Inquiry-basiertes Lernen im naturwissenschaftlichen Unterricht – Auswirkung auf Motivation und langfristigen Wissensaufbau

Titelangaben

Schmid, Sarah:
Inquiry-basiertes Lernen im naturwissenschaftlichen Unterricht – Auswirkung auf Motivation und langfristigen Wissensaufbau.
Bayreuth , 2015 . - 156 S.
( Dissertation, 2015 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

Naturwissenschaftlicher Unterricht soll für den MINT-Bereich begeistern, langfristiges Interesse wecken und relevantes Wissen vermitteln. Forschend-entdeckender Unterricht (im englischen Sprachgebrach: inquiry-based learning/ teaching), eine moderne Form konstruktivistischen Lernens, hat dieses Potential (Rocard, Csermely, Jorde, Lenzen, Walberg-Henriksson und Hemmo, 2007; NRC; 1996, 2000). Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Entwicklung und Implementierung einer solchen fächerübergreifenden Unterrichtseinheit, die Biologie mit Physik verbindet und nach Vorbild von strukturiertem Inquiry-Unterricht umsetzt. Dabei sollen Schüler Sachverhalte eigenständig interpretieren und bereitgestelltes Unterrichtsmaterial selbstständig bearbeiten: Ein Schülerheft mit Informationen, Versuchsanleitungen und Fragen zu den Experimenten, sowie bereitgestelltes Versuchsmaterial sollen ermöglichen, eigene Beobachtungen und Ideen in den Kontext der bereitgestellten Informationen einzuordnen und diese zu verknüpfen, um aufgeworfene Fragen beantworten zu können. Die Ziele der Promotionsarbeit waren zum einen eine Überprüfung des kognitiven Lernerfolgs nach einer dreistündigen, strukturierten Unterrichtseinheit, die mittel- und langfristige Abrufbarkeit gelernten Wissens, sowie das Aufdecken eventueller geschlechtsspezifischer Unterschiede (Teilstudie A). Darüber hinaus wurde untersucht, ob sich von der investierten Mühe im Unterricht, der wahrgenommenen Lernkompetenz oder der Wertschätzung des Unterrichts Vorhersagen über das Abschneiden im Wissenstest ableiten lassen (Teilstudie B). Zuletzt wurde untersucht, ob das Unterrichtsmodul zu einer Erhöhung der Motivation für die Naturwissenschaften führt und welche Facetten der Motivation davon betroffen sind (Teilstudie C). In Teilstudie A zeigte sich ein kognitiver Lernerfolg, sowohl kurzfristig, direkt nach der Teilnahme am Unterricht, als auch mittelfristig, nach sechs Wochen und längerfristig bis zu zwölf Wochen nach Teilnahme am Unterricht – das heißt, es konnte gezeigt werden, dass langfristiger Wissenserwerb möglich ist. Das positive Ergebnis unterstützt die wenigen vergleichbaren Studien (Geier, Blumenfeld, Marx, Krajcik, Fishman, Soloway und Chambers, 2008; Nuthall, 1995; Blank, 2000). In Teilstudie B zeigte sich, dass vor allem die investierte Anstrengung zu mittel- und langfristigem Wissen führt. Gute bisherige Fachnoten in Biologie und Physik erlaubten keine Vorhersagen in Bezug auf das Vorwissen, allerdings stehen sie mit langfristigem Behalten von Wissen positiv in Zusammenhang. Dies legt nahe, dass Schüler mit guten Schulnoten gute Leistungen in Wissenstest nicht deshalb erzielen, weil sie zu Beginn eines neuen Themas bereits mehr wüssten, sondern dass sie sich die neuen Informationen besser aneignen und merken können als ihre Mitschüler mit weniger guten Fachnoten. Auch wenn die Variablen der Wertschätzung des Unterrichtes und der Lernkompetenz nicht mit der langfristigen Lernleistung in Zusammenhang standen, wurden doch alle drei Subskalen überdurchschnittlich bewertet. Die Schüler schätzen den angebotenen Unterricht, fühlten sich beim Bearbeiten der Aufgaben kompetent und strengten sich an, gut zu sein. Die in Teilstudie C erhobenen Facetten von Motivation gegenüber den Naturwissenschaften ließen sich nicht gleichmäßig beeinflussen: Die Variablen der Motivation, eine Karriere mit naturwissenschaftlichem Bezug anzustreben und die Selbstwirksamkeit der Schüler konnten nicht beeinflusst werden, die Variablen blieben über die beobachteten vierzehn Wochen unverändert. Dagegen konnte eine kurzfristige Erhöhung der wahrgenommenen Selbstbestimmung erreicht werden. Darüber hinaus wurden Hinweise gefunden, dass sich die eingesetzte Skala „Science Motivation Questionnaire“ (SMQII; Glynn, Brickman, Armstrong und Taasoobshirazi, 2011) nur bedingt für den Einsatz in Schulen eignet. Die Subskala der Selbstbestimmung unterschied sich in allen Berechnungen von den anderen Subskalen und folgte damit nicht der Prognose seiner Autoren. Ein Grund hierfür könnte in der Tatsache begründet sein, dass die Skala bisher nur in Universitätskursen erprobt wurde. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das angebotene strukturierte Unterrichtsmodul bei beiden Geschlechtern zu langfristigem Wissen führte. Die Motivation für Naturwissenschaften ließ sich in Betracht der Facetten Motivation für eine Karriere mit Bezug zu den Naturwissenschaften oder der Selbstwirksamkeit der Schüler nicht steigern. Hierzu war der angebotene Unterricht eventuell zu kurz oder nicht explizit genug. Jedoch ließ sich die individuelle Einschätzung der Selbstbestimmung im naturwissenschaftlichen Unterricht kurzfristig steigern. Dieser Anstieg begründet sich vermutlich im schülerzentrierten, selbstständigen Arbeiten, da hierbei verstärkt Verantwortung für eigenes Lernen übernommen werden muss und eigenes Lernverhalten Lernvortschritte bestimmt. Dass die investierte Mühe während des Unterrichts dabei in positivem Zusammenhang mit dem langfristigen Wissenserwerb stand, ergänzt hierzu, dass es sich für die Schüler im Sinne des Erreichens guter Leistung lohnt, wenn sie sich beim Lösen von Problemen Mühe geben. Insgesamt kann dem Einsatz dieser oder ähnlicher strukturierter Unterrichtseinheiten zugesprochen werden, dass er langfristig Wissen vermittelt und Schülern bewusst(er) macht, dass eigenes Handeln Lernleistungen bestimmt.

