Fachdidakische Forschung im Bereich Biologie

Projektleitung: Prof*in Dr. Gela Preisfeld & Dr. Nadine Domröse

Mitarbeiterin: Laura Heimlich

Laufzeit: 04/2024 bis 03/2026

Forschung

In diesem Projekt wird im Design-Thinking Prozess ein innovatives Kurskonzept entwickelt und umgesetzt, bei dem mittels kollaborativen Arbeitens, freien Forschens und selbstgesteuerten Lernens eine vielschichtige Auseinandersetzung mit dem Thema Biodiversität angestoßen wird. Auf diese Weise soll der Kurs der auch bei Studierenden zu beobachtenden abnehmenden Artenkenntnis und dem sinkenden Interesse an der Natur entgegenwirken und einen Beitrag dazu leisten, ihre Problemlösekompetenz zu stärken und ihre Handlungsbereitschaft zu fördern. Die Wirksamkeit wird in einem Mixed-Method Ansatz evaluiert.

Infos zur Lehrveranstaltung

Im Projektkurs „Kollaborativ Biodiversität erleben“ steht freies Forschen im Feld und eine selbstgesteuerte Ausgestaltung des Forschungsvorhabens im Mittelpunkt, um eine vielschichtige Auseinandersetzung mit Biodiversität, Nachhaltigkeit und Artenkenntnis zu ermöglichen.

Die Studierenden können sich in kollaborativer Gruppenarbeit ein Habitat überlegen (z. B. einen Teich), an dem sie forschen wollen. Anschließend können sie sich ein Thema, eine Fragestellung, Hypothesen und eine Methodik selbstständig erarbeiten und in dem gewählten Habitat anwenden. Die Forschungsvorhaben werden zunächst im innovativ ausgestatteten Co-Working Lernraum CoBioHub vorgestellt und durch das Feedback der anderen Kursteilnehmenden und der Dozierenden reflektiert. Anschließend gehen die Gruppen für einen Zeitraum von 3 bis 4 Wochen ins Feld, um ihr Forschungsvorhaben durchzuführen und um Daten zu sammeln. Die Ergebnisse werden auf einer digitalen interaktiven Karte zusammengetragen, im Kurs präsentiert und lösungsorientiert auf Grundlage der identifizierten Zusammenhänge und Wechselwirkungen innerhalb des Ökosystems diskutiert. Auf diese Weise reflektieren die Studierenden u. a. die Relevanz der Organismen für die Natur.

Bildungsungleichheiten reduzieren, Forschungsinteresse steigern

Projektleitung: Prof'in Dr. Gela Preisfeld

Projektkoordination: Mulku Said

Nicht erst seit Beginn der Corona-Pandemie zeigt sich deutlich, wie stark Bildungschancen an soziale Faktoren gekoppelt sind. So sind oftmals regionale Unterschiede sichtbar, wenn z.B. Lernende aus dem ländlichen Raum von außerschulischen Angeboten, die eher in Städten angesiedelt sind und lange Anfahrtszeiten bedingen, nicht angesprochen werden. Die hohe Gegenwarts- und Zukunftsrelevanz einer praxisorientierten Bildung in mathematisch-informatischen, naturwissenschaftlichen und technischen Fächern (MINT)
fordert es, dieser Problematik entgegenzuwirken und außerschulische Lernangebote in den ländlichen Raum zu transferieren. Wie weckt man nun das Interesse an MINT-Inhalten bei Jugendlichen aus dem ländlichen Raum und stärkt ihre Fähigkeit, ein eigenes Forschungsprojekt im Bereich Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) zu planen, durchzuführen und vorzustellen?

Kinder und Jugendliche als Forscher*innen im Blended Learning Format

Den Ausgangspunkt bilden Bildungsformate im Citizen Science-Ansatz, deren hochaktuelle Inhalte die Jugendlichen auf ein Leben in einer sich schnell verändernden Welt vorbereiten. Im Kurs Insekten-Akademie: Ein Forschungsprojekt vor Eurer Haustür sollen insbesondere Lernende aus bildungsfernen und Familien mit Migrationshintergrund sowie Mädchen gefördert werden, um auch diese in der MINT- und digitalen Bildung verstärkt zu erreichen und positive Selbstkonzepte aufzubauen. Charakteristisch für die Insektenakademie ist die hybride Kombination aus Präsenzsitzungen mit Phasen des asynchronen Lernens. Die von Bechtle für das Projektvorhaben geschaffene Plattform ermöglicht nicht allein die Kommunikation und den Datenaustausch: Die Ergebnisse der Kurse werden auf einer der Allgemeinheit zur Verfügung stehenden Karte des Bergischen Städtedreiecks präsentiert, in der z.B. Aspekte wie Artenvorkommen festgehalten werden. Die Bechtle GmbH stellt den jeweiligen Kursteilnehmer*innen während der Kurslaufzeit digitale Endgeräte zur Verfügung. Somit können die Lernenden selbst zu Forscherinnen werden.

