Laufende Forschungsprojekte

Auf der folgenden Seite erhalten Sie einen Einblick über die an den Didaktik der Naturwissenschaften unter Leitung von Jorge Groß laufenden Forschungsprojekte. Mehr zu unserer Forschungorientierung erfahren Sie hier.

Die Erkenntnisse unserer Forschung werden in Seminaren, Tagungen, Workshops, Schulbücher und Lehrerfortbildungen regelmäßig multipliziert.

Förderung des Hummelschutzes mithilfe digitaler Medien

Seit Jahrzehnten ist der Bestand von seltenen Hummelarten rückläufig und die negative Bestandsentwicklung setzt sich fort. Aktuelle Erhebungen zeigen, dass sich die Gesamtsituation für die Insekten sogar noch weiter verschlechtert. Einher mit dieser Entwicklung der Insektenarten ist auch ein Rückgang an Personen zu verzeichnen, die sich mit der Bestimmung („Artenkennern“) und dem Schutz von Insekten auskennt und ihn aktiv betreiben. Hummeln als eine verhältnismäßig übersichtliche Artengruppe innerhalb der Insekten, die zugleich aber eine wichtige biologische Stellung besitzen, bieten sich für die Projektarbeit an. Ziel des Projektes ist es daher, Ehrenamtliche für den Bestandsschutz von Hummeln zu aktivieren und dabei die Bestimmung und Kartierung mithilfe von digitalen Medien zu vereinfachen. Hierfür wird basierend auf der bestehenden Applikation „ID-Logics“ ein Sichtungsmodul und eine damit kommunizierende Website entwickelt, die anhand von Verbreitungskarten und Sichtungen die Projektergebnisse dokumentiert.

Das Projekt erfolgt in Kooperation mit dem NABU Niedersachsen e.V. und wird gefördert von der BINGO-Umweltstiftung.

Untersuchung und Förderung des naturwissenschaftlichen Konzeptverständnisses mithilfe einer digitalen Lernumgebung zur Kollaboration

Lernumgebungen zeichnen sich durch Aspekte wie Authentizität und Situiertheit (Rahmen und Anwendungskontext für das zu erwerbende Wissen), multiple Kontexte und Perspektiven (Flexibilität des zu erwerbenden Wissens), und soziale Kontexte (gemeinsames Lernen und Problemlösen) aus (Gerstenmaier & Mandl, 1995). Durch die Integration digitaler Medien lassen sich diese Aspekte in besonderer Weise realisieren. Die in der Schulpraxis häufig genutzte Methode des „Think-Pair-Share“ ist eine einfache Form der Kollaboration, bei der die Vorstellungen in der Einzelarbeit (Think), dann in der Partnerarbeit (Pair) und letztlich im Plenum (Share) miteinander geteilt und diskutiert werden. Diese Methode wird nach unserem Erkenntnisstand bislang ausschließlich ohne strukturiert instruktionale oder mediale Begleitung und durchgeführt. Das Kernstück des Projekts ist hierzu die Entwicklung einer Applikation. Allerdings soll dies im Sinne des Design Based Research in einem iterativen Prozess geschehen, wobei erfahrene Lehrkräfte sowie Studierende und Schülerinnen und Schüler mit eingebunden werden (siehe Erfahrungen im Projekt „Biodiversität Interaktiv“, Groß, 2014). 

Das Projekt ist eine Kooperation mit der Chemiedidaktik der Universität Hannover und wird gefördert von der Joachim Herz Stiftung im Rahmen des Kolleg Didaktik:digital

Der Einfluss des Wettbewerbs "Jugend forscht" auf Vorstellungen der Lernenden über die Naturwissenschaften

Forschendes Lernen gilt als vielversprechende Möglichkeit eine naturwissenschaftliche Grundbildung zu vermitteln. Bei der Diskussion über die Charakteristika der Naturwissenschaften (Nature of Science) gibt es in Literatur weitgehende Übereinstimmung darüber, was Lernende über die Naturwissenschaften wissen sollten: Hierzu zählen z.B. (1) die Veränderlichkeit von naturwissenschaftlichem Wissen, (2) das Prinzip von Beobachtung und Schlussfolgerung beim Experimentieren oder (3) die Kreativität unter den Naturwissen­schaftlern. Der bundesweite Wettbewerb „Jugend forscht“ mit jährlich über 10.000 Teilnehmenden gilt als der bekannteste naturwissenschaftliche Nachwuchs­wettbewerb in Deutschland. Er hat das selbst erklärte Ziel, das Verständnis für naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen zu fördern. Inwieweit ändern sich aber tatsächlich die Vorstellungen der Lernenden über die Naturwissenschaften im Verlauf des Wettbewerbs und welche Faktoren sind dafür identifizierbar? Die gewonnenen Ergebnisse geben Aufschluss darüber, welche Möglichkeiten bestehen, naturwissen­schaftliche Denk- und Arbeitsweisen gezielter zu fördern und inwiefern projektorientierte Wettbewerbe wie „Jugend forscht“ zu einem tieferen Verständnis der Charakteristika der Naturwissenschaften führen.   