Abstract in weiterer Sprache

Major goals of science education are the motivating of students for science, encouraging them to build up long-term interest and to mediate knowledge. Inquiry based teaching and learning is a modern form of constructivistic learning, holding the potential to support these goals (Rocard, Csermely, Jorde, Lenzen, Walberg-Henriksson and Hemmo, 2007; NRC, 1996, 2000). The aim of the present work was to design and implement a structured inquiry-unit connecting Biology and Physics interdisciplinary. The focus of this unit was on interpretation of information and working with provided learning material: A working booklet containing information, experimental instructions and questions about the experiments, as well as provided setup-material. It should enable students to connect and arrange their observations and ideas in the context of the provided information, enabling them to use their new acquired knowledge to answer provided questions. The aim of this present thesis was to test whether a three hour inquiry-unit would lead to cognitive learning at all, if the learned information could be retrieved medium- and long-term, and furthermore, whether there would be gender-effects on both (sub-study A). Second, it was tested whether the invested effort or the perceived competence for learning during the lesson, or the perceived value of the lesson would have predictive character for students’ achievement (sub-study B). In the third sub-study, it was additionally tested, whether the provided inquiry-unit would lead to an increase in science motivation and which facets of motivation would be affected (sub-study C). In sub-study A, a cognitive learning gain was shown to be evident for both genders short-term, medium-term and long-term. This means that long-term retention of knowledge learned was possible, i.e. at least up to 12 weeks after participation in the structured inquiry unit. This positive result promotes the few other studies of long-term retention due to inquiry-learning (Geier, Blumenfeld, Marx, Krajcik, Fishman, Soloway, and Chambers, 2008; Nuthall, 1995; Blank, 2000). In sub-study B, it became evident that it is mainly the invested effort during a lesson unit that leads to high achievement in medium- and long-term retention tests for content knowledge. In contrast, pre-existing good grades in Biology and Physics were not connected to the pre-knowledge level, but to long-term retention. This indicates that students with good grades do not reach high achievement in subsequent tests because they knew more at the beginning of a new topic, but because they seem to acquire and remember information better than classmates with less good grades do. Although the variables of perceived competence for learning and valuing of the lesson where not correlated to long-term achievement, all three subscales where evaluated above average from the students. Students valued the given lesson, felt competent while learning and invested effort during the lesson. In sub-study C, the measured facets of science motivation showed differences: The variables career motivation and self-efficacy could not be influenced at all. Both variables remained rated unchanged over the observed period of 14 weeks. In contrast, a short-term increase of self-determination was gained directly after the lesson. Furthermore, results indicate that the „Science Motivation Questionnaire“ (SMQII; Glynn, Brickman, Armstrong and Taasoobshirazi, 2011) has only limited suitability for secondary school. The subscale of self-determination differed in all calculations from the other two subscales and therefore differently than described by its authors. The reason could be that the SMQII scale was yet only tested at university-students before and not on secondary school students. Taken together the offered structured inquiry-lesson lead to long-term knowledge increase in both genders. The science motivation could not be improved in regard to career motivation and self-efficacy. The short length of the lesson or the not explicit yielding for these variables could provide a potential explanation for this. However, the individual perception of self-determination could be positively influenced short-term. This increase in self-determination probably is grounded in the student-centered, autonomous learning, as the lesson provoked students to take responsibility for their learning as their learning behavior determined their forthcoming during the lesson. Additionally, the invested effort during the lesson positively correlated with the long-term retention. This indicates that it pays off for students to invest effort in solving tasks in terms of later on achievement. In summary, the implementation of structured inquiry lessons should be considered as positive tools to increase knowledge long-term and increase students’ awareness that their own behavior determines their learning outcome.