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Forschungsprojekte

Diese Seite soll ihnen einen kleinen Einblick in unsere aktuelle Forschung geben. Weitere Informationen zu den Forschungsgebieten erhalten sie gerne auf Anfrage.

 

Mit der fachlichen Klärung Unterricht didaktisch strukturieren
Theresa Heidenreich

Im Sinne der deutschen Didaktiktradition verstehen Lehramtsstudierende im Kontext der Unterrichtsplanung eine Fachliche Klärung häufig als eine Zusammenfassung des biologischen Themas, die dann direkt als didaktische Struktur für Unterricht geeignet sei. Sie nehmen dabei an, dass Darstellungen von naturwissenschaftlichen Sachverhalten in der Fachliteratur korrekt und wissenschaftlich gesichert sind. Tatsächlich finden sich aber missverständliche oder fachlich falsche Formulierungen in Fachtexten (z.B. Sanders & Makotsa 2016) – eine kritische Haltung ist daher wichtig. Eine didaktische Struktur für den Unterricht ist zudem nicht von den jeweiligen Wissenschaftsbereichen vorgegeben, sondern muss erst fachdidaktisch rekonstruiert werden (Gropengießer & Kattmann 2016). Daher ist kritisches Prüfen aus Vermittlungsperspektive notwendig, um Inhalte zu rekonstruieren, die sowohl fachlich angemessen wie auch verständlich für Lernende sind. Dies ist das Ziel der Fachlichen Klärung, die somit ein unentbehrlicher Teil der Unterrichtsplanung ist. Somit ist eine reine fachliche Zusammenfassung nicht ausreichend.

Als eine der drei miteinander in Beziehung stehenden Untersuchungsaufgaben der Didaktischen Rekonstruktion (z.B. Kattmann 2007) hat die Fachliche Klärung eine wichtige Rolle. Im Rahmen dieser Studie wird literaturbasiert und über Experteninterviews ermittelt, welche kritischen und systematischen Analyseschritte für eine Fachliche Klärung aus Vermittlungsperspektive notwendig sind.

 

Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der folgenden Forschungsfragen mittels Fallstudien:

1) Wie planen und gestalten Masterlehramtsstudierende der Biologie die didaktische Struktur eines Themas?

2) Welche Vermittlungsangebote helfen ihnen dabei didaktische Strukturen zu rekonstruieren, die fachlich geklärt und auf die jeweilige Vermittlungssituation bezogen sind?

 

Die Theorie des Erfahrungsbasierten Verstehens (Lakoff & Johnson 1980) nimmt an, dass Sprache und Denken eng miteinander verknüpft sind. Daher lassen sich mit qualitativen Methoden (Mayring 2008; Schmitt 2005) Fachtexte und Transkripte leitfadenstrukturierter Interviews interpretativ analysieren, um auf Vorstellungen zu schließen.

Verstehen mit biologischen Betrachtungsebenen
Niklas Schneeweiß

 

„Kleine krautige Pflanzen und zarte Organe größerer Pflanzen (Blätter, Blüten, fleischige Früchte) verdanken ihre beschränkte Festigkeit letztlich dem Zusammenspiel von Turgor und Wanddruck (Turgeszenz), was beim Welken deutlich wird.“

(Strasburger: Kadereit, Kost, Körner & Sonnewald, 2014, S. 87)

 

Wissenschaftler wechseln bei Erklärungen biologischer Phänomene häufig zwischen verschiedenen Betrachtungsebenen, so wie in diesem Zitat aus dem Botanik Lehrbuch Strasburger zwischen Organismus-, Organ- und Zellebene. Nur selten werden diese Sprünge explizit gemacht oder erklärt, wie die Ebenen zueinander in Beziehung stehen. SchülerInnen fällt dieser Wechsel schwer und zahlreiche Schülervorstellungen lassen sich auf eine Vermischung dieser Ebenen zurückführen (Jördens, Asshoff, Kullmann & Hammann, 2016).

Mit didaktisch strukturierten Lernangeboten soll in diesem Projekt untersucht werden, inwiefern die Bezugnahme auf die Betrachtungsebenen ein fachliches Verständnis fördern kann.

Rahmen der Studie ist das Modell der Didaktischen Rekonstruktion nach Gropengießer und Kattmann (2013). Grundlage der interpretativen Erschließung des Denkens aus sprachlichen Äußerungen ist die Theorie des erfahrungsbasierten Verstehens von (Lakoff & Johnson, 1980).

