Physikdidaktische Forschung für die Praxis

Allgemeines

Lehrende
Dr. Kai Bliesmer

Prof. Dr. Michael Komorek

Veranstaltung
Physikdidaktische Forschung für die Praxis

Modul
phy424 – Physikdidaktische Forschung für die Praxis

Studiengang
Physik – Master of Education (Gymnasium)

Fakultät
Fakultät V – Mathematik und Naturwissenschaften

Institut
Institut für Physik

Semester
SoSe 2022

Turnus
Wöchentlich

Anzahl Studierende
25

KP des Moduls
6

Prüfungsform
Hausarbeit

Kategorien
Forschendes Lernen
Lehrkräftebildung
Lernmodule
Mathematik und Naturwissenschaften
Online-Meetings
Stud.IP
Übung
Vorlesung

Studierende entwickeln und erproben Bildungsangebote für das Lehr-Lern-Labor physiXS. Angezielte Prozesse forschenden Lernens werden hierbei entlang des Modells der Didaktischen Rekonstruktion (Duit et al., 2012; Bliesmer & Komorek, 2023) strukturiert.

Kurzbeschreibung

Das Modul ist im Master of Education Physik angesiedelt. Es trägt die Bezeichnung „Physikdidaktische Forschung für die Praxis“ und besteht aus einer Vorlesung (2 SWS) sowie einer Übung (2 SWS). Im Modul lernen die Studierenden fachdidaktische Forschungsmethoden und auch -ergebnisse aus der Literatur kennen (Vorlesungsteil), um sie im Anschluss in Kleingruppen (Übungsteil) in je eigenen Projekten direkt selbst einzusetzen. Dieser Ansatz ist in jedem Durchgang derselbe, allerdings wird er in jedem Jahr in andere anregende und sinnstiftende fachdidaktische Kontexte eingebettet: So fungierten in bisherigen Durchgängen beispielsweise die Analyse von Unterrichtsvideos, die Durchführung einer Fortbildung für fachfremd unterrichtende Lehrpersonen in Physik, die Entwicklung einer BnE-Unterrichtsexkursion nach Spiekeroog oder die Beratung eines Science Centers als fachdidaktische Kontexte für das Modul. Die Studierenden arbeiten in Kleingruppen im gesamten Semester an demselben Projekt, das sie sich zu Beginn im Rahmen des jeweils aktuellen Veranstaltungskontexts aussuchen dürfen.

Im hier beschriebenen Durchgang im SoSe 2022 konnte dank der Unterstützung von forschen@studium die Entwicklung und Beforschung von Bildungsangeboten für das Lehr-Lern-Labor physiXS (https://uol.de/diz/olela) als fachdidaktischer Kontext eingesetzt werden. Studierende entwickelten im Prozess des lehrkräftebildungsbezogenen forschenden Lernens (Fichten, 2012) Bildungsangebote für Kinder und Jugendliche der Region. Jene wurden in die Räumlichkeiten der Universität eingeladen, damit die Studierenden ihre Angebote ausprobieren und angeregte Lernprozesse aufseiten der Teilnehmenden mit zuvor erlernten Forschungsmethoden untersuchen konnten. An ihren Forschungsergebnissen diskutierten die Studierenden Verbesserungen ihrer Bildungsangebote im Sinne eines iterativ-adaptiven Forschungsvorgehens, das entlang des Modells der Didaktischen Rekonstruktion strukturiert ist (Komorek, Bliesmer, Richter & Sajons, im Druck).

Ablauf und Lernziele

In der Arbeitsgruppe ‚Didaktik der Physik und Wissenschaftskommunikation‘ wird ein Professionalisierungskonzept eingesetzt, das auf dem Ansatz basiert, Studierende in den physikdidaktischen Modulen in einen Modus iterativ-adaptiv forschenden Lernens (Komorek et al., im Druck) zu versetzen. Die folgende Abbildung stellt diesen aus dem Modell Didaktischer Rekonstruktion hergeleiteten Ansatz dar.

