title: Kreatives Modellieren im Lernort Labor : Eine vergleichende Studie zu Wissenserwerb, Modellverständnis und dem Einfluss individueller Kreativität
Creators: name: Mierdel, Julia
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2020
Subjects: subject: Außerschulischer Lernort
subject: Schülerlabor
subject: Modelle und Modellbildung
subject: DNA
subject: Modellverständnis
subject: Kreativität
subject: Cognitive Load
subject: 570

description: Modelle und Modellbildung nehmen eine zentrale Position im naturwissenschaftlichen Forschungsprozess ein: Sie präzisieren wesentliche Aussagen experimenteller Beobachtungen und verknüpfen theoretische Hintergründe miteinander, um so eine Grundlage für wissenschaftliche Vorhersagen zu bilden. Im Rahmen einer fundierten naturwissenschaftlichen Ausbildung tragen Modelle und Modellierung maßgeblich zur Veranschaulichung abstrakter Phänomene, zur didaktischen Reduktion komplexer Vorgänge und zur Hypothesenüberprüfung im Biologieunterricht bei. Gerade der Fachbereich Genetik weist eine hohe Komplexität auf und führt aufgrund unsichtbarer Strukturen molekulargenetischer Abläufe typischerweise zu Fehlvorstellungen und Lernschwierigkeiten bei Schülern. Neben dem Einsatz von Modellen und Modellbildung zum Verständnis genetischer Fachinhalte zeigten frühere Studien, dass schülerzentriertes Experimentieren in authentischen Lernumgebungen zu einem langfristigen Wissenszuwachs führen kann. Im naturwissenschaftlichen Forschungsprozess gehen Modellentwicklung und die Deutung experimenteller Untersuchungen Hand in Hand, daher sollten auch geeignete Unterrichtsprogramme beide Aspekte vereinen. Vor diesem Hintergrund integriert die vorliegende Studie beide naturwissenschaftlichen Arbeitsmethoden in einem schülerzentrierten, forschend-entdeckenden Unterrichtsmodul für die Sekundarstufe am außerschulischen Lernort Labor im Kontext der Erarbeitung der DNA-Struktur (Teilstudie A). Die Kombination von Hands-on Experimenten mit modellbasiertem Lernen hatte zum Ziel, den Aufbau von Fachwissen zu fördern und das Modellverständnis der Schüler zu steigern. Es wurden zwei unterschiedliche Unterrichtsansätze implementiert und bezüglich ihrer Effektivität verglichen: Während die experimentellen Einheiten für alle Schüler identisch waren, arbeiteten in der Modell-Phase die ‚Modellierer‘ (I) kreativ und konstruierten selbstständig ein DNA-Modell, wohingegen die ‚Modellbetrachter‘ (II) Bausteine der DNA anhand eines herkömmlichen Schulmodells untersuchten und identifizierten. Das Unterrichtsmodul mit den beiden beschriebenen modellgestützten Ansätzen bildete die Grundlage für drei Teilstudien, an denen insgesamt rund 290 Schüler der neunten Jahrgangsstufe (Gymnasium) teilnahmen. Zunächst lag der Fokus auf der Evaluation des Ansatzes zum Modellieren (I), wobei Wissen, Kreativität und Modellqualität erfasst wurden (Teilstudie B). Im Hinblick auf geschlechtsspezifische Wissensunterschiede konnte gezeigt werden, dass die Mädchen Vorwissensdefizite gegenüber den Jungen nach dem Unterricht ausgleichen konnten und der Wissenszuwachs der Schülerinnen positiv mit einer höheren Modellqualität und kreativen ‚Flow‘-Erfahrungen einherging. Allerdings wurden für beide Geschlechter keine Zusammenhänge zwischen der individuellen Kreativität und der Modellqualität festgestellt. Vor dem Hintergrund unterschiedlicher Einsatzmöglichkeiten von Modellarbeit im Unterricht sollten die implementierten Ansätze hinsichtlich ihrer instruktionalen Effizienz, d.h. der standardisierten Differenz von geistiger Anstrengung und der Lernleistung, überprüft werden (Teilstudie C). Beide Unterrichtsansätze zeigten ähnliche Ergebnisse bezogen auf die kognitive Belastung während der verschiedenen Modell-Phasen. Jedoch erreichten die ‚Modellbetrachter‘ (II) mittelfristig einen höheren Wissenszuwachs gegenüber den ‚Modellierern‘ (I). Das bedeutet, dass bei vergleichbarer geistiger Anstrengung im Unterricht die ‚Modellbetrachter‘ (II) eine höhere Lernleistung erreichten. In der Folge lässt sich das untersuchende Modellbetrachten (II) als instruktional effizientere Lernmethode bewerten. Effektive Methoden zur Förderung des Modellverständnisses sind gefragt, da eine verstärkte Reflexion über die Bedeutung von Modellen als ein relevanter Bestandteil naturwissenschaftlicher Grundbildung angesehen wird. Deshalb war ein weiteres Ziel der Studie, Einflüsse beider modellbasierter Ansätze auf das Modellverständnis der Schüler zu vergleichen (Teilstudie D). Drei Teilaspekte des Konstrukts wurden erfasst: (1) alternative Modelle, (2) Modelle als exakte Nachbildungen und (3) veränderlicher Charakter naturwissenschaftlicher Modelle. Die Argumentationen der Schüler über ‚alternative Modelle‘ (1) lieferten einen typischen Querschnitt zum Modellverständnis der untersuchten Altersgruppe. Die Mehrheit der Schüler begründete Modellunterschiede mit variierenden Eigenschaften des Originals (DNA) oder bezog sich auf das gewählte Modelldesign. Dies entspricht einem niedrigeren Verständnisniveau und stützt die geläufige Auffassung von Modellen als Lehrmittel. Im Gegensatz dazu konnte kurz- und mittelfristig sowohl durch das kreative Modellieren (I), als auch durch das untersuchende Modellbetrachten (II) eine Annäherung an ein naturwissenschaftlich anerkanntes Modellverständnis erreicht werden. Damit verbunden war die verringerte Auffassung von Modellen als ‚exakte Nachbildungen eines Originals‘ und die gesteigerte Wahrnehmung vom ‚veränderlichen Charakter naturwissenschaftlicher Modelle‘. Zusammengefasst zeigte die Kombination von modellgestütztem Lernen mit experimentellen Untersuchungen signifikant positiven Einfluss auf Wissenserwerb und Modellverständnis. Obwohl das untersuchende Modellbetrachten (II) als instruktional effizienter bewertet wurde, bot der Zugang des kreativen Modellierens den Schülerinnen die Möglichkeit, durch erfolgreiche Modellbildung und ‚Flow‘-Erfahrungen, Lücken im Vorwissen zu schließen und somit Geschlechterunterschiede auszugleichen. Darüber hinaus sind die implementierten Lernmethoden nicht auf den isolierten Einsatz am außerschulischen Lernort Labor beschränkt und lassen sich fächerübergreifend in den naturwissenschaftlichen Unterricht integrieren.