 

Literatur

  • Gropengießer, H. & Kattmann, U. (2016). Didaktische Rekonstruktion. Fachdidaktik Biologie, 10. Auflage, Aulis, Hallbergmoos, 16-23.
  • Jördens, J., Asshoff, R., Kullmann, H., & Hammann, M. (2016). Providing vertical coherence in explanations and promoting reasoning across levels of biological organization when teaching evolution. International Journal of Science Education, 38(6), 960–992. doi.org/10.1080/09500693.2016.1174790
  • Kadereit, J. W., Kost, B., Körner, C., & Sonnewald, U. (2014). Strasburger Lehrbuch der Pflanzenwissenschaften (37.). Springer-Spektrum, Berlin & Heidelberg.
  • Lakoff, G. & Johnson, M. (1980). Metaphors we live by. The University of Chicago Press, Chicago / London.

Welcher Baum ist das?
Svenja Affeldt

 

„Das Blatt ist länglich, hat eine dunkelgrüne Farbe und solche Hügel an den Blatträndern.“

(Corinna, 11 Jahre bei der Beschreibung eines Eichenblattes)

 

Studien zeigen, dass die Artenkenntnisse von Lernern besonders in Bezug auf Bäume als gering eingestuft werden können. Diese Befunde bilden den Anlass, den Lernern ein gezieltes und schülergerechtes Kennenlernen von Arten zu ermöglichen.

Anhand der Lerneraussage wird deutlich, dass Merkmale von Bäumen und Sträuchern beschrieben werden und somit für eine schülerorientierte Artansprache nutzbar sind. Dennoch stehen Lerner an einigen fachlich relevanten Stellen vor Herausforderungen, welche sie ohne Unterstützung nicht bewältigen können.

Auf Basis der Lernervorstellungen wurde das multimediale Bestimmungsinstrument iKosmos für Bäume und Sträucher entwickelt und formativ evaluiert. Es ermöglicht es Lerner durch gezielte didaktisch strukturierte Hilfestellungen beim Entdecken der Arten unterstützen.

iKosmos wird im Rahmen des Projektes „Biodiversität interaktiv” von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert. 

 

Entwicklung u. Evaluation eines Diagnoseinstruments für Schülervorstellungen zum Sehen u. zur Wahrnehmung  Sarah Dannemann

 

 „Der für das Lernen allerwichtigste Einzelfaktor ist das, was der Lernende bereits weiß.“

David Ausubel

 

 Die Berücksichtigung von Schülervorstellungen wird als einer der wichtigsten Faktoren für Lernen angesehen. Im Rahmen dieses Projekts, das in Kooperation mit Dirk Krüger (Freie Universität Berlin) durchgeführt wird, werden bisherige Erkenntnisse der Vorstellungsforschung genutzt um eine Diagnosemöglichkeit für Schülervorstellungen zu entwickeln und Interventionen für die Schulpraxis zu erproben.

Das Modell der Didaktischen Rekonstruktion bildet den Rahmen der Studie. Eine weitere Grundlage ist die Theorie des erfahrungsbasierten Verstehens, die beschreibt, wie Vorstellungen gebildet werden, insbesondere welche Rolle Metaphern dabei haben.

Die Ziele der Studie sind die Überprüfung, inwiefern individuelle Vorstellungen mit geschlossenen Aufgaben erhoben werden können und in welchem Maße die explizite Ansprache dieser individuellen Vorstellungen Lernprozesse fördert.

Für die Diagnose von Schülervorstellungen zum Sehen und zur Wahrnehmung wurde ein Computerprogramm mit geschlossenen Items entwickelt und über den Vergleich mit Interviews und Eye Tracking-Daten (N = 168) validiert. In dem Programm werden sowohl Vorstellungen zu direkt erfahrbaren Phänomenen, z. B. Licht, als auch imaginativ zu erschließende Vorstellungen, wie Ereignisse beim Sehen sowie epistemologische Aspekte erfragt.

Für den Unterricht wurden Lernangebote entwickelt, die für verschiedene individuelle Vorstellungsvarianten unterschiedlich gestaltet sind. Dabei werden Metaphern und Analogien explizit in den Interventionen thematisiert.

