Aktuelle Projekte

Laufzeit
2020-2023

Förderung
DFG

Projektbeteiligte
Prof. H. Martens, Tim Hartelt

Abstract
Die Förderung konzeptuellen Wissens wird nachweislich durch selbstreguliertes Lernen und metakognitives Wissen unterstützt. Zwei relevante Teilaspekte sind dabei die Selbsteinschätzung und das konditionale Wissen darüber, in welcher Anforderungssituation welches Wissen angewendet werden soll. Im beantragten Projekt soll in einer Interventionsstudie mit 2x2-faktoriellem Design die biologiedidaktische Fragestellung untersucht werden, welchen Effekt a) die Selbsteinschätzung der Schülerinnen und Schüler bzgl. ihrer eigenen Präkonzepte im Themenfeld Evolution und b) Instruktion zum Erwerb konditionalen Wissens bzgl. alltagsbezogener und wissenschaftlicher Anforderungssituationen auf den Erwerb und die Anwendung konzeptuellen Wissens zur natürlichen Selektion haben. Insbesondere wird ein Interaktionseffekt erwartet, wenn die Selbsteinschätzung der eigenen Präkonzepte mit konditionalem Wissen über unterschiedliche Anforderungssituationen verknüpft wird. Um den Effekt auf die Förderung konzeptuellen Wissens tiefergehend zu verstehen, soll zudem der Einfluss der Selbsteinschätzung und des konditionalen Wissens auf die Selbstwirksamkeitserwartung und die kognitive Belastung untersucht werden. Während es erste empirische Hinweise zur Wirksamkeit aus pädagogisch-psychologischer Forschung gibt, ist die Untersuchung domänenspezifischer Effekte der Selbsteinschätzung und des konditionalen Wissens auf das konzeptuelle Wissen bislang ein fachdidaktisches Desiderat. So gelten in biologiedidaktischen Publikationen die Selbsteinschätzung und die Differenzierung von alltagsbezogenen und wissenschaftlichen Anforderungssituationen als zentral für den nachhaltigen Aufbau konzeptuellen Wissens, jedoch gibt es bisher nur wenige empirische Belege. Aus der biologiedidaktischen Forschung gibt es hingegen differenzierte Erkenntnisse über fachspezifische Präkonzepte und die Herausforderungen beim Aufbau konzeptuellen Wissens. Teleologische und anthropomorphe Präkonzepte werden dabei als allgemeine Denkweisen und zentrales Lernhindernis für den Erwerb konzeptuellen Wissens im Fach Biologie und insbesondere im Themenfeld Evolution beschrieben. Da diese Präkonzepte den Alltagsinteraktionen entstammen, erfordert die Förderung konzeptuellen Wissens in besonderer Weise metakognitives Wissen über die eigenen Präkonzepte und ein konditionales Wissen zur Differenzierung zwischen alltagsbezogenen und wissenschaftlichen Anforderungssituationen. Der Innovationsgehalt des interdisziplinären Projekts an der Schnittstelle von Biologiedidaktik und Pädagogischer Psychologie liegt darin, den Effekt der Selbsteinschätzung und des konditionalen Wissens auf das konzeptuelle Wissen auf Basis biologiedidaktischer Erkenntnisse zu Präkonzepten und fachwissenschaftlich relevantem konzeptuellem Wissen domänenspezifisch und systematisch zu untersuchen. Dabei sollen Wirksamkeitsnachweise zur effizienten Förderung des konzeptuellen Wissens in einer experimentellen Interventionsstudie erbracht werden.

Publikationen (Projekt-bezogen)

• Hartelt, T., & Martens, H. (2024). Influence of self-assessment and conditional metaconceptual knowledge on students’ self-regulation of intuitive and scientific conceptions of evolution. Journal of Research in Science Teaching. Advance online publication. doi.org/10.1002/tea.21938 [Visual Abstract; Video Abstract]
• Hartelt, T., & Martens, H. (2024). Evolution: Wie wurden die Geparde schneller? Eine interaktive digitale Simulation zur natürlichen Selektion. Unterricht Biologie, 493, 46–47.

