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Fachsprache im Biologieunterricht: Eine Untersuchung zu Bedingungsfaktoren und Auswirkungen
Full text linkDie Beherrschung der naturwissenschaftlichen Fachsprache ist ein wichtiger Aspekt naturwissenschaftlicher Grundbildung, der im Biologieunterricht gefördert werden muss. Konstituierend für die naturwissenschaftliche Fachsprache ist die Verwendung verschiedener multimodaler und –codaler Repräsentationen. Die Fähigkeiten zum Umgang mit diesen Repräsentationen stellen den Kern fachsprachlicher Kompetenzen dar und werden als representational competence beschrieben. Studien zeigen allerdings, dass Schülerinnen und Schüler diesbezüglich Schwierigkeiten haben und daher eine explizite Integration und Förderung fachsprachlicher Aspekte im Biologieunterricht notwendig ist. Auf der Basis von Angebots-Nutzungs-Modellen, die die Bedingungen des Lehrens und Lernens im Unterricht beschreiben, wird der Umgang mit der naturwissenschaftlichen Fachsprache als fachspezifisches Merkmal der Unterrichtsqualität angesehen und in dieser Arbeit für den Biologieunterricht untersucht. Hierfür wurden in verschiedenen Teilstudien die drei zentralen Komponenten des Angebots-Nutzungs-Modells—die Lehrkraft, die Prozessqualität des Unterrichts und die Schülerleistungen—betrachtet. Die Mehrebenenstruktur der Daten wurde dabei durch die Verwendung von Mehrebenenanalysen berücksichtigt. Die Unterrichtsqualität hinsichtlich fachsprachlicher Aspekte konnte sowohl auf Schüler- als auch auf Klassenebene anhand von sechs Dimensionen beschrieben werden. Allgemein wurde der Fachsprache nur eine geringe Bedeutung zugemessen und fachsprachliche Aspekte wurden nur in geringem Ausmaß in den Biologieunterricht integriert, was sich sowohl auf Lehrerebene als auch auf Unterrichts- und Schülerebene zeigen ließ. Die Dimensionen fachsprachlicher Unterrichtsqualität wiesen differentielle Effekte auf die representational competence der Schüler auf. Als bedeutsam zeigten sich hier die Anzahl der verwendeten Fachbegriffe sowie die Interpretation und Konstruktion bildlicher Repräsentationen. Vor diesem Hintergrund wird diskutiert, welche Bedeutung der Weiterentwicklung von geeigneten Diagnose- und Unterstützungsmaßnahmen im Unterricht zukommt. Darüber hinaus verdeutlichen die Ergebnisse die Wichtigkeit des Einbezugs fachsprachlicher Aspekte in die Lehreraus- und –fortbildung. Die vorliegende Dissertation bietet hierzu theoretische und empirische Ansatzpunkte.An important aspect of scientific literacy is the ability to use the scientific language ade-quately which needs to be fostered in science education. The use of different multi-modal and –codal representations is distinctive of the scientific language and the skills to use those representations properly have been described as representational competence. Studies showed that students have difficulties in dealing with multi-modal and –codal representations. Therefore, representational aspects need to be integrated and fostered explicitly in biology education. Based on models of learning opportunities and uses of instruction which describe teaching and learning in class, the use and integration of representational aspects is illustrated as a domain-specific feature of instructional quality. In this thesis, this domain-specific feature was analysed in biology education concerning the three key components of learning opportunities and uses of instruction models (teacher, process quality and students’ outcome). The multi-level nature of classroom settings was taken into account using multi-level analyses. The integration of representational aspects and use of representations in biology in-struction could be described by six dimensions of domain-specific instructional quality at both individual and classroom levels. In general, representational aspects were only moderately integrated in teaching practices which could be shown at all three levels (teacher, instruction and students). The six dimensions of instructional quality impacted differentially on students’ representational competence. Significant effects were found for the amount of terms used in class and interpreting and constructing visual representations. Methodological and practical implications of these findings are discussed with regard to further development of adequate assessment and support strategies in science education. The findings of this thesis stress the significance of incorporating representational aspects in teacher education and professional teacher development and provide theoretical and empirical approaches
Vernetzung und kumulatives Lernen im Biologieunterricht der Gymnasialklasse 9
No full textIn den internationalen Schulleistungsstudien TIMSS (Third International Mathematics and Science Study) und PISA (Programme for International Student Assessment) haben die Schülerinnen und Schüler in Deutschland vergleichsweise unbefriedigende Leistungen erzielt. Der geringe Lernerfolg wird unter anderem darauf zurückgeführt, dass im Naturwissenschaftsunterricht zu wenig kumulativ gelernt wird. Einzelne fachliche Wissens-elemente werden zwar angehäuft, aber nicht ausreichend miteinander vernetzt, so dass ein weitgehend additives Lernen stattfindet und Gelerntes schnell vergessen wird.
