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Didaktik der Chemie
Prof. Dr. Sabine Fechner

Forschung

Die Arbeitsgruppe Chemiedidaktik beschäftigt sich mit der Erforschung von Lehr-    Lernprozessen in chemischen Zusammenhängen. Anhand der Methoden der empirischen Sozialforschung werden Lernumgebungen evaluiert, die eine Grundlage für innovativen Chemieunterricht bieten können. Die Schwerpunkte liegen in der Erforschung von kontextorientierten Ansätzen und der Reflexion von Modellvorstellungen.

Dissertationen

Unterstützung des Modellierprozesses durch AR bei Beobachtung und Deutung (Hendrik Peeters)
Analogiebildung zur Unterstützung des Modellierprozesses (Julia Elsner)
Umgang mit anomalen Daten und Epistemologie (Pascal Pollmeier)

Der Anspruch schulischen Chemieunterrichts der Fachwissenschaft Chemie gerecht zu werden, hat weitreichende Folgen für die Planung und Umsetzung von Chemieunterricht. Dabei sind es nicht nur die fachlichen Inhalte und Arbeitsweisen, welche eine Annäherung an die Fachwissenschaft versprechen. Das metakonzeptuelle Verständnis der Lernenden spielt eine entscheidende Rolle. Das Wissen darüber wie Erkenntnisse entstehen und wann diese glaubhaft sind spielt auch im Alltag eine entscheidende Rolle. In Zeiten von Fake-News und individuellen Wahrheiten bietet ein entwickeltes metakonzeptuelles Bewusstsein eine gute Grundlage zur eigenen Meinungsbildung.

Es ist eine lange Tradition der Wissenschaftstheorie zu untersuchen, wie Erkenntnisse entstehen und Theorien sich verändern. Seine Fortführung im fachdidaktischen Feld findet diese Forschungslinie im Bereich der conceptual-change Theorie. Diese in den 80er Jahren von Posner und Kollegen begründete Theorie, versucht fehlerhafte Vorstellungen der Lernenden bzgl. chemischer Konzepte zu verändern. Zentrales Anliegen ist es durch die Konfrontation mit Widersprüchen den eigenen Theorierahmen zu überarbeiten.

Das Ziel des Promotionsprojektes ist es, das epistemologische Wissen der Lernenden zu fördern und auf neue Kontexte zu übertragen. Die Förderung dieses Wissens soll durch die Konfrontation mit anomalen Daten geschehen, welche in das bestehende mentale Modell eingearbeitet werden müssen. Die Einarbeitung soll mit sogenannten Model-of-data (Chinn & Brewer, 1993) verfolgt werden. Diese Prozesse fordern ein hohes Maß an Kreativität, welche durch die Gestaltung der Lernumgebung gefördert werden soll. Im Anschluss haben die Lernenden in einem offenen Experimentiersetting die Möglichkeit das Problem genauer zu untersuchen. Das nun gestärkte epistemologische Wissen soll im Folgenden auf neue Kontexte transferiert werden.

Die Korrelationsstudie gliedert sich in vier Vorstudien und eine Hauptstudie. Nach einer Lehrkraftbefragung zur Nutzung von kognitiven Konflikten in der Schulpraxis, soll die Lernumgebung entwickelt werden. Anschließend werden eine Anleitungsphase für die Entwicklung der Model-of-data sowie die Transferkontexte entwickelt. Es folgt die Hauptstudie, welche mittels Prä-/Zwischen- & Posttest und Videographie der Experimentierphase begleitet wird.

Schülerfragen im kontextorientierten Chemieunterricht (Lisa Schmitz)

Ausgehend von den lehrplanbezogenen Kompetenzerwartungen in NRW zeigt sich, dass die Fähigkeit des Fragenstellens sowie die Formulierung von Hypothesen bedeutende Komponenten der naturwissenschaftlichen Grundbildung darstellen. Darüber hinaus sollen Schülerfragen in kontextorientierten Lernansätzen als Ausgangslage für Untersuchungen im Chemieunterricht genutzt werden, um darauf aufbauend den weiteren Unterrichtsverlauf zu gestalten. Bisherige Studien weisen in diesem Zusammenhang jedoch darauf hin, dass Lernende Schwierigkeiten im Äußern von Fragen haben.

Im Rahmen eines zweiteiligen Forschungsprojekts sollen zunächst individuelle Schülerfragen beim Einsatz spezifischer lebensweltlicher Kontexte ermittelt werden, um auf dieser Basis ihre Einsetzbarkeit sowie ihren Nutzen im Rahmen eines kontextorientierten Chemieunterrichts zu untersuchen.  Angelehnt an die Forschung zur Fragengenerierung wird eine Interviewstudie durchgeführt, welche die Ermittlung der Schülerfragen in den unterschiedlichen Phasen der Generierung unterstützt. Eine kategoriengeleitete Auswertung soll erwartbare Schülerfragen ermitteln sowie ihre naturwissenschaftliche Untersuchbarkeit bestimmen. Auf Grundlage der Ergebnisse und dem Design-Based-Research Ansatz wird die Generierung, Implementierung und experimentelle Annäherung der Schülerfragen im Unterricht erprobt und mithilfe von Videoaufnahmen beobachtet. Zudem sollen Einstellungen und Erfahrungen der Lehrkräfte sowie das Fachwissen der Lernenden durch Fragebögen erhoben werden.

