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Die vorliegende Studie wendet sich dem Themenkomplex „Bildung zur Verantwortung im Studium der Elektrotechnik im Kontext des gesellschaftlichen Diskurses zu den ökologi-schen Folgen von Technik“ zu. Ausschlaggebend für das Untersuchungsinteresse sind die massiven ökologischen Probleme, vor denen die Weltbevölkerung steht und zu deren Lö-sung Ingenieurinnen und Ingenieure durch die Entwicklung neuer Technologien beitragen sollen. Gleichzeitig zeigt die Erfahrung, dass mit technischem Fortschritt immer wieder neue Probleme verbunden sind. Aus diesem Grund hat sich in den letzten fünfzig Jahren die Technikfolgenabschätzung etabliert. Doch genügt es nach Ansicht bedeutender Tech-nikphilosophen wie beispielsweise Ropohl nicht, Überlegungen zur Verantwortung für Technikfolgen allein diesen Instituten zu überlassen.
Folgt man dem Wissenschaftstheoretiker Fleck, wird der Denkstil einer Wissenschaft im Studium weitergegeben. Es stellt sich deshalb die Frage, ob und wie Studierende der In-genieurwissenschaften, insbesondere der Elektrotechnik, darauf vorbereitet werden, in ihrem Beruf Verantwortung für Technik zu übernehmen. Eine Verantwortung, die über die Funktionsfähigkeit von Technik hinausgeht und unter der auch zukünftige Folgen von Technik berücksichtigt werden. Ein Blick in die Pädagogik, wie er hier gemacht wird, zeigt, dass der Mensch einer Bildung zur Verantwortung bedarf. Dies vor allem auch im Hinblick auf die Gesellschaft und die Welt. Doch muss sich der Mensch auch aufgefordert fühlen, für etwas verantwortlich zu sein. Es ist deshalb von Interesse, wie sich das Thema Ver-antwortung für die ökologischen Folgen von Technik in der alltagsweltlichen Kommunikati-on der Gesellschaft zeigt und wem die Verantwortung zugesprochen wird. Der Untersu-chung geht die Annahme voran, dass sich im Falle eines Anschlusses an den gesellschaft-lichen Diskurs Änderungen in den Curricula der ingenieurwissenschaftlichen Studiengänge zeigen könnten.
Die vorliegende Längsschnittstudie beobachtet über den Zeitraum von 1970 bis 2020 an-hand des Fallbeispiels der Elektrotechnik an der Hochschule Karlsruhe, ob sich während des Untersuchungszeitraums dort Fächer finden lassen, die der Bildung zur Verantwor-tung für Technikfolgen dienlich sind. Diese Beobachtung findet parallel zur Beobachtung der Kommunikation der Gesellschaft in den Massenmedien statt.
Die Analyse der Beobachtungen findet unter einem systemtheoretischen Verständnis statt. Es zeigt sich, dass von einer vorangestellten Hypothese abgegangen werden muss, dass allein das Paradigma der Ingenieurwissenschaft Elektrotechnik die Inhalte des Studi-ums bestimmt. Das Verständnis eines Ingenieurstudiums als Berufsausbildung stellt wirt-schaftliche Ansprüche in den Vordergrund. Weiterhin zeigt es sich, dass Besonderheiten in den Organisationssystemen der Hochschule ein Hindernis für eine grundlegende Re-form eines ingenieurwissenschaftlichen Studiums wie beispielsweise der Elektrotechnik darstellen. Diese Hindernisse wurden in den abschließenden Handlungsempfehlungen be-achtet. Dort werden kleine Interventionsmaßnahmen vorgeschlagen, denen auch ohne weitreichende Reformen gefolgt werden kann.
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.
Ziel der Dissertation ist die Steigerung der Attraktivität von Sach- bzw. Physikunterricht. Dies soll durch individualisierte Umsetzung von Sach- bzw. Physikunterricht mithilfe des Cartesianischen Tauchers als exemplarisch ausgewählten Unterrichtsgegenstands erreicht werden.
Für den angemessenen Einsatz eines Cartesianischen Tauchers als individualisierten Freihand- bzw. Lernversuch war nicht nur die Untersuchung physikalischer Erklärungsansätze notwendig, sondern auch die Entwicklung physikdidaktischer Konzeptionen (z. B. Dichte, Auftrieb und Verdrängung, Handkraft usw.), sowie deren konkrete Umsetzung mit anschließender Einholung von individuellen Rückmeldungen zur Validierung.
Die über 370-jährige Geschichte des Cartesianischen Tauchers und seine frühe internationale Bekanntheit erforderte Untersuchungen hinsichtlich der Namensgebung und dessen vielfältige Verwendung, um möglichst umfassend das historische Experiment zu betrachten und damit vielseitige Möglichkeiten für den erfolgreichen individualisierten Einsatz im Unterricht bereitzustellen.