Laufzeit
2021-2022

Förderung
Nikolaus Koch Stiftung

Projektbeteiligte
Prof. Dr. Helge Martens,
Angela Jensen

Abstract
Bildung für Nachhaltige Entwicklung ist eine zentrale Herausforderung für Schulen sowie für Universitäten im Rahmen der Lehrerbildung, um den globalen ökologischen und sozialen Problemen zu begegnen. Die Zusammenhänge von lokalen Handlungen und globalen Folgen erfordern dabei ein besonderes Verständnis komplexer Systeme. Angesichts der großen Bedeutsamkeit digitaler Lernangebote für Schüler*innen, insbesondere zum gegenwärtigen Zeitpunkt der Covid-19-Pandemie, wird im Projekt zusammen mit Studierenden des Masters of Education an der Universität Trier ein virtuelles Lernmodul für Schüler*innen in der Region Trier entwickelt, welches online implementiert werden soll. Konkretes Ziel dieses Projektes ist die Förderung zentraler Kompetenzen von Schüler*innen im Bereich nachhaltiger Entwicklung, insbesondere des systemischen Denkens. Als systemisches Denken werden die kognitiven Fähigkeiten beschrieben, die es einem erlauben, derartige komplexe Systeme zu untersuchen. Sie ermöglichen es, die Interaktionen zwischen verschiedenen Akteuren zu beschreiben, emergente Eigenschaften des Systems zu identifizieren, Modelle zu erstellen, Vorhersagen zu machen und Unsicherheit zu bestimmen. Schüler*innen stellen jedoch häufig unterkomplexe Ursache-Wirkungs-Beziehungen her und können die komplexen Wechselwirkungen nicht erklären.

Der inhaltliche Schwerpunkt des Lernmoduls ist die zunehmende Belastung der Umwelt mit Mikroplastik lokal vor Ort, z.B. in der Mosel, und die daraus resultierenden globalen Auswirkungen auf die Ökosysteme. So hat Mikroplastik in nur wenigen Jahrzehnten selbst die entlegensten Winkel der Erde erreicht. Es kann in den meisten Meeresorganismen nachgewiesen werden und stellt eine große Bedrohung für die Meeresökosysteme, für die gesamte marine Nahrungskette und letztlich auch für die menschliche Gesundheit dar. Dabei können Additive des Plastiks toxisch wirken. Gleichzeitig ist Plastik im Alltag der Schüler*innen allgegenwärtig, z.B. als Plastiktüten, Einwegflaschen oder als Mikroplastikperlen in Kosmetikprodukten. Lokale Handlungen wie der Kauf einer Einwegflasche oder Zahnpasta mit Mikroplastikperlen müssen mit globalen Stoffkreisläufen durch Handel von Kunststoffabfällen oder Verbreitung über Flüsse und Ozeane zusammengedacht werden. Im Projekt sollen die Gelingensbedingungen für die Förderung systemischen Denkens untersucht werden.

Publikationen (Projektbezogen)

• Jensen, A., Hartelt, T., Wolff, C., Funke, L.-M., & Martens, H. (2023). Reduzierung des Mikroplastikeintrags in aquatische Ökosysteme: Prädiktoren der Verhaltensintention von Schüler:innen und Evaluation eines Projekttags. Zeitschrift für Didaktik der Biologie, 27, 20–47. https://doi.org/10.11576/zdb-6383 

Laufzeit
2019-2022

Förderung
Universität Kassel (Programmlinie Zukunft)

Projektleitung
Physik: Prof. Dr. R. Wodzinski
Biologie: Prof. Dr. J. Mayer, Dr. K. Ziepprecht

Mitarbeiter*innen - Ansprechpartner*innen
N.N.

Kooperationen:
Prof. Dr. Rita Borromeo Ferri (Didaktik der Mathematik)
Prof. Dr. Dorit Bosse (Schulpädagogik mit dem Schwerpunkt Gymnasiale Oberstufe)
Annette Busse (Schulpädagogik mit dem Schwerpunkt Gymnasiale Oberstufe)
Prof. Dr. Andreas Eichler (Didaktik der Mathematik)
Prof. Dr. Frank Lipowsky (Empirische Schul- und Unterrichtsforschung)
Prof. Dr. Elisabeth Rathgeb-Schnierer (Didaktik der Mathematik

Abstract
Naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen sind als wichtiges Element bereits in der Grundschule verankert, diesbezügliche Kompetenzen sowie die Gestaltung effektiver Lernumgebungen sind Gegenstand fachdidaktischer und lernpsychologischer Forschung. Um Lernende in diesem Bereich zu fördern, müssen angehende Primarstufenlehrkräfte im Studium professionsbezogene Kompetenzen im fachlichen und fachdidaktischen Wissensbereich aufbauen. Die diagnostische Kompetenz - als ein vielfach beklagter Defizitbereich der Lehrerbildung, gerade auch im Kontext des Experimentierens  - ist im Schnittfeld beider Wissensbereiche verortet.

