Mit Modellen zum Wissenschaftsverständnis Strukturierung und Erfassung von Modellkompetenz

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1 Strukturierung und Erfassung von Modellkompetenz Annette Upmeier zu Belzen, Juliane Grünkorn, Eva Terzer, Moritz Krell, Juliane Hänsch, Dirk Krüger Wien,

2 Einordnung in die Erkenntnisgewinnung Mayer

3 Erweiterte Definition von Modell (Mahr) Die Frage, was ein Modell ist, lässt sich nicht direkt beantworten. Ein Modell ist, was ein Subjekt zum Modell macht. A Modellobjekt B ist von für Modell Herstellungsperspektive Anwendungsperspektive verändert nach Mahr

4 Kompetenzmodell Upmeier zu Belzen & Krüger

5 Fragestellungen 1. Inwiefern kann die theoretische Struktur des Kompetenzmodells mit verschiedenen Aufgabenformaten operationalisiert werden? 2. Passt die empirische Struktur der Daten zur theoretischen Struktur des Kompetenzmodells (interne Validität)? 5

6 Überprüfung des Kompetenzmodells Aufgaben zur Überprüfung des Kompetenzmodells Offene Aufgaben Multiple-Choice Aufgaben Forced-Choice Aufgaben Hands-On Assessment Juliane Grünkorn, FU Eva Terzer, HU Moritz Krell, FU Juliane Hänsch, HU 6

7 Methode Operationalisierung Offenes Format Forced-Choice Multiple-Choice Hands-On Anzahl von Items Evaluation (Software) 34 Aufgaben Qualitative Inhaltsanalyse (MAXQDA) 26/30 Items Aufgabenanalyse (SPSS), IRT-Modellberechnungen (ConQuest) 43 Items Aufgabenanalyse, IRT-Modellberechnungen (ConQuest) 4 Aufgaben Qualitative Inhaltsanalyse (MAXQDA) Stichprobe ( Jgst.) N = 1059 N = 553 / N 750 N = 389 N = 6 7

8 Offene Aufgaben: Alternative Modelle Upmeier zu Belzen & Krüger

9 Offene Aufgaben: Struktur Aufgabenstamm Modelle standardisierte Instruktion 9

10 Offene Aufgaben: Ergebnisse Komplexität Teilkompetenz Alternative Modelle Unterschiede zwischen den Modellobjekten I II III Ausgangsobjekt ermöglicht Herstellung verschiedener Modelle von etwas Modelle für verschiedene Hypothesen Man benötigt drei Modelle, weil man verschiedene Perspektiven benötigt: Modell A ist zum Beispiel nicht 3D. Modelle B und C sind 3D und unterschiedlich groß. (F 44) 10

11 Offene Aufgaben: Ergebnisse Komplexität Teilkompetenz Alternative Modelle Unterschiede zwischen den Modellobjekten I II III Ausgangsobjekt ermöglicht Herstellung verschiedener Modelle von etwas Modelle für verschiedene Hypothesen Da in einem Modell häufig nicht alle Aspekte berücksichtigt werden können muss man mehrere Modelle erstellen. Im Modell A wird beispielweise der Aufbau vermittelt. (F 52) 11

12 Offene Aufgaben: Ergebnisse Komplexität Teilkompetenz Alternative Modelle Unterschiede zwischen den Modellobjekten I II III Ausgangsobjekt ermöglicht Herstellung verschiedener Modelle von etwas Modelle für verschiedene Hypothesen Man weiß nicht genau, wo welches Teil zu finden ist. Außerdem weiß man nicht, wie groß diese Bausteine sind oder welche Form sie haben. Es gibt viele Arten, wie das Modell aussehen könnte. Wissenschaftler beweisen eine Eigenschaft und überprüfen, ob das aktuelle Modell damit übereinstimmt. (F42) 12

13 Offene Aufgaben: Ergebnisse Teil- kompetenz Alternative Modelle Verteilung der Schülerantworten auf die Niveaus Anzahl der in absoluten Werten und (%) Schüler nicht Niveau I Niveau II Niveau III konsistent n = (26,7) 87 (39,4) 29 (13,1) 46 (20,8) 13

14 Offene Aufgaben: Ergebnisse Teilkompetenz Alternative Modelle Anzahl der Schüler Verteilung der Schülerantworten auf die Niveaus in absoluten Werten und (%) nicht Niveau I Niveau II Niveau III konsistent n = (26,7) 87 (39,4) 29 (13,1) 46 (20,8) Zusätzliche Perspektive Verschiedene Originale (n = 19) Es könnte aber auch sein, dass man drei verschiedene Modelle macht, um die Biomembranen von verschiedenen Lebewesen, z. B. Mensch, Vogel und einer Kuh zu zeigen. (F 331) Überprüfung mit ergänzendem Impuls: Gibt es zu einer Biomembran mehrere Modelle? Begründe deine Antwort! 14

