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Forschungsschwerpunkt 1

Außerschulische Lernumgebungen: ELKE: Experimentieren – Lernen – Kompetenzen Erwerben

Außerschulische Lernorte (z.B. ELKE) stellen eine besondere Möglichkeit dar, die Lehrerbildung an der Universität mit der Idee eines kompetenzorientierten Chemieunterrichts effektiv zu verknüpfen. Als Lehr-/Lernlabor bieten sie angehenden Chemie- bzw. Naturwissenschaftslehrenden die Möglichkeit, ihre Kompetenzen in einer realitätsnahen Situation, aber gleichzeitig in einem vor Lerndruck geschützten Raum zu entwickeln, zu erproben und zu reflektieren. Als Schülerlabor sind sie bei schülerangepasster und kompetenzorientierter Gestaltung in der Lage, das Interesse der teilnehmenden Schüler*innen an naturwissenschaftlichen Fragestellungen zu erhöhen. Darüber hinaus können die Schüler*innen im Erwerb ihrer naturwissenschaftlichen Grundbildung gestärkt werden (vgl. Groß & Schumacher, 2018).

  • Entwicklung, Durchführung und Evaluation neuer, auch fächerübergreifender Konzepte für außerschulische Experimentiertage, die je nach Adressatengruppe bzw. Jahrgangsstufe in ELKEJunior, ELKE und ELKEOberstufe ausdifferenziert und entsprechend aktueller, bildungs- und gesellschaftspolitischer Herausforderungen didaktisch flexibel gestaltet werden (ELKE S., ELKE I. oder ELKE F.) (vgl. u.a. Groß, Bornemann & Sommershof, 2021, Groß & Schumacher, 2021 und 2020; Gross & Harmer, 2020; Winkler & Groß, 2020). Das Projekt ELKEOberstufe wurde von 2017-2019 vom Fonds der Chemischen Industrie (FCI) gefördert.
  • Erweiterung des Schülerlabors ELKE um innovative, fachwissenschaftliche Themen und Fragestellungen (vgl. auch Groß, Kurzbach & Angele, 2020)
    Drittmittelprojekt: „ELKE: NMR for food profiling – Long Drink, Short Experiment“, Mittelgeber: Hochschuljubiläumsfonds der Stadt Wien (HJF), Projektlaufzeit: 2020-2022
    Bei Interesse: Schüler*innen im Labor: NMR for Food Profiling
  • Kooperationspartner*innen:
    • Assoc.-Prof. Dr. Dennis Kurzbach, Institut für Biologische Chemie, NMR-Zentrum Fakultät für Chemie, Universität Wien
    • Ass.-Prof. Dr. habil. Claudia Angele, Didaktik der Ernährungswissenschaften, Department für Ernährungswissenschaften/ Zentrum für LehrerInnenbildung, Universität Wien

  • Erweiterung des Lehr-/Lernlabors ELKE zur Professionalisierung von Lehramtsstudierenden der Natur- und Lebenswissenschaften
  • ELKE und ELKEAustria: Umsetzung und Erforschung des außerschulischen Lernens im internationalen Vergleich (Österreich und Deutschland) (vgl. u.a. Gross & Harmer, 2020; Winkler & Groß, 2020)
  • ELKEDigital: Ausbau und Erforschung der ELKE- Experimentiertage als virtuelle Lernumgebungen für Schüler*innen und Chemielehramtsstudierende.
  • Drittmittelprojekt: „ELKEdigital – Ausbau und Erweiterung der digitalen Infrastruktur des Schülerlabors ELKE.
    • Mittelgeber: Land NRW unter Einsatz von Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“ im Rahmen des Recovery Assistance for Cohesion and the Territories of Europe (REACT-EU) Programms

Mit diesem Forschungsschwerpunkt wird ein aktuelles und innovatives Forschungsfeld der Chemiedidaktik aus länder- und fachübergreifender Perspektive vertiefend ausgebaut (fachdidaktische Entwicklungsforschung). Es bietet die Möglichkeit, modernste fachliche, didaktische und pädagogische Konzepte in den schulischen Alltag bzw. in die Lehramtsausbildung sinnstiftend zu integrieren.
Auf Grundlage der gewonnenen Forschungsdaten können langfristig Kriterien für die angemessene Gestaltung solcher außerschulischen Lernorte und die damit einhergehende Lernwirksamkeit für Schüler*innen und Studierende abgeleitet werden.

