ab 2023

Interessensförderung an naturwissenschaftlichen Phänomenen und Fragestellungen ist ein wichtiges Ziel von Schülerlaboren. Interesse ist Voraussetzung und zugleich Effekt von Kompetenzzuwachs. Interesseweckende Lernumgebungen sind zum Beispiel so gestaltet, dass die psychologischen Grundbedürfnisse (basic needs) erfüllen.

Im Rahmen dieser Studie wird der Frage nachgegangen, inwieweit die Förderung des Autonomieerlebens und des Kompetenzerlebens das situationale Interesse und den Lehrerfolg von Schüler:innen beim Experimentieren im Bereich der Molekulargenetik in einem Schülerlabor beeinflusst. Die Fördermaßnahmen werden systematisch in einem Experimentiertag integriert, an denen die Schüler:innen die molekularbiologischen Arbeitstechniken der DNA-Isolation, der Polymerase-Kettenreaktion und der Gelelektrophorese mit Hilfe von Tablet gestütztem Lernmaterial eigenständig durchführen.

2017-2021

Die Methoden PCR und Gelelektrophorese sind abiturrelevante Inhalte des schulischen Biologieunterrichts. Wegen der hohen Komplexität genetischer Fachinhalte ist die individuelle Förderung der Lernenden unter Berücksichtigung ihrer Vorwissensunterschiede notwendig. Im BIO-Innovativ Lehr-Lern-Labor erarbeiten Schülerinnen und Schüler die zugrundeliegenden Konzepte der Methoden mithilfe von Tablet-gestütztem Lernmaterial und führen sie problemorientiert und praktisch durch. Elaboriertes Feedback ist ein sehr wirksamer Einflussfaktor auf den Lernerfolg und könnte solche individuelle Lernprozesse fördern. Im Rahmen einer Interventionsstudie werden unterschiedliche Feedback-Arten in das Lernmaterial integriert und auf Lerneffekte bei Lernenden mit unterschiedlichem Vorwissen untersucht. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, der leistungsbezogenen Heterogenität von Schülerinnen und Schülern in komplexen Lernsituationen gerecht zu werden.

Publikationen

Bergmann, M., Florian, C. & Sandmann, A. (2019, September). Lerneffekte im Fachwissen durch elaboriertes Feedback mithilfe einer App beim Experimentieren zu PCR und Gelelektrophorese im Lehr-Lern-Labor. Vortrag, Wien.

Bergmann, M., Florian, C. & Sandmann, A. (2019, August). Evaluation of a feedback-supported educational app to promote students’ understanding of PCR and gel electrophoresis during hands-on experimentation. Vortrag, Bologna, Italien.

Bergmann,  M., Florian,  C., & Sandmann,  A. (2019, März). Tablet-gestütztes Lernmaterial mit unterschiedlichen Feedback-Arten beim Experimentieren in der Molekulargenetik. Posterbeitrag. 21. Frühjahrsschule der Fachsektion Didaktik der Biologie im VBIO (FDdB), Bonn.

Bergmann,  M., Florian,  C., & Sandmann,  A. (2018, Februar). Individuelles Lernen beim Experimentieren in der Sekundarstufe II durch unterschiedliches Tablet-gestütztes Feedback-Arten. Posterbeitrag. 20. Frühjahrsschule der Fachsektion Didaktik der Biologie im VBIO (FDdB), Köln.

2016-2019

Experimentieren ist ein wichtiger Bestandteil des Biologieunterrichts. Besonders das problemorientierte Experimentieren soll dazu beitragen, Fachwissen und Methoden der Erkenntnisgewinnung zu fördern, da Planung, Durchführung und Auswertung von den Lernenden eigenständig zu durchdenken sind. Allerdings wird häufig bemängelt, dass die Lernenden beim Experimentieren gedanklich nur sehr oberflächlich arbeiten. Der Lernerfolgt hängt allerdings stark von den kognitiven Prozessen der Lernenden ab. Eine Möglichkeit, tiefenorientierte kognitive Prozesse beim Experimentieren anzuregen, ist die Strategie des Selbsterklärens beziehungsweise des gegenseitigen Erklärens. Allerdings sind häufig motivationale Anreize notwendig, die das Lernengagement beim Selbst- oder Fremderklären steigern. Eine Variante in diesem Zusammenhang ist der gezielte Einsatz von Tablets. Bisher gibt es jedoch nur wenige Studien, die den Effekt des Erklärens und den Einsatz moderner Medien im Zusammenhang mit Experimentieren im Fach Biologie systematisch untersucht haben.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Interventionsstudie über den Lerneffekt in den Bereichen Fachwissen und Erkenntnisgewinnung beim Experimentieren zum Thema Verdauung vorgenommen werden. Dabei werden die Form des Erklärens und der Einsatz von Tablets im Zusammenhang mit problemorientiertem Experimentieren systematisch variiert. Durch ein Prä-Post-Design wird der Lernzuwachs in den genannten Bereichen ermittelt. Zudem werden das Experimentieren und die Erklärungen der Lernenden auf Video aufgezeichnet und analysiert. Mit Hilfe der gewonnenen Ergebnisse soll die unterrichtliche Methodik des Experimentierens auf empirischer Basis weiterentwickelt werden.

Publikationen

Löppenberg, K., Florian, C. & Sandmann, A. (2018, Februar). Der Einfluss mobiler Endgeräte auf das Erklärverhalten von Schülerinnen und Schülern. Posterbeitrag auf der 20. internationalen Frühjahrsschule, Köln.