Ein Forschungsdesiderat besteht zurzeit noch hinsichtlich theoriebasierter Instruktionsmodelle für die Lehrerbildung. Für das Generieren und Anwenden von Fachkonzepten erscheint das Kontrastieren und Vergleichen von Fällen als ein vielversprechendes Lehr-Lernprinzip. Im Projekt soll der Frage nachgegangen werden, inwiefern das Kontrastieren und Vergleichen von unterschiedlichen Fällen zum experimentellen Vorgehen (Schülerprotokollen) die fachmethodischen Kompetenzen zum Experimentieren, das Erkennen von Schülerfehlern und die Fähigkeiten zur Fehlerkorrektur bei angehenden Primarstufenlehrkräften fördert.

Das Projekt ist Teil des interdisziplinären ZELL-Projekts „Kontrastieren und Vergleichen in der Lehramtsausbildung“ (KoVeLa).

Laufzeit
2019-2023

Projektbeteiligte
Prof. Dr. Helge Martens;
Jens Steinwachs

Abstract
Die Vielfalt der Vorstellungen von Schüler*innen im Bereich des Inhaltsfelds Evolution ist umfangreich empirisch nachgewiesen, sodass wesentliche Lernvoraussetzungen und Lernschwierigkeiten bekannt sind (Hammann & Asshoff, 2019). Wie die Relation von heterogenen Schülervorstellungen und fachlicher Norm bearbeitet werden kann, ist zum einen Gegenstand biologiedidaktischer Kontroverse (Gresch & Martens, 2019) und zum anderen eine unterrichtspraktische Herausforderung für (angehende) Lehrpersonen. Für die Lehrer*innenbildung ist die Reflexion dieses Spannungsverhältnisses von besonderer Bedeutung. In strukturtheoretischen Ansätzen von Professionalität wird die Sachantinomie als unauflösbares Spannungsverhältnis beschrieben, sowohl die individuellen Besonderheiten jedes Lernenden zu berücksichtigen (Personenorientierung), als auch zugleich curriculare sowie inhaltliche Ansprüche der Lern-Sache (Sachorientierung) zu vertreten (Helsper, 2020). Ein professioneller Umgang erfordert die Bearbeitung der Relation von heterogenen Schülervorstellungen und fachlicher Norm. Als eine zentrale Voraussetzung hierfür kann eine professionelle Unterrichtswahrnehmung (Sherin & van Es, 2009) angesehen werden, da eine Lehrperson aus fachlicher Sicht zunächst lernrelevante Ereignisse im komplexen Unterrichtsgeschehen wahrnehmen muss. Aus einer praxistheoretischen Perspektive (Reckwitz, 2003) lässt sich die Unterrichtswahrnehmung als eine soziale Handlungspraxis verstehen, in deren Vollzug implizites Wissen handlungsleitend wirkt. Das implizite Wissen umfasst verschiedene Elemente. So können (angehende) Lehrpersonen bspw. durch schulische Sozialisationsprozesse über tief verankerte Vorstellungen von Lehr-Lern-Prozessen verfügen, in denen Schülervorstellungen eine bestimmte Bedeutung zugeschrieben wird.
Das implizite Wissen zu beschreiben, das bei der Unterrichtswahrnehmung hinsichtlich fachdidaktischer Aspekte handlungsleitend wirkt, stellt ein Desiderat dar. In dieser explorativen-Studie wird der Frage nachgegangen, wie (angehende) Biologielehrpersonen den Umgang mit Schülervorstellungen wahrnehmen und welches implizite Wissen dabei relevant ist.

