Fähigkeiten zum wissenschaftlichen Denken (WD) und ein angemessenes Wissenschaftsverständnis (WV) sind für Schüler:innen zur Teilhabe an gesellschaftlichen Diskussionen relevant. Allerdings bieten Ansätze zur Förderung von WD und WV häufig entweder keine Einblicke in authentische Forschung oder machen den Forschungsprozess nicht explizit. Dies ist problematisch, da Schüler:innen so keine Einblicke in wissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen erhalten und WD und WV durch Lerngelegenheiten, bei denen der Forschungsprozess im Verborgenen bleibt (Black Boxing), nicht umfassend gefördert werden können. Um diesem Problem zu begegnen, wird ein videobasiertes Transferinstrument (VideT) entwickelt, das anhand authentischer Fallbeispiele Forschungsergebnisse in den Forschungsprozess eingebettet vermittelt. Dieses Teilprojekt fokussiert auf die Förderung von WD und WV durch die Explikation von Forschungsprozessen. Dazu werden Lernvideos entwickelt und getestet, die sich darin unterscheiden, ob der Forschungsprozess implizit oder explizit adressiert wird und ob Einblicke in Abwägungsprozesse und Überlegungen zu Charakteristika naturwissenschaftlicher Forschung gegeben werden.

Wissenschaftsverständnis, international als Nature of Science (NOS) konzeptualisiert, ist ein breit anerkannter Teil einer naturwissenschaftlichen Grundbildung und zunehmend bedeutsam für die persönliche und gesellschaftliche Entscheidungsfindung. Unter Wissenschaftsverständnis wird ein „Verständnis über naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung, über soziale Strukturen innerhalb der Naturwissenschaften und über epistemischen Status naturwissenschaftlicher Aussagen“ verstanden (Heering & Kremer,

2018, S.105).

Trotz dieser enormen Bedeutsamkeit ist das Wissenschaftsverständnis bei Lehrkräften, Schüler:innen und der allgemeinen Öffentlichkeit inadäquat. Die Implementierung in die Praxis findet zu wenig statt, und Lehrkräften mangelt es an Fort- und Weiterbildungsangeboten, sowie zeitgemäßen Lernmaterialien. Es finden sich zwar Anknüpfungspunkte zu NOS innerhalb der Bildungsstandards (KMK, 2020) im Bereich Erkenntnisgewinnung und Bewertung, jedoch wird NOS nicht explizit und ganzheitlich thematisiert.

Ziel des Projekts ist die Erstellung von konkreten Unterrichtsmaterialien, nach dem Design-Based Research Ansatz, welches Nature of Science authentisch kontextualisiert und das Wissenschaftsverständnis explizit und ganzheitlich bei Schüler:innen fördert.

Die Materialerstellung zur Förderung des Wissenschaftsverständnisses wird unter Einbezug der Lindauer Mediatheque zu Themen der Nobelpreise im Bereich Physiologie/Medizin als Quelle authentischer Kontexte im Bereich der Wissenschaft erfolgen. Im Rahmen eines Co-Designs werden die Perspektiven von Lehrkräften und Wissenschaftler:innen miteinbezogen.

So kann das Material hinsichtlich der Unterrichtsperspektive und der Authentizität überarbeiten werden, bevor die Erhebung der Schüler:innenperspektive im Rahmen einer Intervention in einem Mixed Method Prä- und Postdesign zur Erfassung des Wissenschaftsverständnis erhoben wird. So lassen sich am Ende Implikationen für die Theorie und Praxis über die Gestaltung von Arbeitsmaterialien ableiten.

Am Poster werden das konzipierte Material und erste Forschungsergebnisse aus der Intervention mit Lehrkräften vorgestellt.

