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Kompetenzentwicklung Materie

Die Entwicklung der Kompetenz im Umgang mit dem Materiekonzept

Ein Ziel naturwissenschaftlichen Unterrichts ist die Förderung naturwissenschaftlicher Grundbildung. Basiskonzepte sollen dabei helfen, die Fülle von bereits vorhandenen und stets neu hinzukommenden naturwissenschaftlichen Erkenntnissen zu strukturieren. Die naturwissenschaftsdidaktische Forschung zeigt jedoch, dass Schülerinnen und Schüler Schwierigkeiten im Verständnis naturwissenschaftlicher Konzepte aufweisen. Um Verständnis sukzessive entwickeln zu können, werden Rahmenmodelle benötigt, in den beschrieben wird, wie dieser sukzessive Aufbau gelingen kann und wie Schülerinnen und Schüler bei der Entwicklung ihres Verständnisses unterstützt werden können. Die Entwicklung und empirische Validierung eines solchen Rahmenmodells ist Ziel dieses Projekts.

Das Kompetenzentwicklungsmodell

Eilks und Möllering [1] betrachten den diskontinuierlichen Aufbau von Materie als so genanntes Schlüsselkonzept der modernen Naturwissenschaften. Eine (definitorische) Eigenschaft von Schlüsselkonzepten ist die Eignung, viele verschiedene Phänomene erklären und miteinander verbinden zu können. Das Verständnis solcher Schlüsselkonzepte soll Schülerinnen und Schüler befähigen, die sich schnell wandelnde Welt des 21. Jahrhundert zu verstehen und eine aktive Rolle in der Gestaltung dieser Welt einnehmen zu können. Diesem Ziel verschreiben sich auch die 2005 eingeführten Bildungsstandards für den Mittleren Schulabschluss in den naturwissenschaftlichen Fächern. Die Rolle von Schlüsselkonzepten übernehmen dort so genannte Basiskonzepte. Materie wird in den Bildungsstandards für das Fach Chemie dabei gleich durch vier Basiskonzepte (Stoff-Teilchen-Beziehung, Struktur-Eigenschafts-Beziehung, chemische Reaktion und energetische Betrachtung bei Stoffumwandlungen) zu unterschiedlichen Anteilen beschrieben. In den Bildungsstandards für das Fach Physik wird Materie selbst als ein Basiskonzept benannt. Materie wird hier also je nach Fach unterschiedlich differenziert betrachtet. Eine Strukturierung des Materiekonzepts über die naturwissenschaftlichen Fächer hinweg wird im Atlas of Scientific Literacy der American Association for the Advancement of the Sciences (AAAS) vorgeschlagen [2]. Diese Strukturierung unterscheidet vier Aspekte des Materiekonzepts: Struktur und Zusammensetzung, physikalische Eigenschaften und Veränderungen, chemische Reaktionen und Erhaltung. Sie ist geeignet, die Verbindung zwischen den unterschiedlichen in den Bildungsstandards der Fächer Chemie und Physik vertretenen Sichtweisen herzustellen und damit die Grundlage für ein stärkeres Zusammenwirken der Fächer Chemie und Physik bei der Entwicklung des Verständnisses des Materiekonzepts zu bilden. Voraussetzung dafür ist ein Modell, das auf Grundlage dieser Strukturierung den Referenzrahmen für die Beschreibung und Entwicklung des Verständnisses des Materiekonzepts bildet. Bezogen auf einzelne Aspekte dieser Strukturierung wurde die Entwicklung des Verständnisses bereits untersucht (vgl. u.a. für Struktur und Zusammensetzung [3], physikalische Eigenschaften und Veränderungen [4], chemische Reaktionen [5], Erhaltung [6]). Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Modell vorgestellt, das die Entwicklung des Verständnisses im Umgang mit dem Materiekonzept unter Berücksichtigung aller Aspekte beschreibt. D.h. es geht nicht nur um ein Verständnis von Struktur und Zusammensetzung von Materie, sondern auch um die Fähigkeit dieses Wissen mit dem Wissen z.B. über chemische Eigenschaften und Veränderungen zu vernetzen, um alltägliche Phänomene naturwissenschaftlich korrekt erklären zu können.


