Kornelia Möller

Effects of Instructional Support Within Constructivist Learning Environments for Elementary School Students' Understanding of "Floating and Sinking"

In a repeated measures design (pretest, posttest, 1-year follow-up) with 161 3rd-grade students, the authors compared 2 curricula on floating and sinking within constructivist learning environments, varying in instructional support. The 2 curricula differed in the sequencing of content and the teachers cognitively structuring statements. At the posttest, both instructed groups showed significant gains on a test on understanding the concepts of density and buoyancy force as compared to a baseline group without instruction. One year later, the group of high instructional support was superior to the group of low instructional support on the reduction of misconceptions and the adoption of scientific explanations. Thus, instructional support within constructivist learning environments fostered elementary schoolchildrens conceptual change in the domain of physics.

Naturwissenschaftliches Lernen in der Grundschule — Welche Kompetenzen brauchen Grundschullehrkräfte?

In Deutschlund ist der Sachunterricht in der Grundschule das Schulfach, in dem naturwissenschaftliche Bildung “grundgelegt” werden soll. Allerdings umfasst der Sachunterricht neben dem naturwissenschaftlichen Lernbereich noch ein weites Spektrum an Sachfeldern aus den Bereichen der Geographie, Geschichte, Sozialwissenschaften und Technik, das ebenso berucksichtigt werden muss. Obwohl sich der Sachunterricht nicht als ein Additivum aus verschiedenen Sachfachern versteht, finden die Belange der Sachfacher Berucksichtigung im Sachunterricht. Der kurzlich erschienene Perspektivrahmen Sachunterricht, der von der Gesellschaft fur Didaktik des Sachunterrichts (GDSU) veroffentlicht wurde, nimmt hierzu klar Stellung: “Die spezielle Aufgabe des Sachunterrichts ist es, Schulerinnen und Schulern dabei zu helfen, sich die naturliche, soziale und technisch gestaltete Umwelt bildungswirksam zu erschliesen und dabei auch Grundlagen fur den Fachunterricht an weiterfuhrenden Schulen zu legen” (GDSU 2002, 2). Ein auf diese Weise begrundeter Sachunterricht soll sicherstellen, dass Grundschulunterricht ein relevantes und anschlussfahiges Wissen fur weiterfuhrendes Lernen bereitstellt, das Erlernte aber auch von den Kindern als sinnvoll und erschliesend erlebt werden kann (Stern, Moller i.D.).

Konstruktivistische Sichtweisen für das Lernen in der Grundschule

Der Begriff „konstruktivistisch“ gehort gegenwartig sowohl in der Didaktik wie in den Grundlagenwissenschaften zu einem der am heftigsten diskutierten Begriffe. So sieht We1nert in einer puristischen Anwendung dieser Sichtweisen eine Sackgasse fur kunftige Forschung (Weinert 1996, S. 10); Klauer (1999) fragt, ob es sich bei diesen Sichtweisen nicht um „alten Wein in neuen Schlauchen“ handele, und Hoops fuhrt die Konjunktur des Begriffes darauf zuruck, dass es zur Zeit „chic [seif], ‚Konstruktivist‘ zu sein“ (Hoops 1998, S. 229). Nach Einschatzung Gerstenmaiers und Mandls handelt es sich dagegen bei den gemasigt konstruktivistischen Sichtweisen „um den vielleicht vielversprechendsten Rahmen fur eine Analyse und Forderung von Wissenserwerbsprozessen in den unterschiedlichsten sozialen Kontexten“ (Gerstenmaier/Mandl 1995, S. 883/884). Die Diskussion verlauft dabei interdisziplinar in der Philosophie, Neurobiologie, Soziologie, Psychologie und Padagogik; sie wird ausgesprochen kontrovers, teilweise auch, insbesondere in ihren erkenntnistheoretischen Facetten, polemisch gefuhrt. Die zunachst in den USA gefuhrte Diskussion hat langst auch die deutsche Erkenntnistheorie, Psychologie, Padagogik und in jungster Zeit verstarkt auch die Fachdidaktiken erreicht. Im Bereich der Lehrerfortbildung und der zweiten Phase haben konstruktivistische Theorien zur Zeit Hochkonjunktur.

Können Lehrerfortbildungen einen Beitrag zur Förderung naturwissenschaftlichen Verständnisses bei Schülerinnen und Schülern leisten

In einer im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms „BiQua“ (Die Bildungsqualitat von Schule) geforderten Studie verfolgen wir die Zielsetzungen, Auswirkungen verschiedener Fortbildungskonzepte im Bereich des naturwissenschaftsbezogenen Sachunterrichts auf Aspekte des professionellen Wissens von Lehrkraften (insb. Vorstellungen zum Lehren und Lemen) sowie auf motivationale und selbstbezogene Variablen seitens der Lehrkrafle zu untersuchen und auserdem Zusammenhangen des professionellen Wissens von Lehrkraften mit deren Unterrichtshandeln und mit Zielkriterien auf Schulerebene nachzugehen.

