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Das Auswerten von Daten und die Begründung von wissenschaftlichen Hypothesen kann als zentraler Bestandteil von "Scientific Practice" angesehen werden. Durch das naturwissenschaftliche Experiment können beide Aspekte adressiert werden: Lernende müssen Beobachtungen und Daten mit ihren Hypothesen verbinden. Dieser Prozess kann als Argumentieren aufgefasst werden und bedingt Datenkompetenz bei Lernenden.
Vor diesem Hintergrund hat die vorliegende Arbeit die Förderung von Datenkompetenz zum Ziel. Beim Experimentieren stellt der adäquate Umgang mit Daten und Messunsicherheiten einen wesentlichen Teil der Datenkompetenz dar. Zunächst wurde daher eine didaktische Strukturierung entwickelt, die die Datenkompetenz beim Experimentieren a) auf die für die Sekundarstufe I relevanten Aspekte reduziert und b) in die Kompetenzbereiche „Direktes Messen“, „Indirektes Messen“, „Grafische Auswertung“ und „Signifikanz“ modularisiert. Auf dieser Basis wurden zehn digitale Lernapps entwickelt, die durch eine Expert:innenstudie hinsichtlich der Passung zur Strukturierung und der fachlichen Richtigkeit evaluiert wurden. Die Wirksamkeit der Apps konnte in mehreren Interventionsstudien mit insgesamt n = 132 Schüler:innen mit mittleren bis großen Effekten bezüglich des Kompetenzerwerbs empirisch nachgewiesen werden.
Zudem wurde untersucht, welchen Einfluss die Förderung der Datenkompetenz auf das Argumentieren beim Experimentieren besitzt. In einer längsschnittlichen Studie wurden den Schüler:innen vor und nach der Intervention mit Lernapps Messdaten zum Zusammenhang zwischen der Pendelmasse m und der Periodendauer T eines Fadenpendels gezeigt und ihre Hypothesen sowie die Zustimmung zu vier Argumentkategorien erfasst.
In der Studie mit n = 325 Schüler:innen konnte gezeigt werden, dass der Erwerb von Datenkompetenz a) die Zustimmung zu daten- und evidenzbasierten Argumentkategorien erhöht, b) die Zustimmung zu intuitiven und auf Heuristiken basierenden Argumentkategorien verringert und c) positiv auf die Richtigkeit einer physikalischen Hypothese wirkt.
Die vorliegende Arbeit trägt dazu bei, die Wirkung von Datenkompetenz auf das Argumentieren beim Experimentieren zu verstehen: Durch kurze Interventionen zum Umgang mit Daten und Messunsicherheiten können die Argumentationsfähigkeit der Schüler:innen beim Experimentieren sowie der selbstständige Lernerfolg durch Experimentieren gefördert werden.
FWM – Ein Test zur Erhebung von Wissen in Mechanik für Schülerinnen und Schüler der Mittelstufe
(2021)
In Forschungsprojekten wird wiederholt Wissen in Mechanik – z. B. als Kontrollvariable – von Schülerinnen und Schülern der Mittelstufe erhoben. Dazu werden oft projektspezifische Tests entwickelt, die nicht in der Fachliteratur dokumentiert sind. Deshalb stellen wir einen Test zur ökonomischen Erhebung von Wissen aus Teilgebieten der Mechanik in der Mittelstufe vor, den FWM. Der aus 22 Items im Multiple-Choice Single-Select-Format bestehende Test kann in rund 20-25 Minuten bearbeitet werden. Wir stellen den Test sowie die Ergebnisse einer empirischen Erhebung mit 1532 Berliner Schülerinnen und Schülern aus der 8. und 9. Jahrgangsstufe vor. Die Ergebnisse zeigen, dass der Test in der Lage ist, Teilbereiche des heterogenen Konstrukts Wissen in Mechanik mit einer zufriedenstellenden Reliabilität zu erfassen. Eine Rasch-Analyse deutet zudem auf die Homogenität der Items hin. Mit diesem Beitrag möchten wir eine Skalendokumentation vorlegen und ein erprobtes Verfahren zur Erfassung von Wissen in Mechanik für zukünftige Forschungsvorhaben bieten.