Bereits im Grundschulunterricht sollen Schüler:innen schrittweise an das eigenständige Experimentieren herangeführt werden. Dieser Prozess ist für viele Lernende mit großen Herausforderungen verbunden, wie an einer Vielzahl literaturbekannter Experimentierfehler deutlich wird, die in allen Phasen des Erkenntniswegs auftreten können.

Lehrkräfte müssen folglich in der Lage sein, derartige Schwierigkeiten zu identifizieren und ihnen adäquat zu begegnen. Die Förderung einer solchen fachbezogenen Diagnosekompetenz mittels geeigneter Vermittlungsansätze ist Aufgabe der Lehramtsausbildung.

Als aussichtsreiche Methode kann in diesem Zusammenhang das fallbasierte Kontrastieren und Vergleichen hervorgehoben werden. Die Lernanregung besteht dabei in der strukturierten Suche nach Gemeinsamkeiten und Unterschieden zwischen parallel betrachteten Objekten.

Die vorliegende Studie verfolgt daher das Ziel, das Kontrastieren und Vergleichen anhand von Experimentierprotokollen in das Studium des Grundschullehramts einzubringen, um seine Wirksamkeit als Lehr-Lernmethode zum Aufbau einer fachbezogenen Diagnosekompetenz zu untersuchen.

Als Materialgrundlage für die Erhebungen wurden acht Protokolle zu typischen Schulexperimenten konstruiert und systematisch mit literaturbekannten Experimentierfehlern präpariert. Im Rahmen zweier Lehrveranstaltungen wurden Studierende des Sachunterrichts (N=72) mit dem fehlerbehafteten Protokollmaterial konfrontiert. Eine Interventionsgruppe erhielt dabei den Arbeitsauftrag, schrittweise immer zwei Protokolle einander gegenüberzustellen und dabei Unterschiede und Gemeinsamkeiten hinsichtlich vorhandener Experimentierfehler herauszuarbeiten und zu korrigieren. Eine Kontrollgruppe bearbeitete dasselbe Material ohne explizite Aufforderung zur Gegenüberstellung.

Die fachbezogene Diagnosekompetenz der Teilnehmenden wurde in einem Prä-Posttest-Design vor und nach der Intervention durch den Einsatz spezieller Testprotokolle mit hoher Fehlerquote erhoben. Die erhaltenen Daten beider Testzeitpunkte wurden mittels eines deduktiv erstellten Kategoriensystems eingeordnet und miteinander verglichen. Ergänzend wurde der Einfluss ausgewählter Studierendenvariablen auf die Effektivität des Kontrastierens und Vergleichens betrachtet.

Die Auswertung der erhobenen Daten verdeutlicht eine signifikante Steigerung der gefundenen Fehler zwischen beiden Testzeitpunkten in der Interventionsgruppe (Kontrastieren und Vergleichen). Die Vergleichsgruppe konnte hingegen keine signifikante Verbesserung zum Posttest hin erzielen. Die Ergebnisse scheinen folglich mit denen verschiedener Metastudien vereinbar zu sein, die dem Kontrastieren und Vergleichen eine besondere Wirksamkeit zuschreiben.

Experimente entlang des naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozesses können Lernende vor diverse, fachmethodische Hürden stellen. Die Integration von Lernunterstützungen zu den einzelnen Phasen, wie bspw. der Planung, können die Belastungen nachweislich minimieren. Unter Einbezug digitaler Technologien lassen sich vielseitige Unterstützungsmaßnahmen konstruieren, die neue Möglichkeiten der Differenzierung eröffnen. Im Zusammenhang mit digitalgestütztem Lernmaterial (bspw. Videos) können Lernermerkmale, wie der kognitive Stil (verbal, bildlich-visuell, spatial-visuell), die kognitiven (verbalen, figuralen, räumlichen) Fähigkeiten oder Lesefähigkeiten unterschieden werden, die sich vorrangig auf die interne Informationsverarbeitung beziehen. Ob diese einen Einfluss auf die Auswahl von digitalen Lernunterstützungen beim Experimentieren nach sich ziehen sowie eine mögliche Passung zwischen der Merkmalsausprägung und der Informationsdarstellung zu einer erhöhten Lösungswahrscheinlichkeit in Bezug auf die Anwendung einzelner fachmethodischer Wissensfacetten führt, untersucht das vorliegende Projekt. Durchgeführt wurde eine Interventionsstudie, aufgeteilt in vier Messzeitpunkte (Pretest und drei Intermessungen) mit Lernenden der 9. und 11. Jahrgangsstufe (N = 250; MAlter = 15.82, SD = 1.10; ♀ = 53,2 %; 9. Klasse = 56,8 %). Im Pretest wurde der kognitive Stil, die kognitiven Fähigkeiten, das räumliche Vorstellungsvermögen sowie die Lesefähigkeiten schriftbasiert erfasst. Entlang der Durchführung eines realen Experiments konnten die Lernenden zu drei Zeitpunkten (Fragestellung; Planung; Fehleranalyse) eine von vier fachmethodischen Lernunterstützungen (Video, Bild-Text, Animation, Bild-Audio) vor der jeweiligen Phase nutzen. Um die Merkmale der Lernenden als mögliche Prädiktoren für die Lernunterstützungsauswahl und korrekte Lösungswahrscheinlichkeit zu analysieren, wurden hypothesenbasiert Strukturgleichungsmodelle aufgestellt sowie mittels Pfadanalysen geprüft. Pfadmodelle deuten darauf hin, dass Verbalisierer eher dazu neigen Bild-Text Kombinationen anstelle von Videos zu nutzen. Unter Hinzunahme weiterer kognitiver Merkmale zeigt sich allerdings ein diffuses Bild, was auf weitere Einflüsse, wie bspw. motivationale Faktoren, hindeutet. Multivariate Clusteranalysen mit allen erhobenen Lernermerkmalen bestätigen eine Vielzahl an Mischtypen des kognitiven Stils (8 Cluster), welche die Komplexität an Informationsverarbeitungsprozessen und Ausprägung kognitiver Merkmale verdeutlichen sowie neue Individualisierungsansätze mittels Repräsentationskombinationen zum fachmethodischen Lernen eröffnen.