Fostering diagrammatic reasoning in science education

In a study with 56 third-graders, we tested whether reasoning with line graphs can be enhanced by representational activities within a curriculum on floating and sinking of objects in water. We hypothesized that representing mass and volume on the opposite arms of a balance beam allows the simultaneous consideration of both dimensions for a representation of density, and therefore will be particularly helpful for drawing inferences from the slopes of line graphs. In an experimental classrooms study, half of the students used the balance beam, while the other half worked with self-constructed representations. Five months after the instructional unit, students who had been familiarized with the quantitative interpretation of proportional information on the balance beam outperformed students who had worked with self-constructed representation in their interpretation of line graphs referring to density, but only marginally when referring to speed.

Science-P I: Modeling Conceptual Understanding in Primary School

In the Science-P project (Science Competency in Primary School), we aimed at modeling scientific literacy in two dimensions—scientific reasoning and conceptual understanding—to describe science learning in primary school. The present chapter focuses on conceptual understanding exemplified by two content areas: floating and sinking (FS) and evaporation and condensation (EC). Drawing on results from conceptual change research in developmental psychology and science education, we devised a model with three hierarchically ordered levels of understanding—naive, intermediate and scientifically advanced—as the foundation of item and test construction. The two content areas engendered a two-dimensional structure in our test instrument. A validation study underscored that responses to our paper-pencil items were systematically related to responses obtained in interviews. Our test instrument was used to capture the development of primary school students’ conceptual understanding from second to fourth grade, in both a cross-sectional and a longitudinal study. For cross-sectional data, students’ proficiency in scientific reasoning was found to predict their conceptual understanding. In future analyses, we will test this finding with our longitudinal data.

Instruction and Students’ Declining Interest in Science An Analysis of German Fourth- and Sixth-Grade Classrooms

Students’ interest in science declines substantially in the transition from elementary to secondary education. Using students’ ratings of their instruction on the topic of evaporation and condensation, we examined if changes in instructional practices accounted for differences in situational interest in science instruction and enduring individual interest in science between elementary and secondary school classrooms. Multilevel regression analyses were conducted for a sample of 60 fourth- and 54 sixth-grade classrooms. The use of student experiments, the elicitation of student explanations, and lack of clarity accounted to varying degrees for disparities in science interest between grade levels. The impact of instructional practices on individual interest was mediated by situational interest. This corroborated predictions of the person-object theory of interest.

Zusammenhänge von Vorstellungen zum Lehren und Lernen mit unterrichtlichen Handlungen von Lehrkräften

In einer im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms BiQua (Die Bildungsqualitat von Schule) geforderten Studie zur Wirksamkeit von Lehrerfortbildungen im Bereich des naturwissenschaftlichen Sachunterrichts konnte gezeigt werden, dass Vorstellungen der Lehrkrafte zum Lehren und Lernen durch Fortbildungsmasnahmen verandert bzw. erweitert werden konnten und auch im Zusammenhang mit Lernzuwachsen der Schulerinnen und Schuler stehen (vgl. dazu den Beitrag in diesem Band von Kleickmann/Moller sowie Moller et al. 2006). In diesem Beitrag wird der Frage nachgegangen, ob sich die durch Fortbildung modifizierten Vorstellungen der Lehrkrafte zum Lehren und Lernen auch in entsprechenden unterrichtlichen Handlungsweisen widerspiegeln.

„Wie kommt es, dass ein eisernes Schiff nicht untergeht?“

Fragt man Grundschulkinder, wie es kommt, dass ein Schiff aus Eisen nicht untergeht, so erhalt man unterschiedliche Antworten: Ein Schiff schwimmt, „weil es einen Motor hat“ — „weil es so spitz ist, dann drangt das das Wasser so zur Seite (macht dabei mit den Handen die Schwimmbewegungen vom Brustschwimmen vor)“ — „weil es einen Kapitan hat. Wenn er von Bord geht, dann geht es unter, deshalb geht er auch immer als letztes von Bord.“ — „weil Luft drin ist, die zieht das Schiff hoch.“

Lernrelevante Situationen im Unterricht beschreiben und interpretieren

Um im Unterricht situationsangemessen und lernforderlich handeln zu konnen, mussen Lehrpersonen lernrelevante Elemente des Unterrichtsgeschehens wissensbasiert bemerken und verarbeiten konnen. Diese professionelle Wahrnehmung kann sich auf fachdidaktische Unterrichtsaspekte wie die Lernunterstutzung oder auf padagogisch-psychologische Unterrichtsaspekte wie die Klassenfuhrung beziehen. Da bislang standardisierte Diagnoseverfahren fur diese Fahigkeit fehlten, wurden in der ersten Phase des Projekts „ViU – Early Science“ solche videobasierten Instrumente zur Erfassung der professionellen Wahrnehmung hinsichtlich der beiden Unterrichtsmerkmale Klassenfuhrung und Lernunterstutzung erfolgreich konstruiert und validiert. Daruber hinaus entstand ein internetbasiertes Videoportal, das fur den Einsatz in der Lehrerausund -fortbildung konzipiert wurde und professionell videographierte Unterrichtsstunden sowie daraus ausgewahlte Unterrichtsszenen zur Klassenfuhrung und zur Lernunterstutzung enthalt. Das Videoportal fur die Lehrerbildung ist mittlerweile online zuganglich unter www.uni-muenster.de/koviu.