Mehr Informationen: Jugend-Forscht

The reconciliation of conceptual metaphors in the teaching of evolution and biblical creation

The understanding of evolution is critical for understanding biological concepts, and a fundamental guideline for the German science education curriculum. But, teaching and understanding of evolution is hard to grasp (Groß, 2008). Students often stick to Lamarckian conceptions and do not understand the concept of variation in population and natural selection. Furthermore, there is a conflict between faith and reason. Science and religion represent two systems that should help people to organize their understanding of the world around them. The philosophers and linguists Lakoff and Johnson asserted that human thinking is based on experience and our neuronal network is structured metaphorically. Darwin’s on the origin of species utilizes conceptual metaphor throughout. The Concept Metaphor Theory (CMT) reinforcing the importance of conceptual metaphors in how knowledge is both processed and assimilated (Gallese & Lakoff, 2005). The aim of this study is to investigate which/how teachers’ conceptions manifest themselves when teaching both evolution and “biblical” creation, and how these conceptualizations may be reconciled to produce synergistic strategies to facilitate teaching, both of evolution and faith based interpretations of creation. The qualitative study based on the model of educational reconstruction.

ID-Logics - Artbestimmung mit digitalen Medien

Die Kenntnisse über Tiere und Pflanzen sind ein Schlüssel zum Verständnis und zum Schutz der Natur. Doch trotz der gesellschaftlichen und ökologischen Bedeutung der biologischen Vielfalt geht dieses Wissen zusehends verloren. Ein Schritt, die Gesellschaft positiv zu verändern, ist die Formulierung einer „Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt” der Bundesregierung sowie die Ausrufung der UN-Dekade der Biodiversität 2011-2020. Die erstaunliche Erfahrung ist, dass es Kindern und Erwachsenen nicht an Lernwilligkeit und Neugier mangelt. Allerdings ist es ohne naturwissenschaftliche Vorbildung oft zu kompliziert, Arten zu identifizieren. Was bisher eine notwendige Auseinandersetzung mit komplexer Fachliteratur war, kann ab sofort von einem digitalen System übernommen werden. Die dafür notwendigen technischen Voraussetzungen sind durch Entwicklungsarbeit der Firma itour city guide GmbH mit Unterstützung der Apple GmbH erstmalig gegeben. Die inhaltlichen Voraussetzungen sind durch Zusammenarbeit kooperierender Fachwissenschaftler und Fachdidaktiker der Universitäten geschaffen worden. In Zusammenarbeit ist das interaktive Webportal „ID-Logics.com“ entstanden. Das Projekt wird gefördert von der Joachim Herz Stiftung, Hamburg.

ID-Logics ist in Kürze im Apple und Android AppStore kostenlos erhältlich.

Mehr Informationen: ID-Logics.com

Das Moral-Metaphern-System zur Förderung der Bewertungskompetenz

„Tiere aus Massentierhaltung, würde ich nicht essen (...) viele Tiere werden auf einen Fleck gehalten und das ist nicht gut, weil Krankheiten dadurch entstehen (...) ich finde es ekelig.“ (Flo, 14 Jahre bewertet Massentierhaltung)

Durch die Einführung der Bildungsstandard erfolgte eine länderübergreifende Stärkung des Bereichs der Bewertungskompetenz. Allerdings hat es sich in den letzten 10 Jahren gezeigt, dass viele Lehrkräfte nur sehr ungenaue Vorstellungen dazu haben, wie diese gezielt im Biologieunterricht gefördert werden kann. Arbeits- und Forschungsschwerpunkt in diesem Forschungsprojekt ist die Untersuchung von Schülervorstellungen in Form von Wertorientierungen zur Massentierhaltung und deren Einfluss auf den Erwerb von Bewertungskompetenz. Im Rahmen der Didaktischen Rekonstruktion (Kattmann et al. 1997) werden folgende Fragen untersucht: 

  • Welche Wertorientierungen nutzen Lerner und was sind ihre Quellen? 
  • Wie können die Wertorientierungen der Lerner in den Biologieunterricht zugunsten von Bewertungskompetenzen integriert werden?

Ziel des Forschungsvorhabens ist die fruchtbare Gestaltung von schulischen Lehr-/ Lernprozessen im Rahmen der Forderungen der Bildungsstandards im Fach Biologie (Bewertungskompetenz; KMK 2004). Hierfür werden didaktischen Leitlinien anhand von Dilemmata-Situationen entwickelt.

