Fachdidakische Forschung im Bereich Biologie

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

Mitarbeiterin: Laura Heimlich

Laufzeit der Förderung: 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.

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.

Im Rahmen des Projekts „Kollaborativ Biodiversität erleben“ fand in der ersten Herbstferienwoche der Workshop „Forschungswerkstatt Artenvielfalt“ statt. Naturinteressierte Schüler*innen der 9. Klasse bis zur Einführungsphase aus verschiedenen Schulen des Bergischen Landes wurden dabei selbst zu jungen Forscher*innen. In vier Forschungsgruppen, welche von Studierenden betreut wurden, die im Rahmen des Workshops ihre Abschlussarbeiten schreiben, beschäftigten sich die Teilnehmenden mit unterschiedlichen Themen: heimische Vogelarten, das Leben im Totholz, Wasserlebewesen im Bach sowie Insekten und Bodenorganismen.

Nach einer theoretischen Einführung zum wissenschaftlichen Arbeiten durch die Studierenden ging es hinaus ins Gelände rund um die Campusstandorte Grifflenberg und Freudenberg sowie an den Bach Ostersiepen. Dort führten die Schüler*innen eigene Untersuchungen durch, bei denen sie Vögel beobachteten, Insekten, Boden- und Wasserorganismen sammelten und bestimmten sowie ausgewählte Arten unter dem Binokular betrachteten. Neben biologischen Methoden kamen auch chemische Verfahren zum Einsatz, wie etwa die Messung des pH-Werts, um die Gewässergüte des Ostersiepen zu ermitteln. Am letzten Tag werteten die Schüler*innen gemeinsam mit den Studierenden ihre Ergebnisse aus, präsentierten sie den anderen Gruppen und diskutierten anschließend mögliche Lösungsstrategien zum Schutz und zur Förderung der Artenvielfalt sowie Ideen für biodiversere Habitat- und Biotopgestaltungen. 

Der Workshop orientierte sich inhaltlich und methodisch am parallel laufenden Projektmodul für Studierende und bot den Teilnehmenden einen authentischen Einblick in wissenschaftliches Arbeiten und gab ihnen die Möglichkeit, ganz im Sinne des Projekts, Biodiversität gemeinsam zu erleben und zu erforschen.

Was passiert, wenn man Schüler*innen echte Forschungsfragen an die Hand gibt und sie einfach machen lässt? Das durfte ich in den Herbstferien 2025 hautnah erleben. Im Rahmen meiner Abschlussarbeit begleitete ich drei Schüler einer Gesamtschule als Betreuerin der Forschungsgruppe „Ökosystem Bach", als Teil des viertägigen Workshops „Forschungswerkstatt Artenvielfalt", der aus dem Projekt „Kollaborativ Biodiversität erleben“ (KollaBio) des Lehrstuhls für Biologie und ihre Didaktik / Zoologie hervorgegangen ist.

Der Schüler*innenworkshop ist aus dem Projektkurs KollaBio für Studierende der Biologie entstanden, in dem uns Studierenden die Möglichkeit gegeben wird, eigenständig zu selbstgewählten Biodiversitätsfragen zu forschen und dabei den naturwissenschaftlichen Erkenntnisweg zu beschreiten, um die Bedeutung der Biodiversität sowie die eigene Verantwortung für den Erhalt dieser Lebensgrundlage zu erkennen. Da viele von uns den Beruf als Lehrkraft anstreben und damit zukünftig als Multiplikator*innen für den Biodiversitätsschutz wirken können, ermöglichte der Workshop „Forschungswerkstatt Artenvielfalt" uns Studierenden einen Rollenwechsel zu durchlaufen. Anstatt eigenständig zu forschen, haben wir als Studierende eine Lerneinheit konzipiert und umgesetzt, in dessen Mittelpunkt das forschende Lernen der Schüler*innen in der Natur steht.

Dreizehn Jugendliche der Klassen 8 bis zur Einführungsphase nahmen insgesamt an dem Workshop teil. Es gab vier Forschungsgruppen mit den Schwerpunkten: Bach, heimische Vogelarten, das Leben im Totholz sowie Insekten und Bodenorganismen. Die Forschergruppe Bach bestand schließlich aus drei Schülern und mir. Am ersten Tag haben wir uns mit der Planung und dem theoretischen Aufbau unserer Forschung beschäftigt, dabei war ich bereits überrascht, wie viel Vorwissen die Schüler zur naturwissenschaftlichen Arbeitsweise mitbrachten. Schon am ersten Tag waren das Interesse und die Motivation der Schüler sehr hoch und sie haben bereits bei dem theoretischen Teil des Workshops geäußert: „Das macht echt Spaß!“ und „Dafür hat sich das frühe Aufstehen gelohnt.“ Dadurch fiel mir das frühe Aufstehen am nächsten Tag auch direkt leichter! 