Kooperation im Bergischen Land

Das vom BMBF geförderte Verbund-Projekt findet als Kooperation zwischen dem Lehrstuhl Biologie und ihre Didaktik – Zoologie (Bergische Universität, Prof’in Dr. Gela Preisfeld), der Junior Uni Wuppertal und dem Bechtle IT-Systemhaus Solingen statt.
Während die Junior Uni die Umsetzung der Kurse vorantreibt, stellt das IT-Unternehmen Bechtle die dazu notwendige IT-Infrastruktur. Die Universität Wuppertal übernimmt die Konzeption und Koordination des Gesamtprojekts sowie die Durchführung der Kurse und den Aufbau eines regionalen MINT-Clusters.

Projektleitung: Prof'in Dr. Gela Preisfeld & Dr. Nadine Domröse

Projekt-basiertes Lernen im Lehr-Lernlabor BeLL Bio für Studierende der Biologie

In unserem Schülerlabor Bell Bio (Bergisches Lern-Lehr-Labor Biologie) erheben wir die Experimentierfähigkeit von Schülerinnen und Schülern, die für Kurse zu aktuellen Themen in die Universität kommen. Gleichzeitig können Studierende der Biologie hier erste Lehrerfahrungen machen und fachdidaktische Forschungsfragen bearbeiten.

Biologieunterricht, insbesondere Experimentalunterricht, stellt hohe Anforderungen an die Fachlichkeit und Expertise der Lehrkraft. Neben fundiertem Fachwissen und fachdidaktischem Wissen, welche sich als theoretisch-formales Wissen beschreiben lassen, ist auch ein praktisches Wissen und Können erforderlich, um in Unterrichtssituationen schnell und flexibel entscheiden und professionell handeln zu können (Baumert und Kunter 2006). Expertenhandeln ist gekennzeichnet durch eine besondere Dynamik in der Verbindung von Wissen und Handeln, die sich bereichsspezifisch entwickelt und auf der Ausbildung von kategorialem und metakognitivem Wissen durch Reflexion basiert (Roters 2012).

Das Ziel dieses Projektes liegt in der Steigerung der professionellen Handlungskompetenz von Studierenden des Lehramts Biologie über Lerngelegenheiten zur Anwendung und Reflexion ihres Professionswissens (Baumert und Kunter 2006).

Die Studierenden erhalten dabei die Möglichkeit, ihr theoretisch erworbenes Professionswissen (Baumert und Kunter 2006) in Experimentiersituationen mit Schulklassen im Bergischen Lehr-Lern-Labor (BeLL Bio) praktisch anzuwenden. Neben einer theoriegeleiteten Selbsteinschätzung ihres Betreuerhandelns im Labor erhalten sie strukturiertes Feedback von Kommilitoninnen und Kommilitonen sowie von den betreuten Schülerinnen und Schülern. Im Abgleich dieser Einschätzungen untereinander können neue Informationen über die eigene professionelle Handlungskompetenz in Experimentiersituationen mit Schülerinnen und Schülern gewonnen werden, neue Perspektiven generiert und eingenommen werden und so Reflexionsanlässe für die Studierenden geschaffen werden.

Zugleich beinhaltet das Projekt einen Perspektivwechsel, indem die Studierenden sowohl die Rolle des Lehrenden einnehmen und reflektieren, als auch die Kursbetreuung eines Mitstudierenden theoriegeleitet beobachten und damit als critical friend die Rolle des fachdidaktisch Forschenden einnehmen und ihre diagnostische Kompetenz schulen.

Die an das Projekt geknüpfte Forschung erhebt die Lernwirksamkeit in Bezug auf Fachwissen, fachdidaktische Kenntnisse und fachdidaktisch reflexive Fertigkeiten.

Projektleitung: Prof'in Dr. Gela Preisfeld & M. Ed. Debora Westerholt

Bilinguale Forschung

Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt ist das Bilinguale Lernen (Deutsch/Englisch). Hier untersuchen wir den kognitiven Lernerfolg, aber auch den Einfluss der Fach- und Fremdsprache auf die Leistungen und die Motivation der Schüler/innen.

Projektleitung: Prof'in Dr. Gela Preisfeld, Prof. Dr. Michael Tausch & Dr. Nadine Franken

Planung und Reflexion des Experimentalunterrichts von Praxissemesterstudierenden der Fächer Biologie und Chemie