Heterogene Schülervorstellungen lernwirksam nutzen – Ko-Konstruktive Klassengespräche

Vorstellungen von Schülerinnen und Schülern besitzen eine große Bedeutung für die Gestaltung von erfolgreichen Lernprozessen und die konkrete Unterrichtsplanung (Kattmann et al., 1997; Groß, 2004, 2007). Eine Standardsituation in der täglichen Unterrichtspraxis ist der Umgang mit Schülervorstellungen im Unterrichtsgespräch. Für die Lehrkraft ist es eine äußerst komplexe und herausfordernde Aufgabe, im laufenden Unterricht auf diese Schülervorstellungen angemessen zu reagieren. Die Herausforderung in der Unterrichtspraxis besteht für Lehrkräfte in der Moderation solcher ko-konstruktiver Klassengespräche, insbesondere in Bezug auf die Einbindung der Vorstellungen von Lernenden und die situative Gesprächsführung. Im Zentrum der Studie stehen die Fragen: Welche individuellen Lernprozesse beschreiben Schülerinnen und Schüler in Klassengesprächen? Welche Vorstellungen von Lernenden wählt die Lehrkraft mit Vermittlungsabsicht aus und welche ko-konstruktiven Prozesse finden dabei statt? Methodisch erfolgt eine mehrperspektivische Betrachtung der Klassengespräche mit Videostudien im Unterricht und leitfadengestützten Interviews mit einer Lehrkraft und mehreren Schülerinnen und Schülern aus der Mittel- und Oberstufe. Die Daten werden mit Methoden der qualitativen Inhaltsanalyse im Rahmen des Modells der Didaktischen Rekonstruktion ausgewertet.

Das Projekt ist eine Kooperation mit dem Studienseminar Koblenz

Digitale Lernspiele für Nachhaltigkeit

Von 2005 bis 2014 hatten sich die Vereinten Nationen mit der UN-Dekade „Bildung für eine nachhaltige Entwicklung“ (= BNE) dazu verpflichtet, die Prinzipien der Nachhaltigkeit in ihren Bildungssystemen zu verankern. Im November 2014 startete die UNESCO-Weltkonferenz das sich daran anschließende BNE-Weltaktionsprogramm (2015 – 2019). BNE ist nach wie vor ein sehr breites und bedeutsames Thema auch für die Fachdidaktiken der Naturwissenschaften. Das Konzept der Nachhaltigkeit war aber zu lange nur ein Thema des Expertendiskurses. Da Umwelthandeln am ehesten durch handlungsorientierte Lern- und Arbeitsprozesse initiiert werden kann, müssen Handlungs- und Erfahrungs¬orientierung im schulischen Bereich Priorität erlangen. Die grundlegende Idee des Projekts „Digitale Lernspiele für Nachhaltigkeit“ ist, diese Handlungs- und Erfahrungsorientierung mit der Affinität vieler junger Menschen zu digitalen Medien und mit dem Konzept der Nachhaltigkeit zu verknüpfen und dabei zudem Lehre, Forschung und Produktorientierung miteinander zu verbinden. Hierbei kooperieren wir mit der Professur für Angewandte Informatik - Kognitive Systeme der Uni Bamberg (Prof. Dr. Ute Schmid). Das Projekt wird von der Joachim Herz Stiftung gefördert.

Mehr Informationen: hier in Kürze

Die Fotosynthese verstehen – didaktische Rekonstruktion der Pflanzenernährung

Wie kommt es eigentlich dazu, dass ein Samen zu einem tonnenschweren Baum heranwachsen kann? Sind dafür die „Nährstoffe“ im Boden ausschlaggebend oder wandelt er etwa Luft in Holz um?

Schülervorstellungen über Pflanzenernährung weichen oft von fachwissenschaftlichen Auffassungen ab. Im Rahmen des Modells der Didaktischen Rekonstruktion werden daher (1) Schülervorstellungen zur Pflanzenernährung in einem qualitativen Ansatz mittels Interviews identifiziert und diese mit (2) fachwissenschaftlichen Vorstellungen verglichen. Diese werden ebenso durch qualitative Inhaltsanalyse ermittelt. Ausgehend von diesen Erkenntnissen werden in einem weiteren Schritt (3) konstruktivistische Lernumgebungen entwickelt, die Veränderungen gemäß des conceptual-reconstruction Ansatzes auslösen sollen. Die Ergebnisse unserer Vermittlungsexperimente zeigen, dass die Frage „Was braucht eine Pflanze um wachsen zu können“ (Dissimilation) im Unterricht vor der Frage „Woher bekommt die Pflanze diese Stoffe“ (Assimilation) gestellt werden sollte. Der von uns entwickelte Ansatz Dissimilation-vor-Assimilation initiiert Konzeptwechsel und ist als Alternative zu curricularen Vorgaben anzusehen. Es gilt in weiteren (longitudinalen, quantitativen) Untersuchungen diesen Ansatz weiter zu evaluieren.