In einer Feldstudie im Pre-Post-Follow-up-Testdesign an drei Schulen (N = 217) wurde getestet, in welchem Maße das Erwerben wissenschaftlicher Vorstellungen effektiver und nachhaltiger ist, wenn die individuellen Vorstellungen der Schüler explizit im Unterricht berücksichtigt werden.

 

Schulbuchinhalte verstehen – Wie verständlich sind Schulbücher?    
Detlef Eckebrecht

 

Viel zu kompliziert ausgedrückt. Das könnte mal viel einfacher schreiben, denke ich mir jetzt.“

Maria, 17 Jahre

 

Ich versuche gerade, den Text und die Abbildung irgendwie in Zusammenhang zu bringen.“

Vanessa, 17 Jahre

 

Schulbücher werden auf vielfältige Weise eingesetzt, während des Unterrichts zur Bearbeitung von Aufgaben, aber auch zuhause ohne mögliche Hilfestellung durch die Lehrkraft zur Bearbeitung von Hausaufgaben, zum Lernen für Prüfungen oder zum Nacharbeiten der Inhalte verpasster Unterrichtsstunden.

In einer qualitativen Studie wird mit den Methoden Lautes Denken und (Retrospektives) Interview untersucht, wie Lerner die Schulbuchinhalte zum Globalen Kohlenstoffkreislauf verstehen. Die Ergebnisse werden genutzt, um unter Einbeziehung theoretischer Grundlagen zur Text- und Bildverständlichkeit und zur Text-Bild-Interaktion lernfördernde und lernhemmende Eigenschaften der Schulbuchinhalte zu identifizieren. Die Studie zielt auf empirisch fundierte, fachdidaktische Kriterien für die Verständlichkeit von Schulbuchinhalten.

 

Nachhaltige Ernährung verstehen
Maleika Gralher

 

Die Hauptsache ist, ich werde satt und dass es lecker schmeckt. Manchmal gesunde Sachen, manchmal etwas anderes
(Christian, 14 Jahre alt).

 

Fragen wir Schülerinnen und Schüler in Deutschland, was ihnen im Hinblick auf Ernährung wichtig ist, erhalten wir vor allem Antworten wie die von Christian. Sättigung, Genuss und Gesundheit sind zentrale Erfahrungen unseres individuellen Ernährungsalltags, die bedingen, wie wir über Ernährung denken und an welchen Kriterien wir unser Ernährungsverhalten orientieren. Von einer wissenschaftlichen Ernährungsdenkwelt sind wir damit weit entfernt.

Wenn es für uns einen Wert hat, dass auch all unsere Mitmenschen und künftige Generationen satt werden und sich mit Genuss und gesundheitsverträglich ernähren können, dann benötigen wir ein Verständnis für die vielfältigen Prozesse, Beziehungen und Wirkungen rund um unsere Nahrung, das weit über die Ebene des Individuums hinausgeht. Dann müssen wir auch ökologische, ökonomische und soziale Zusammenhänge in den Blick nehmen. Wissenschaftler sprechen von einem Verständnis für »nachhaltige Ernährung«.

Mit einer empirisch-qualitativen Untersuchung der Ernährungsdenkwelten von Schülern und Wissenschaftlern wird die Grundlage für eine theoriegeleitete und empirisch fundierte Entwicklung von Lernangeboten zur Förderung eines Verständnisses nachhaltiger Ernährung geschaffen.

 

Den Klimawandel verstehen
Kai Niebert

 

Der Klimawandel ist für uns bereits Wirklichkeit: Hochwasser und Unwetter deuten wir als Folge von Klimaveränderungen, für den Kampf gegen den Klimawandel werden Nobelpreise verliehen und die Angst vor der Erwärmung steigt weltweit. Die Sorgen über eine Veränderung des Klimas scheinen groß. Wie aber steht es um die Vorstellungen von den naturwissenschaftlichen Grundlagen der globalen Erwärmung?

In einer Studie zum Klimawandel erheben und analysieren wir Vorstellungen von Schülern und Wissenschaftlern zur globalen Erwärmung – mit überraschenden Ergebnissen: Zwar haben Schüler häufig andere Vorstellungen vom Klimawandel als Wissenschaftler, jedoch nutzen sie die gleichen Erfahrungen, um den Kohlenstoffkreislauf und den Treibhauseffekt zu verstehen.

Dieses Phänomen nutzen wir, um didaktisch rekonstruierte Lernangebote zum Klimawandel zu entwickeln, die dem Prinzip „hands on your mind’s models“ folgen.