Die jeweilige Lehr-Lern-Situation wurde im Anschluss im Sinne der ‚Aktionsforschung‘ empirisch evaluiert. Als Befragungsinstrument diente ein ‚leeres Blatt Papier‘, das nur mit einer konkreten Aufgabenstellung jedoch ohne eine Fragestellung die unmittelbaren Eindrücke und Einschätzungen der Kinder und Jugendlichen zunächst qualitativ erheben sollte. Die individuellen Rückmeldungen wurden mithilfe der diktionärsbasierten und qualitativen Inhaltsanalyse nach Udo Kuckartz ausgewertet.
Ein Ergebnis dieser Dissertation ist, dass nicht nur die Individualisierung von Sach- bzw. Physikunterricht mit dem Cartesianischen Taucher als Unterrichtsgegenstand von den Lernenden ‚attraktiv‘ eingestuft wird. Vielmehr empfanden die Lernenden auch andere individualisiert umgesetzten Unterrichtsinhalte ‚attraktiv‘. Individualisierung kann deshalb definitiv als ein Schlüssel zu attraktivem Sach- bzw. Physikunterricht gesehen werden.
Offenheit der Aufgabenstellung und Strukturiertheit des Unterrichtes im Technischen Gestalten
(2021)
Am Anfang dieser fachdidaktischen Dissertation steht die Frage nach qualitätsvollem Unterricht im Technischen Gestalten. Eine quantitative Studie untersucht die Effektivität von Unterrichtstypen, die sich bezüglich der Dimensionen Offenheitsgrad der Aufgabenstellung und Strukturiertheit des Unterrichts unterscheiden. Die Erhebungen, welche die Basis für die quantitative Studie bildet, erfolgte im Juni 2018 mit über tausend Lernenden in 116 Klassen (4. bis 9. Klassenstufe) und ihren Lehrpersonen in den Schweizer Kantonen Bern, Solothurn und Basel-Stadt.
Die Auswertung, die mit einer Latent Profile Analysis (LPA) erfolgte, machte drei Unterrichtstypen mit je einem spezifischen Profil sichtbar: Typ 1: enge Aufgabenstellung und mittelhohe Strukturiertheit des Unterrichtes; Typ 2: halboffene Aufgabenstellung und tiefe Strukturiertheit; Typ 3: offene Aufgabenstellung und hohe Strukturiertheit
Der Theorierahmen des Angebots-Nutzungs-Modells von Helmke (2009) bildet die Basis für die weiteren Auswertungsschritte. Eine multinominale logistische Regression zeigt, dass die Formen des Unterrichts von den Lehrpersonen nicht zufällig gewählt werden. Persönliche und professionelle Voraussetzungen führen zu ihrer Anwendung.
Eine Mehrebenenanalyse (MSEM, 2-1-1) macht zudem Zusammenhänge zwischen den Unterrichtstypen und den schulischen Einflussgrössen auf der Schülerinnen- und Schülerseite sichtbar. Diese sind sowohl auf individueller Ebene als auch auf Klassenebene feststellbar. Kognitive Aktivierung, Selbstbestimmungserleben und Anstrengungsbereitschaft, die als Mediatoren dienen, werden durch die Unterrichtstypen beeinflusst. Darüber hinaus wirken die Unterrichtstypen auch auf die Outcomes. Die Zusammenhänge zeigen sich bei der Motivation im Fach, der Selbstwirksamkeitsüberzeugung, der intrinsischen Motivation und selbst bei den Noten. Die Unterrichtstypen wirken sowohl direkt als auch indirekt über die Mediatoren auf die Outcomes. Alles in allem zeigt sich, dass ein Unterricht mit offenen Aufgabenstellungen und strukturiertem Vorgehen verschiedene Grössen auf Schülerinnen- und Schülerseite positiv beeinflussen kann.
Daneben können auch Zusammenhänge zwischen familiären oder persönlichen Merkmalen der Schülerinnen und Schüler und den Mediatoren bzw. Outcomes festgestellt werden.
Welchen Unterricht eine Lehrperson im Technischen Gestalten anbietet, spielt für die Qualität der Lernprozesse also eine entscheidende Rolle.
Technik vom Anfang denken
(2021)
Auseinandersetzung mit allgemeiner Bildung und technischer Bildung; Frage in wieweit technische Bildung Teil der allgemeinen Bildung ist.
Auseinandersetzung mit Museen im allgemeinen und der Museumspädagogik.
Gegenüberstellung der KlimaArena Sinsheim und dem Technoseum Mannheim, jeweils mit Unterrichtsbezug.
Lernwirksames Unterrichten wird maßgeblich durch die professionelle Handlungskompetenz der unterrichtenden Lehrpersonen beeinflusst. Diese zeichnet sich nicht nur durch das Vorhandensein von Wissen aus, sondern umfasst auch dessen situationsangepasste Anwendung im unterrichtlichen Handlungskontext. Um die Entwicklung professioneller Handlungskompetenz von Physiklehramtsstudierenden zu unterstützen, sind geeignete Lehrveranstaltungsformate nötig.
