Fostering Scientific Modelling in Chemistry Degree Courses

• Applicants: Professor Dr. Julian Roelle; Professor Dr. Stefan Rumann
• Subject Area: General and Domain-Specific Teaching and Learning
• Term: from 2017 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 397641340

• Final Report Year: 2023

Final Report Abstract

Im Rahmen des Vorhabens „Förderung des Modellverständnisses in Chemiestudiengängen" wurden die Effekte eines Trainings zur Förderung des ikonischen Modellverständnisses und, über eine angedockte Studie ergänzend, eines Trainings zur Förderung des symbolisch-mathematischen Modellverständnisses untersucht. Als abhängige Variablen wurden sowohl das Modellverständnis als auch das Fachwissen in den Domänen der organischen Chemie und der physikalischen Chemie untersucht. Zur Beantwortung der Forschungsfragen wurden gemäß Arbeitsplan je ein Experiment und labor- bzw. feldnahen Bedingungen durchgeführt. Bedingt durch die COVID-19 Pandemie waren die Stichprobengrößen in beiden Experimenten kleiner als ursprünglich anvisierst (n = 44 bzw. n = 60), was zu Lasten der Teststärke geht. Als Proband*innen wurden Studierende des zweiten Semesters der Bachelorstudiengänge Chemie und Water Science akquiriert. Experiment I belegt die prinzipielle trainingsbasierte Förderbarkeit des ikonischen Modellverständnisses. Die durchgeführte Rasch-Analyse weist überdies auf eine hohe Messgüte hin. Im Rahmen von Experiment II durchliefen die Proband*innen fünf entwickelte Trainingssitzungen zur Förderung des ikonischen-Modellverständnisses. Insgesamt belegen die Ergebnisse signifikante Lernzuwächse der Interventionsgruppen bei großen Effekten, sowohl mit Blick auf das ikonische Modellverständnis als auch das Fachwissen in organischer Chemie. Aus den Ergebnissen des Vorhabens lassen sich Implikationen für die Hochschullehre im Eingangsbereich chemiebezogener Studiengänge ableiten, was perspektivisch zu einer Verringerung der Drop-out Rate führen soll. Ferner bieten sich Ansatzpunkte für weitere fachdidaktische Folgeforschung im Bereich des modellbasierten Lernens.

Publications

• Förderung des visuellen Modellverständnisses in Chemiestudiengängen. In C. Maurer (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Bildung als Grundlage für berufliche und gesellschaftliche Teilhabe, (S. 799-802)
  Bille., V., Komor, I., v. Vorst, H., Opfermann, M., Roelle, J., Rumann, S. & Sumfleth, E.
  
• Förderung des ikonischen Modellverständnisses in Chemiestudiengängen. In S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, (S. 892-895)
  Bille, V., Rumann, S., Roelle, J., Opfermann, M. & Schmuck, C.
  
• Symbolisch-mathematisches Modellieren in der Physikalischen Chemie. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik. Jahrestagung in Wien (Bd. 40, 888-891)
  Komor, I., van Vorst, H., Sumfleth, Roelle, J. & Hasselbrink, E.
  
• Förderung des symbolisch-mathematischen Modellverständnisses. In: S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht und Lehrerbildung im Umbruch. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik. Online-Jahrestagung (Bd. 41, 73-76)
  Komor, I., van Vorst, H., Sumfleth, E., Roelle, J. & Hasselbrink, E.
  
• Students‘ difficulties arising from mathematical modelling in Physical Chemistry. CHEMKON, 30(5), 176-185.
  Komor, Ines; van Vorst, Helena & Sumfleth, Elke