 


Forschungsschwerpunkt 2

Diagnostizieren und individuell fördern im (inklusiven) Chemieunterricht – Gestaltung eines Professionalisierungsprozesses für die Chemielehrerbildung

Insbesondere mit Blick auf die gesetzliche Verankerung der inklusiven Beschulung an allgemeinbildenden Schulen muss sich die Chemiedidaktik mit der Frage auseinandersetzen, wie ein inklusiver Chemieunterricht gestaltet werden kann, der alle Schüler*innen chancengerecht zu fordern und zu fördern vermag. In diesem Forschungsschwerpunkt wird der zentralen Frage nachgegangen, wie ein Professionalisierungsprozess von Chemielehramtsstudierende gestaltet werden kann bzw. muss, damit angehende Lehrende befähigt werden, das erlernte Fachwissen didaktisch angemessen, d.h. unter besonderer Berücksichtigung der individuellen Schülervoraussetzungen, in entsprechende Lerninhalte zu überführen. Im Zusammenhang mit diesen Erkenntnissen richtet sich der Blick des Forschungsschwerpunkts auch auf die Schüler*innenseite. Demnach geht es gleichzeitig darum, angemessene Diagnose- und Differenzierungsmaßnahmen zu entwickeln und diese im Hinblick auf ihre Wirksamkeit für Schüler*innen zu evaluieren.

  • Erforschung möglicher Ausbildungskonzepte für angehende Chemielehrende im Rahmen ihrer universitären Bildung, die insbesondere die Reflexion ihrer Einstellung zur Inklusion sowie ihren Umgang mit heterogenen Lerngruppen im experimentellen inklusiven Chemieunterricht in den Blick nehmen (vgl. auch Pawlak & Groß, 2020b, 2020c; Groß, 2020).
     
  • Forschung zur Förderung experimenteller Kompetenzen von Chemiestudierenden durch fachwissenschaftliche Laborpraktika: Kooperationspartner: Dr. Michael Malarek, Institut für Anorganische Chemie, Universität Wien (vgl. zu dem Thema auch Groß, 2019a, „Lehren im Labor“)
     
  • Chancen und Herausforderungen der digitalen Bildung für Chemielehramtsstudierende: Es wird der Frage nachgegangen, wie Studierende mit digitalen Medien nicht nur ihren eigenen Lernprozess gestalten, sondern diese gleichzeitig nutzen können, um ihre zukünftigen Schüler*innen ziel- und fachgerecht zu fördern (vgl. auch Knapp, Harmer & Groß, 2020).
     
  • Chancen und Herausforderungen der digitalen Bildung im Chemieunterricht:
    • alternative Dokumentationsformen als mögliche mediale Differenzierungsformen für die Dokumentation von Experimenten (vgl. auch Gross & Pawlak, 2020, Groß, 2013).
    • CHEMideos – chemische Lernvideos aus dem Internet: In diesem Forschungsprojekt analysieren wir chemische Lern- bzw. Erklärvideos hinsichtlich fachlicher, fachdidaktischer und medienpädagogischer Aspekte mittels eines literatur- und forschungsbasierten Analyseleitfadens, um darauf aufbauend, Möglichkeiten für den sinnvollen Einsatz solcher Videos im differenzierenden und sprachsensiblen Chemieunterricht der Sekundarstufe abzuleiten (vgl. auch Knapp, Harmer & Groß, 2020, Harmer & Groß, 2021).
       

  • Forschung zum chemiespezifischen Classroom-Management, das Schüler*innen einen Zugang zum sicheren und lernförderlichen Experimentieren in inklusiven Lernumgebungen ermöglichen kann (vgl. u.a. Pawlak & Groß, 2019, 2020a-d, Pawlak & Groß, 2021).
     