Repräsentationsformen (Dr. Perihan Akman)

Das Lernen mit multiplen externen Repräsentationen (MER) ist insbesondere in der Chemie für die Visualisierung des nichtsichtbaren Bereichs unerlässlich. Um den atomaren Bereich zu visualisieren, existieren verschiedene Darstellungsformen mit unterschiedlichem Abstraktionsgrad. Studien zeigen, dass trotz der Notwendigkeit von MER Lernende Defizite im Umgang mit diesen aufweisen. Bisher ist die Wahrnehmung der Lernenden bezüglich MER für das Lernen im atomaren Bereich und die Wissensgenerierung anhand dieser wenig untersucht. 

Ziel des zweistufigen Promotionsprojektes ist zum einen die Analyse der Wahrnehmung von und den Umgang mit MER von Lernenden und zum anderen die Analyse des Nutzens unterschiedlicher Repräsentationen beim Erklären chemischer Phänomene.

Die Untersuchung des ersten Teilprojekts erfolgte mithilfe eines Paper-Pencil-Tests bestehend aus drei Teilen. Theoriebasiert wurde ein semantisches Differential entwickelt, um die Wahrnehmung der Lernenden von MER zu erfassen. Für die Erhebung der Fähigkeit der Informationsgenerierung mithilfe von depiktionalen und deskriptionalen MER im Themenbereich Säure-Base wurde ein Repräsentationstest nach dem balanced incomplete block design konzipiert und im Anschluss mithilfe eines klassischen Tests das Fachwissen erfasst. Die Untersuchung wurde mit Studierenden der Studieneingangsphase durchgeführt.

Transfer in kontextorientierten Lernumgebungen (Dr. Franziska Kehne)

Der Kernlehrplan NRW zeichnet sich durch die Strukturierung fachlicher Inhalte in situierten Kontexten sowie der Formulierung von Basiskonzepten zum systematischen Wissensaufbau aus. Ziel dieser Strukturierung ist der flexible Einsatz der Basiskonzepte in verschiedenen Kontexten. Aus der Lernforschung geht hervor, dass situiert erworbenes Wissen meist  träge bleibt und nur ungenügend in Anwendungskontexten aktiviert werden kann.

Auf Basis der Transferforschung und den Theorien zum situierten Lernen soll in diesem Projekt ermittelt werden, inwiefern das Design der Lernumgebung Lernende beim Wissenstransfer unterstützt. Hierbei werden drei Designansätze gegenübergestellt, die in unterschiedlichem Maße eine Dekontextualisierung bzw. Anwendung in neuen Kontexten fördern. Die Studie ist in eine Prä-Post-Erhebung des anteiligen Wissens des Basiskonzeptes eingebettet, wobei beim Post-Testzeitpunkt zusätzlich die Transferfähigkeit auf Anwendungskontexte ermittelt werden soll. Dies erfolgt durch die Videografierung der SuS beim Bearbeiten einer experimentellen Transferaufgabe sowie durch einen Test.

Repräsentationen und metakonzeptuelles Wissen (Dr. Yvonne Dettweiler)

In diesem Projekt soll ermittelt werden, in welchem Maße Wissen über Repräsentationen und ihren modellhaften Charakter das Konzeptverständnis von Lernenden im Chemieunterricht fördern kann und in welchen Situationen Lernende ihr Wissen kommunizieren. Die Untersuchung wurde in einem Kontrollgruppendesign mit 111 Schülerinnen und Schüler durchgeführt, wobei die Experimentalgruppen ein vorgeschaltetes Training zum Verständnis von Modellen und dem Umgang mit Repräsentationen bekamen. Jede Schülergruppe erhielt die gleiche experimentelle Lernumgebung, bestehend aus drei aufeinanderfolgenden Interaktionsboxen zum Thema Elektrochemie. Der Schwerpunkt der Aufgabenstellung liegt auf der Erklärung des experimentell beobachtbaren Phänomens durch geeignete Repräsentationen.

Während die Kontrollgruppe ausschließlich die experimentelle Lernumgebung bearbeitete, erhielten die beiden Interventionsgruppen ein metakonzeptuelles Training, in dem sie die explizite Trennung und Vernetzung von verschiedenen Repräsentationen sowie ihren modellhaften Charakter erlernten. Eine zweite Interventionsgruppe erhielt zusätzlich während der Lernumgebung Prompts, welche sie an die verschiedenen Repräsentationen und ihre Nutzung erinnern sollten. Um einen Lernerfolg zu erhaben, wurde das Konzept- und Modellverständnis sowie das Wissen über Repräsentationen vorher, nachher und nach vier Monaten erfasst.

Weitere Projekte

EU-Projekt "Research in Teacher Education" (RiTE)

Angehende Lehrkräfte stehen zu Beginn ihrer Unterrichtspraxis vor vielen Herausforderungen, daher spielt die Vorbereitung innerhalb des universitären Umfeldes eine große Rolle. Neben vielen anderen Aspekten ist in der modernen Gesellschaft auch die Frage nach Evidenzen wichtig. Wem glauben? – Wie begründen? Das Projekt Research in Teacher Education hat zum Ziel den Unterricht der angehenden Lehrkräfte von Anfang an auf fundierte Evidenzen aufzubauen und so Lernende in Bezug auf ihr Evidenzverständnis zu fördern.

DAAD-Projekt DigiChemLab
VCI-Projekt 360° Labor zur Vorbereitung auf chemische Praktika
Gruppenleitung

Prof. Dr. Sabine Fechner

Didaktik der Chemie - Arbeitskreis Fechner

Forschung und Lehre

Sabine Fechner
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J6.205

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Die Universität der Informationsgesellschaft