Forschung

PISA-Ceco – Fachdidaktische Kompetenzen von Chemielehrkräften

Die für schulische Bildung erforderlichen professionellen Kompetenzen von Lehrkräften umfassen neben der Wissenskomponente auch Einstellungen, Werthaltungen und motivationale Orientierungen. Diese Mehrdimensionalität findet sich in der kompetenzorientierten Gestaltung der aktuellen Lehrpläne und damit auch aus Schüler:innenperspektive wieder. Einen Beitrag für die Untersuchung des Zusammenhangs von professioneller Kompetenz von Lehrkräften einerseits, der Durchführung kompetenzorientierten Unterrichts andererseits und insbesondere das Erreichen von Bildungszielen in Mathematik und den Naturwissenschaften leistet das ZIB-Kernprojekt PISA-Ceco (Classroom experience, characteristics and outcome: multidimensional educational goals and the views of students and teachers); das unter der Hauptleitung von Prof.in Dr.in Anja Schiepe-Tiska und Prof.in Dr.in Doris Lewalter am Zentrum für internationale Bildungsvergleichsstudien durchgeführt wird. Mit den Erkenntnissen sollen spezifische Ansatzpunkte für die Weiterentwicklung des MINT-Unterrichts identifiziert werden.

Neben weiteren Aspekten wird dazu die fachdidaktische Kompetenz von Lehrkräften der 9. und 10. Jahrgangsstufen in einem Online-Fragenbogen getestet. Die Auswertung der chemiedidaktischen Fragen an die Lehrkräfte erfolgt durch die Chemiedidaktik der Universität Regensburg (Dr. Victoria Telser, Benjamin Münch & Prof. Dr. Oliver Tepner). In engem Austausch mit den weiteren Fächern Biologie (Biologiedidaktik – Universität Regensburg), Mathematik (Mathematikdidaktik – Teilprojektleitung Universität Regensburg), Physik (Didaktik der Physik – IPN Kiel) sollen auch fächerübergreifende Auswertungen und Vergleiche ermöglicht werden.

Weitere Informationen zu PISA-Ceco, den beteiligten Institutionen und der Gesamtprojektleitung finden sich unter folgenden Links: https://www.pisa.tum.de/pisa/pisa-2022/pisa-ceco/ & Unterrichtsmerkmale, Unterrichtserleben und Unterrichtserfolg: Mehrdimensionale Bildungsziele und die Sicht der Beteiligten (PISA-Ceco) (zib.education).

Das Poster zur GDCP-Jahrestagung 2024 finden Sie hier.

Förderung adaptiver Erklärkompetenz von Chemielehramtsstudierenden durch Reflexion von Unterrichtsvideografien

Während das Erklären von Fachinhalten sowie das explizite Eingehen auf Schüler:innen im Unterricht zu den Hauptaufgaben von Lehrkräften gehören, stellt die Förderung der sogenannten adaptiven Erklärkompetenz von Chemielehramtsstudierenden in ihrer Ausbildung ein Desiderat dar, weswegen im Rahmen dieses Forschungsprojekts ein universitäres Seminar zur Messung und Förderung dieser entwickelt wird.