Für den Experimentalunterricht in den Fächern Biologie und Chemie steht zu diversen Themen eine Vielzahl an Experimenten zur Verfügung, die sich jeweils auf verschiedene Weise im didaktisch-methodischen Konzept einer Unterrichtsstunde verorten lassen (vgl. Pfeifer, Lutz & Bader 2002). Bereits im Rahmen der Planung des Experimentalunterrichts werden u.a. Entscheidungen darüber getroffen, welche fachlichen Inhalte mit einem Experiment akzentuiert, welche Kompetenzen – insbesondere vor dem Hintergrund von Schülerkognitionen – gefordert und gefördert und wie folglich fachliche sowie fachmethodische Inhalte im Unterrichtsverlauf angeordnet werden sollen. Im Praxissemester, welches in Nordrhein-Westfalen in die universitäre Lehrerbildung integriert wurde, werden diese Entscheidungen bereits von Studierenden getroffen, da sie Phasen von (Experimental-) Unterricht bis hin zu vollständigen Unterrichtssequenzen planen, durchführen und reflektieren sollen (MSW 2010). Das Praxissemester bietet Studierenden somit schon in der universitären Ausbildung die Möglichkeit, im Studium erworbenes biologisches bzw. chemisches Fachwissen, fachdidaktisches und pädagogisches Wissen (vgl. Baumert & Kunter 2011) in der Praxis anzuwenden. Eine Intention des Praxissemesters ist in der Folge die Verzahnung von Theorie und Praxis. In der Vergangenheit hat sich jedoch herausgestellt, dass Studierende teilweise Schwierigkeiten bei der Übertragung theoretischen Wissens in die Praxis haben (vgl. Wischmann & Elster 2011). Um dieser Herausforderung zu begegnen, sollen Reflexionsanlässe in der universitären Vorbereitung und schulpraktischen Begleitung des Praxissemesters geschaffen werden, da angenommen wird, dass die Reflexion eine wesentliche Rolle bei der Verzahnung von Theorie und Praxis spielen kann (vgl. Leonhard, Nagel, Rihm, Strittmatter-Haubold & Wengert-Richter 2010; Abels 2011; Wischmann & Elster 2011).

Der Forschungsschwerpunkt der Studie liegt auf der Untersuchung des geplanten Experimentalunterrichts der Studierenden. Dabei soll u.a. den Fragen nachgegangen werden, wie die Unterrichtsplanung von Studierenden strukturiert ist, welches theoretisch-reflexive Wissen – insbesondere der Bereiche biologisches bzw. chemisches Fachwissen, fachdidaktisches und pädagogisches Wissen (Baumert & Kunter 2011; Wischmann & Elster 2011) – angewendet und welches Reflexionsniveau (Hatton & Smith 1995; Wischmann & Elster 2011; Abels 2011) bei der Planung und Reflexion von Experimentalunterricht erreicht wird.

Im Rahmen der Studie werden Lehramtsstudierende der Fächer Biologie und Chemie während ihres Vorbereitungsseminars an der Hochschule sowie im schulpraktischen Teil des Praxissemesters begleitet.

Für die empirische Erhebung der Daten im universitären Vorbereitungsseminar zum Praxissemester planen Studierende im Rahmen einer Unterrichtssimulation „Experimentalunterricht“ zunächst eine Erarbeitungsphase des Experimentalunterrichts in Anlehnung an die curricularen Vorgaben ihrer Schulform. Die Simulation besteht aus drei Reflexionsphasen (Reflexion vor der Planung, Planungsphase, Reflexion nach Abschluss der Planung und Durchführung von Experimenten im Stationsbetrieb) und einer Durchführung der Experimente im Stationsbetrieb. Für die Datenerhebung im schulpraktischen Teil des Praxissemesters werden die Studierenden an ihren Praktikumsschulen begleitet, indem eine von ihnen geplante Experimentalunterrichtsstunde besucht wird. Die Reflexion findet nach der Planung und Durchführung des geplanten Experimentalunterrichts statt.

Für die Datenauswertung liegen schriftliche Unterrichtsskizzen, transkribierte Planungsgespräche zur Experimentierstation und Interviews aus dem Vorbereitungsseminar sowie verschriftlichte Unterrichtsskizzen und transkribierte Interviews aus dem besuchten Experimentalunterricht an den Praktikumsschulen der Studierenden vor. Diese Daten sollen entsprechend der qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring (2015) untersucht und explizit die Reflexionsbreite und –tiefe (Wischmann & Elster 2011; Abels 2011) bei der Planung und Reflexion von Experimentalunterricht untersucht werden.

In der Begleitforschung werden zudem das experimentbezogene Fähigkeitsselbstkonzept (vgl. Schreiber et al. 2009; Damerau 2012) sowie die biologie- und chemiedidaktischen Selbstwirksamkeitserwartungen – insbesondere von geplantem Experimentalunterricht – (vgl. Meinhardt et al. 2012) von Studierenden im Verlauf des Praxissemesters erfasst.

Projektleitung: Prof*in Dr. Gela Preisfeld

Curriculare Unterrichtsforschung

Wir entwickeln Unterrichtsmaterialien für alle Schulstufen anhand aktueller Forschungsergebnisse mit einem besonderen Schwerpunkt auf das Experimentieren. Sowohl der Unterricht als auch verschiedene motivationale Aspekte der Lernenden werden dabei erhoben.

Lehrerprofessionswissen

In drei Projekten beschäftigen wir uns mit verschiedenen Aspekten des Lehrerprofessionswissens (vgl. Baumert & Kunter 2006). Unsere Leitfrage lautet: Fördert Experimentieren (bzw. die Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten) die Fachlichkeit der Studierenden in den Fächern Biologie, Chemie und Sachunterricht?