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Forschung

Förderung experimenteller Kompetenz von Lehrkräften im Fach Chemie

Ziel dieses im Rahmen der Qualitätsoffensive Lehrerbildung eingeworbenen Projekts ist die Entwicklung und Evaluation einer Lehrerfortbildung zur Steigerung der experimentellen Kompetenz von Lehrkräften. Darüber hinaus sollen das fachwissenschaftliche und fachdidaktische Wissen in Bezug auf das Experimentieren im Schulunterricht verbessert werden. Dazu werden in Kooperation mit der Anorganischen Chemie semesterweise Lehrerfortbildungen angeboten, die aus jeweils drei ganztägigen Einzelterminen bestehen. Die teilnehmenden Lehrkräfte werden in aktuelle Themen und Experimente, die diese Themen für den Schulunterricht zugänglich machen, eingearbeitet. Solche Themen sind z. B. ionische Flüssigkeiten, magnetische Flüssigkeiten (Nanopartikel) und neue analytische Methoden wie z. B. die Rasterkraftmikroskopie. Ergänzend werden gängige Schulexperimente angeboten, die zur Auffrischung bereits früher erlernter Arbeitstechniken dienen. Ergänzend zum Wissenserwerb werden die Einschätzung des subjektiven Lernerfolgs und die aktuelle Motivation per Fragebogen gemessen. Die experimentelle Kompetenz wird anhand von Videos bzw. mittels eines Kodiermanuals erfasst. Nähere Informationen siehe: https://www.uni-regensburg.de/koleg/teilprojekte/foerderung-experimenteller-kompetenz-chemie-/index.html.


Fachspezifische Lehrerkompetenzen im Erklären (FALKE)

Das gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus zehn Fachdidaktiken im Rahmen der Qualitätsoffensive Lehrerbildung eingeworbene Projekt zielt auf die Erforschung fachspezifischer Lehrerkompetenzen im Erklären. Über neue Lehrangebote, in denen Studierende Aspekte des „guten Erklärens“ im eigenen Fach erproben, sollen gleichzeitig idealtypische Muster des Erklärens im Fach analysiert und reflektiert werden. Zudem werden die Studierenden mit Erklärungskulturen in Fächern konfrontiert, die sie nicht studieren, um auf diese Weise Spezifika der eigenen Fächer bewusster wahrnehmen und umsetzen zu können. Dabei sollen auch Unterschiede und Gemeinsamkeiten „guten Erklärens“ zwischen den beteiligten Unterrichtsfächern herausgearbeitet werden. Im Laufe des Projekts sollen so valide Kriterienraster entwickelt werden, anhand derer sich Erklärkompetenz je Fach beschreiben, vergleichen und bewerten lässt.

Nähere Informationen siehe https://www.uni-regensburg.de/koleg/teilprojekte/01-falke/index.html.


Förderung des experimentellen Wissens von
Chemie-Lehramtsstudierenden

Die Entwicklung des Professionswissens von angehenden Lehrkräften ist insbesondere in Bezug auf den Einsatz von Experimenten bisher wenig erforscht. Um diese Forschungslücke zu schließen wurde ein studentisches Seminar zum schülerzentrierten Einsatz von Experimenten im Chemieunterricht entwickelt und evaluiert. Je zwei Studierende („Tandems“) führten ihr eigens entworfenes Unterrichtskonzept an drei über das Semester verteilten Schülertagen im Lehr-Lern-Labor der Chemiedidaktik Regensburg mit drei achten Klassen eines Gymnasiums durch. Die Studierenden reflektierten ihren Unterricht anhand von Videoaufzeichnungen. Ferner erhalten sie die Auswertung der Unterrichtsbeobachtungsbögen der anderen Seminarteilnehmer zu ihrer Unterrichtsstunde. Im Wintersemester 2013/14 wurde das Seminar pilotiert und die zwei Hauptstudien sind im Januar 2015 abgeschlossen worden. Das experimentell-fachdidaktische Wissen wurde mittels eines Paper-Pencil-Tests (NItems = 19; α = .80) vor und nach dem Seminar erhoben. Erste Ergebnisse weisen auf einen hochsignifikanten Wissenszuwachs der Studierenden hin. Die parallel zum Seminar durchgeführte Interviewstudie und die Stundenreflexionen deuten ergänzend darauf hin, dass das experimentell-fachdidaktische Wissen im Laufe des Seminars zunimmt und mit einer offeneren Gestaltung von Schülerexperimenten verbunden ist. Auch die Schülerinnen und Schüler lernen an den Schülertagen höchstsignifikant dazu. Das dargestellte Projekt wird im Rahmen von zwei Dissertationen an der Universität Regensburg bearbeitet.