In diesem Seminar planen Chemielehramtsstudierende zehnminütige instruktionale Erklärungen zu einem vorgegebenen Thema aus dem Fachbereich Protolysereaktionen, außerdem formulieren sie mögliche Fragen der Schüler:innen inklusive Antworten. An videografierten Schülertagen werden diese Erklärungen vor Schulklassen gehalten, im Anschluss daran stellen die Schüler:innen vom Forschungsteam ausgewählte Fragen, die die Studierenden adaptiv beantworten müssen. Die erstellten Unterrichtsvideografien werden nach einer Inputphase zum adaptiven Erklären und Reflektieren schriftlich anhand der erlernten Kriterien reflektiert, um die Planungen zu überarbeiten und die Erklärungen erneut vor Schulklassen durchzuführen. Dieser Ablauf wird insgesamt drei Mal durchgeführt. Um die Wirksamkeit variabler und konstanter Prompts zur Förderung der adaptiven Erklärkompetenz zu vergleichen, wird ein Teil der Fragen wiederholt gestellt. Die adaptive Erklärkompetenz in den Planungen sowie in den gehaltenen Erklärungen wird mithilfe eines Kodiermanuals bestimmt. Außerdem wird ein Test zum adaptiven Erklären eingesetzt und mit demselben Kodiermanual ausgewertet. Ein Fachwissenstest, ein Fragebogen zur Selbstwirksamkeitserwartung, ein Wissenstest zum adaptiven Erklären sowie die Reflexionskompetenz der Teilnehmenden dienen als Kontrollvariablen. Des Weiteren schätzen die Schüler:innen die Qualität der Erklärungen mithilfe eines Fragebogens ein, zudem wird ihr Lernzuwachs an den Schülertagen erhoben.

Hier finden Sie das Poster zu GDCP-Jahrestagung (2024)

Hier finden Sie das Poster zu GDCh-Jahrestagung (2024)

Doktorandin: Sophie Baron

Klassifikation schriftlicher Reflexionen mit Large Language Models

In der universitären Lehrkräftebildung wird die schriftliche Reflexion eigener Unterrichtserfahrungen für die professionelle Entwicklung von Lehrkräften genutzt. Oftmals ist das gegebene Feedback allgemein gehalten und nicht spezifisch auf den Inhalt bezogen. Fortschritte in der Verarbeitung natürlicher Sprache (Natural Language Processing) können helfen, schriftliche Reflexionen besser zu analysieren. In dieser Studie werden natürliche Sprachverarbeitung und maschinelles Lernen verwendet, um einen sog. Klassifikator zu trainieren. Dieser soll die schriftlichen Reflexionen von angehenden Chemielehrkräften nach bestimmten Kriterien klassifizieren, die bisher mit Hilfe klassischer Kodiermanuale identifiziert wurden. Anschließend wird geprüft, ob das trainierte Modell in der Lage ist, die Elemente des Reflexionsmodells in den schriftlichen Reflexionen zu identifizieren. Ziel ist die Entwicklung eines automatisierten Feedback- Tools, welches das eher allgemeine Feedback durch datengestütztes analytisches Feedback ergänzt und eine Alternative zum klassischen Kodieren darstellt.

Hier finden Sie das Poster zu GDCP-Jahrestagung (2024)

Doktorand: Ben Münch

Unterstützung im Chemiestudium durch den Einsatz von Lernvideos

Das Bemühen in einer pandemiebedingten Ausnahmesituation, den Lehrbetrieb an Schulen und Hochschulen trotz Einschränkungen aufrecht zu halten, führte in den letzten Jahren zu einer umfassenden Digitalisierung in Lehreinrichtungen. Diese Entwicklungen zeigen die Relevanz auf, digitale Methoden weiterhin in die Lehre miteinzubeziehen und so zusätzlich neue Lerngelegenheiten zu schaffen.

Das Projekt SelVi hat auf dieser Grundlage das Ziel, digitale Module in die Lehre zu integrieren und damit das selbstregulierte Lernen der Studierenden in digitalen Lernumgebungen zu unterstützen. Dabei bieten insbesondere videografische Erklärungen eine gute Möglichkeit, die Lehre an Hochschulen im Bereich der Chemie digital zu begleiten. In einer Vergleichsstudie wird untersucht, ob instruktionale Erklärvideos, die sich auf Erklärungen zu theoretischen Inhalten fokussieren, den Lernprozess im höheren Maße unterstützen als Video-Modeling-Examples.