Fachliche Inhalte im Unterricht verstärkt miteinander zu vernetzen und damit die Ausbildung komplexer Wissensstrukturen zu fördern, ist bereits eine Forderung der eingeführten Bildungsstandards und Kernlehrpläne. Bislang existieren jedoch kaum empirische Erkennt-nisse über Vernetzung im Biologieunterricht und ihre Bedeutung für kumulatives Lernen. Daher wurde in dieser Arbeit der Frage nachgegangen, inwieweit Vernetzung im Biologie-unterricht stattfindet. Es wurde untersucht, welche Bedeutung das Vernetzungsniveau für die Lernleistung der Schülerinnen und Schüler hat. Darüber hinaus wurden Zusammenhänge zwischen dem Vernetzungsniveau des Unterrichts und der Lernmotivation der Schülerinnen und Schüler erkundet.
Es wurde Biologieunterricht der Jahrgangsstufe 9 an Gymnasien in Nordrhein-Westfalen videografiert und mit einem speziell entwickelten Kategoriensystem hinsichtlich seiner inhaltlichen Vernetzung analysiert. Der Wissenszuwachs der Schülerinnen und Schüler wurde anhand eines Leistungstest erfasst, die erworbenen Wissensstrukturen am Ende des Schuljahres mit Hilfe von Begriffsnetzen abgebildet. Die Lernmotivation der Schülerinnen und Schüler wurde mit einem Fragebogen erhoben. Es wurden Klassen identifiziert, die ein hohes und solche, die ein niedriges Vernetzungsniveau im Unterricht erreichten und im Rahmen eines quasi-experimentellen Designs in ihrer Lernleistung verglichen.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigten, dass im Biologieunterricht insgesamt wenig inhaltliche Vernetzung stattfindet. Der Unterricht basiert vornehmlich auf einzelnen Fakten. Zusammenhänge oder Bezüge zu zuvor vermittelten Fachinhalten werden nur selten hergestellt. Beim Vergleich der Extremgruppen wiesen die Klassen mit einem hohen Vernetzungsniveau im Unterricht komplexere Wissensstrukturen auf als diejenigen mit einem niedrigen Vernetzungsniveau. So generierten Schülerinnen und Schüler aus Klassen mit einem hohen Vernetzungsniveau signifikant mehr Verknüpfungen zwischen den einzelnen biologischen Fachbegriffen, die zudem häufiger fachlich richtig waren. Die inhaltliche Qualität der Verknüpfungen war jedoch in beiden Gruppen gering. Im Wissenszuwachs war kein signifikanter Unterschied zwischen den Gruppen festzustellen. Es zeigte sich ein positiver Zusammenhang zwischen dem Vernetzungsniveau und der Lernmotivation. So ging ein hoch vernetzender Biologieunterricht mit einem höheren Fachinteresse und einer größeren Anstrengungsbereitschaft bei den Schülerinnen und Schülern einher.
Die vorliegende Studie macht deutlich, dass das Vernetzungsniveau im Biologieunterricht eine wichtige Rolle bei der Ausbildung komplexer Wissensstrukturen und der Entwicklung einer positiven Lernmotivation einnimmt. In Anbetracht der beobachteten geringen inhaltlichen Vernetzung im Biologieunterricht und der niedrigen Qualität der Wissensstrukturen der Schülerinnen und Schülern sollten zukünftig Lernmaterialien entwickelt werden, in denen verstärkt das Herstellen von Zusammenhängen und Verknüpfen von Inhaltselementen gefordert wird. In den Kernlehrplänen der einzelnen Jahrgangsstufen sind die jeweiligen Fachinhalte auch über die Schuljahre hinweg enger miteinander zu vernetzen und Bezüge zwischen den Inhalten explizit zu machen. Dabei sollten auch Basiskonzepte bei der Strukturierung von Unterricht eine größere Rolle einnehmen
Development and examination of a structural model of graph competence for biology education
Full text linkDem Einsatz von Diagrammen kommt im Biologieunterricht eine vielfältige Bedeutung zu. Sie fungieren einerseits als Lehr- und Lernmittel zur Unterstützung textgebundener Informationsvermittlung, andererseits als direkter Lerngegenstand bei der Datenauswertung und Ergebnisdarstellung im Rahmen von Prozessen der Erkenntnisgewinnung im Unterricht. Schwierigkeiten von Schülerinnen und Schülern beim Umgang mit diesen hoch konventionalisierten Darstellungsformen weisen jedoch auf die Notwendigkeit der Schulung von Kenntnissen und Fähigkeiten der Lernenden zur Interpretation und Konstruktion von Diagrammen hin. Entsprechend wird der Erwerb dieser Fähigkeiten, die in der vorliegenden Arbeit unter dem Begriff der Diagrammkompetenz zusammengefasst werden, in Lehrplänen und Bildungsstandards als bedeutsames Ziel des Biologieunterrichts herausgestellt.