Spiralförmige Darstellung des Modus iterativ-adaptiv forschenden Lernens

Auf Grundlage dieses Professionalisierungskonzepts wurde für das Modul die nachfolgende Phasierung vorgenommen und den Studierenden kommuniziert. Aus der Phasierung wurden zudem untenstehende Lernziele in Form eines Grobzieles und mehrerer Feinziele abgeleitet.

Phase I (Apr-Mai 2022): Die Studierenden entwickeln mit Blick auf ihr Lernmaterial eine physikdidaktische Fragestellung (z. B. zu Präkonzepten von Lernenden, zur physikbezogenen Selbstwirksamkeit, zum Aufbau von physikalischen Konzepten etc.).

Phase II (Mai 2022): Die Studierenden nehmen eine literaturbasierte Einordnung ihrer Fragestellung in den physikdidaktischen Forschungsstand vor und leiten Hypothesen ab.

Phase III (Mai-Jun 2022): Die Studierenden setzen sich aus physikdidaktischer Perspektive mit Methodologie und der Auswahl einer Methodik (z. B. Interview, Fragebogen, begleitende, ethnografische Beobachtung) auseinander, die zu ihrer Fragestellung passt. Sie entwickeln eine Lehr-Lern-Situation, die als Anlass dient, Proband:innen (Kinder und Jugendliche) in die Universität einzuladen. Die gewählte Forschungsmethode betten sie bruchlos in die Lehr-Lern-Situation ein.

Phase IV (Jun 2022): Kinder und Jugendliche werden in die Universität eingeladen, um die von den Studierenden entwickelte Lehr-Lern-Situation zu nutzen. Dabei wird automatisch auch die in der Lehr-Lern-Situation eingebettete Forschungsmethode genutzt. Die Kinder und Jugendlichen sind somit gleichzeitig Lernende und Proband:innen.

Phase V (Jun-Jul 2022): Erhobene Forschungsdaten werden aufbereitet, ausgewertet und auf die eingangs formulierte Fragestellung bezogen. Die Forschungsfrage wird beantwortet. Auf Basis der Beantwortung wird die Lehr-Lern-Situation überarbeitet. Denn hier verfolgt die fachdidaktische Forschung das Ziel, das Lehren und Lernen von Physik zu verbessern. Sie hat also dienende Funktion.

Phase VI (Jul-Sep 2022): Die Studierenden fertigen eine Hausarbeit zu ihren Forschungsprojekten an, um die Forschungsergebnisse und die Konsequenzen für die Überarbeitung der Lernmaterialien zu kommunizieren.

Grobziel

  • Studierende entwickeln und beforschen Lehr-Lern-Angebote entlang des Modells der Didaktischen Rekonstruktion (Duit et al., 2012), um sie zu verbessern und ziehen hierzu im Prozess forschenden Lernens jeweils nötige fachdidaktische Forschungsmethoden heran.

Feinziele

  • Studierende nehmen unter Verwendung einer Dokumentenanalyse von Fachliteratur fachliche Klärungen vor und formulieren für die Vermittlung geeignete Elementaria (Bleichroth, 1991).
  • Studierende formulieren Forschungsfragen und führen leitfadengestützte Interviews (Niebert & Gropengießer, 2013) durch, um fachbezogene Vorstellungen und Interessen zu erheben.
  • Studierende vergleichen formulierte Elementaria sowie erhobene fachbezogene Vorstellungen/Interessen und bewerten deren Nähe bzw. Ferne zueinander (Bliesmer, 2020).
  • Studierende erstellen auf Grundlage des Vergleichs eine begründete didaktische Strukturierung (Bliesmer & Komorek, 2023) für ihr Bildungsangebot im Lehr-Lern-Labor physiXS.
  • Studierende formulieren Forschungsfragen für die Beforschung ihres Bildungsangebots.
  • Studierende führen das Bildungsangebot mit Kindern/Jugendlichen durch.
  • Studierende beforschen das Angebot parallel bei der Durchführung mit Methoden der ethnografischen Unterrichtsforschung (Breidenstein, 2012).
  • Studierende werten ihre Forschungsdaten mit einer qualitativen Inhaltsanalyse (Kuckartz, 2018) aus und formulieren Konsequenzen für die Weiterentwicklung ihres Bildungsangebots.

