Schülerlabore

1. Thema

Schülerlabore als Lehr-Lern-Labore – Forschendes Lernen in interdisziplinären Kontexten
 

2. Mitglieder der Forschungsgruppe

3. Themen für BA- und MA-Arbeiten

BA- und MA-Arbeiten werden zu allen Forschungsprojekten in der Forschungsgruppe vergeben. Die Projektthemen finden Sie hier. Konkrete Themen für Abschlussarbeiten werden bei Interesse im direkten Gespräch mit den jeweiligen Betreuern (vgl. Mitglieder der Forschungsgruppe) individuell vereinbart.   

4. Forschungsbedarf, inhaltliche Zielstellung und Beitrag zum Fachbereichsprofil

Schülerlabore bieten eine hervorragende Ausgangsbasis für unterrichtsbezogene Entwicklungsforschung und empirische Untersuchungen jeglicher Art. Da die Schülerlabor-Forschung bezüglich der Wirkungen, Erwartungen und Erfahrungen in weiten Teilen noch sehr heterogen ist, besteht ein enormer Forschungsbedarf in diesem Bereich, nicht zuletzt deswegen, weil für eine Evaluation der Wirkung von Schülerlaborbesuchen ein außerordentlich komplexes Unterfangen darstellt.
Die existierenden Schülerlabore im Fachbereich 7 bieten durch ihre fachübergreifende Vernetzung eine ideale Basis für Forschungskooperationen. Die Ausgestaltung der Schülerlabore ist durch die besonders deutliche curriculare Verankerung und intensive Vernetzung mit dem Unterricht im Klassenverband ein deutschlandweit einmaliges Alleinstellungsmerkmal, das durch die Einrichtung der Forschungsgruppe weiter ausgebaut werden soll. Ziel zukünftiger Forschungsvorhaben ist es, die mathematisch-naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeits­weisen von Schülerinnen und Schülern zu optimieren. Im Forschungsfokus stehen die Lernprozesse des forschenden Lernens in interdisziplinären Kontexten. Zentrale Forschungsfragen behandeln das Erfassen von Erkenntnisprozessen unter besonderer Berücksichtigung funktionaler Zusammenhänge, das Nutzen von gegenständlichen und digitalen Medien (auch zur Begegnung der Leistungsheterogenität), das Arbeiten in selbständigkeitsorientierten Lernumgebungen und das Kommunizieren in Gruppen. Die Projekte rund um die Schüler­labore sollen zur Profilbildung der Uni­versität Koblenz-Landau in Bezug auf innovative Lehre und ge­mein­same Forschungsprojekte beitragen.
Die Forschungsprojekte sind inhaltlich an der Schnittstelle „Bildung und Umwelt“ ausgerichtet. Es gilt u.a. zu erforschen, wie Schülerinnen und Schüler für Bildungs- und Umweltthemen nachhaltig sensibilisiert werden können. Jugendliche leben zunehmend in einer virtuellen Welt sog. sozialer Netzwerke. Damit verbunden ist häufig eine Entsinnlichung und Naturentfremdung. Es gilt diese Entwicklung hin zu einer verstärkt elektronischen Kommunikation nicht zu ignorieren, sondern sinnvoll mitzugestalten und zu nutzen, mit dem Ziel, die nachkommende Generation für ein umweltgerechtes Verhalten zu motivieren und das Interesse an mathematischen und naturwissenschaftlichen Inhalten zu wecken.
 

5. Struktur, Arbeitsplanung und Kooperationsplanung

Am Fachbereich 7 der Universität Koblenz-Landau existieren aktuell vier Schülerlabore:
Die Schülerlabore bieten insbesondere bei einer fachübergreifenden Vernetzung, wie es diese Forschungsgruppe darstellt, eine ideale Basis für Drittmittelanträge.
Folgende interdisziplinäre Forschungsprojekte werden aktuell und zukünftig im Rahmen des Forschunsgsschwerpunkts „Forschendes Lernen in interdisziplinären Kontexten“ durchgeführt:
  • ProLab – Protokollierfähigkeit im Labor
  • Vernetzung von gegenständlichen und computerbasierten Medien zur Begegnung von Heterogenität
  • Empirische Längsschnittuntersuchungen von Leistungsentwicklungen durch den Besuch von Schülerlaboren (Fachbezogene und domänenübergreifende Kompetenzen)
  • Vernetzung schulischer und außerschulischer Lernorte – Empirische Untersuchungen der Wirkung von Lernlaboren auf die Unterrichtsentwicklung in der Schule
  • Unterrichtskonzepte und damit verbundene Lernprozesse/Kompetenzentwicklungen im Bereichsfach Naturwissenschaften (Schwerpunkt „Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE)“)
  • Optimierung von Lernprozessen zur Wahrnehmung von Umweltrisiken
  • Kategorisiertes Videomaterial plus weitere Materialien (KV+)
    • Entwicklung von kategorisiertem Videomaterial plus weitere Materialien (KV+) aus Schülerlaboren für Lehrveranstaltungen im Rahmen der Lehramtsstudiengänge Mathematik und Chemie sowie dem Bereichsfach Naturwissenschaften
    • Entwicklung von KV+-Items zur Messung der Diagnose- und Reflexionskompetenz von Lehramtsstudierenden
    • Empirische Untersuchung der Wirkung von KV+-Aufgaben auf die Diagnose- und Reflexionskompetenz von Lehramtsstudierenden
 