Das fachdidaktische Wissen (PCK) stellt eine exklusive Wissensbasis der Lehrkräfte dar. Es steht in einem positiven Zusammenhang mit der Schüler*innenaktivierung und deren Leistung. Um dieses Konstrukt bei Lehrkräften weiter erforschen und fördern zu können, bedarf es einer konsensfähigen Konzeptualisierung. Hier zeichnet sich eine Tendenz zur Formulierung fächerübergreifender Elemente aller Naturwissenschaften ab. Das PCK ist jedoch in hohem Maße abhängig vom Unterrichtsfach, so dass die Integration fachspezifischer Elemente in ein konsensfähiges PCK-Modell unabdingbar ist. Von der Fachabhängigkeit des PCK ausgehend werden zunächst die Charakteristika der zu unterrichtenden wissenschaftlichen Disziplin, in diesem Fall der Biologie, analysiert. Die Biologie wird hier als ein wissenschaftliches Denkkollektiv mit einem darin vorherrschenden Denkstil definiert. Dazu stellt sich die Forschungsfrage, welche denkstiltypischen Charakteristika sich im Denkstil der Biologie identifizieren lassen. Zur Beantwortung dieser Frage wird der Denkstil mittels einer zweistufigen Denkstilanalyse untersucht. Das Poster präsentiert die Ergebnisse zweier Teilschritte der Denkstilanalyse. Der erste Teilschritt umfasst die Ergebnisse eines durchgeführten Literaturreviews zur Philosophie der Biologie. Der zweite Teilschritt wird die Ergebnisse einer Expert*innenbefragung zur empirischen Absicherung der Ergebnisse des Literaturreviews zeigen. Expert*innen werden dabei definiert als forschende Wissenschaftler*innen, die Teil des Denkkollektivs der Biologie sind. Die Ergebnisse des ersten Teils der Denkstilanalyse umfassen sieben denkstiltypische Charakteristika der Biologie. Diese basieren sowohl auf den Eigenschaften der biologischen Untersuchungsgegenstände selbst als auch auf den erkenntnistheoretischen Denkvoraussetzungen der Biologie. Die Ergebnisse der Denkstilanalyse sollen in ein biologiespezifisches Bio-PCK-Modell einfließen, welches auf dem Poster präsentiert werden soll. Dieses erste Bio-PCK-Modell kann dann in Zukunft daraufhin geprüft werden, inwieweit es auch den Anforderungen des zu fördernden biologischen Denkstils bei Schüler*innen gerecht wird.

Obgleich die Forschung zu den Handlungskompetenzen von (angehenden) Lehrpersonen in der Handlungskette Planen-Unterrichten-Reflektieren (PUR) in den vergangenen Jahren intensiv vorangetrieben wurde, haben sich in den Fachdidaktiken Biologie, Chemie und Physik nur wenige empirische Studien mit diesem Dreischritt befasst. Insbesondere Fragestellungen, die den Zusammenhang zwischen Unterrichtsplanung und konkreter Unterrichtsdurchführung berücksichtigen, sind in der Lehrpersonenprofessionalisierung bisher vernachlässigt worden. Hinweise dazu sind in einigen wenigen Studien mit allgemeindidaktischem, aber auch mit fachdidaktischem Fokus zu finden, jedoch fehlen Studienergebnisse zum experimentellen Handeln.

Im SNF-Projekt PURPUR wurden angehende Lehrpersonen der Sekundarstufe I beim Planen, Durchführen und Reflektieren von Unterricht begleitet. Die Studierenden mussten zwei Doppellektionen zu zwei Fachkontexten (Biologie, Chemie) planen und unterrichten, wobei sie jeweils mit standardisiertem Experimentiermaterial an identischen Lernzielen zum experimentellen Handeln gearbeitet haben. Neben den Planungs- und Reflexionsgesprächen (N = 244) sowie den Unterrichtsvideografien (N = 488 Videoteile) wurden zusätzlich Variablen zur professionellen Kompetenz erhoben. Das Projekt soll Einblicke in die fachdidaktische Qualität von Planung, Unterricht und Reflexion geben und Informationen zum Professionalisierungsstand angehender Lehrpersonen in Bezug auf die Vermittlung experimentellen Handelns generieren. Grundlage für die Einschätzung der fachdidaktischen Qualität dieser drei Schritte bildet ein gemeinsam erarbeitetes, auf den Grundideen der Didaktischen Rekonstruktion basierendes Kategoriensystem bestehend aus 5 Kategorien und 16 Items.

Die Analyse der Unterrichtsplanungen und Planungsgespräche erfolgte mittels Hypercoding-Verfahren nach Irion (2010), das sich durch die synchrone Analyse und Einschätzung mehrerer Datenquellen auszeichnet. Kodiert wurde holistisch und eventbasiert. Zur Prüfung der Objektivität des Kodier-Verfahrens wurden 15% der Unterrichtsplanungen von drei Ratern unabhängig eingeschätzt, wobei bei 10 Items eine gute (0.60 ≤ κ ≤ 0.80), bei sechs Items eine akzeptable Interrater-Reliabilität erreicht wurde (0.49 ≤ κ ≤ 0.59). Die fachdidaktische Qualität von Unterrichtsplanungen zum experimentellen Handeln kann somit mit 16 Items objektiv erfasst werden. Auf dem Poster werden das Kodiermanual, genauere Ergebnisse zur Interrater-Reliabilität wie auch Herausforderungen bei der Objektivierung vorgestellt.