Hierzu nimmt die vorliegende Dissertationsschrift die Gestaltung von lehramtsspezifischen Lehrveranstaltungen für Studierende des gymnasialen Lehramts im Fach Physik in den Blick. Aufbauend auf aktuellen Erkenntnissen der Professionalisierungsforschung, und untermauert durch eine empirische Untersuchung der Einschätzung von Referendaren und Referendarinnen zur Berufsvorbereitung durch das Physik-Lehramtsstudium, wird ein Lehrveranstaltungskonzept entwickelt, das den Aufbau von vernetztem fachbezogenem Professionswissen stärkt. Dieses wird als Lehr-Lern-Labor-Seminar angelegt und verbindet den Aufbau von Fachwissen, insbesondere auch schulbezogenem Fachwissen, und fachdidaktischen Wissen mit eigener reflektierter Praxiserfahrung. Das ausgearbeitete Lehrveranstaltungskonzept widmet sich dabei dem fachinhaltlichen Schwerpunkt der Physik des Sehens und verknüpft diesen in physikdidaktischer Perspektive mit dem Arbeiten mit Modellen und dem Experimentieren im Physikunterricht. Anhand einer differenzierten didaktischen Rekonstruktion zur Physik des Sehens wird eine didaktische Strukturierung auf zwei Niveaustufen erarbeitet, welche zum einen die Lehramtsstudierenden berücksichtigt und zum anderen den Physikunterricht in der Sekundarstufe in den Blick nimmt. Dabei werden Materialien für zwei Lehr-Lern-Labor-Module zur optischen Abbildung durch das Auge und zum Sehen von Farben entwickelt, welche sich durch alternative Zugänge und innovative Experimentiermaterialien von bestehenden Unterrichtsgängen abheben. Die Ergebnisse der Erprobung und Evaluation der entwickelten Materialien und Lehrkonzepte mit Schulklassen im Lehr-Lern-Labor werden vorgestellt.
Das entwickelte Lehr-Lern-Labor-Seminar konkretisiert die Anforderungen, die aktuelle physikdidaktische Forschung an die Gestaltung der universitären Lehramtsausbildung stellt, und setzt diese konkret um, und liefert damit eine Grundlage für die weitere Erforschung der Professionalisierung von Physiklehrpersonen.
Vorstellungen zu(r) Technik
(2023)
Erfahrungen und Vorstellungen zu(r) Technik werden von Laien zumeist vor dem Hintergrund damit einhergehender Bilder und Begriffe reflektiert. Diese erscheinen im Hinblick auf Lehrpersonen der Primarstufe, welche sich vielfach als Generalist:innen verstehen insofern von Bedeutung, da sie im Kontext technikbezogenen Unterrichts als zunehmend implizit und gleichzeitig handlungsleitende Wissensbestände betrachtet werden können.
Die vorliegende Arbeit widmet sich diesem Aspekt und nimmt dabei eine praxeologisch wissenssoziologische Perspektive ein. Kern der damit verbundenen qualitativ-empirischen Studie bilden narrativ fundierte Interviews (n=8) mit Lehrpersonen an österreichischen Grundschulen.
In einer sich daran anschließenden differenzierten dokumentarischen Interpretation konnten wesentliche Orientierungen, mit Blick auf die Biografie, Berufsbiografie und Sozialisation, rekonstruiert werden.
In einer Generalisierung der Ergebnisse, die neben der Falldarstellung und Kontrastierung, insbesondere eine Typenbildung berücksichtigte konnte gezeigt werden, dass Technik insbesondere als ein Spannungsverhältnis von ‚technikzugewandt und technikabgewandt‘ wahrgenommen wird.
Hieraus ergeben sich sowohl für die konkrete Unterrichtspraxis als auch im Hinblick auf eine zukünftige Lehrer:innenbildung weitreichende Impulse.
Licht wird im Rahmen der Ausbildung in der Schule und der Hochschule zunehmend nur noch in die binären Kategorien „kohärent“ und „inkohärent“ eingeteilt und entsprechend diskutiert. Zur vertiefenden Diskussion des Kohärenzbegriffs fehlt vor allem eine einfache Möglichkeit, die Kohärenz von Licht experimentell erfahrbar zu machen, die der binären Vorstellung des Begriffs entgegenwirkt und den notwendigen Abstraktionsgrad verringert. In dieser Dissertation werden, die während der Promotion entstanden Versuchsaufbauten beschrieben und die zugehörigen didaktischen Modelle erläutert. Es handelt sich bei den Versuchsaufbauten sowohl um einfach aufzubauende Grundlagenexperimente als auch um weiterführende Anwendungsexperimente zum Begriff der Kohärenz zum Einsatz in der Hochschullehre und dem Unterricht am Gymnasium.