6. Vorarbeiten und laufende Projekte mit inhaltlichem Bezug zur Forschungsgruppe

Die Mitglieder der hier beantragten Forschungsgruppe haben im Rahmen der Forschungsinitiative der Universität Koblenz-Landau im Bereich der Bildungswissenschaften (2012-2013) gemeinsam eine systemische Vernetzung des schulischen Lernorts „Unterricht“ mit ihren außerschulischen Lernorten hergestellt. Es wurden spezifische Synergieeffekte für Lernprozesse ermittelt, die sich sowohl auf die Aneignung von fachlichem Wissen als auch auf den Transfer dieses Wissens auf neue Anwendungssituationen oder neue Domänen positiv auswirken. Als ein wesentliches Element zur Förderung und Entwicklung wissenschaftlichen Denkens und Arbeitens wurde die Fähigkeit identifiziert, Arbeitsprozesse geeignet zu reflektieren und deren Ergebnisse mit Hilfe von passgenauen Repräsentationen so festzuhalten, dass die entstehenden Dokumente sich gewinnbringend für weitere Problemlöse-, Erkenntnis- und Lernprozesse nutzen lassen. Dieses Fähigkeitsprofil wurde mit dem Begriff „Darstellungskompetenz“ bezeichnet. Die Gruppe der Antragsteller hat hierzu ein Programm entwickelt, das die interdisziplinäre Erforschung von Unterrichts- bzw. Lehr-Lernprozessen in den Vordergrund stellt. Die Arbeit zielte auf die breitere und längerfristige Verankerung interdisziplinärer bildungswissenschaftlicher Forschung an der Universität in enger Verzahnung mit dem CampusSchul-Netzwerk der Universität ab. Damit wurden wichtige Voraussetzungen für zukünftige gemeinsame Forschungsprojekte geschaffen.
 

7. Strategie zur längerfristigen Etablierung und geplante koordinierte Projekte (5-10 Jahre)

Aufbauend auf die gemeinsamen Vorarbeiten und den dort geschaffenen und vertieften Netzwerkstrukturen zwischen schulischen und außerschulischen Lernorten, werden die längsschnittlichen Entwicklungen der domänenübergreifenden Fähigkeiten des wissenschaftlichen Arbeitens über die Bildungskette hinweg aufgezeigt. Der Fokus liegt auf der Untersuchung der Teilkompetenzen des forschenden Lernens (Zielsetzungskompetenz, Kompetenz zur systematischen Beobachtung, Kompetenz zur Kategorisierung von Beobachtungen, Darstellungskompetenz und Reflexionskompetenz) und en dabei ablaufenden Prozessen (vgl. Roth & Weigand 2014).
 
 Modell des Forschenden Lernens
Abbildung 1: Modell des Forschenden Lernens – ein Prozessmodell (Roth & Weigand 2014)
 
Zu diesem Zweck ist es notwendig, ausgewählte Schülerkohorten über mehrere Jahre hinweg zu begleiten. Längsschnittliche Forschung ist unumgänglich, um die Nachhaltigkeit von Lernprozessen zu prüfen, die durch die Verzahnung schulischer und außerschulischer Lernorte angestoßen werden. Dieser Nachweis stellt eine wichtige Voraussetzung für die erfolgreiche Beantragung von DFG-geförderten Projekten dar.
Ein erster Erfolg war die Aufnahme in den von der Deutschen Telekom Stiftung geförderten Entwick-lungsverbund „Schülerlabore als Lehr-Lern-Labore“ bei der die Universität Koblenz-Landau in einem kompetitiven Verfahren unter bundesweit 37 Bewerberuniversitäten als eine von insgesamt vier Universitäten ausgewählt wurde. Hier erfolgt eine Förderung für die Jahre 2014-2017.
 

