischen Konstruktion Kompetenzprofil, übergeordnete Lehrziele, adäquate Lehr- und Lernmaterialien sowie passende Lernaktivitäten entwickelt. Die Intervention (insg. 540min) wurde nach erfolgter Pilotierung als reguläre Lehrveranstaltung an der Universität Freiburg zu zwei Zeitpunkten ausgebracht und an jeweils drei Tagen (à 180min) durchgeführt. Teilnehmende beschäftigten sich mit Zielen und Notwendigkeit pädagogischer Diagnostik im Schulalltag, erwarben ein grundlegendes Diagnosewissen und durchliefen einen kompletten diagnostischen Prozess. Schwerpunkte waren die Entwicklung von Aufgaben als semiformelle Diagnoseinstrumente passend zu einem fachlichen Diagnoseziel, das Erheben und Auswerten von Daten anhand von Videovignetten, welche Schülerinnen und Schüler bei der Aufgabenbearbeitung zeigen sowie die Ableitung von Fördermaßnahmen. Die zweite Durchführung wurde nach den Erkenntnissen des Evidenzberichts mit Blick auf Reflexion als methodisches Grundelement überarbeitet.
Die Wirksamkeit der Intervention wurde im Rahmen der dritten Forschungsfrage untersucht: „Inwiefern fördert die biologiedidaktische Intervention die diagnostischen Kompetenzen als die Fähigkeit, fachliches Lernen mithilfe von Lernaufgaben zu analysieren?“. Die Auswertung der quasi-experimentellen Interventionsstudie erfolgte in einem Mixed-Methods-Design. Die summative Evaluation berücksichtigte aufgabenbezogenes Diagnosewissen (selbsterstellter Wissenstest) sowie selbsteingeschätzte Fähigkeiten zum Unterrichten und Diagnostizieren (KLiP). Die Auswertung der Daten erfolgte im Prä-/Posttest-Vergleich mithilfe zweifaktorieller Varianzanalysen. In Hinblick auf das diagnoserelevante Selbstkonzept der Teilnehmenden wurden Einstellungen und Vorerfahrungen zur Pädagogischen Diagnostik mithilfe eines selbsterstellten Fragebogens erhoben. Im Posttest wurde die Intervention bezüglich Akzeptanz (heiQ) und Verständlichkeit (COHEP) durch die Teilnehmenden bewertet und mithilfe verteilungsfreier Tests analysiert. Relevantes Fachwissen wurde separat erhoben (MC-Wissenstest). Die qualitative Evaluation wurde durch Gruppeninterviews parallel zur Durchführung der Intervention umgesetzt und fand zu drei Zeitpunkten vor, nach und während der Intervention statt. Das Material wurde im Forschungsrahmen der Grounded Theory ausgewertet.
Ein Kompetenzzuwachs der Teilnehmenden (n=103) kann nach Auswertung des Wissenstests zum aufgabenbezogenen Diagnosewissen sowie den selbsteingeschätzten Fähigkeiten zum Unterrichten und Diagnostizieren als nachgewiesen gelten. Die Ergebnisse der qualitativen Evaluation sprechen für eine nachhaltige Einstellungsänderung, die zur Absicht führt, die Themen der Diagnose und Förderung als Entwicklungsaufgabe weiter vertiefen und erlernte Methoden praktisch ausprobieren zu wollen. Die Umsetzung der reflexionsbasierten Kursmethodik ging im Einklang mit der Literatur nicht mit Einbußen im aufgebauten Wissen einher. Es konnte jedoch kein zusätzlicher Effekt auf den Kompetenzzuwachs gemessen werden. Umfangreiche Reflexionsprozesse scheinen negative Auswirkungen auf die berichtete Akzeptanz und wahrgenommene Verständlichkeit zu haben. Weiterführende Analysen weisen auf einen hohen Einfluss von Fachwissen auf die erfassten Diagnoseleistungen hin. Auch das Vorwissen zur Pädagogischen Diagnostik stand in positivem Zusammenhang mit dem Wissenserwerb.
Der Kompetenzzuwachs wird abschließend vor dem Hintergrund des Einflusses zweier Personenmerkmale (Vorwissen zu pädagogischer Diagnostik, Fachwissen der Teilnehmenden) sowie der Wahrnehmung von Kohärenz diskutiert.
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.
Hintergrund: Um der Leistungsheterogenität in ihren Klassen gerecht zu werden, müssen Lehrkräfte (binnen-)differenzieren. Dies findet im Biologieunterricht bisher jedoch kaum statt.