Bioenergie

Die im Rahmen des Projektes „Umweltbildung – Edutainment“ in Zusammenarbeit mit der Bioenergieregion Bayreuth entwickelten Lernzirkel beschäftigen sich mit Möglichkeiten der Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Nutzung von Bioenergie, die in Deutschland bis zu 70% der Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien. Im Gegensatz zu Wasserkraft, Photovoltaik und Windenergie ist Schülern der Begriff Bioenergie jedoch oft unbekannt. Es gibt ebenfalls kaum handlungsorientierte Unterrichtsmaterialien mit fächerübergreifenden Inhalten. Hauptziel der entwickelten Lernzirkel war es, die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten nachwachsender Rohstoffe sowohl auf stofflicher, als auch auf energetischer Basis am Beispiel der Bioenergie zu verdeutlichen.

Die Schüler/innen setzen sich hierbei eigeninitiativ, selbstständig und experimentell „mit eigenen Händen“ mit der Thematik auseinander. Jenseits eines rein kognitiven Ansatzes liegt dabei ein besonderer Fokus auf den multisensorischen Erfahrungen der Schüler/innen. Die Lernzirkel wurden im Rahmen einer mobile Ausstellung an 22 Haupt- und Realschulklassen (7/8 Jahrgangsstufe) im Landkreis Bayreuth durchgeführt und evaluiert. Die Projektentwicklung und Umsetzung sind als offizielles Projekt der UN-Dekade „Bildung für nachhaltige Entwicklung" ausgezeichnet worden.

Mehr Informationen: Bioenergie

Walderlebnispfad Bruderwald – Entwicklung und formative Evaluation eines außerschulischen Lernortes 

Der Bruderwald ist am Rand der Welterbestätte Bamberg gelegen und umfasst ein biologisch und landschaftlich attraktives Waldstück. Trotz guter Vermittlungsmöglichkeit im Waldgebiet zeigt es sich jedoch, dass solche außerschulischen Lernorte ohne Unterstützung nur selten genutzt werden. Ziel des Projektes ist es daher, die Biologie des Waldes für Besucher wie insbesondere Kindern und Jugendlichen gezielter erfahrbar zu machen. Dazu entwickeln seit mehrjähriger Zusammenarbeit Lehramtsstudierende der Didaktik der Naturwissenschaften der Universität Bamberg in Kooperation mit Stephan Keilholz von den Bayerischen Staatsforsten mit seinem Team thematische Stationen, anhand derer Besucher sowohl vor Ort als auch mithilfe fachdidaktischen Lehrermaterialien ausgewählte Inhalt der Waldökologie vermittelt werden soll. Die von uns fachdidaktisch entwickelten Inhalte werden sukzessiv im Erlebnispfad umgesetzt und der Öffentlichkeit bekannt gemacht.

Mehr Informationen: Erlebe Bruderwald

Nakundu – Abenteuer im Hainichland

Das Projekt »Urwald-Life-Camp« mit der Jugendherberge Harsberg im Nationalpark Hainich hat das Ziel die Inhalte der Jugendherberge mit der Nationalparkeinrichtung im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung für Jugendherbergen und National- bzw. Naturparke zu verknüpfen. Aufgabe des Projektes ist daher eine Kombination aus der Moderation des Evaluationsprozesses und der formativen und summativen Evaluation in Verbindung mit dem Umweltbildungsprogramm. Dabei werden konkrete und konstruktive Hilfestellungen bei der Projektsteuerung angeboten. Aufgrund der Bedeutung des Projektes bedarf es sowohl einer gleichgewichtigen Beachtung ökonomischer als auch didaktischer Zielsetzungen. Die mit der quantitativen (Fragebogen) und qualitativen (Interviews) Evaluation erhobenen Befunde sollen die Grundlage für eine konzeptionelle und inhaltliche Bewertung und Weiterentwicklung der Einrichtung bilden. Darüber hinaus sind auch Ziele zu formulieren, wie das Bildungsangebot der beteiligten Organisationen im Sinne einer Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) zu stärken und weiter auszubauen ist. Von besonderer Wichtigkeit ist dabei, die Situation der Zielgruppen wie Schulklassen (3. bis 8. Jahrgang) und Familien an der Schnittstelle BNE und Umweltbildung genauer zu analysieren. Die Didaktik der Naturwissenschaften Bamberg kann dabei auf die bei der Entwicklung von Lernangeboten gewonnenen Erfahrungen und eingesetzten Methoden zurückgreifen. Das Projekt wird durchgeführt im Auftrag des DJH Landesverbandes Thüringen und wird gefördert durch die Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), Osnabrück.

Das Projekt wurde 2013 ausgezeichnet mit dem "MarketingAward - Leuchttürme der Tourismuswirtschaft"

Mehr Informationen: Nakundu.de