Was ist schwierig am Modellieren? Identifikation und Beschreibung von Hindernissen in Modellierungsprozessen von Lehramtsstudierenden naturwissenschaftlicher Fächer

Abstract

Die Entwicklung von Modellkompetenz im naturwissenschaftlichen Unterricht kann potenziell zur Erreichung vielfältiger Ziele naturwissenschaftlicher Bildung beitragen. Studien deuten allerdings darauf hin, dass Modellierungsprozesse, in denen Modelle kritisch reflektiert oder als Werkzeuge zur Erkenntnisgewinnung eingesetzt werden, im Unterricht eher selten umgesetzt werden und dass Lehrkräfte in Bezug auf Fähigkeiten des naturwissenschaftlichen Modellierens weitere Förderung benötigen. Das Ziel der vorliegenden Studie ist die Identifikation und Beschreibung von Hindernissen, die in Modellierungsprozessen von Lehramtsstudierenden naturwissenschaftlicher Fächer auftreten. Hierzu wurden die Modellierungsprozesse von 36 Lehramtsstudierenden naturwissenschaftlicher Fächer bei der Untersuchung einer Blackbox qualitativ-inhaltsanalytisch ausgewertet. Es konnten 13 verschiedene Hinderniskategorien identifiziert und beschrieben werden. Die identifizierten Hinderniskategorien weisen teils Parallelen zum Experimentieren und naturwissenschaftlichen Arbeiten allgemein auf: Spezifische Hinderniskategorien für das Modellieren ergeben sich dagegen beim Umgang mit Analogien und Erfahrungen und treten vor allem beim Testen des entwickelten Modells auf. Basierend auf vorherigen Arbeiten wurden zudem die Modellierungsprozesse der Lehramtsstudierenden analysiert und sechs typischen Modellierungsstrategien zugeordnet. Es scheint kein eindeutiger Zusammenhang zwischen den identifizierten Hindernissen und den Modellierungsstrategien vorzuliegen, da ProbandInnen, die ähnlichen Hindernissen begegnen, sich hinsichtlich ihrer Modellierungsstrategien teils deutlich unterscheiden. Es wird diskutiert, inwiefern die identifizierten Hinderniskategorien für die weitere Entwicklung von Diagnoseinstrumenten und zur gezielten Planung von Förderangeboten genutzt werden können.

The development of modeling competence can potentially support the achievement of diverse goals in science education. However, studies suggest that modeling processes in which models are critically reflected or used as epistemic tools are rarely implemented in educational settings. Other studies propose a need to promote science teachers’ abilities regarding scientific modeling. The present study aims to identify and describe challenges, which pre-service science teachers encounter while modeling. Therefore, the modeling practice of 36 pre-service science teachers engaging in a blackbox activity was analyzed using a qualitative content analytic approach. 13 different challenges were identified and described. Some of the identified challenges show parallels to previously identified challenges related to experimentation and scientific practices in general. In contrast, challenges, which seem to be specific for modeling are related to the use of analogies and occur mostly when the developed models are tested. Based on previous results, the pre-service science teachers’ modeling practices were assigned to one of six types of modeling strategies. The identified challenges and the type of modeling strategy used by the pre-service science teachers seem not to be related, as pre-service science teachers encountering similar challenges can utilize very different modeling strategies. It is discussed, how the identified challenges can be used to support the development of diagnostic instruments as well as targeted interventions of modeling competence.