Aktivitäten der Studierenden

Der Vorteil der Veranstaltung besteht darin, dass sie eine Vorlesung und eine Übung vorsieht, sodass für die Studierenden abwechslungsreiche Aktivitäten möglich werden.  

Vorlesungsteil
In der Vorlesung kommen alle Teilnehmenden im Plenum zusammen. Hier wird in den Kontext und in die Ziele des Moduls eingeführt, indem das Prinzip des studentischen forschenden Lernens vorgestellt und in Form der sechs o. g. Phasen auf den zeitlichen Ablauf des Moduls abgebildet wird. Im Vorlesungsteil werden sodann Kleingruppen gebildet, die während des gesamten Semesters Bestand haben. Es ergaben sich in diesem Durchgang sechs Kleingruppen zu je 4 Personen, die im Anschluss ein Thema für ihr Bildungsangebot festlegten. In diesem Durchgang entschieden sich die Studierende für folgende Themen:

1) Transparente Solarzellen – ein Escape-Room
2) Experimente zum Verhalten von Mikroplastik in Meeresströmungen
3) Sternenbeobachtung mit selbstgebautem Fernrohr
4) Experimente zu Mechanismen der Sternenentwicklung
5) Modelle für das Eis-Albedo-Feedback experimentell kennenlernen
6) Untersuchung von mobilen Windenergiesystemen im selbst gebauten Windkanal

Nach der Festlegung der Gruppen und Themen wurde in der Vorlesung das Modell der Didaktischen Rekonstruktion besprochen, das gewissermaßen den Rahmen und auch eine Strukturierung für die einzelnen Prozesse des forschenden Lernens der Studierenden darstellt. Für die Studierenden bestand im Vorlesungsteil die Aufgabe, ihren Zwischenstand – also ihre bisherigen Leistungen und auch ihre aktuellen Baustellen – entlang dieser Struktur regelmäßig zu vorab festgelegten Terminen im Vortrag zu präsentieren und in einem anschließenden kleinen Workshop zur Diskussion zu stellen.

Übungsteil
Der Übungsteil widmete sich der fokussierten Betreuung der Einzelgruppen. Außerdem war im Zeitkontigent der Übung die Entwicklung ihrer (experimentellen) Bildungsangebote, deren Durchführung mit Kindern/Jugendlichen in den Räumlichkeiten der Universität sowie die Vorbereitung ihrer Forschung und die Auswertung diesbezüglicher Daten eingespeist. Im Übungsteil vereinbarten die Studierenden zudem bedarfsorientiert Sprechstunden mit dem Dozierenden: Jede Woche bestand für zwei der insgesamt sechs Gruppen ein Beratungsangebot, um fachdidaktische Forschungs- und Entwicklungs­methoden zu besprechen, die für ihr jeweiliges Projekt und dessen Zielsetzungen geeignet waren oder um – nach der Durchführung der Angebote – die Auswertung ihrer Forschungsdaten und Implikationen für die Weiterentwicklung der Angebote zu besprechen.