Obgleich die Forschung zu den Handlungskompetenzen von (angehenden) Lehrpersonen in der Handlungskette Planen-Unterrichten-Reflektieren (PUR) in den vergangenen Jahren intensiv vorangetrieben wurde, haben sich in den naturwissenschaftlichen Fachdidaktiken Biologie, Chemie und Physik nur wenige empirische Studien mit diesem Dreischritt befasst. Insbesondere Fragestellungen, die den Zusammenhang zwischen Unterrichtsplanung und konkreter Unterrichtsdurchführung berücksichtigen, sind in der Lehrpersonenprofessionalisierung bisher eher vernachlässigt worden. Hinweise dazu sind in einigen wenigen Studien mit allgemeindidaktischem, aber auch mit fachdidaktischem Fokus zu finden, wobei Studienergebnisse zum experimentellen Handeln fehlen.

Im Projekt PURPUR wurden angehende Lehrpersonen der Sekundarstufe I im Rahmen von Praktika beim Planen, Durchführen und Reflektieren von Unterricht begleitet. Die Studierenden mussten zwei Doppellektionen zu zwei verschiedenen Fachkontexten (Biologie, Chemie) planen und unterrichten, wobei sie jeweils mit standardisiertem Experimentiermaterial an den identischen Lernzielen im Bereich des experimentellen Handelns gearbeitet haben. Neben den Planungs- und Reflexionsgesprächen (N = 244) und den Unterrichtsvideografien (N = 488 Videoteile) wurden zusätzlich Variablen zur professionellen Kompetenz erhoben. Das Projekt soll Einblicke in die fachdidaktische Qualität dieser drei Schritte geben und Informationen zum Professionalisierungsstand angehender Lehrpersonen in Bezug auf die Vermittlung experimentellen Handelns generieren. Grundlage bildet ein gemeinsam erarbeitetes Kategoriensystem zur Beurteilung der fachdidaktischen Qualität von Planung, Unterricht und Reflexion.

Der Unterricht wurde in Anlehnung an CLASS ausgewertet. Erste Resultate der hoch inferenten, holistischen Analyse des Unterrichts zeigen, dass eine gute (kw > .60) bis sehr gute (kw > .80) Interrater-Reliabilität bei den doppeltcodierten Videos (n = 96 Videoteile) mit den Raterinnen (N = 7) erreicht wurde. Detaillierte Forschungsergebnisse zur Interrater-Reliabilität werden auf dem Poster präsentiert. Anhand erster Resultate lässt sich schliessen, dass der eigens entwickelte Analyseraster zum experimentellen Handeln mit dem dazugehörigen Kodiermanual genutzt werden kann, um den Unterricht unabhängig der kodierenden Person fachdidaktisch zu beurteilen. Auf dem Poster wird der entwickelte Qualitätsraster mit fünf Kategorien sowie 16 Items und sechs Qualitätsabstufungen vorgestellt.

Experimentelles Handeln als Erkenntnisgewinnung ist ein wesentlicher Teil von Scientific Literacy und stellt ein wichtiges Bildungsziel dar. Die Vermittlung solcher Kompetenzen bedingt bei Lehrpersonen professionelle Kompetenzen in Bezug auf den Lehrzyklus Planung - Durchführung - Reflexion von Unterricht. Bislang gibt es keine Studien, welche den vollständigen Lehrzyklus mit Wiederholung untersuchen. Im Rahmen des SNF-Projekts PURPUR werden die Kompetenzen der Lehrpersonen im vollständigen Lehrzyklus untersucht und verglichen.

Die hier vorgestellte Teilstudie widmet sich der Reflexionskompetenz angehender Lehrpersonen der Sekundarstufe 1. Die Reflexionsphase gilt als zentraler Bestandteil der Entwicklung der professionellen Kompetenz bei Lehrpersonen und der Unterrichtsqualität. Die fachdidaktische Reflexion steht allerdings selten im Fokus von Unterrichtsnachbesprechungen. Die Erfassung der fachdidaktischen Reflexion stellt daher verschiedentliche Herausforderungen an den Untersuchungsprozess. Im Rahmen dieser Studie wurden mit 69 angehenden Lehrpersonen der Sekundarstufe I im beruflichen Praktikum semistrukturierte Reflexionsinterviews hinsichtlich ihrer fachdidaktischen Reflexion zum naturwissenschaftlichen Experimentierunterricht geführt. Der Unterricht, bestehend aus zwei Doppellektionen, wurde dabei standardisiert, indem der Lerninhalt (experimentelles Handeln), und die fachlichen Kontexte (Asselaufgabe und Tablettenaufgabe) sowie entsprechendes Experimentiermaterial vorgegeben wurden.