Löppenberg, K., Sandmann, A. & Florian, C. (2018a, März). Differences between Peer-Explanations and Device-Explanations during scientific reasoning in Biology. Posterbeitrag auf der 2. REASON Spring School, München.

Löppenberg, K., Sandmann, A. & Florian, C. (2018b, März). The Difference between Peer-Explaining and Device-Explaining. Vortrag auf der NARST 2018, Atlanta, GA.

Löppenberg, K., Florian, C. & Sandmann, A. (2017, Februar). Selbst- oder Fremderklären beim Experimentieren im Fach Biologie. Posterbeitrag auf der 19. internationalen Frühjahrsschule, Rostock.

Löppenberg, K., Florian, C. & Sandmann, A. (2017, September). Die Lernwirksamkeit von Erklären bei Lernenden der Jahrgangsstufen 8 und 9 im Fach Biologie. Posterbeitrag auf der 21. internationalen Tagung der Fachsektion Didaktik der Biologie (FDdB) im VBIO, Halle/Saale.

Löppenberg, K. (Juli 2016). Fachliches und wissenschaftliches Lernen beim Experimentieren mit einer Interaktionsbox zum Thema "Chromatographie von Blattfarbstoffen" im Vergleich zur klassischen Versuchsdurchführung. Masterarbeit, Universität Duisburg-Essen. Essen.

Löppenberg, K. (August 2014). Überprüfung des Experimentierkastens "Chemielabor C 1000" auf die Unterrichtstauglichkeit in der Sek. I. Bachelorarbeit, Universität Duisburg-Essen. Essen.

2016-2019

Die naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung und das Experimentieren haben im kompetenzorientierten Biologieunterricht eine große Bedeutung. Allerdings sind die Lerneffekte beim Experimentieren häufig geringer als erwartet. Ein Ansatz, diesem entgegenzuwirken, ist die evidenzbasierte Weiterentwicklung der Lernaufgaben beim Experimentieren. Effektiv beim Experimentieren könnte das Lernen mit Beispielaufgaben sein. Beispielaufgaben können individuell an das Wissen der Lernenden angepasst werden und den Cognitive Load der Schülerinnen und Schüler verringern. Allerdings ist der hohe Textanteil von Beispielaufgaben für bestimmte Lernende schwierig. Durch den gezielten Einsatz von bildlicher Information könnte dieser Schwierigkeit beim Experimentieren mit Beispielaufgaben begegnet werden.

Vor diesem Hintergrund wird in dieser Studie untersucht, inwieweit Beispielaufgaben mit Text oder Bild die Lerneffekte von Schülerinnen und Schüler zu Beginn der Sekundarstufe I beim Experimentieren stützen. Die Untersuchung erfolgt im Rahmen einer Interventionsstudie mit einem 2x2-Design. Hierzu werden Beispielaufgaben zum Konzept Angepasstheit in Text- und Bildbasis erstellt und als Lernaufgaben beim Experimentieren bei Schülerinnen und Schüler mit unterschiedlichen sprachlichen Vorerfahrungen eingesetzt. Ziel dieser Arbeit ist die evidenzbasierte Weiterentwicklung von Lernformaten zur Förderung von biologischem Fachwissen und zur Förderung des Wissens im Bereich der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung beim Experimentieren im Biologieunterricht.

Publikationen

Vohl,  A., Florian,  C., & Sandmann,  A. (2018a): Experimentieren im Biologieunterricht mit bildbasierten Beispielaufgaben zum Thema Angepasstheit. 20. internationale Frühjahrsschule der Fachsektion Didaktik der Biologie im VBIO. Didaktik der Biologie. FdDB (VBIO). Köln, Februar 2018.

Vohl,  A., Florian,  C., & Sandmann,  A. (2018b): Experimentation with pictorial based worked examples in the context of scientific inquiry in Biology. 2018 NARST Annual International Conference. Didaktik der Biologie. NARST. Atlanta, März 2018.

Vohl,  A., Florian,  C., & Sandmann,  A. (2017a): Experimentieren mit bild- und textbasierten Beispielen. 19. internationale Frühjahrsschule der Fachsektion Didaktik der Biologie im VBIO. Didaktik der Biologie. FdDB (VBIO). Rostock, Februar 2017.

Vohl,  A., Florian,  C., & Sandmann,  A. (2017b): Beispielorientiertes Experimentieren in der Jahrgangsstufe 6 mit bild- und textbasierten Lernaufgaben. 21. internationale Tagung der Fachsektion Didaktik der Biologie (FdDB) im VBIO. Didaktik der Biologie. FdDB. Halle an der Saale, September 2017.

Vohl,  A., Florian,  C., & Sandmann,  A. (2017c): Beispielorientiertes Experimentieren zum Thema Angepasstheit von Tieren im Schülerlabor. Wissenschaftliche Erforschung und Evaluation von Schülerlaboren. Didaktik der Biologie. Professional School of Education. Bochum, 24.11.2017.

Vohl,  A. (2016): Lernen durch Experimentieren mit Hilfen oder Beispielaufgaben in den Stufen 5 und 9 zu den Konzepten Angepasstheit und Blutkreislauf. Masterarbeit. Universität Duisburg-Essen, Essen. Didaktik der Biologie.

Vohl,  A. (2014): „Zahnpasta für gesunde Zähne?“ – individuelles Lernen mit gestuften Hilfen im Rahmen naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung. Bachelorarbeit. Universität Duisburg-Essen, Essen. Didaktik der Biologie.