Lehren und Lernen über die Natur der Naturwissenschaften Schwerpunkttagung GDCP & FDdB im VBIO Wien, Februar 2011

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1 Effekte authentischer Forschungserfahrung auf Konzeptionen Inquiry orientierten Lernens und das Verständnis der Natur der Naturwissenschaften bei Lehrkräften Lehren und Lernen über die Natur der Naturwissenschaften Schwerpunkttagung GDCP & FDdB im VBIO Wien, Februar 2011

2 Hintergrund Scientific literacy Seit den1950er Jahren als umfassendes kompetenzbasiertes Konzept naturwissenschaftlicher Bildung international etabliert (De Boer 1991). Stufung in Breite und Tiefe nach Bybee (1997): Nominale Scientific literacy Funktionale Scientific literacy Konzeptionelle und Prozedurale Scientific literacy Multidimensionale Scientific literacy Scientific Inquiry Nature of Science 2

3 Ausgangslage Inquiry Learning gilt vielen Lehrkräften als zu schwierig bzw. essentielle Bedingungen werden im Unterricht nicht beachtet und führen zu inadäquaten Unterrichtskonzeptionen (NRC 2000): Alle Inhalte sollten über Inquiry-Ansätze vermittelt werden, Lernende müssen selbständig alle Schritte des Inquiry-cycle bearbeiten (aber für das Konzeptverständnis ist die Art der Frage wichtiger als die Herkunft), Inquiry Learning geschieht automatisch über hands-on oder kit-based Materialien, Hands-on Aktivitäten alleine garantieren ein inquiry- Verständnis und Lernerfolg. 3

4 Nature of Science - Stand der Forschung Naive NOS-Vorstellungen korrespondieren mit: geringer Erfahrung im Experimentieren (Welch et al., 1981; Gallagher, 1991) mangelnder Auseinandersetzung mit authentischen Kontexten (Roth, 1995). Inquiry-Ansatz im naturwissenschaftlichen Unterricht (NRC, 1996; Roth & Lucas, 1997; Schwartz et al., 2004). Unbefriedigende Ergebnisse in inquiry-orientierten Unterrichtsansätzen stehen im Zusammenhang mit: impliziter statt expliziter Instruktion von NOS (Abd-El-Khalick & Lederman, 2000), geringem Wissen/ geringer Erfahrung von Lehrkräften (Gallagher, 1991; Bell et al., 2000; Lederman et al., 2001). 4 Förderung des spezifischen Professionswissens der Lehrkräfte

5 Stand der Forschung Lehrkräfte haben häufig keine Erfahrung mit authentischen Forschungsaktivitäten (Cummins, 1993; Hahn & Gilmer, 2000; Windschitl, 2007), Lehrkräfte haben ein inadäquates Verständnis von Inquiry-Prozessen und Nature of Science (NOS) (Liu & Lederman, 2003, Zion & Sadeh, 2007). inadäquates Verständnis von Inquiry und NOS minimiert Instruktion dieser Aspekte und damit den Lernerfolg der Schüler (Akerson et al., 2000) Lehrkräfte mit eigener Forschungserfahrung setzen im Unterricht offenere Inquiry-Ansätze um (Windschitl, 2002), 5

6 Stand der Forschung Defizite in der Ausbildungsphase der Lehrkräfte bedingen mangelnde Berücksichtigung von Inquiry und NOS im Unterricht (Matkins et al.,2002, Seung et al., 2009). Professionalisierungsprogramme für Lehrkräfte (Schwartz et al., 2002) Implizite Instruktion Explizite Instruktion Wirkung Explizite, kontextbasierte Instruktion 6

7 Interventionen zur Entwicklung von PCK bei Lehrkräften Autoren Zeitraum Erhebung Henze et al., 2008 Clermont et al.,1993 Justi & van Driel, Jahre Qualitativ, 8 Lehrkräfte 2 Wochen Qualitativ, Video 8 Lehrkräfte 6 Wochen à 3 Stunden Qualitativ, Fragebogen, Video 5 Lehrkräfte 7 Lee & Luft, Jahre Qualitativ, Lesson plans 4 Lehrkräfte Posnanski, Jahre Qual. und quant. 22 Lehrkräfte Blanchard et al., Wochen 4 Lehrkräfte, Qual. und quant.

8 Professionswissen der Lehrkräfte als Forschungsrahmen PCK of inquiry science teaching = Wissen über Unterrichtsansätze, die explizit den naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozess thematisieren (Schuster et al., 2009, Eick, 2000) (Shulman, 1986) Voraussetzung: orientiert an Standards, mit einem in den Standards formulierten Verständnis von inquiry Learning. 8

9 s4 Professionswissen der Lehrkräfte Konzeption von Shulman (1986), Modell ausgeschärft von Park & Oliver, 2008; Magnusson et al., Facts and concepts Conceptions of Beliefs Science Strategies Miscon- Inquiry und about goals and teaching ceptions NOS Inquiry, objectives Inquiry, (Hanuscin et NOS NOS Learning al., 2009) Beliefs difficulties about Purposes of Learning Ingrid Glowinski Science& Ute Harms

10 Folie 9 s4 Die relevanten Aspekte für NOS und Inquiry und die welche Autoren zu diesem Modell beigetragen haben, werde ich mdl. erläutern. sunpn212;