 Die Untersuchung beantwortet die Frage, wie wir über die globale Erwärmung denken. Sie gibt darüber hinaus praktische Hinweise, welche Experimente, Geschichten und Metaphern sich eignen, um die globale Erwärmung erfolgreich zu vermitteln.

 

Conceptual Change by Metaphorical Change
Kai Niebert

 

"Ich sehe, was du meinst."

"Mir geht ein Licht auf."

"Das will mir nicht in den Kopf."

 

Unsere Alltagswelt ist voll von Metaphern. Und auch die Wissenschaft nutzt regelmäßig Metaphern, wie das Herz ist eine Pumpe, Licht ist ein Teilchen, das Mitochondrium ist eine Kraftwerk.

In Untersuchungen über die Rolle von Metaphern und Analogien im Naturwissenschaftsunterricht wollen wir herausfinden, wie Metaphern und Analogien beim Verstehen von Naturwissenschaften helfen können.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass Kriterien formuliert werden können, um für die Vermittlung hilfreiche Metaphern zu identifizieren. Darüber hinaus wurde deutlich, dass häufig für die Vermittlung zu komplexe Metaphern und Analogien gewählt werden. Wer ein Verstehen von Naturwissenschaften ermöglichen will, sollte einfache Metaphern verwenden, und sie mit seinen Schülern reflektieren.

Insgesamt zeigt sich: Es ist nicht eine Frage des ob, sondern des wie der Nutzung von Metaphern beim Verstehen von naturwissenschaftlichen Phänomenen. Anhand unserer Daten wird u.a. deutlich, dass erfolgreiche Metaphern auf lebensweltliche Erfahrungen der Lerner zurückgreifen müssen. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass das erfahrungsbasierte Verstehens einen fruchtbaren Beitrag zur Conceptual-Change-Forschung leisten kann.

 

Welche Muschel ist das?
Dennis Stahl

 

Die Vielfalt der Lebewesen zu entdecken und ihnen einen Namen zu geben dürfte so alt sein wie die Menschheit selbst. Arten jedoch gezielt anhand ihrer Merkmale zu bestimmen, stellt Lerner vor eine Vielzahl von Herausforderungen.

In diesem Forschungsvorhaben wird der Prozess der Artansprache ausgehend von Lernervorstellungen qualitativ analysiert. Am Beispiel mariner Mollusken werden Lernervorstellungen zu Merkmalen erhoben. Durch einen wechselseitigen Vergleich mit fachlichen Vorstellungen werden Lernhürden identifiziert. Anhand der Ergebnisse werden Hilfestellungen entwickelt, welche die Lerner im Prozess der Artansprache unterstützen. Ziel ist es, in einem rekursiven Prozess ein multimediales Bestimmungsinstrumentes (iKosmos) evidenzbasiert zu entwickeln und zu erproben.

Als Forschungsrahmen dient das Modell der Didaktischen Rekonstruktion.

iKosmos wird im Rahmen des Projektes „Biodiversität interaktiv“ von der Deutschen Bundestiftung Umwelt (DBU) gefördert.

 

Energie im biologischen Kontext - Welternährung energetisch verstehen

Mathias Trauschke

Die globale Ernährung ist nach wie vor nicht gesichert. Es gibt 800 Millionen unterernährte und zwei Milliarden mangelernährte Menschen. Das Thema ist politisch, wirtschaftlich, sozial aber auch naturwissenschaftlich zu betrachten. Aus naturwissenschaftlicher Perspektive wird v.a. deutlich: Fleischproduktion ist energetisch äußerst ineffizient. Untersuchungen zeigen, dass eine deutlich vegetarischer ausgerichtete Welternährung bis zu vier Milliarden Menschen mehr zu ernähren vermag. Ferner zeigt sich, dass die Ernährungsweise in Industrienationen keinesfalls nachhaltig ausgerichtet ist, weil sie auf enormen Energiebeihilfe (fossile Energieträger) beruht.

Das Thema erscheint aufgrund der hohen gesellschaftlichen Relevanz bedeutsam und gleichsam problematisch für den Biologieunterricht: Naturwissenschaftliche Betrachtungen beruhen v.a. auf energetischen Analysen von Nahrungsketten und Energie gilt fächerübergreifend als schwer zu lernen und zu lehren.

