Komplexe Problemlöseprozesse und Physikkompetenz

Doktorand: F. Gigl

Betreuer/innen: A. Kauertz

Problemlösen in außerschulischen Situationen ist ein zentrales Anwendungsfeld für Scientific Literacy, die unter Anderem im Physikunterricht vermittelt wird. Schülerinnen und Schüler sollen in der Lage sein, diffuse, komplexe Problemstellungen des naturwissenschaftlichen Alltags erfolgreich zu lösen, deren Variablen, Bedingungen und fachlicher Hintergrund meist unklar sind. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen Lernende im Physikunterricht unter anderem die Kompetenzen erwerben, unbekannte Situationen vor dem Hintergrund erlernter Fachkonzepte zu interpretieren, Heuristiken der Erkenntnisgewinnung zu Planung und Durchführung von Lösungsversuchen anzuwenden und Beobachtungen zu interpretieren und zu bewerten. Als Lerngelegenheiten hierfür werden problemartige Transferaufgaben, Modellierungsaufgaben oder Experimente eingesetzt. Letztere erfordern die Generierung relevanter Informationen durch Interaktion und Interpretation des Experiments.

Zur Ermittlung des Erfolgs dieser Maßnahmen werden die fachlichen Kompetenzen sowie die Problemlösefähigkeit von Lernenden in Large-Scale-Assessments (LSA) wie PISA oder TIMSS untersucht. In den TIMSS-Erhebungen, sowie PISA 2000 und 2003 wurde die analytische Problemlösefähigkeit - Lösen einer Problemstellung aufgrund einer textgebundenen Situationsbeschreibung, die alle zur Lösung benötigten Informationen bereithält - untersucht. Durch den Mangel an Interaktionsmöglichkeiten weisen diese Untersuchungen lediglich Bezug zu der im Rahmen von Transfer- und Modellierungsaufgaben geförderten Problemlösefähigkeit auf. Seit PISA 2012 wird komplexe domänenunspezifische Problemlösefähigkeit erhoben: nicht mehr alle zur Lösung des Problems benötigten Informationen sind direkt zugänglich, sie müssen vom Probanden durch vordefinierte Interaktion mit dem System erschlossen werden. Dieser Ansatz nähert sich zwar an die in Experimenten und Realanwendungen gestellten Anforderungen an, aber es ist fraglich, ob die separate Erhebung von domänenunspezifischer Problemlösefähigkeit und Fachwissen ausreicht, die im Physikunterricht erworbene Problemlösefähigkeit valide zu erheben.

Zwischen den im Physikunterricht eingesetzten, fachdidaktisch anerkannten Lerngelegenheiten für Problemlösefähigkeit und den beschriebenen Untersuchungsmethoden besteht somit eine mögliche Diskrepanz. Hieraus leitet sich folgende Forschungsfrage ab: Wie valide sind LSA zur Ermittlung des Stands und der Veränderung der im Schulunterricht erworbenen physikalischen Problemlösefähigkeit?

Zur Untersuchung der Fragestellung werden Instrumente zur Ermittlung der physikspezifischen analytischen, komplexen und experimentellen Problemlösefähigkeit entwickelt und validiert. Anschließend soll in zwei Experimentalgruppen die Problemlösefähigkeit der Lernenden durch Experimente bzw. Transfer- und Modellieraufgaben gefördert werden, und untersucht werden, ob Veränderungen in der Problemlösefähigkeit durch die selbstentwickelten und die PISA- Testinstrumente abgebildet werden.