Prozessbasierte Untersuchungen des Zusammenhanges von epistemischen Argumentationen und konzeptueller Entwicklung in der Physik

• Applicant: Professorin Dr. Claudia von Aufschnaiter
• Subject Area: General and Domain-Specific Teaching and Learning
• Term: from 2004 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5420067

• Final Report Year: 2009

Final Report Abstract

Epistemisches Argumentieren liefert einen wesentlichen Beitrag zu den derzeitig für schulische Bildung vielfach geforderten prozessbezogenen Kompetenzen. Besonders im angelsächsischen Sprachraum findet sich ein breites Forschungsfeld zu Argumentationen, das insbesondere auf die Initiierung und Auswertung von Schülerargumentationen gerichtet ist. Obwohl viele Ansätze zumindest implizit von einer Verbindung zwischen den von Schülern entwickelten Argumentationen und ihrem fachbezogenen Wissen ausgehen, wird deren Wechselwirkung selten im Detail untersucht. Im Projekt wurden Lerneinheiten zu bereits existierenden physikbezogenen Argumentationsaufgaben (u.a. Osborne, Erduran & Simon, 2004a; 2004b) entwickelt, die Schüler auf die jeweils in den Aufgaben präsentierten Inhalte fachlich vorbereiten. Die behandelten Themenfelder umfassen Wärmeübertragung, elektrische Stromkreise, Licht & Schatten und Blutdruck. Die Hauptstudie wurde als Laborstudie angelegt und umfasst insgesamt zehn Schülergruppen mit je drei Schülern aus den Jahrgangsstufen 8 (sechs Gruppen) und 11 (vier Gruppen). Jede Gruppe wurde bei der Bearbeitung von jeweils zwei Themenfeldern auf Video aufgezeichnet, wobei jedes Themenfeld zwei Sitzungen umfasste. Die insgesamt ca. 42 Stunden Video wurden im Detail sowohl am Video als auch an Transkripten mit Kodierverfahren ausgewertet, die sich sowohl auf die Argumentationsprozesse (TAPping nach Toulmin) als auch auf die Konzeptualisierungsprozesse einzelner Schüler beziehen. Alle Schüler wurden dabei einzeln verfolgt, so dass individuelle Prozesse nachvollzogen werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass Schüler auch ohne explizite Aufforderung und ohne ein entsprechendes Argumentationstraining von sich aus argumentieren. Ein wesentliches Ergebnis des Projektes ist es, eine Kodieranleitung entwickelt zu haben, die die Identifikation solcher Argumentationen auch in Abwesenheit von expliziten Triggern erlaubt. Es zeigt sich in allen Argumentationen (sowohl mit als auch ohne explizite Anregung), dass deren strukturelle Qualität eher gering ist; in der Regel enthalten die Argumentationen der Schüler vergleichsweise wenig anspruchsvolle Argumentationselemente (u.a. Gegenbehauptungen und Fakten) und bestehen insgesamt auch aus vergleichsweise wenig verschiedenen Elementen. Eine deutlich erkennbare Abhängigkeit erzeugter Argumentationen von den gewählten Themen, dem Alter oder dem Geschlecht der Probanden konnte nicht nachgewiesen werden. In Bezug auf die von den Schülern explizit erzeugten Konzeptualisierungen zeigt sich, dass diese eher selten vorkommen und dabei in der Regel erst im Nachgang zu konkreten Beobachtungen, Aufgaben o.ä. generiert werden (also nicht im Sinne von Hypothesen auftreten). Obwohl Schüler der 11. Klasse nicht signifikant mehr explizite Konzeptualisierungen generieren als Schüler der 8. Klasse, zeigen die älteren Schüler ein höheres intuitives Verständnis relevanter Konzepte. Eine Abhängigkeit dieser Befunde vom Geschlecht oder vom untersuchten Thema konnte nicht nachgewiesen werden. Insgesamt zeigt die Betrachtung von Argumentationen und Konzeptualisierungen, dass die Unterschiede zwischen einzelnen Schülern, auch innerhalb von Gruppen, hoch sind und die Unterschiede zwischen den Kohorten meist erkennbar übersteigen. Deutlich wird aber auch, dass Schüler, die strukturell höherwertige Argumentationen erzeugen, tendenziell auch höherwertige Konzeptualisierungsniveaus erreichen. In den aktuell im Abschluss befindlichen Auswerteschritten wird gegenwärtig geprüft, ob sich dieser indirekte Zusammenhang auch für einzelne Argumentationen nachweisen lässt. Die bisherige Befundlage stützt die Hypothese, dass das fachspezifische Wissen ein wesentlicher Prädiktor für das Auftreten und die Qualität von Schülerargumentationen über naturwissenschaftliche Sachverhalte ist. Ein Argumentationstraining, das sich ausschließlich auf den formalen Aufbau von Argumentationen stützt, sollte deshalb nur wenig nachhaltig in Bezug auf naturwissenschaftliche Argumentationsprozesse von Schülern sein.