Ziele: Vor diesem Hintergrund verfolgt diese Studie folgende Ziele: (a) Welche Ansätze innerer Differenzierung eignen sich aus fachdidaktischer Sicht für die Vermittlung biologischer Inhalte? Welche dieser Ansätze nehmen Lehrkräfte aufgrund ihres Erfahrungswissens an? (b) Hat eine differenzierende Darstellungsform annähernd identischer Lehrinhalte über Experten-Concept-Maps oder Text Auswirkungen auf das Wissen und Können bei Lernenden mit unterschiedlichen Leistungsniveaus? (c) Treten bei den eingesetzten Differenzierungsmaßnahmen geschlechtsspezifische Unterschiede auf? (d) Welchen Einfluss hat die Lernzeit auf das Ergebnis der Schüler? (e) Wie gestaltet sich der Lernprozess der Schüler mit den differenzierten Darstellungsformen und der Lernaufgaben und wo treten dabei Schwierigkeiten auf?
Methodik: (a) In einem ersten Schritt wurden praktische Ansätze zu Binnendifferenzierung während einer Lehrerfortbildung in einem symbiotischen Setting mit zwölf Lehrkräften diskutiert und ausprobiert. Die Fortbildung erstreckte sich über einen Zeitraum von 1,5 Jahren mit insgesamt zehn Sitzungen. Die Teilnehmer setzten sich aus Lehrerinnen zwischen 26 und 57 Jahren mit unterschiedlicher Berufserfahrung zusammen. Die Daten aus der Fortbildung wurden mittels der Methode der teilnehmenden Beobachtung erhoben. (b) Die Wirkung des kooperativ entwickelten Ansatzes wurde in Dyaden-Interviews mit 112 Realschülern aus dem südlichen Schwarzwald in Baden-Württemberg überprüft (62 ♀ / ♂ 50, Alter 12 bis 14). Hierfür wurden Daten mit einem Fragebogen erhoben und mittels einer zweifaktoriellen Varianzanalyse ohne Messwiederholung untersucht (two-way ANOVA). (c) Darüber hinaus wurden die Daten durch lineare Regressionen und t-Tests auf geschlechtsspezifische Unterschiede hin analysiert und durch qualitative Daten aus der Videoanalyse der Dyaden-Interviews ergänzt. Auf die gleiche Weise wurden die Ziele (d) und (e) überprüft.
Ergebnisse: (a) Die teilnehmende Beobachtung erbrachte fünf Punkte für das Gelingen eines Ansatzes zur Binnendifferenzierung im Biologieunterricht: Erstens sollte der Differenzierungsansatz von Lehrkräften den jeweiligen Schülern zugewiesen und nicht von diesen selbst ausgewählt werden. Ferner sollte er explizit leistungsschwächere Schüler unterstützen. Zweitens sollte das Verfahren die Wissenslücken zwischen den Schülern nicht erweitern sondern die Lernenden möglichst auf einem Level halten, damit diese zur Leistungsermittlung die gleichen Tests schreiben können. Drittens sollte das Verfahren schlicht und einfach in der Durchführung sein, mit leicht zu verstehenden Aufgabenstellungen und vorzugsweise mit einer integrierten Musterlösung oder Beispiel-Antwort, damit die Schüler sich selbst korrigieren können. Viertens sollte die Methode nicht zu viel zusätzliche Zeit und Materialien in der Vor- und Nachbereitung beanspruchen und fünftens von so wenig geschriebenem Text wie möglich Gebrauch machen. (b) Bei der Überprüfung dieses Ansatzes hat sich gezeigt, dass sich Experten-Concept-Maps für die Inhaltsvermittlung bei allen Schülern eignen. (c) Bei der Überprüfung der Intervention traten keine messbaren Unterschiede zwischen den Geschlechtern auf, jedoch ergaben sich unerwartete Ergebnisse bei der Analyse der Daten. Diese traten auf, als die von den Schülern in dieser Studie erbrachten Leistungen in Relation zu ihren eingereichten Schulnoten gesetzt wurden. (e) Hierbei zeigte sich qualitativ wie quantitativ, dass Mädchen nicht so gut abgeschnitten haben wie es aufgrund ihrer Schulnoten zu erwarten gewesen wäre. Dies machte sich besonders bei Aufgaben der Anwendung und des Transfers von Wissen bemerkbar. (d) In Bezug auf Schülerleistung und Zeit kam heraus, dass die Lernzeit bei leistungsschwächeren Schülern im Vergleich zu leistungsstärkeren Schülern einen signifikanten Unterschied macht.
Fazit: Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass Experten-Concept-Maps für die Inhaltsvermittlung bei allen Schülern eingesetzt werden sollten und die Lernzeit eine effektive und wirksame Differenzierungsmöglichkeit darstellt. Zudem liefern die Ergebnisse Ansätze für weitere Entwicklungen von Differenzierungsansätzen im Biologieunterricht und geben Hinweise auf die Notwendigkeit eines mehr gendersensiblen Unterrichts.