Prüfung und Bewertung

Es war notwendig, die Studierenden während der Veranstaltung engmaschig zu begleiten, denn es war nicht trivial, sie in einen Modus des forschenden Lernens zu versetzen. Um Prozesse forschenden Lernens zu forcieren, mussten die Studierenden ihren Arbeitsfortschritt regelmäßig sowohl gegenüber ihren Kommiliton:innen im Vorlesungsteil als auch gegenüber dem Dozie­renden im Übungsteil vorstellen und begründen. Hierbei handelt es sich um eine Studienleistung. Unterstützt wurden die Studierenden da­durch, dass sie zwar im Detail unterschiedliche Bildungsangebote entwickelten und beforschten, der Kon­text der Veranstaltung und der theoretische Rahmen in Form des Modells der Didaktischen Rekonstruktion jedoch für alle Teilgruppen identisch waren, sodass ein Austausch zwischen den Kleingruppen gut möglich war und sie sich gegenseitig helfen konnten.

Als Prüfungsleistung fertigten die Studierenden eine Hausarbeit in Form eines Forschungsberichts an. Hier beschrieben und reflektierten sie ihren durchlaufenen Entwicklungs- und Forschungsprozess. Zur Bewertung ihrer Hausarbeit ist für diesen speziellen Durchgang eigens ein ausführlicher Bewertungsbogen entwickelt worden. Dieser ist in verschiedene Bereiche gegliedert, die von den Studierenden in ihrer Hausarbeit erschlossen werden sollen. Er bildet somit bereits eine mögliche Strukturierung der Hausarbeiten ab. Für jeden Bereich sind obligatorische Fragen formuliert worden, die Bewertungskriterien implizieren und dem Dozierenden helfen, die Hausarbeiten transparent beurteilen zu können. Auf der Grundlage des Bogens wurde für jede Gruppenleistung vom Dozierenden ein Gutachten geschrieben, eine Note errechnet und den Studierenden ausgehändigt. Um die Studierenden zu unterstützen, wurde der Bewertungsbogen bereits zu Beginn der Veranstaltung in Stud.IP hochgeladen und in der Vorlesung besprochen. So hatten die Studierenden die Möglichkeit, aus dem Bewertungsbogen bereits eine Strukturierung für ihre Hausarbeit abzuleiten und sie erfahren zudem, was sie im Laufe ihres Forschungs- und Entwicklungsprozesses zu berücksichtigen haben.

Erfahrungen

In der Veranstaltung zeigte sich, dass es von entscheidender Bedeutung für die Studierenden ist, ihre Zeit gut zu managen, damit wirklich alle geplanten Phasen des forschenden Lernens durchlaufen werden. Für den Dozierenden bedeutet dies, einen Zeitplan mit Phasen zu definieren und auf dessen Einhaltung zu achten. Sehr haben hierbei die Zwischenpräsentationen der Studierenden (Studienleistung) geholfen, da für sie dann klar war, dass sie zu einem bestimmten Zeitpunkt eine bestimmte Phase abgeschlossen haben mussten. Im Nachhinein könnte man im Bereich der „Lernziele“ daher noch den Aspekt des Zeitmanagements ergänzen, was in jedem Forschungsprozess eine wichtige Rolle spielt. Denn es tritt bei dieser Form der Veranstaltung immer wieder das Phänomen auf, dass sich die Studierenden stark auf die Entwicklung ihrer Angebote konzentrieren und hier viel Zeit investieren, weil ihnen bewusst ist, dass zu einem ganz bestimmten Termin Kinder/Jugendliche in die Universität kommen und ein Angebot in Anspruch nehmen möchten. Die Furcht mit leeren Händen dazustehen, lenkt den Fokus auf die Angebotsentwicklung. Diesbezügliche Prozesse forschenden Lernens zur fachlichen Klärung der Inhalte, Erhebung von Vorstellungen und Vorwissen sowie zur didaktischen Strukturierung der Angebote werden demnach mit viel Elan betrieben. Allerdings verlieren die Studierenden dadurch häufig die Beforschung ihres Angebotes insofern aus den Augen, als sie viel weniger Zeit in die Forschung in­vestieren. Mit Blick auf diese Problematik hat es sich als hilfreich erwiesen, in den Kleingruppen Arbeitsschwerpunkte festzulegen: So sollten sich in den Kleingruppen explizit je zwei Personen für die Entwicklung und zwei Personen für die Beforschung der Angebote verantwortlich zeichnen. Dadurch sind klare Zuständigkeiten gegeben.