Erfassung von Verständnis

Um das beschriebene Kompetenzmodell empirisch überprüfen zu können, wird in der Regel eine große Zahl Aufgaben benötigt. Während sich Multiple-Choice-Aufgaben sehr effizient auswerten lassen, gelingt es oftmals nicht, das Verständnis von Schülerinnen und Schülern so differenziert wie in Interviews oder offen formulierten Aufgaben zu erfassen. In diesem Zusammenhang schlagen Briggs et al. [7] einen Aufgabentyp vor, den sie als Ordered Multiple Choice (OMC) bezeichnen. Mit diesem Aufgabentyp können in einer Aufgabe mehrere Stufen im Sinne unterscheidbarer, hierarchisch geordneter Ausprägungen einer latenten Fähigkeit (in diesem Fall Verständnis vom Materiekonzept) erfasst werden. Alle Antwortoptionen einer OMC Aufgabe bilden bestimmte Verständnisniveaus ab, wobei die Verständnisniveaus, die von den Distraktoren abgebildet werden unterhalb des Verständnisniveaus liegen, das durch den Attraktor abgebildet wird. Auf diese Art und Weise kann neben der Information, ob eine Aufgabe richtig oder falsch beantwortet wurde, zusätzlich eine Information darüber gewonnen werden, über welches Verständnisniveau eine Schülerin bzw. ein Schüler verfügt. Im Vergleich zu herkömmlichen Multiple-Choice-Aufgaben kann damit bei gleicher Effizienz mehr diagnostische Information gewonnen werden [7]. Eine Studie von Alonzo und Steedle [8], in der OMC Aufgaben eingesetzt wurden, zeigt, dass diese das Verständnis, das Schülerinnen und Schüler in offenen Interviews bezogen auf das Konzept "force and motion" zum Ausdruck brachten, besser abbildeten als offene Aufgaben. Es scheint, dass OMC Aufgaben damit ähnlich wie Interviews geeignet sind, das Verständnis von Schülerinnen und Schülern detailliert zu erfassen (vgl. [9]). Im Rahmen dieses Projekts soll unter anderem erprobt werden, ob sich dieser Aufgabentyp auch für die Erfassung des Verständnisses im Umgang mit dem Materiekonzept eignet.



Kontaktinformationen

Knut Neumann
Tel.: +49-(0)431-880-3103
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Jan Christoph Hadenfeldt
Tel.: +49-(0)431-880-2984
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Literatur
Eilks, I.; Möllering, J.: Neue Wege zu einem fächerübergreifenden Verständnis des Teilchenkonzepts. MNU 54/4 (2001), S. 240-247
American Association for the Advancement of Science (AAAS): Atlas of scientific literacy. Washington DC (2001), American Association for the Advancement of Science, Inc.
Johnson, P.: Children's understanding of changes of state involving the gas state. International Journal of Science Education 20/5 (1998), S. 567-583
Krnel, D.; Watson, R.; Glazar, S.: Survey of research related to the development of the concept of 'matter'. International Journal of Science Education 20/3 (1998), S. 257-289
S. Bernholt; I. Parchmann; M. L. Commons: Kompetenzmodellierung zwischen Forschung und Unterrichtspraxis. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften 15 (2009), S. 217-243
Haidar, A. H.: Prospective chemistry teachers' conceptions of the conservation of matter and related concepts. Journal of Research in Science Teaching, 34/2 (1997): S. 181-197
Briggs, D. C., Alonzo, A. C., Schwab, C., & Wilson, M. (2006). Diagnostic Assessment With Ordered Multiple-Choice Items. Educational Assessment, 11(1), 33-63.
Alonzo, A. C., & Steedle, J. T. (2009). Developing and assessing a force and motion learning progression. Science Education, 93(3), 389-421.
Steedle, J. T., & Shavelson, R. J. (2009). Supporting valid interpretations of learning progression level diagnoses. Journal of research in science teaching, 46(6), 699-715.