Publications

• (2004). Argumentation and cognitive processes in science education. Paper presented at the conference of NARST, Vancouver, Canada, April 2004. (CD-Rom)
  Aufschnaiter, C. v., Erduran, S., Osborne, J., & Simon, S.
  
• GDCP, Heidelberg, September 2004 Vortrag: Epistemisches Argumentieren und Konzept-Entwicklung
  
  
• King’s College, Seminarserie Dialogue and Development, London (England), Oktober 2004 Poster: Dialogue to Promote Physics Knowledge
  Aufschnaiter, C. v.
  
• (2005). Argumentation and the learning of science. Paper presented at the conference of ESERA, Barcelona, Spain, August 2005. (CD-Rom)
  Aufschnaiter, C. v., Erduran, S., Simon, S. & Osborne, J.
  
• (2005). Epistemisches Argumentieren und Konzept-Entwicklung. In A. Pitton (Hrsg.), Relevanz fachdidaktischer Forschungsergebnisse für die Lehrerbildung (pp. 324-326). Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Bd. 24. Münster, Hamburg, London: LIT VERLAG
  Aufschnaiter, C. v., Kraus, M. E., Rogge, C., Erduran, S., Osborne, J., & Simon, S.
  
• (2005). Experimente im naturwissenschaftlichen Unterricht. Lernchancen, 47, 6-10
  Aufschnaiter, C. v. & Riemeier, T.
  
• (2005). Physikalisch argumentieren lernen. Methoden zur Förderung der diskursiven Kompetenz. Naturwissenschaften im Unterricht – Physik, 87, 32-37
  Kraus, M. E. & Aufschnaiter, C. v.
  
• (2005). Von Fehlvorstellungen und fehlenden Erfahrungen: Konzeptentwicklung im Physik-Unterricht. In Deutsche Physikalische Gesellschaft, Fachverband Didaktik der Physik (Hrsg.), Didaktik der Physik: Vorträge - Physikertagung 2005 - Berlin. Beitrag zum Plenarvortrag auf der CD-Rom zur Tagung
  Aufschnaiter, C. v.
  
• (2005). Von Lernervorstellungen zu Lernprozessen: Entwicklung und Relevanz prozessorientierter Forschungsprogramme in den Fachdidaktiken. In A. Wellensiek, M. Welzel & T. Nohl (Hrsg.), Didaktik der Naturwissenschaften - Quo vadis? (pp. 136-149). Berlin: Logos
  Aufschnaiter, C. v. & Aufschnaiter, S. v.
  
• (2005). Über den Zusammenhang von Handeln, Wahrnehmen und Denken. In R. Voss (Hrsg.), Unterricht aus konstruktivistischer Sicht: Die Welten in den Köpfen der Kinder (2. Auflage) (pp. 234-248). Weinheim, Basel: Beltz
  Aufschnaiter, C. v. & Aufschnaiter, S. v.
  
• EARLI, Nicosia (Zypern), August 2005 Vortrag: Situating Conceptual Structures in Physics: What Are We Looking At?
  Aufschnaiter, C. v.
  