Als Grundlage sowohl der Förderung als auch der Diagnose der Diagrammkompetenz wird ein fundiertes Kompetenzmodell benötigt, das die relevanten Kompetenzstrukturen sowie deren Zusammenhänge darlegt. Hauptzielsetzung der vorliegenden Forschungsarbeit war die theoriegeleitete Entwicklung eines solchen Strukturmodells für die Diagrammkompetenz sowie dessen empirische Validierung, die sich zum einen auf zwei verschiedene Klassenstufen, zum anderen auf zwei verschiedene Diagrammtypen, Linien- und Säulendiagramm, erstreckt.
Basierend auf kognitionspsychologischen Befunden zum Verstehen von Diagrammen wurde ein theoretisches Kompetenzstrukturmodell entwickelt, welches als Hauptkomponenten die Fähigkeiten zur Informationsentnahme, zur Konstruktion und zur Integration voneinander unterscheidet. Diese Modellstruktur konnte umfassend empirisch bestätigt werden. Die drei Komponenten, sowie weitere Unterkomponenten, ließen sich für beide Klassenstufen als zu differenzierende Fähigkeiten nachweisen. Insbesondere zeigte sich, dass das formulierte Kompetenzmodell für beide Diagrammtypen Gültigkeit hat.
Zur differenzierteren Beschreibung der Struktur der Diagrammkompetenz wurden zudem die Zusammenhänge der einzelnen Komponenten untereinander weiter geklärt. Es wurde ein geringer Zusammenhang zwischen Informationsentnahme und Konstruktion, starke Bezüge hingegen zwischen Informationsentnahme und Integration festgestellt.
Als didaktische Implikation ergibt sich aus den Befunden der vorliegenden Arbeit, dass eine effektive Förderung der Diagrammkompetenz von Schülerinnen und Schülern im Biologieunterricht über die Schulung der Interpretationsfähigkeit gegebener Diagramme hinausgehen muss. Ein kompetenter Umgang mit Diagrammen erfordert eigene Fähigkeiten zur Konstruktion sowie Fähigkeiten, Informationen aus unterschiedlichen Quellen wie Text und Diagramm miteinander in Beziehung zu setzen. Diese hängen zwar mit den Fähigkeiten, Informationen aus Diagrammen zu entnehmen, zusammen, können aber nicht mit diesen gleichgesetzt werden.In biology education the use of graphs is of manifold relevance. On the one hand, graphs are applied as teaching material, because they are assumed to support learning from text. On the other hand, graphs are a subject of biology tuition by themselves, since they are used for data evaluation and presentation of results within classroom processes of scientific discovery. Students’ difficulties regarding the handling of graphs indicate that knowledge of and abilities in the handling of graphs need to be taught in science classes. According to this, the aquirement of these abilities, which are referred to as graph competence in this study, is considered as an important goal of biology education by curricula and standards of science education.
A graph competence model, that describes the relevant competence structures and their relations, is required as a basis for both diagnosing and fostering graph competence in science classrooms. The primary aim of the present study was the development of such a structural competence model and its empirical validation in two different grades and for two different graph types, line and bar graphs.
A competence model was theoretically derived referring to research on graph comprehension in cognitive psychology. It assumes that information extraction, construction and integration are the main components of graph competence. The model structure could be confirmed in empirical data, i.e. the named three components, as well as further subcomponents could be distinguished empirically as different abilities. In particular, it was found that the postulated competence model is valid for both types of graphs.
Furthermore, the relations between the different components were examined in order to give a more detailed description of the competence structure. It was found that information extraction and construction bear little relation to each other whereas there is a strong relationship between information extraction and integration.