Professionswissen in den Naturwissenschaften
(ProwiN und ProwiN-Video)

Ziel dieses Teils des BMBF-Projekts ist, das Professionswissen von Chemielehrerinnen und -lehrern zu untersuchen. In Kooperation mit den Universitäten Duisburg-Essen (Chemie, Physik und Psychologie) und Potsdam (Physik), der LMU München (Biologie) und der Ruhruniversität Bochum (Psychologie) werden seit Juli 2008 ein valides Modell für die drei Dimensionen des Professionswissens (Fachwissen, fachdidaktisches und pädagogisches Wissen) von Lehrpersonen der naturwissenschaftlichen Fächer und entsprechende Testinstrumente konzipiert und evaluiert. Das eng an die COACTIV-Studie angelehnte Modell und die entwickelten Testinstrumente werden aktuell im Rahmen einer Videostudie genutzt, um Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Dimensionen des Professionswissens und dem Lehrerhandeln im Unterricht zu untersuchen sowie differenzierte Vorhersagen über die Wirkung des Professionswissens auf den Lernzuwachs und die aktuelle Motivation von Schülerinnen und Schülern ableiten zu können. Die Ergebnisse des entwickelten Multiple-Choice-Professionswissenstests deuten darauf hin, dass das für das Fach Chemie konzipierte Messinstrument valide und reliabel ist und dass Fachwissen und fachdidaktisches Wissen voneinander getrennte Konstrukte darstellen. Im Rahmen der zweiten dreijährigen Projektphase, die Mitte 2012 begonnen hat, werden zwei Dissertationen im Fach Chemie angefertigt. Mit der ersten Dissertation von Martina Strübe werden primär die Sachstruktur und der Umgang mit Experimenten/Modellen in den Bereichen Erkenntnisgewinnung & Fachwissen untersucht. Die zweite Dissertation von Holger Tröger befasst sich mit der Erforschung von Fachsprache und Schülerfehlern im Bereich Kommunikation. Nähere Informationen siehe https://www.uni-due.de/prowin/.


Professionswissen von Chemiereferendaren in Nordrhein-Westfalen (ProwiC-R)

Unter Verwendung der im Rahmen des ProwiN-Projektes konzipierten Tests wird die Entwicklung des Professionswissens von angehenden Lehrkräften im Fach Chemie untersucht. Ein wesentliches Ziel dieser repräsentativen Längsschnittstudie ist der Vergleich von Referendarinnen und Referendaren, deren Ausbildung zwei Jahre dauert, mit der ab November 2011 beginnenden Kohorte, die ein 1,5-jähriges Referendariat absolviert, um Informationen bezüglich der Auswirkungen der Verkürzung des Vorbereitungsdienstes in Nordrhein-Westfalen zu erhalten. Dazu werden das Fachwissen, das pädagogische und das fachdidaktische Wissen der Lehramtsanwärterinnen und -anwärter über drei Messzeitpunkte anhand von Paper-Pencil-Tests erhoben. Die generierten Daten werden durch Interviews und Videographie einzelner Unterrichtsstunden einer Teilstichprobe ergänzt, um dezidierte Aussagen zur Entwicklung des Professionswissens machen zu können. Die Ergebnisse werden in 2015 veröffentlicht.


Kommunikationsmuster im Chemieunterricht

Um Zusammenhänge zwischen dem Professionswissen von Lehrkräften, verschiedenen Aspekten ihres unterrichtlichen Handelns und leistungs- und motivationsbezogenen Variablen auf Schülerseite zu untersuchen, werden die Kommunikationsmuster der Lehrenden und Lernenden als Teil unterrichtlicher Prozesse erforscht. Dazu werden Unterrichtsvideos im Fach Chemie im Hinblick auf Lehrer-Schüler-Interaktionen sowohl auf der Oberflächen- als auch Tiefenstrukturebene analysiert. Das dem entsprechenden Kodiermanual zugrundeliegende Kategoriensystem wird derzeit unter Bezugnahme auf das inhaltsanalytische Beobachtungsverfahren nach Bos & Tarnai entwickelt. Erste Analysen von Chemieunterricht der 7. und 10. Klasse an Hauptschulen und Gymnasien in Nordrhein-Westfalen deuten darauf hin, dass sich die Kommunikationsmuster in beiden Klassenstufen hinsichtlich der Länge und Intention der Lehrenden (z. B. im Einfordern von Erklärungen) unterscheiden.