Insgesamt war die Umsetzung der Veranstaltung in dieser Form zwar recht aufwendig, aber auch lohnenswert. Wie die Evaluationsergebnisse zeigten, waren die Studierenden mit dem Veranstaltungsformat sehr zufrieden. Allerdings ist an dieser Stelle anzumerken, dass eine Umsetzung des Moduls in der hier beschriebenen Form mit Bordmitteln nicht möglich gewesen wäre. Wir waren nämlich insofern auf die Unterstützung von forschen@studium angewiesen, als wir dadurch Tutor:innen einstellen konnten, die Werbematerialien für die Bildungsangebote der Studierenden entwickelten und an die Schulen schickten. Ihnen oblag es auch, Termine für die Besuche der Kinder/Jugendlichen an der Universität zu koordinieren. Ohne diese Unterstützung wäre das Modul zu aufwendig geworden und hätte in dieser Form nicht durchgeführt werden können. Insofern bin ich den Tutoren Linus Harting und Jannis Memmen zu großem Dank verpflichtet! Darüber hinaus wurde die Unterstützung durch forschen@studium eingesetzt, um Verbrauchsmaterialien für die Bildungsangebote der Studierenden anzuschaffen. Denn natürlich sind die Angebote im Bereich Physik experimenteller Natur, was kleinere Anschaf­fungen bedingt, durch die von den Studierenden neue Experimente entwickelt, erprobt und in das Angebot implementiert werden können.

Literatur

Bleichroth, W. (1991). Elementarisierung, das Kern-stück der Unterrichtsvorbereitung. Naturwissenschaft im Unterricht. Physik, 2(6), 4-11.

Bliesmer, K. (2020). Physik der Küste für außerschulische Lernorte. Eine Didaktische Rekonstruktion. Logos.

Bliesmer, K. & Komorek, M. (2023). Mit dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion fachdidaktische Denkweisen, Arbeitsweisen und Haltung kommunizieren. In K. Bliesmer & M. Komorek (Hrsg.),
Didaktische Rekonstruktion. Fachdidaktischer Ansatz für aktuelle Bildungsaufgaben (S. 25-42). BIS-Verlag.

Breidenstein, G. (2012). Ethnografisches Beobachten. In H. de Boer & S. Reh (Hrsg.), Beobachtung in der Schule – Beobachten lernen (S. 27-44). Springer VS.

Duit, R., Gropengießer H., Kattmann U., Komorek, M. & Parchmann, I. (2012). The Model of Educational Reconstruction – a Framework for improving Teaching and Learning Science. In: D. Jorde & J. Dillon (Hrsg.), Science Education Research and Practice in Europe. Retrospective and Prospective (S. 13-37). Sense Publishers.

Fichten, W. (2010): Forschendes Lernen in der Lehrerbildung. In U. Eberhardt (Hrsg.), Neue Impulse in der Hochschuldidaktik (S. 127-182). VS Verlag für Sozialwissenschaften.

Kuckartz, U. (2018). Qualitative Inhaltsanalyse. Methoden, Praxis, Computerunterstützung. Beltz Juventa.

Komorek, M., Bliesmer, K., Richter, C. & Sajons, C. (im Druck). Modell adaptiv-zyklischen Forschenden Lernens für die Professionalisierung angehender Physiklehrkräfte. In H. Rautenstrauch (Hrsg.),
Forschendes Lernen in der Universität – Ein fach- und fachrichtungsbezogener Blick auf die Lehrkräftebildung. Europa-Universität Flensburg.

Niebert, K. & Gropengießer, H. (2013). Leitfadengestützte Interviews. In D. Krüger, I. Parchmann & H. Schecker (Hrsg.), Methoden in der naturwissenschaftsdidaktischen Forschung (121-132). Springer Spektrum.