15 Multiple-Choice Aufgaben: Alternative Modelle Upmeier zu Belzen & Krüger

16 Multiple-Choice Aufgaben: Struktur Aufgabenstamm Modelle standardisierte Instruktion Antwortmöglichkeiten 16

17 Multiple-Choice Aufgaben: Schwierigkeiten N 1N Ä 2 N 3 Z, Ä, A T T A E Z A E Ä E, Z Ä E, Z T Z Ä A, Z Ä T 1 T Ä E x = 0,6 Fälle N 1 N 2 N 3 T Z E A Z A E Ä T E, Z Ä T Z E, T Z Ä A, Ä Z T Z1 Ä Z, Ä, A T T Z Ä Mittelwerte der Schwierigkeiten N1 64,9 N2 57,7 N3 49,2 Varianzanalyse F(2,27)=3.57; p=.005 Niveau N 1 N 2 N 3 N nicht signifikant N N x = 0,6 Fälle E 17

18 Forced-Choice Aufgaben: Alternative Modelle Upmeier zu Belzen & Krüger

19 Forced-Choice Aufgaben: Struktur Informationen zum Inhalt Abbildung von Modell und Original Situierung und standardisierte Instruktion individuelle Präferenzrangfolge 19

20 Forced-Choice Aufgaben: Studie Pretest I N= 553; Jahre Die Schülerantworten variieren mit dem Aufgabenstamm. Dimensionen des Aufgabenstammes: Inhalt: Humanbiologie, Zoologie, Botanik Modelltyp 1 : Skalenmodell, Analogmodell, Konstruktmodell Situierung: Schule, Wissenschaft 1 nach Hartmann

21 Forced-Choice Aufgaben: Erste Ergebnisse Pretest II vorläufige Ergebnisse N 750; Jahre Humanbiologie 2 Botanik 1 Botanik 2 Zoologie 1 Zoologie 2 Humanbiologie 1 Humanbiologie 2????? x 34,984***?? 13,337** Botanik 1 x? 10,367* 29,485*** Botanik 2 X 9,547* 23,784*** Zoologie 1 x 28,060*** Zoologie 2 x Berechnet wurden Kreuztabellen, angegeben ist der Wert des Fisher- Tests mit Signifikanzniveau (*: <0,05; **: <0,01; ***: <0,001). 21

22 Hands-On Aufgaben 22

23 Hands-On Aufgaben Upmeier zu Belzen & Krüger

24 Hands-On Aufgaben: Struktur 24

25 Hands-On Aufgaben: Erste Ergebnisse Frage Wie kann ein Fisch ohne sich zu bewegen im Wasser schwimmen? Hypothese Also dann würde ich sagen (-) die Antwort ist (--), weil Fische sogenannte Schwimmbläschen haben, die mit Luft gefüllt sind und dehnbar sind ( ). Planung ( ) ich könnte zum Beispiel ein(en) Versuch machen ( ) Wenn man jetzt zum Beispiel so etwas wie Schwimmbläschen nachbauen könnte ( ) Man könnte zum Beispiel Kügelchen mit Luft füllen und dann luftdicht verschließen. Und dann zum Beispiel so etwas wie so einen kleinen ( ) fischförmigen Behälter nehmen, der aber auch nicht zu viel wiegt und da einfach in ein Aquarium legt und dann guckt, dass es einfach weiter schweben bleibt ( ). 25

26 Arbeitsstand Formate Arbeitsstand Hauptuntersuchung Offen Forced-Choice Multiple-Choice Hands-On 10 Aufgaben Entwicklung von 5 neuen Aufgaben 28 Aufgaben Entwicklung von 2 neuen Aufgaben 30 Aufgaben Entwicklung von 15 zusätzlichen Aufgaben 4 Aufgaben Entwicklung von 2 neuen Aufgaben Gymnasium, Jgst. 15 offene Aufgaben 30 Forced-Choice Aufgaben 45 Multiple-Choice Aufgaben N 1000 Hands-On Aufgaben N = 12 Vergleich der Formate Empirische Überprüfung das des Kompetenzmodells 26

27 Mitwirkende Ulrike Trier (HU) Schülervorstellungen zu Modellen Juliane Grünkorn (FU) Empirische Überprüfung des Modells mit offenen Aufgaben Eva Terzer (HU) Empirische Überprüfung des Modells mit MC-Aufgaben Moritz Krell (FU) Empirische Überprüfung des Modells mit Forced-Choice Aufgaben Juliane Hänsch (HU) Empirische Überprüfung des Modells mit Hands-On Aufgaben Anke Seegers, Jennifer Fleige (FU) Interventionsstudien mit Lehrkräften Christiane Patzke (HU) Entwicklung von Modellkompetenz im Biologieunterricht 27

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 28

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