Um die Effektivität der Unterstützung von Hochschullehre durch den Einsatz von Lernvideos zu untersuchen, werden die beiden Methoden der Videogestaltung im Rahmen dieser Studie in einem Seminar eingesetzt. Das Seminar wird den Lehramtsstudierenden begleitend zu den Vorlesungen Analytische und Anorganische Chemie im Modul „Allgemeine Chemie“ angeboten, welches sie in ihrem ersten Semester des Chemiestudiums besuchen. In den Treatmentgruppen werden beide Videoarten gegenübergestellt und innerhalb der Treatmentgruppen werden Selbsterklärungen der Studierenden zur ergänzenden Untersuchung im Zusammenhang zwischen der Qualität der Selbsterklärungen und dem Lernzuwachs erhoben. Die Kontrollgruppe umfasst die Studierenden der Studiengänge B.Sc. Chemie und Biochemie, welche dieselbe Vorlesung besuchen, jedoch kein Treatment in Form von Lernvideos erhalten.

Hier finden Sie das Poster zu GDCP-Jahrestagung (2023)

Doktorandin: Sevan Khagy

Förderung experimenteller Kompetenz von Lehrkräften im Fach Chemie

Beim Projekt KOLEG2 der Universität Regensburg handelt es sich um einen kooperativen Zusammenschluss verschiedener Fachdisziplinen mit dem Ziel der Verbesserung der Lehrkräftebildung. Die Förderung experimenteller Kompetenz von Lehrkräften (Chemie) ist eine Teilmaßnahme davon. Die Kompetenz die Lehrerinnen und Lehrer aufweisen hat dabei einen Einfluss auf die Qualität von Unterricht. Somit ergeben sich ebenfalls Auswirkungen auf den Kompetenzzuwachs von Schülerinnen und Schülern.

Mit dem Ziel der Förderung der experimentellen Kompetenz und der Steigerung des fachlichen Wissens im Bereich von Lithium-Ionen-Batterien sowie Redox-Flow-Zellen wird eine eineinhalbtägige Fortbildung entwickelt. Diese thematisiert Methoden des Feedbacks, digitale Fördermöglichkeiten sowie die theoretischen Hintergründe von Redox-Flow-Zellen und Lithium-Ionen-Batterien. Ebenso werden Microscale-Experimente zur galvanischen Zelle, Experimente zu Lithium-Ionen- und Redox-Flow-Batterien sowie Möglichkeiten zur digitalen Messwerterfassung in diesen Kontexten behandelt.

Zur Förderung und Erfassung der experimentellen Kompetenz werden die Hände der teilnehmenden Lehrkräfte bei der Durchführung von Experimenten videographiert. Der Fokus der Aufnahme liegt dabei auf dem Versuchsaufbau sowie allen experimentellen Handlungen, die der Vorbereitung, dem Aufbau, der Durchführung und dem Abbau der Versuche dienen. Anhand dieser Videos geben sich die Lehrkräfte selbst Feedback. Die Auswertung der Videos erfolgt dabei anhand eines in der Vorgängerstudie entstandenen und überarbeiteten Kodiermanuals nach Telser. In einem Prä-Post-Follow-Up-Design wird zusätzlich der fachwissenschaftliche Zugewinn der Lehrkräfte erfasst.

Das Teilprojekt Förderung experimenteller Kompetenz von Lehrkräften (Chemie) ist Teil der Maßnahme KOLEG2 und wird im Rahmen der gemeinsamen „Qualitätsoffensive Lehrerbildung“ von Bund und Ländern aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert.

Eine aktuelle Übersicht über das Projekt finden Sie auf dem Poster zur GDCP 2023: hier.

Doktorand: Ralf Auer

Reflexions- und adaptive Erklärkompetenz bei Chemielehramtsstudierenden fördern (FALKE-e)

Das Projekt FALKE-e, welches im Rahmen der Qualitätsoffensive Lehrerbildung stattfindet, zielt auf die Erforschung und Förderung fachspezifischer Lehrerkompetenzen im adaptiven Erklären in sechs verschiedenen Fächern ab. Das Forschungsprojekt greift das Thema „Adaptives Erklären“ im Kontext von Videografie in der Ausbildung von Lehramtsstudierenden auf, wobei in den konzipierten Seminaren die Förderung der adaptiven Erklär- und Reflexionskompetenz im Fokus steht und ihre Entwicklung empirisch untersucht wird.