Folgende Forschungsfrage ist für die Untersuchung von Interesse: "Welche fachdidaktische Qualität weist die Reflexion des Unterrichts angehender Lehrpersonen der Sekundarstufe I zum experimentellen Handeln auf?"

Die Reflexionsgespräche wurden als semistrukturierten Interviews erfasst und mittels qualitativer Inhaltsanalyse im Konsensverfahren ausgewertet. Das verwendete Kategoriensystem basiert auf dem Instrument zur fachdidaktischen Planungsqualität von Tardent (2020), sowie auf einem adaptierten Modell der Reflexionstiefen nach Kempin et al. (2018). Das daraus entwickelte Instrument wurde für die Vergleichbarkeit der Analysen zwischen den drei Phasen angepasst und umfasst 17 Kategorien mit jeweils 4 Stufen.

Die Posterpräsentation zeigt die Entwicklung und Objektivierung des Kodiermanuals auf und wird durch Kodierauszüge zum Experimentierkontext «Asseln» ergänzt, um die theoretische Auslegung zu illustrieren. Die Herausforderungen bezüglich der Kodierungen in der Reflexionsphase werden diskutiert.

Bisherige Studien zum Fachdidaktischen Wissen (Pedagogical Content Knowledge, PCK) von Lehrkräften im Bereich Bewerten konnten zeigen, dass Lehrkräfte grundsätzlich über Wissen in diesem Bereich verfügen, es aber noch unzureichend in Handlungen im Schulalltag überführen. Ziel der Untersuchung ist deshalb, das in Handlungssituationen relevante Wissen (enacted, ePCK) der Lehrkräfte zu charakterisieren. In der Studie wurde deshalb die für den Lehrer*innenalltag typische Unterrichtsplanung nachgestellt, indem den Lehrkräften (n =11) in einem Interview jeweils sechs sozialethische Aufgaben aus Biologielehrbüchern vorgelegt wurden. Bei ihren Entscheidungen über den Einsatz der Aufgabe im Unterricht zeigten die Lehrkräfte unterschiedliche Wissensfacetten ihres PCK. Am Poster wird diskutiert, welche Wissensfacetten handlungsleitend für die Unterrichtsplanung waren und welche Bedeutung Einstellungen und Vorstellungen über die Ziele des Biologieunterrichtes dabei haben.

Obwohl begabtes Verhalten immer fachspezifisch ist, basieren Entscheidungen zur Begabungsförderung von Schüler:innen häufig auf allgemeinen Intelligenztests. Es ist jedoch fraglich, inwieweit die abstrakt-analytischen Fähigkeiten, die in Intelligenztests gemessen werden, mit denen zusammenhängen, die für Erfolg im MINT-Bereich erforderlich sind. Im Zuge eines Design-Based Research Ansatzes wurden diagnostisch relevante Faktoren naturwissenschaftlicher Begabung mithilfe eines systematischen Literaturreviews ausfindig gemacht, anhand der Cattell-Horn-Carroll-Theorie (CHC) analysiert und ein fundiertes theoretisches Modell aufgestellt. Ziel der vorgestellten Studie war es die Fähigkeitsbereiche naturwissenschaftlicher Begabung, Scientific Inquiry (SI) und Scientific-inductive Thinking (SiT) von Schüler:innen der 3. – 5. Jahrgangsstufe zu messen und sowohl den Zusammenhang der Bereiche untereinander als auch die Beziehung zu den Ergebnissen eines allgemeinen Intelligenztest zu messen, um die Validität des Modells der naturwissenschaftlichen Begabung und des neuentwickelten Testinstruments zu prüfen. In der vorliegenden Studie wurden Instrumente zu SI, SiT und der allgemeine Intelligenztest Raven’s 2 mit N = 207 Schüler:innen der 3. bis 5. Jahrgangsstufe durchgeführt (10;3 Jahre, 43% weiblich). Die Ergebnisse der Studie zeigten eine hohe Korrelation zwischen den Ergebnissen für SI und SiT (ρ = 5,12), eine hohe Korrelation zwischen SiT und IQ (ρ = 5,26) und eine moderate Korrelation zwischen SI und IQ (ρ = 4,14). Die unterschiedlich ausgeprägten Korrelationen zwischen den getesteten Fähigkeitsbereichen und dem IQ der Proband:innen lassen darauf schließen, dass sich die diagnostisch relevanten Fähigkeiten einer naturwissenschaftlichen Begabung von den durch allgemeine Intelligenztests gemessenen Fähigkeiten unterscheiden und durch die neuentwickelten Testinstrumente genauer erhoben werden können. Dies bietet eine gute Ausgangslage, um die pädagogische Diagnostik in der Schule zu verbessern und differenziertere Entscheidungen im Bereich der naturwissenschaftlichen Begabungsförderung treffen zu können. In einem möglichen Vortrag werden neben den Ergebnissen der vorliegenden Studie, die CHC-theoretische Fundierung, die Entwicklung der Testinstrumente, weitere Forschungsvorhaben bezüglich der Modellbildung zur naturwissenschaftlichen Begabung und dem Einsatz des Instruments in der Schule thematisiert.