• ESERA, Barcelona (Spanien), August 2005 Vortrag: Argumentation and the Learning of Science. Symposium von Prof. Dr. Jonathan Osborne über Argumentation und Kognition)
  Aufschnaiter, C. v., S. Erduran, J. Osborne und S. Simon
  
• GDCP, Paderborn, September 2005 Vortrag: Epistemisches Argumentieren und Physiklernen
  
  
• King’s College London, Seminarserie Dialogue and Development, London (England), Juni 2005 Vortrag: Videograph for Capuring and Analysing Dialogue.
  Aufschnaiter, C. v.
  
• MNU, Hannover, September 2005 Vortrag: Von physikalischen Experimenten zu physikalischen Konzepten – ein steiniger Weg?
  Aufschnaiter, C. v.
  
• Open University, Seminarserie Dialogue and Development, Milton Keynes (England), Februar 2005 Poster: Methodological Approach to Investigate the Quality of Dialogue (Einladung im Rahmen der ESRC-Förderung der Seminarserie)
  Aufschnaiter, C. v.
  
• Tagung der DPG, Berlin, März 2005 Plenarvortrag: Von Fehlvorstellungen und fehlenden Erfahrungen: Konzeptentwicklung im Physik-Unterricht
  Aufschnaiter, C. v.
  
• (2006). Argumentation and conceptual development. Proceedings of the ESERA Summer School, Braga, Portugal, July 2006
  Rogge, C.
  
• (2006). Epistemisches Argumentieren und Physiklernen. In A. Pitton (Hrsg.), Lehren und Lernen mit neuen Medien (pp. 245-247). Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik, Bd. 26. Münster, Hamburg, London: LIT VERLAG
  Kraus, M. E., Rogge, C., Aufschnaiter, C. v. & Riemeier, T.
  
• (2006). Exploring the processes of students’ development of physics concepts. Paper presented at the conference of NARST, San Francisco, USA, April 2006. (CD-Rom)
  Aufschnaiter, C. v.
  
• (2006). Prozessorientierte Vorstellungsforschung. In R. Girwidz, M. Gläser-Zikuda, M. Laukenmann & T. Rubitzko (Hrsg.), Lernen im Physikunterricht (pp. 191-200). Hamburg: Verlag Dr. Kovac
  Aufschnaiter, C. v.
  
• ERIDOB, London (Großbritannien), September 2006 Poster-Vortrag: What Makes Students to Argue While Learning Biology Concepts?
  Aufschnaiter, C. v.
  
• GDCP, Bern, September 2006 Plenarvortrag: Videobasierte Analysen von Lern- und Lehrprozessen in physikalischen Kontexten
  Aufschnaiter, C. v.
  
• GDCP, Bern, September 2006 Vortrag: Sind wissenschaftliche Argumentationen von Schülern fachlich anspruchsvoll?
  
  
• GDCP, Zwischentagung, Heidelberg, März 2006 Vortrag: Konzeptentwicklung von Lernenden aus Videodaten rekonstruieren
  
  
• GDCP, Zwischentagung, Heidelberg, März 2006 Workshop: Analyse von Schülerperspektiven mit Hilfe von Videodaten
  
  
• Kolloquium der Fachdidaktik Physik, Universität Nürnberg-Erlangen, Erlangen, November 2006 Vortrag: Schülern beim Physiklernen über die Schulter schauen – Erkenntnisse und Perspektiven
  Aufschnaiter, C. v.
  
• NARST, San Francisco (USA), April 2006 Vortrag: Exploring the Processes of Students’ Development of Physics Concepts
  Aufschnaiter, C. v.
  
• (2007). Arguing for a belief or clarifying a context? Identifying students’ reasoning in scientific contexts. Paper presented at the conference of ESERA, Malmö, Sweden, August 2007
  Aufschnaiter, C. v., Rogge, C., Riemeier, T. & Fleischhauer, J.
  