In 29 Gruppendiskussionen und 6 Interviews verbalisieren die (angehenden) Lehrpersonen ihre Unterrichtswahrnehmung bzgl. einer Videovignette, die auf Basis von acht videographierten Unterrichtsstunden aus einem Leistungskurs Biologie eines Berufskollegs entwickelt wurde. Die Vignettenkonstruktion erfolgte theoriegeleitet, wobei die Sequenzen typische Schülervorstellungen zur Evolution beinhalten (Hammann & Asshoff, 2019) und Interaktionen zwischen der Lehrperson und Schüler*innen beobachtbar sind. Die Datenauswertung erfolgt mithilfe der dokumentarischen Methode, da diese eine methodisch kontrollierte und wissenssoziologisch fundierte Differenzierung sowie Verhältnissetzung zwischen explizitem und implizitem Wissen ermöglicht. Durch komparative Analysen sind fallübergreifende und generalisierbare Schlussfolgerungen möglich (Bohnsack et al., 2013).

Ein Beitrag der Studie für die Praxis der Lehrer*innenbildung soll darin bestehen, zu den rekonstruierten impliziten Wissensbeständen (siehe für erste empirische Ergebnisse Steinwachs & Gresch 2019) anschließend passende Lehr-Lern-Angebote forschungsbasiert zu entwickeln. Die widersprüchlichen Erwartungen im Umgang mit Schülervorstellungen zu diskutieren und zu reflektieren, wäre ein möglicher Ansatz zur Professionalisierung der Unterrichtswahrnehmung. Eine Berücksichtigung des impliziten Wissens der (angehenden) Lehrpersonen (bspw. bezüglich der Bedeutung von Schülervorstellungen für das Verstehen der fachlichen Norm) und der Einsatz von Videovignetten könnten dabei einen vielversprechenden Beitrag leisten (siehe für erste Perspektiven hinsichtlich eines fallrekonstruktiven Seminarangebots Steinwachs & Gresch 2020).

Publikationen (Projekt-bezogen)

• Steinwachs, J.; Gresch, H. (2020). Professionalisierung der Unterrichtswahrnehmung mithilfe von Videovignetten im Themenfeld Evolution – Bearbeitung der Sachantinomie in der biologiedidaktischen Lehrerbildung. In Kürten, R.; Greefrath, G.; Hammann, M. (Hrsg.), Komplexitätsreduktion in Lehr-Lern-Laboren. Innovative Lehr-Formate in der Lehrerbildung zum Umgang mit Heterogenität und Inklusion. Münster: Waxmann, 57-78.
• Steinwachs, J.; Gresch, H. (2019). Umgang mit Schülervorstellungen im Evolutionsunterricht – Implizites Wissen von Lehramts-studierenden bei der Wahrnehmung von Videovignetten. Zeitschrift für interpretative Schul- und Unterrichtsforschung, 8, 24–39.

Laufzeit
2018-2022

Projektbeteiligte
Prof. Dr. Helge Martens,
Prof. Dr. Matthias Martens (Universität zu Köln)

Abstract
Das Spannungsverhältnis von naturwissenschaftlicher/biologischer Fachlichkeit und Schülervorstellungen ist aus der Perspektive konstruktivistischer Lehr-Lern-Theorien zentral für den Erwerb fachlichen Wissens. Schülerinnen und Schüler erklären biologische Phänomene, wie z.B. die Angepasstheit von Lebewesen an ihre Umwelt, häufig nicht mit Hilfe naturwissenschaftlicher Kausalmechanismen, sondern teleologisch, d.h. unter Bezugnahme auf den Zweck der Angepasstheit, Zielgerichtetheit, Intentionalität oder externale Akteure. Damit werden Erklärungsmuster aus den sozialen Interaktionen der Alltagswelt der Schülerinnen und Schüler auf biologische Phänomene übertragen. In der Biologie werden teleologische Erklärungen daher oft als zentrales Lernhindernis, insbesondere im Kontext der Evolution, bewertet. Wegen des häufigen Auftretens in einer Vielzahl von Kontexten wird Teleologie daher auch als allgemeine Denkweise von Schülerinnen und Schülern beschrieben und ist somit von besonderer Bedeutung für den Biologieunterricht.