Bei der Forschungsarbeit in der Chemiedidaktik wird der Fokus insbesondere darauf gelegt, ob Chemielehramtsstudierende, die drei Mal die Möglichkeit bekommen, adaptiv zu handeln und ihre Erklärhandlungen anschließend zu reflektieren, einen höheren Zuwachs der adaptiven Erklärkompetenz entwickeln, als Studierende, die nur zwei Mal vor Schüler:innen unterrichten. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob Studierende mit einer höheren Reflexionskompetenz auch größere Zuwächse in der adaptiven Erklärkompetenz zeigen.

Dafür planen die Lehramtsstudierenden in einem universitären Seminar eine Erkläreinheit von zwanzig Minuten zum Thema „Chemische Reaktion und Energetik“ und halten diese vor Schüler:innen, während sie videografiert werden. Die Unterrichtsvideografien werden anschließend reflektiert und die Planungen überarbeitet. Die überarbeiteten Unterrichtsminiaturen werden erneut vor einer anderen Klasse gehalten und videografiert. Die Interventionsgruppe hat drei Mal die Möglichkeit, adaptiv vor Schulklassen zu erklären, die Kontrollgruppe unterrichtet nur zwei Mal adaptiv.

Der aktuelle Stand des Projekts ist dem verlinkten Poster (GDCP 2022) zu entnehmen.

Doktorandin: Stefanie Reimer

Wirkung von Erklärvideos im Flipped Classroom-Konzept im Fach Chemie

Digitale Medien haben im Chemieunterricht insbesondere aufgrund des pandemiebedingten Heimunterrichts in den vergangenen Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Derzeit stellt ein adäquates Angebot an hochwertigen digitalen Angeboten für den schulischen Kontext ein Desiderat dar (KMK, 2017).
Während viele Schüler*innen digitale Angebote zum eigenständigen Lernen bereits nutzen (Wolf, 2018), fehlen bislang empirische Daten zur optimalen Wirksamkeit im Chemieunterricht. Zudem ist unklar, unter welchen Bedingungen eine lernwirksame Umsetzung von Flipped Classroom im Chemieunterricht – insbesondere mit Hilfe von Erklärvideos – erfolgen kann (Abeysekera & Dawson, 2015). Darüber hinaus ist der Einfluss des Vorhandenseins kognitiver Lernstrategien bei Schüler*innen auf das erfolgreiche selbstregulierte Lernen mit Erklärvideos unzureichend geklärt.
In dem interdisziplinären Forschungsprojekt FALKE-digital wird die Wirksamkeit von Erklärvideos im Flipped Classroom-Unterricht, sowie der Einfluss kognitiver Lernstrategien von Schüler*innen im Umgang mit Erklärvideos u.a. im Fach Chemie untersucht (Frei et al., 2020). Dazu wird im Rahmen einer Vergleichsstudie mit Pre-Post-Follow-Up-Design das Thema Redoxreaktionen eingeführt.
Während die beiden Treatmentgruppen im Flipped Classroom-Konzept unterrichtet werden, wird die Kontrollgruppe traditionell unterrichtet. Eine der beiden Treatmentgruppen erhält zusätzlich ein Strategietraining zur Förderung kognitiver Lernstrategien im Umgang mit Erklärvideos. Die Dauer des Treatments beträgt vier Unterrichtsstunden. Hierbei ist eine Stichprobe von n ≈ 600 Schüler*innen der 9. & 10. Jahrgangsstufe geplant, die sich auf 30 Klassen aufteilen und randomisiert zwei Treatment- und einer Kontrollgruppe zugewiesen werden.

Doktorand: Sebastian Rohr

Abstract

Das Forschungsprojekt gehört zum Gesamtprojekt FALKE-digital: Zur Wirksamkeit von Erklärvideos im Rahmen der Methode Flipped Classroom:

Poster zur GDCP 2022

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.