A didactical implication that arises from the results of the present study is the necessity to promote not only students’ abilities in interpreting graphs but also their abilities in constructing and relating them to other sources of information. These abilities are related to but cannot be equated with the abilities in reading graphs
Untersuchung der Systemkompetenz von Grundschülern im Bereich Biologie
Full text linkDie systemische Betrachtungsweise kennzeichnet den Biologieunterricht der Sekundarstufe. Gegenstand der vorliegenden empirischen Untersuchung ist die Frage, ob und in welchem Ausmaß auch schon Grundschüler zu einer systemischen Betrachtungsweise im Bereich Biologie fähig sind. Zur Untersuchung der Systemkompetenz von Grundschülern wurden auf der Basis von pädagogischer Psychologie und Systemtheorie geeignete Testinstrumente entwickelt. Die Analyse der kognitiven und affektiven Bedingungen des Erwerbs von Systemkompetenz (Intelligenz, Interesse) erfolgte mit Hilfe gängiger Tests. Weiterhin wurde die Übertragbarkeit der Systemkompetenz von einem inhaltlichen Bereich (System Weißstorch) auf einen anderen (System Schule) untersucht. Die Systemkompetenz der Grundschüler stellte sich als eine aus mehreren Teilkompetenzen zusammengesetzte Fähigkeit dar, die in einem Kompetenzstufenmodell beschrieben werden konnte. Im Kompetenzbereich „Systemorganisation“ waren die Leistungen der Kinder generell gut ausgeprägt. Im Kompetenzbereich „Erkennen von und Umgang mit Systemeigenschaften“ waren die Leistungen heterogen. Insgesamt zeigten die Leistungen jedoch, dass bereits in der Grundschule Systemkompetenz vermittelt werden kann, die zu einem umfangreichen und komplex vernetzten biologischen Fachwissen führt. Aus dem Vergleich der Leistungen in zwei inhaltlich unterschiedlichen Systemen ergaben sich Hinweise auf bereichsspezifische und bereichsübergreifende Fähigkeiten im Bereich Systemkompetenz
Entwicklung und Überprüfung eines Strukturmodells der fachlichen Kommunikationskompetenz im Biologieunterricht
Full text linkSchüler zeigen Defizite in der sach- und fachgerechten Benutzung von Sprache im Biologieunterricht. Mit Hilfe eines Kompetenzstrukturmodells können relevante Strukturen und Zusammenhänge der fachl. Kommunikationskompetenz identifiziert werden. Entsprechend theor. Vorgaben (KMK-Bildungsstandards, Expertiseforschung u. a.) wird ein Kompetenzstrukturmodell postuliert, das die beiden Dimensionen Individuelle Wissensrepräsentation und Wissenskommunikation mit den Komponenten Wissen, Wortschatz, Argumentstruktur, Argumentationsprozess, Audience Design enthält. Mittels Videos, Concept Maps und Fragebogen wurde das aufgestellte Modell empirisch überprüft. Einflüsse von Wissen und Wortschatz auf die Wissenskommunikation sowie des Argumentationsprozesses auf die Wissenskonstruktion ließen sich bestätigen. Ausgehend von den Befunden erfordert der kompetente Umgang mit fachbezogener Sprache u. a. Fähigkeiten zum reflektierten Wortschatzeinsatz sowie Fähigkeiten, Argumentstrukturen effektiv anzuwenden
Schülerlabore im Themenbereich Molekularbiologie als Interesse fördernde Lernumgebungen
Full text linkZiel dieser Studie ist es, Schülerlabore als außerschulische Lernumgebungen hinsichtlich ihrer Wirkung auf das Interesse der Lernenden an den Naturwissenschaften zu untersuchen. Dazu wurden Schülerlabore im Themenbereich Molekularbiologie ausgewählt. Oberstufenkurse im Fach Biologie wurden unmittelbar im Anschluss sowie nach 10 Wochen in Hinblick auf ihr Interesse an Naturwissenschaften mittels eines Fragebogens untersucht. Den theoretischen Rahmen bildete die pädagogisch-psychologische Interessentheorie. Es zeigte sich, dass die Aspekte Experimentieren, gebotene Anwendungskontexte sowie die Authentizität der Lernumgebung Schülerlabor, die den außerschulischen Lernort charakterisieren, von den Lernenden in ihrer Wirkung auf das Interesse unterschiedlich wahrgenommen werden und auch in einem unterschiedlichen Zusammenhang stehen mit dem bereits vorhandenen Interesse an den Naturwissenschaften, der Einbindung des Aufenthalts im Schülerlabor in den regulären Unterricht sowie der erlebten Instruktionsqualität der betreuenden Wissenschaftler. Die Interessenwirksamkeit des Aufenthalts im Schülerlabor erwies sich mittelfristig (über 10 Wochen) als stabil
Mentale Integration von Text und Bild beim Lernen mit Multimedia am Beispiel der olfaktorischen Signaltransduktion