Im Projekt wird die Fragestellung untersucht, in welcher Weise teleologische Schülervorstellungen im Evolutionsunterricht adressiert werden. Im Unterschied zu den bisherigen Studien im Bereich der Schülervorstellungsforschung und Arbeiten zum fachdidaktischen Wissen von Lehrkräften, ist über die unterrichtlichen Interaktionen wenig bekannt. Welche Erklärungsstrukturen entstehen im Biologieunterricht bei Schüler-Schüler-Interaktionen sowie Lehrer-Schüler-Interaktionen? Wie gehen Lehrpersonen mit teleologischen Erklärungen um? Im Projekt wurden bisher zehn Unterrichtseinheiten von je vier bis acht 90-minütigen Stunden im Kontext von evolutionärer Anpassung in der Sekundarstufe I und II videografiert. Zudem wurden Interviews mit den Lehrpersonen geführt. Mit der Dokumentarischen Methode ließen sich in den bisherigen komparativen Analysen unterschiedliche Umgangsweisen der Lehrpersonen mit dem Spannungsverhältnis von fachlichen Inhalten und Schülervorstellungen rekonstruieren (Gresch, 2020; Gresch & Martens, 2019; Martens & Gresch, 2018): Einige Lehrpersonen konstruieren eine Differenz von als wahr beschriebenen kausalen Aussagen, die mit Darwins Evolutionstheorie verknüpft und erkenntnistheoretisch in einem positivistischen Sinne überhöht werden, und falschen teleologischen Schüleraussagen, die mit Lamarck assoziiert werden. Dabei werden im Unterricht Theorien, die im historischen Erkenntnisgewinnungsprozess revidiert wurden, abgewertet und diskreditiert. Zufallsmechanismen werden als Charakteristikum von Evolutionstheorien intentionalen Mechanismen aus der Alltagswelt gegenübergestellt. Bei anderen Lehrpersonen ließ sich eine ambivalente Vereinbarkeit von kausalen und teleologischen Erklärungen rekonstruieren, sodass die Vermischung von Zufallselementen und intentionalen Bekundungen durch die Lehrperson zu einer Verfälschung des fachlichen Gegenstandes führt. Es zeigt sich, dass dieser Typus die Reproduktion teleologischer Schülervorstellungen im Unterricht ermöglicht.

Publikationen (Projekt-bezogen)

• Gresch, H. (2020). Teleological explanations in evolution classes: video-based analyses of teaching and learning processes across a seventh-grade teaching unit. Evolution: Education and Outreach, 13:10, 1-19.
• Gresch, H. & Martens, M. (2019). Teleology as a tacit dimension of teaching and learning evolution: A sociological approach to classroom interaction in science education. Journal of Research in Science Teaching, 56(3), 243-269. doi: 10.1002/tea.21518.
• Martens, M. & Gresch, H. (2018). Ambivalente Fachlichkeiten. Die (Re)Produktion fachlicher Vorstellungen im Biologieunterricht. In Martens, M., Rabenstein, K., Bräu, K., Fetzer, M., Gresch u. a. (Hrsg.), Konstruktionen von Fachlichkeit: Ansätze, Erträge und Diskussionen in der empirischen Unterrichtsforschung (S. 275-288). Bad Heilbrunn: Klinkhardt.

Laufzeit
12/2021-10/2023

Förderung
Joachim Herz Stiftung

Projektleitung / Ansprechpartnerin
Dr. Finja Grospietsch

Abstract

Der DigitalPakt Schule legt seit 2019 den finanziellen Grundstein, um Schulen mit digitaler Technik auszustatten. Die COVID-19-Pandemie zeigt mit den begleitenden Veränderungen des Bildungssystems deutlich auf, dass Technik allein nicht ausreicht, um die effektive Gestaltung und Unterstützung von Lernprozessen im Fernunterricht oder eine zielführende Verbindung von Phasen des Präsenz- und des Fernunterrichts zu gewährleisten. Insbesondere die digitale Umsetzung von Methoden des Fachunterrichts stellt Lehrkräfte vor neue Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt. Im Projekt MeBiDi (Methoden des Biologieunterrichts digital umsetzen) sammeln angehende Biologielehrkräfte in hochschulischen Lehrveranstaltungen Erfahrungen mit digitalen Tools und erproben, wie sich darüber Methoden ihres Fachunterrichts digitalisieren lassen. Ihr Wissen und die dazugehörigen Umsetzungstipps geben die Studierenden im Rahmen von Erklärvideos, Praxisartikeln, Mikrofortbildungen und Lernreisen an praktizierende Biologielehrkräfte weiter. Dabei wird das Lehr-Lern-Konzept Service Learning genutzt und evaluiert.