Im Rahmen der didaktischen Rekonstruktion werden Vorstellungen von Fachwissenschaftlern über Energie in Ökosystemen untersucht und lebensweltlichen Vorstellungen von Lernenden gegenübergestellt. Diese wechselseitige Analyse führt zu einem fachlich geklärten Energiebegriff: Energie wird als mengenartige Bilanzierungsgröße verstanden, mithilfe derer Lebensvorgänge (z.B. Stoffwechselreaktionen in Zellen) quantitativ „etikettiert“ werden können. Solche kalkulatorischen Betrachtungen haben den Zweck, Effizienzanalysen biologischer Vorgänge durchzuführen. Ein traditioneller Energiebegriff vieler Lernender aber auch Wissenschaftler, nach dem Energie als Triebkraft für Lebensprozesse oder materieller Bestandteil von Stoffen (z.B. ATP, Nahrung, Glucose o.ä.) verstanden wird, soll durch das Verständnis von Energie als eine quantitative Verrechnungseinheit ersetzt werden.

Um den mengenartigen Charakter von Energie zu repräsentieren, wurden Energieflussdiagramme entwickelt und in Vermittlungsinterventionen im Hinblick auf Verstehensprozesse untersucht. Es zeigt sich, dass Lerner Energie als eine Verrechnungsgröße verstehen und auf dieser Betrachtungsebene Fragen der globalen Ernährung angemessen erläutern können. Dabei lösen sich Lernende von einem stofflichen Energiebegriff und stellen sich Energie eher als eine mengenartige Größe vor.

Wie Schüler die Keimtheorie verstehen
Barnd Unger

 

„Schweiß stinkt. Und es ist nicht schön, wenn man nach Schweiß stinkt.“
 (Johanna, 15 Jahre)

„Es riecht beißend. Und es riecht wegen der Drüsen, die dann da irgendwelche Duftstoffe abgeben.“
(Johanna, 15 Jahre)

 

Johanna wird hier von einer bestimmten Vorstellung geleitet. „Schweißgeruch“ ist für sie selbsterklärend: Schweiß stinkt! Solch alltagsweltlich beobachtbare Phänomene können als Anker fürs Lernen genutzt werden. Viele alltägliche Phänomene – wie der „Schweißgeruch“ - werden nicht auf ihren mikrobiellen Ursprung hinterfragt. Lerner ignorieren die für sie nicht sichtbare Welt allzu gern. Die Keimtheorie erklärt zu allererst einmal eine große Anzahl an Krankheiten bei Menschen, Tieren und Pflanzen durch die Lebenstätigkeiten von mikroskopisch kleinen Lebewesen – den Mikroben. Die Keimtheorie kann verallgemeinert werden und dann auch zur Erklärung einer Vielzahl anderer Phänomene dienen.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Wie Schüler die Keimtheorie verstehen“ sollen lernwirksame Interventionen evidenzbasiert entwickelt und erprobt werden. Den Forschungsrahmen bildet dabei das Modell der Didaktischen Rekonstruktion.

 

Schülerlabor – Lernort oder Erlebnisort?
Hendrika van Waveren

 

"Gelernt habe ich heute eigentlich nichts Neues, aber ich kann mir alles viel besser vorstellen"
 (Renate, 17 Jahre)

"Ich habe heute mehr gelernt als in drei Monaten Biologieunterricht. Vor allem den Umgang mit der Pipette"
(Alexander, 17 Jahre)

 

Renate und Alexander kommen zu sehr unterschiedlichen Aussagen im Anschluss an den Besuch eines Schülerlabors. An die Einrichtung von Schülerlaboren werden hohe Erwartungen geknüpft. Die Lernangebote des Modellprojektes HannoverGEN sollen zu einem basalen Verständnis der Grünen Gentechnik führen, um den Lerngruppen eine Teilhabe an der öffentlichen Debatte auf sachlicher Grundlage zu ermöglichen. Können Schülerlabore dies wirklich leisten? Die zugrunde liegenden molekularen Sachverhalte sind nicht nur für Schülerinnen und Schüler sehr schwer zu begreifen.

In einer explorativen Studie wurden Lernangebote für ein biotechnologisches Schülerlabor entwickelt und auf ihre Lernwirksamkeit überprüft. Das Modell der didaktischen Rekonstruktion wurde hierfür als Entwicklungsdesign genutzt, um das jeweilige Lernangebot in einem rekurrierenden Prozess evidenzbasiert zu optimieren.