Lehrerprofessionswissen, Lehrerhandeln und Schülerleistung – eine Vergleichsstudie zwischen Physik- und Chemieunterricht im Themenbereich Wasser und Aggregatzustände (PLUS-C)

Im Rahmen dieses abgeschlossenen DFG-Projektes wurde – in Anlehnung an die Forschergruppenstudie „PLUS“ (Professionswissen von Lehrkräften, naturwissenschaftlicher Unterricht und Zielerreichung im Übergang von der Primar- zur Sekundarstufe) – das Professionswissen von Chemielehrerinnen und -lehrern und dessen Auswirkungen auf das Unterrichtshandeln und die Schülerleistung erforscht. Im Mittelpunkt stand dabei der Vergleich zwischen der Situation im Fach Physik (6. Klasse) mit der im Fach Chemie (7. Klasse). Im Längsschnitt wurden dieselben Schülerinnen und Schüler, die im Schuljahr 2008/2009 die Physikstichprobe im PLUS-Projekt bildeten, im folgenden Jahr im Chemieunterricht zur gleichen Thematik (Wasser und Aggregatzustände) untersucht. Die Leistung der betreffenden Gymnasialklassen wurde mit dem fachdidaktischen und fachlichen Wissen ihrer Chemielehrerinnen und -lehrer in Beziehung gesetzt. Mit der Verwendung der aus der Physikstudie adaptierten Testinstrumente wurde die seltene Chance wahrgenommen, mit relativ geringem Aufwand vergleichbare Daten für beide Fächer zu erhalten. Im Fachwissen der Chemie- und Physiklehrenden lassen sich keine Unterschiede berichten (t(35,126) = 1.007; p = .321). Auch bezüglich des fachdidaktischen Wissens lassen sich keine signifikanten Unterschiede zwischen Chemie- und Physiklehrkräften im Themenfeld „Wasser und Aggregatzustände“ finden. Die berechneten Mittelwerte und die Effektstärke deuten allerdings darauf hin, dass der Unterschied im fachdidaktischen Wissen bei einer größeren Stichprobe möglicherweise signifikant würde (t(36) = 1.574; p = .124; d = 0.53). Es zeigen sich keine signifikanten Unterschiede zwischen Physik- und Chemiestunden bezüglich des Umgangs mit Schülervorstellungen (t < 1), der Phänomen- und Problemorientierung (t < 1) und der Strukturierung (t < 1). Es finden sich allerdings vorsichtige Hinweise, dass bei einer größeren Stichprobe Physiklehrkräfte der Kommunikation und dem Aushandeln von Bedeutungen möglicherweise einen größeren Stellenwert in ihrem Unterricht beimessen als Chemielehrkräfte dies tun (t(29) = 1.783; p < .085; d = 0.84). Zudem konnte gezeigt werden, dass das direkte Vorwissen der Schüler einen weitaus höheren Einfluss auf den Lernerfolg in Klasse 7 hat als das Wissen aus dem Vorjahr nach Abschluss der Reihe in Klasse 6, sodass eine kurze Wiederholung des Themas im Chemieanfangsunterricht durchaus empfohlen werden kann.


Effektivität von Aufgaben im Chemieunterricht der Sekundarstufe I

Im Rahmen des abgeschlossenen Dissertationsprojektes wurde mit Hilfe eines quasiexperimentellen Pre-/Post-Testdesigns der Frage nachgegangen, ob die Aufgabenverwendung die Lernleistung und die Einstellung der Lernenden im direkten Vergleich zu einer von der gleichen Lehrkraft auf herkömmliche Weise unterrichteten Parallelklasse steigern kann. Während in der Interventionsgruppe Aufgaben selbstständig auf Arbeitsblättern bearbeitet wurden, lernten die Schülerinnen und Schüler der Parallelklasse von ihrem Lehrer unterstützt im Plenum. Ergänzend wurde nach dem sogenannten gekreuzten Parallelklassendesign vorgegangen, um eventuelle Unterschiede zwischen der jeweiligen Interventions- und Kontrollgruppe ausgleichen zu können. Dazu wurden zwei Unterrichtseinheiten nacheinander durchgeführt, sodass jeweils beide Parallelklassen abwechselnd Interventions- und Kontrollgruppe waren. An Vor- und Hauptuntersuchung nahmen 251 bzw. 351 Schülerinnen und Schüler der 9. Klasse an nordrhein-westfälischen Gymnasien teil. Es konnte u. a. gezeigt werden, dass der Einsatz von Aufgaben zu einem signifikant höheren Lernerfolg und positiveren Einstellungen führt als herkömmlicher Unterricht.


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