Im Rahmen des Projekts erfolgt ein Transfer an die Universität Hamburg, der der Dissemination von Erfahrungen und Ergebnissen aus dem Kolleg Didaktik:digital in die Lehramtsausbildung der Universität Hamburg dienen soll.

Teilprojekt 2 - Professionalisierung durch intelligente Lehr-/Lernsysteme (ProfiLL)

Laufzeit
03/2020-12/2023

Förderung
BMBF

Projektleitung
Dr. M. Meier

Mitarbeiterin - Ansprechpartnerin
M. Kastaun

Link zum Projekt
https://www.uni-kassel.de/einrichtung/zlb/forschung-innovationsprojekte/pronet-d/teilprojekte/tp-2-profill-professionalsierung-durch-intelligente-lehr-/lernsysteme

Abstract
Als Basis und Ausgangspunkt zum digitalen Lehr-/Lerntool in ProfiLL dient ein interaktives System und digitaler Begleiter zum naturwissenschaftlichen Experimentieren (DiVoX: Meier & Kastaun, 2017), welches bereits aus einer engen Zusammenarbeit zwischen der Fachdidaktik der Biologie und des Fachgebiets Theoretische Informatik/Formale Methoden entstanden ist. Das Ziel von ProfiLL ist es, mithilfe digitaler Lehr-/Lernsysteme die Gestaltung und den Ablauf naturwissenschaftlicher Experimente im Schulunterricht zu professionalisieren. Das Teilprojekt ist an das Lehr-Lernlabor „Experimentier-Werkstatt Biologie (FLOX)“ angebunden und nimmt daher angehende (Biologie-) Lehrkräfte sowie Schüler*innen in den Blick. Eingebettet in eine zu entwickelnde Lernumgebung arbeiten die Lehramtsstudierenden schrittweise mit dem intelligenten Lehr-/Lerntool und nehmen hierbei sowohl eine Lerner- als auch Lehrerperspektive ein.

Die Universität Kassel geht mit dem Vorhaben PRONET-D in die dritte Runde der Qualitätsoffensive Lehrerbildung. Im Schwerpunkt der Digitalisierung in der Hochschullehre und der universitätren Ausbildung im Lehrberuf werden Lernumgebung entwicklet und evaluiert sowie ein Netzwerk zur Breitenwirkung der Digitalisierung an der Universität implementiert.

Laufzeit
01/2020-09/2022

Förderung
Joachim-Herz-Stiftung, Kolleg digital

Projektleitung
Dr. M. Meier, M. Kastaun

Mitarbeiterin - Ansprechpartnerin
M. Kastaun

Abstract
Die (fach-)didaktische Einbettung digitaler Medien in die Unterrichtsgestaltung stellt Lehramtsstudierende vor große Herausforderungen, die im Besonderen mit der Ausprägung von Kompetenzen zum mediendidaktischen Entscheiden und Handeln verbunden sind. Im Projekt wird das Ziel verfolgt, digitale Medienkompetenz entsprechend den TPACK-Elementen (Mishra & Köhler, 2006) bei Lehramtsstudierenden im Fach Biologie über den Studiumsverlauf sukzessiv aufzubauen und anzuwenden. Die Auseinandersetzung mit und Förderungen von einzelnen Wissenselementen des TPACK-Modells erfolgen hierbei sequenziert und kumulativ. Beginnend mit fachdidaktisch-pädagogischem Grundlagenwissen (PCK) zu Medienzweck, -einsatz und -kritik (1) werden die Studierenden in ihren technischen Fähigkeiten zu ausgewählten Werkzeugen (TK, TCK) geschult (2). In Pflicht- und Wahlkursen wenden sie ihr Wissen und ihre Fähigkeiten in der Konzeption mediengestützter Lernsettings (TPACK) fachbezogen (CK) an.