• (2007). Argumentation and the learning of science. In R. Pintó & D. Couso (Eds.), Contributions from science education research (pp. 377-388). Dordrecht: Springer
  Aufschnaiter, C. v., Erduran, S., Osborne, J. & Simon, S
  
• (2007). Argumentieren und Verständnisentwicklung – eine prozessbasierte Untersuchung der Zusammenhänge und Wechselwirkungen In H. Bayrhuber et al. (Hrsg.), Ausbildung und Professionalisierung von Lehrkräften. Internationale Tagung der Fachgruppe Biologiedidaktik im VBiO (S. 135-138). Kassel: Universität Kassel
  Riemeier, T.
  
• (2007). Do high-level argumentations consist of sophisticated scientific understanding? Paper presented at the conference of ESERA, Malmö, August 2007
  Rogge, C. & Aufschnaiter, C. v.
  
• (2007). Sind wissenschaftliche Argumentationen von Schülern fachlich anspruchsvoll? In D. Höttecke (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht im internationalen Vergleich (pp. 197-199). Berlin: LIT VERLAG
  Rogge, C., Aufschnaiter, C. v. & Riemeier, T.
  
• (2007). Videobasierte Analysen von Lern- und Lehrprozessen in physikalischen Kontexten. In D. Höttecke (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht im internationalen Vergleich (pp. 122-135). Berlin: LIT VERLAG
  Aufschnaiter, C. v.
  
• ESERA, Malmö (Schweden), August 2007 Vortrag: Arguing for a Belief or Clarifying a Context? Identifying Students’ Reasoning in Scientific Contexts
  Aufschnaiter, C. v.
  
• GDCP, Essen, September 2007 Vortrag 1: Konzeptentwicklung in ihrer Dynamik erfassen: Vorgehen und Befunde
  
  
• GDCP, Essen, September 2007 Vortrag 2: Welche Anlässe regen Schüler zum Argumentieren an?
  
  
• Tagung der Fachgruppe Biologiedidaktik im VBiO, Essen, September 2007 Vortrag: Argumentieren und Verständnisentwicklung – eine prozessbasierte Untersuchung der Zusammenhänge und Wechselwirkungen
  
  
• Vortrag: Do High-level Argumentations Consist of Sophisticated Scientific Understanding?
  Aufschnaiter, C. v., C. Rogge
  
• (2008) Lernen durch Experimentierserien. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 19(108)
  Aufschnaiter, C. v.
  
• (2008). Arguing to learn and learning to argue: Case studies of how students' argumentation relates to their scientific knowledge. Journal of Research in Science Teaching, 45(1), 101-131
  Aufschnaiter, C. v., Erduran, S., Osborne, J. & Simon, S.
  
• (2008). Argumentation and scientific reasoning - an exploration of their interrelationship. Paper presented at the conference of NARST, Baltimore, USA, April 2008. (CD-Rom)
  Aufschnaiter, C. v., Fleischhauer, J., Rogge, C. & Riemeier, T.
  
• (2008). Der ist doch voll viel kälter! Wärmeempfinden, der Nullte Hauptsatz der Wärmelehre und erste Aspekte der Wärmeübertragung. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 19(108), 26-33
  Rogge, C. & Linxweiler, U.
  
• (2008). Hä? Der dreht sich ja andersrum! Ein phänomenorientierter Einstieg in die Elektrizitätslehre. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 19(108), 10-17
  Aufschnaiter, C. v., Buchmann, K., Kraus, M.E. & Sohns, N.
  
• (2008). Konzeptentwicklung in ihrer Dynamik erfassen: Vorgehen und Befunde. In D. Höttecke (Hrsg.), Kompetenzen, Kompetenzmodelle, Kompetenzentwicklung (pp. 311-313). Berlin: LIT VERLAG
  Rogge, C. & Aufschnaiter, C. v.
  
• (2008). Mithilfe von Experimenten lernen – (wie) geht das? Experimentierserien als systematischer Zugang zu physikalischen Konzepten. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 19(108), 4-9
  Aufschnaiter, C. v.
  