Full text linkDiese Arbeit verfolgt die Frage, wie komplexe Inhalte der Neurowissenschaften im Unterricht so dargestellt werden können, dass Schüler nicht nur isolierte Fakten erlernen, sondern auch ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge und Konzepte erlangen. Beim Lernen mit Multimedia, einer vielversprechende Möglichkeit zur Darstellung komplexer Strukturen und Prozesse, erweist sich jedoch die mentale Integration von Text und Bild als Ursache für Lernschwierigkeiten. In dieser Arbeit werden kognitionspsychologisch fundierte Prinzipien für die Gestaltung expliziter instruktionaler Hilfen abgeleitet und in einer multimedialen Lernumgebung zur olfaktorischen Signaltransduktion eingesetzt. Die Wirksamkeit dieser Hilfen wurde in Abhängigkeit von den Lernermerkmalen Vorwissen, Ausprägung des kognitiven Stils und individuelles Interesse überprüft. Entgegen der Hypothesen zeigen die Ergebnisse der Studie, dass die Mikroaufgaben im Vergleich zur Kontrollsituation nicht zu besseren Lernergebnissen führten. Stattdessen erwies sich die Möglichkeit zum Notizenmachen als lernförderliche instruktionale Maßnahme. Die geringe Lernwirksamkeit der Mikroaufgaben wird vor allem auf eine lokale Ausrichtung der mentalen Verarbeitung und auf eine zu geringe Aktivierung der Lerner zurückgeführt. Globaler orientierte und noch stärker Lerner aktivierende Hilfen im Sinne einer aktiven Wissenskonstruktion sollten daher bei der Entwicklung lernerunterstützender Maßnahmen in den Mittelpunkt rücken
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Students' arguments on evolution and genesis: A study for the development of an interdisciplinary model of argumentation skills
Full text linkDie Argumentationsfähigkeit ist eine der zentralen Fähigkeiten zur Teilhabe am gesellschaftlichen Diskurs über naturwissenschaftliche und ethische Fragestellungen. Entsprechend ist die Vermittlung dieser Fähigkeit ein zentrales Element naturwissenschaftlichen Unterrichts. Unter dem Begriff Argumentationsfähigkeit werden verschiedene Aspekte zusammengefasst: plausible Argumente hervorzubringen, Gegenargumente zu antizipieren und zu kritisieren. Die Argumentationsfähigkeit entwickelt sich dabei nicht unabhängig in einzelnen Domänen oder Fächern, sondern weist Zusammenhänge mit dem Argumentieren in alltäglichen Kontexten, dem Fachwissen, den sprachlichen Fähigkeiten und der Entwicklung von epistemologischen Überzeugungen auf. Entsprechend dieser Voraussetzungen ist die Argumentationsfähigkeit vom jeweiligen Kontext der Argumentation abhängig. In den meisten Studien wird diesen Zusammenhängen jedoch nicht Rechnung getragen und die Erfassung der Fähigkeit erfolgt zumeist domänenspezifisch. Um einen Vergleich der Qualität von Schülerargumentationen in verschiedenen Fächern zu ermöglichen, untersucht die vorliegende explorative Studie Eigenschaften und Unterschiede in Schülerargumentationen zur Evolutionstheorie und zu den Schöpfungserzählungen als Argumentationsgegenstände zweier unterschiedlicher Domänen. Ziel dieser Arbeit ist zur Entwicklung eines Modells von Argumentationsfähigkeit, dessen Dimensionen als Ausgangspunkt für quantitative Analysen genutzt werden können, beizutragen...The ability to argue is one of the most important skills to participate in social discourse on scientific and ethical issues. Accordingly, its teaching is a central element of science education. The term argumentation skills refers to different aspects: the abilities to produce plausible arguments, to anticipate, and to criticize counter-arguments. The ability to argue doesn’t develop independently in certain domains or subjects, but shows relations to argumentation in everyday contexts, the content knowledge, language skills and the development of epistemic beliefs. According to these conditions, argumentation skills are dependent on the contexts in that the argumentation takes place. However, in most of the studies these conditions are not taken into account and the analysis is mostly based on domain-specific frameworks. To be able to compare the quality of students’ argumentations in different subjects, this explorative study investigates characteristics and differences in students’ argumentations in different school subjects. The aim of this study is to contribute to the development of a qualitative model of argumentation skills which dimensions could be used for further quantitative analysis..
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