8. Literatur

  • Baum, S., Roth, R., & Oechsler, R. (2013). Schülerlabore Mathematik − Außerschulische Lernstandorte zum intentionalen mathematischen Lernen. In: Der Mathematikunterricht, 59/5, 2013, S. 4-11
  • Engl, A. & Risch, B. (2014). Chemie pur – Experimentieren im Freiland mit Naturstoffen. Naturwissenschaften im Unterricht, Heft 144 (angenommen)
  • Engl, L., Sitter, K., Schumacher, S., Größler, M., Niehaus, E., Rasch, R., Roth, J. & Risch, B. (eingereicht). Ein Messinstrument zur Erfassung der Protokollierfähigkeit – initiiert durch Video-Items. ZfDN - Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften.
  • Groessler, M., Kanwischer, D. & E. Niehaus (2013). Spatial Orientation, Geomedia and Learning: The Design of a Comparative Empirical Study. In: In: Jekel, T., Car, A., Strobl, J. & Griesebner, G. (eds.): GI_Forum 2013,Berlin, S. 467 – 472.
  • Jahnel, C. & Risch, B. (2014). Umweltprozesse experimentell erschließen und verständlich machen. Naturwissenschaften im Unterricht, Heft 144 (angenommen)
  • Jahnel, C., Schaumann, G. & Risch, B. (2014). Umweltbelastung durch Waschmittel – Ein Modellexperiment zur Gefährdung des Grundwassers. CHEMKON – Chemie Konkret (angenommen).
  • Oechsler, R. & Roth, J. (2014). Mathematik-Labor "Mathe ist mehr" − Universität Koblenz-Landau. In: Jürgen Roth, Judith Ames (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht 2014. WTM-Verlag, Münster, 2014, 1359-1360
  • Risch, B. (2013) Professor Unruh und die Fruchtsaft-Kügelchen. Praxis fördern, 5/2013, 26-30.
  • Roth, J. (2012a). Ähnlichkeit verstehen − Den Jakobsstab nutzen. In: Mathematik lehren, Heft 172, 42-46
  • Roth, J. (2012b). Vernetzende Lernumgebungen nutzen − Das Beispiel Gleichdicks. In: Andreas Filler, Matthias Ludwig (Hrsg.): Vernetzungen und Anwendungen im Geometrieunterricht, Ziele und Visionen 2020. Franzbecker, Hildesheim, 69-94
  • Roth, J. (2012c). Geometrie selbständig erarbeiten – Das Beispiel Strahlensätze. In: Kleine, M.; Ludwig, M. (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht 2012, Band 2, WTM-Verlag: Münster, 709-712
  • Roth, J. (2013a). Mathematik-Labor "Mathe ist mehr" − Forschendes Lernen im Schülerla¬bor mit dem Mathematikunterricht vernetzen. In: Der Mathematikunterricht, 59/5, 12-20
  • Roth, J. (2013b). Vernetzen als durchgängiges Prinzip – Das Mathematik-Labor „Mathe ist mehr“. In: Anna S. Steinweg (Hrsg.): Mathematik vernetzt. UBP (University of Bamberg Press), Bamberg, 2013, 65-80, ISBN: 978-3-86309-194-1 , http://opus4.kobv.de/opus4-bamberg/frontdoor/index/index/docId/5697.
  • Roth, J. & Oechsler, R. (2013). Forschend Lernen − Lernprozesse fördern. In: Greefrath, G.; Käpnick, F.; Stein, M. (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht 2013, WTM-Verlag: Münster, 846-849
  • Roth, J., Weigand, H.-G. (Hrsg.) (2013). Schülerlabore Mathematik. Der Mathematikunter¬richt, 59/5, 2013
  • Roth, J., Weigand, H.-G. (Hrsg.) (2014a). Forschendes Lernen. Mathematik lehren, 184, Juni 2014
  • Roth, J., Weigand, H.-G. (2014b): Forschendes Lernen − Eine Annäherung an wissenschaftliches Arbeiten. Erscheint in: Mathematik lehren, 184, Juni 2014
  • Schehl, M. & Risch, B. (2013): Konzeption eines „Wasserparcours" am Fluss Queich - Bildung für nachhaltige Entwicklung in einer authentischen Lernumgebung. Deutsche Gesellschaft für Limnologie (Hrsg.): Tagungsband Koblenz, 459-463.
  • Schumacher, S.; Roth, J. (2013a). Bruchzahlbegriff und Bruchrechnung − Grundvorstellungen im Schülerlabor erarbeiten. In Greefrath, G.; Käpnick, F.; Stein, M. (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht 2013, WTM-Verlag, Münster, 926-929.
  • Schumacher, S., Roth, J. (2013b). Self Generated External Representations in the Case of Fractions. In Lindemeier, M.; Heinze, A. (Eds.): Proceedings of the 37th Conference of the International Group for the Psychology of Mathematics Education, July 28 – August 02, 2013, Volume 6, PME 37, Kiel: Germany, 266.
  • Schumacher, S., Roth, J. (2014). Darstellungskompetenz als Schlüssel zum forschenden Lernen!? In: J. Roth, J. Ames (Hrsg.): Beiträge zum Mathematikunterricht 2014. Münster: WTM-Verlag, 1123-1126