• (2008). Students’ argumentation while working on physics tasks. Paper presented at the ninth ESERA Summerschool, York, United Kingdom. (CD-Rom)
  Fleischhauer, J.
  
• (2008). Welche Anlässe regen Schüler zum Argumentieren an? In D. Höttecke (Hrsg.), Naturwissenschaftlicher Unterricht im internationalen Vergleich (pp. 314-316). Berlin: LIT VERLAG
  Fleischhauer, J., Rogge, C., Riemeier, T. & Aufschnaiter, C. v.
  
• ESERA, Doktorandentagung York (UK), August 2008 Plenarvortrag: Concepts about Conceptual Change
  Aufschnaiter, C. v.
  
• GDCP, Schwäbisch-Gmünd, September 2008 Vortrag 1: Argumentationsprozesse von Schülern beim Lernen von Physik
  
  
• GDCP, Schwäbisch-Gmünd, September 2008 Vortrag 2: Verläufe von Konzeptentwicklungen zum Themengebiet Wärmeübertragung
  
  
• NARST, Baltimore (USA), April 2008 Vortrag: Argumentation and Scientific Reasoning - an Exploration of Their Interrelationship
  Aufschnaiter, C. v.
  
• (2009). Argumentation about and understanding of science: Research exploring how to interrelate these two different perspectives. Symposium presented at the conference of ESERA, Istanbul, Turkey, September 2009
  Aufschnaiter, C. v.
  
• (2009). Argumentationsprozesse von Schülern beim Lernen von Physik. In D. Höttecke (Hrsg.), Chemie- und Physikdidaktik für die Lehramtsausbildung (S. 295-297). Münster: LIT VERLAG
  Fleischhauer, J., Rogge, C., Riemeier, T. & Aufschnaiter, C. v.
  
• (2009). Im Physikunterricht wird zu viel erklärt! Lernchancen, 12(69/70), 54-59
  Aufschnaiter, C. v. & Rogge, C.
  
• (2009). Students’ development of conceptual knowledge within the topics thermal equilibrium and heat transfer. Paper presented at the conference of ESERA, Istanbul, Turkey, September 2009
  Rogge, C.
  
• (2009). The Quality of Argumentation and Conceptual Development – An Exploration of their Interrelationship. Paper presented at the conference of ESERA, Istanbul, Turkey, September 2009
  Riemeier, T., Aufschnaiter, C.v., Fleischhauer, J. & Rogge, C.
  
• (2009). Verläufe von Konzeptentwicklungen zum Themengebiet Wärmeübertragung. In D. Höttecke (Hrsg.), Chemie- und Physikdidaktik für die Lehramtsausbildung (pp. 295-297). Münster: LIT VERLAG
  Rogge, C.
  
• ESERA, Istanbul (Türkei), August 2009 Keynote: Misconceptions or Missing Conceptions?
  Aufschnaiter, C. v.
  
• ESERA, Istanbul (Türkei), August 2009 Symposium: Argumentation About and Understanding of Science: Research Exploring How to Interrelate these Two Different Perspectives Vortrag 1: The Quality of Students’ Argumentation and Their Conceptual Understanding – an Exploration of Their Interrelationship
  Aufschnaiter, C. v.
  
• ESERA, Istanbul (Türkei), August 2009 Symposium: Argumentation About and Understanding of Science: Research Exploring How to Interrelate these Two Different Perspectives Vortrag 2: Students’ Development of Conceptual Knowledge within the Topics Thermal Equilibrium and Heat Transfer
  Aufschnaiter, C. v.
  
• GDCP, Dresden, September 2009 Vortrag 1: Prozessbasierte Diagnostik von Kompetenzentwicklungsverläufen
  
  
• GDCP, Dresden, September 2009 Vortrag 2: Welche Qualität haben Schülerargumentationen beim Lernen von Physik?
  
  
• Jenaer Tage der Fachdidaktik, Universität Jena, Mai 2009 Plenarvortrag: Was man vom Physik-Lernen über das (Physik-)Lehren lernen kann
  Aufschnaiter, C. v.