11 Forschungsplanung 1. Gesamtanlage der Studie Forschungsfragen 2. Klärung der Ausgangslage Forschungsfragen zur Konstruktklärung 10

12 Forschungsfragen 1. Zeigt sich bei Lehrkräften ein Zusammenhang zwischen der Dauer eigener Forschungserfahrung und ihrem Verständnis von Inquiry Prozessen und NOS sowie der Entwicklung ihres PCK (verschiedene Komponenten)? 2. Inwieweit zeigen sich diese Zusammenhänge, wenn diese Forschungserfahrung Reflexionsphasen einschließt? 3. Welcher Zusammenhang zeigt sich zwischen CK und den einzelnen Komponenten des PCK der Lehrkräfte? 11

13 Planungsstand Design 12 Pretest Fachwissen Inquiry-Konzeption NOS-Verständnis PCK Schülerverständnis Curriculum Lehrorientierung Instruktionsstrategien Motivation, Einstellungen zum Experimentieren Inquiry- Erfahrung Genetik Posttest Potenzial Fachwissen zur vergleichenden Betrachtung der Entwicklung von Inquiry-Konzeption CK und PCK, da aktuelle Forschungsaspekte NOS-Verständnis als Reflexion fachwissenschaftliche PCK Inhalte. Wie unterscheidet Potenzial sich zur Schülerverständnis Thematisierung inquiry-lernen von naturwissenschaftlicher Curriculum Erkenntnisgewinnung unter authentischer verschiedenen Lehrorientierung Aspekten. Wissenschaft? Potenzial zur Instruktionsstrategien Thematisierung der Wie kann die Lehrkraft Natur der Naturwissenschaften Motivation, ( open-inquiry z.b. Paradigmenwechsel Junk- DNA ). unterstützen? Wie können Lernende von inquiry-ansätzen profitieren? Fachwissenschaftlicher Kontext: Einstellungen zum Experimentieren Inquiry- Erfahrung

14 Klärung der Ausgangslage PCK zu Natur der Naturwissenschaften und Inquiry-Learning 1. Welches Verständnis haben Lehrkräfte hinsichtlich NOS und Inquiry-Prozessen? 2. Welches Wissen haben Lehrkräfte über die Schülervorstellungen hinsichtlich NOS und Inquiry- Prozessen? 3. Welches Wissen haben Lehrkräfte über Darstellungen, Methoden und instruktionale Strategien in diesen Bereichen? 4. Welche strukturierenden Maßnahmen nutzen Lehrkräfte zur Vermittlung des Inquiry-Prozesses und eines adäquaten NOS-Verständisses? 13

15 Konstruktklärung Entwicklung von Instrumenten CK Inhaltsbezogenes Fachwissen Konzeptwissen/Vers tändnis von Inquiry und NOS 14 Quant. Instrument (vgl. Krauss et al.,2008) Quant. Instrument

16 Konstruktklärung Entwicklung von Instrumenten CK PCK Inhalt Inquiry und NOS Wissen zu Lehrplan und Standards Diagnose Schülervorstellungen Wissen über instruktionale Strategien 15 Quant. und qual.instrumente Quant. Instrument Quant. und qual.instrumente

17 Konstruktklärung Entwicklung von Instrumenten Motivation, beliefs (vgl. Blömeke et al, 2008, Rielse & Reinhold, 2010) Eigene Forschungserfahrung CK PCK Inhalt Inquiry und NOS Lehrplan und Standards Schülervorstellungen instruktionale Strategien 16 Ingrid Glowinski Quant. & Ute und Harms Quant. Quant. und qual.instrumente Instrument qual.instrumente

18 Konstruktklärung Entwicklung von Instrumenten Motivation, beliefs Eigene Forschungserfahrung CK PCK Inhalt Inquiry und NOS Lehrplan und Standards Schülervorstellungen instruktionale Strategien 17 Ingrid Glowinski Quant. & Ute und Harms Quant. Quant. und qual.instrumente Instrument qual.instrumente

19 Konstruktklärung Entwicklung von Instrumenten Motivation, beliefs Eigene Forschungserfahrung CK PCK Inhalt Inquiry und NOS Lehrplan und Standards Schülervorstellungen instruktionale Strategien 18 Ingrid Glowinski Quant. & Ute und Harms Quant. Quant. und qual.instrumente Instrument qual.instrumente

20 Diskussion und offene Fragen Welche Instrumente sind geeignet, um insbesondere handlungsnahe Facetten des Professionswissens zu erheben? Einsatz und Potenzial von Unterrichtsvignetten (vgl. Aufschnaiter & Blömeke, 2010). Inhaltliche Validierung des fachdidaktischen Wissensbereichs über normativ-deduktive Vorgehensweise (Expertenbefragung) und/oder empirisch gestützt (vgl. Schaper, 2009)? 19

21 Vielen Dank! 20

22 Erhebungsmethoden Qualitative und quantitative Erhebungsmethoden Interviewleitfäden PCK Rubric (Park et al., 2008) Vignetten PSI-T und PSI-S Fragebogen zur Umsetzung des Inquiry- Lernens im Unterricht (Campbell et al., 2010) Videos zum Inquiry Lernen (Physik) CoRe in Anlehnung an Loughran (2004) 21