Modellierung und Erfassung von Kompetenzen naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung bei (Lehramts-)Studierenden im Fach Physik

Abstract

Im Rahmen der Einführung der Bachelor- und Masterstruktur in den Deutschen Universitäten wurde eine Kompetenzorientierung der Studiengänge etabliert. Entsprechend wird auch für das Lehramts- und Fachstudium der Physik eine auf den Kompetenzerwerb ausgerichtete Lehre eingefordert. Zur Kontrolle des Erfolges der Kompetenzförderung im Rahmen des Studiums bedarf es fachdidaktisch und psychologisch fundierter Messinstrumente, die bislang aber noch fehlen (Zlatkin-Troitschanskaia & Kuhn, 2010). Im Projekt „Ko-WADiS“, in dessen Rahmen diese Dissertation angesiedelt ist, wurde ein Kompetenztest zur Naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung entwickelt. Erkenntnisgewinnung wird dabei als ein komplexer Problemlöseprozess im Sinne des Scientific Reasoning angesehen. Auf Grundlage dieser theoretischen Überlegungen wurde zunächst ein Kompetenzmodell mit den beiden Dimensionen „Naturwissenschaftliche Untersuchungen“ (Mayer, 2007) und „Modelle Nutzen“ (Upmeier zu Belzen & Krüger, 2010) adaptiert. Auf Basis dieses Kompetenzmodells wurden Items generiert, pilotiert und schließlich in einer querschnittlichen Untersuchung bei Studierenden der Physik eingesetzt. In dieser Dissertation werden die theoretischen Grundlagen, die schließlich in das Kompetenzmodell münden, dargestellt. Dabei wird auf wissenschaftstheoretische Betrachtungen der Erkenntnisgewinnung genauso wie auf kognitionswissenschaftliche Modelle Bezug genommen. Anhand von Beispielen wird die Konstruktion der Physikitems beschrieben. Die Testgüte, die durch verschiedene Verfahren abgesichert wird, wird ebenfalls diskutiert. Auf Grundlage der empirischen Ergebnisse zeigt sich die beste Passung eines eindimensionalen Modells. Auf Basis dieses Modells wurden weitere Analysen vorgenommen. Hierbei wird deutlich, dass erwartungskonform Masterstudierende einen höheren Kompetenzstand als Bachelorstudierende haben. Gleichzeitig gibt es Evidenz für einen signifikanten Vorteil der Fachstudierenden im Vergleich zu den Lehramtsstudierenden. Weiterhin zeigt sich, dass männliche Studierende einen leichten Vorteil vor weiblichen Studierenden haben. Keine Vorteile zeigen sich hingegen für Lehramtsstudierende mit einem weiteren naturwissenschaftlichen Fach. Die Ergebnisse werden ausführlich diskutiert und Desiderate für weitere Forschungsprojekte werden formuliert.

Since the conversion of the European and German university system, an orientation on competences was established. Therefore competence orientated studies are also demanded for physicists and for pre-service physics teachers. The success of this paradigm change needs to be evaluated. For this purpose psychological and didactical proven competence tests are necessary. However, these instruments have not been developed yet (Zlatkin-Troitschanskaia & Kuhn, 2010). This dissertation is evolved within the project “Ko-WADiS”. In this project, a competence test for the processes of scientific inquiry has been developed. Inquiry is viewed as a complex problem solving process and is operationalized as scientific reasoning. Based on these theoretical considerations, a competence model was adapted. The competence model consists of two dimensions “investigations” (Mayer, 2007) and “using models” (Upmeier zu Belzen & Krüger, 2010). On this basis, a paper-and-pencil-test was developed. It was applied in a cross-sectional-study in order to investigate the competences of pre-service physics teachers and physics students. In this dissertation, the theoretical background which leads to the model of competence is presented. Thereby different concepts of scientific inquiry (philosophy of science, cognitive science) are mentioned. The construction of the items is illustrated on different examples. The validity of this test is also discussed. Empirical findings show a one dimensional model fits the data best. On the basis of a one dimensional model further analysis were carried out. As expected, students in the master degree program outperform students in the bachelor degree program. Physics students outperform pre-service physics teacher; moreover, there is evidence male students slightly outperform female students. In contrast, there is no evidence for an advantage of pre-service physics teachers with a second scientific subject (biology or chemistry) compared to pre-service teachers who study physics in combination with another subject (e.g. languages or social sciences). The findings are discussed and implications for further investigations are formulated.