Die nächsten zwei Tage verbrachte die Forschungsgruppe, die aus drei Jungs und mir bestand, am Bach. Hier haben sich die Schüler voller Tatendrang in die praktische Arbeit gestürzt, mussten von mir aber noch einmal an die Methodik und Protokollierung erinnert werden. Ansonsten konnte ich mich zurücknehmen und eine unterstützende Haltung einnehmen. Unterstützen konnte ich insbesondere bei der Bestimmung mithilfe des Bestimmungsschlüssels. Am dritten Tag des Workshops waren die Schüler so routiniert, dass sie bereits vor der Mittagspause ihre Forschungsdaten erhoben hatten, sodass wir uns die Organismen unter dem Binokular anschauen konnten. Dies hat bei den Schülern eine besondere Faszination ausgelöst und die Bestimmung der Tiere erleichtert. Als wir anschließend die Organismen zurück in den Bach brachten, schlugen die Schüler vor, auf dem Rückweg Müll aus dem Gelände mitzunehmen und zu entsorgen. Wir hatten uns schon in den Tagen zuvor darüber aufgeregt, dass in der Nähe des kleinen Bachs sogar ein kaputter Fernseher lag. Ein Schüler hat auf dem Weg zu den Müllcontainern gesagt: „Es fühlt sich nur richtig an, ein bisschen Müll mitzunehmen, nachdem wir den Organismen Stress ausgesetzt haben“. Hier habe ich gemerkt, dass die Schüler ein Bewusstsein und ein Verantwortungsgefühl gegenüber der Natur empfinden. Da ich genau dieses Bewusstsein auch als zukünftige Biologielehrerin stärken möchte, hat mich diese Erkenntnis positiv bestärkt. Ich hatte in den letzten Jahren das Gefühl, der Diskurs um Biodiversitäts- uns Naturschutz verliert seine Dringlichkeit, sodass der Workshop für mich genau richtig war. Die Bedeutung von Biodiversität ist auch am letzten Präsentationstag deutlich geworden, als die Schüler ihre Forschungsergebnisse vorgestellt haben und diese in einen größeren ökologischen Zusammenhang einordnen konnten. 

Für mich war der Workshop insgesamt eine sehr schöne, bereichernde, aber auch lehrreiche Erfahrung. Es hat mein Selbstvertrauen darin gestärkt, Schüler*innen eigenständig arbeiten und forschen zu lassen und sich in der eigenen Rolle auf eine situative Unterstützung zu beschränken. Darüber hinaus nehme ich mit, wie hoch das Interesse der Schüler*innen sein kann, wenn sie echte Forschungsfragen, ein spannendes Gelände und den Raum bekommen, selbst zu forschen. 

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: Dr. Nadine Domröse (domroese[at]uni-wuppertal.de)

In Kooperation mit der Städt. Gesamtschule Uellendahl-Katernberg bieten wir Biologiestudierenden die Möglichkeit, eigenständig naturwissenschaftlichen Unterricht zu entwickeln. Diesen können Sie im Rahmen der AG „Grünes Klassenzimmer“ erproben und anschließend reflektieren, um die eigenen Handlungskompetenzen sowie das Professionswissen zu stärken. Für die Durchführung der AG ist die Einbindung der schuleigenen Naturstation vorgesehen, die eine Vielzahl von Tieren, wie eine Bartagame, Tausendfüßler, Axolotl, eine Königspython und vieles mehr, beherbergt.

Zielgruppe: 

Das Projekt richtet sich insbesondere an Studierende des kombinatorischen B.A. Biologie mit dem Profil HRSGe, die im Rahmen der AG das Modul „Vermittlungswege der Naturwissenschaften“ absolvieren können. Zusätzlich können aber auch andere interessierte Studierende bei der Umsetzung der AG mitwirken und in diesem Zusammenhang ein Projekt für ihre Bachelor- bzw. Masterarbeit umsetzen.

Die AG richtet sich an Schüler*innen der 5. und 6. Jahrgangsstufe, findet i.d.R. montags und mittwochs zwischen 14:00 und 15:30 Uhr statt und läuft immer ein Schulhalbjahr. Genauere Informationen für interessierte Studierende inklusive die Termine der jeweiligen Vorbesprechung werden über das Schwarze Brett der Biologie & Biologiedidaktik auf Moodle (https://moodle.uni-wuppertal.de/course/view.php?id=21191) bekannt gegeben.

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?