Zukunftsfähiger Unterricht, der eine tragfähige naturwissenschaftliche Grundbildung im aktuellen Zeitgeschehen fördern soll, muss vermitteln, wie Forschung funktioniert und was Gegenstand von Forschung ist. Die Ökotoxikologie, mit ihrer besonderen Relevanz im Hinblick auf nachhaltige Entwicklung und den globalen Biodiversitätsverlust, stellt ein geeignetes Beispiel dar, um im Biologieunterricht inhaltliche und methodische Einblicke in aktuelle Forschung zu geben und so innovative Möglichkeiten zur Förderung von curricular obligatorischen Kompetenzen zu eröffnen. Daher wurde ein Fortbildungsangebot für Lehrkräfte entwickelt, bei dem sie ein ökotoxikologisches Schulexperiment zur Wirkung von Pflanzenschutzmitteln auf den Wasserfloh Daphnia magna fachlich kennenlernen, erproben und für die Unterrichtspraxis reflektieren. Entwicklung und Evaluation dieser Fortbildung, basierend auf dem Design-Based Research (DBR)-Ansatz, sind Forschungsgegenstand dieser Studie.

Als Grundlage hierfür dienen das Angebots-Nutzungs-Modell zu Einflussfaktoren im Kontext von Lehrkräftefortbildungen von Lipowsky und Rzejak (2019) sowie die entsprechenden Ausführungen zur Gestaltung wirksamer Lehrerfortbildungen, die auch schon in biologiedidaktischen Studien zu Lehrerfortbildungen Anwendung fanden. Die Evaluation erfolgt auf den ersten beiden Ebenen nach Kirkpatrick (1979) und soll folgende Forschungsfragen beantworten: (1) Inwiefern trägt das Fortbildungsangebot zur „Akzeptanz und Zufriedenheit der teilnehmenden Lehrpersonen“ bei (Ebene 1, reaction)? (2) Inwiefern trägt das Fortbildungsangebot zur „Erweiterung des Wissens, Weiterentwicklung der Überzeugungen und Stärkung der Motivation“ bei (Ebene 2, learning)?

Die Design-Prinzipien im vierten DBR-Zyklus sowie erste Evaluationsergebnisse werden im Rahmen dieses Beitrags präsentiert und zur Diskussion gestellt. Es wird außerdem diskutiert, inwiefern die Ergebnisse auf die inhaltlich-methodische Ausgestaltung neuer Fortbildungsangebote (zu aktueller Forschung) übertragbar sind und inwieweit ein solches Fortbildungsangebot zum Transfer innovativer Unterrichtsvorhaben, wie sie oftmals unterrichtspraktisch publiziert werden, beitragen kann.

Ziel des vorliegenden Forschungsvorhaben ist es, zentrale Konzepte der Evolutionsbiologie, u.a. Variabilität und natürliche Selektion, bereits im Sachunterricht einzuführen, damit Schüler:innen zukünftige Themen des nachfolgenden Biologieunterrichts besser verstehen und biologische Phänomen wie die Angepasstheit naturwissenschaftlich adäquat erklären können. Damit einhergehend soll die Anschlussfähigkeit des Sachunterrichts an den weiterführenden naturwissenschaftlichen Unterricht gestärkt werden. Die vorliegende Feldstudie wird als quasiexperimentelle Langzeitstudie in Klassenstufe 3 bis 5 durchgeführt. In allen Lerngruppen findet eine Intervention im Prä-Post-Follow-up-Design statt. Es wird erwartet, dass sich die alternativen Denkfiguren der Schüler:innen hin zu naturwissenschaftlich adäquateren Vorstellungen weiterentwickeln und die Kompetenz der Lernenden, naturwissenschaftliche Erklärungen für Angepasstheit zu formulieren, weiterentwickelt.