  • Entwicklung, Einsatz und Evaluation von Unterrichtskonzepten in Schule und Hochschule sowie Experimentiersets für Lernende und Lehrende im Chemieunterricht: Kooperationspartner: FA Leybold-Didactics (vgl. auch Groß, 2019a, 2019b)
     
  • Forschung zur sprachlichen Vielfalt von Schüler*innen sowie zu spezifische Sprachlernfördermaßnahmen, die die Entwicklung eines chemischen Fachverständnisses beeinflussen: Kooperationspartner: Ass.-Prof. Dr. Hannes Schweiger und Dr. Beatrice Müller, Institut für Germanistik, Deutsch als Fremd- und Zweitsprache, Universität Wien

 

Aktuelle Forschungsprojekte

Felix Pawlak: Exploration, Entwicklung und Evaluation von chemiespezifischen Classroom-Management-Strategien für das Gemeinsame Experimentieren

Das Experimentieren im inklusiven Chemieunterricht bietet zahlreiche Chancen, aber stellt Chemielehrer*innen gleichzeitig auch vor Herausforderungen (u. a. die Gewährung der Sicherheit). Um den Herausforderungen des Gemeinsamen Experimentierens der Schüler*innen im inklusiven Chemieunterricht angemessen zu begegnen, müssen Lehrer*innen beispielsweise Überlegungen anstellen, wie das selbstständige Experimentieren aller Schüler*innen unterstützt werden und sicher ablaufen kann. Das Classroom-Management bietet einen Ansatz, der auf die Gestaltung lernförderlicher Bedingungen abzielt. Innerhalb der allgemein-pädagogischen und didaktischen Forschung ist die positive Wirkung des Classroom-Managements auf das Lernen der Schüler*innen vielfach belegt. In der Naturwissenschaftsdidaktik bestehen Forderungen nach einer fachspezifischen Betrachtung der Merkmale von Unterrichtsqualität und gerade ein erfolgreiches Classroom-Management ist an ein situatives und damit fachspezifisches Handlungswissen der Lehrenden geknüpft. Somit stellt sich die Frage, welche fachspezifischen Aspekte des Classroom-Managements neben den bisher intensiv beforschten generischen Aspekten von Relevanz sein können. Im Rahmen des Forschungsprojekts werden deshalb Strategien des Classroom-Managements für den inklusiven Chemieunterricht systematisch untersucht, die eine entscheidende Rolle für die erfolgreiche Umsetzung des Gemeinsamen Experimentierens in inklusiven Lerngruppen spielen können.

Isabella Kollikowski: Individuelle Lernwege von Schüler:innen anhand experimenteller Lernumgebungen analysieren – Ein Beitrag zur Gestaltung eines differenzierenden Chemieunterrichts

Den Anforderungen eines differenzierenden und inklusiven Chemieunterrichts gerecht zu werden, der die individuellen Kompetenzen und Lernvoraussetzungen der Schüler:innen berücksichtigt, stellt eine enorme und stets aktuelle Herausforderung für Chemielehrkräfte dar. Um die Chemielehrer:innen bei der Gestaltung eines differenzierenden Chemieunterrichts zu unterstützen, zielt das Forschungsprojekt darauf ab, experimentelle Lernumgebungen zu entwickeln, zu erproben und zu evaluieren, die sich nicht nur durch das Zusammenspiel verschiedener Dimensionen der inneren Differenzierung (u.a. Struktur, Methode, Inhalt, Sprache) auszeichnen, sondern auch für Lehrende die Diagnose individueller Lernwege von Schüler*innen ermöglichen. Eine besondere Rolle wird hierbei dem Einsatz digitaler Medien beigemessen. Diese bieten durch ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten (bspw. Bereitstellung multimedialer Lernmaterialein, Visualisierung von dynamischen Prozessen und Vernetzung von Wissensstrukturen), einen enormen Vorteil gegenüber analogen Medien, um komplexe Themengebiete der Chemie individualisiert erschließen zu können. Neben der intendierten Förderung solcher individuellen Lernprozesse sollen die eingesetzten digitalen Medien gleichzeitig als Diagnosewerkzeug für Chemielehrer:innnen dienen, indem die Lernwege der einzelnen Schüler:innen sowie die damit verbundenen „versteckten“ Lernprozesse sichtbar gemacht werden und damit sowohl der Kompetenzerwerb als auch die entstandenen (Lern-)Schwierigkeiten der Schüler:innen zielführend nachvollzogen werden können.

Aufbauend auf der Konzeption eines experimentellen differenzierenden Lernarrangements liegt der Fokus des Forschungsprojekts auf der prozessbegleitenden Analyse der individuellen Lernwege, welche die Schüler:innen bei der Bearbeitung der experimentellen Lernumgebungen durchlaufen. Daraus sollen Rückschlüsse auf die konkrete Nutzung von Differenzierungsmaßnahmen sowie Schlüsselstellen und Herausforderungen des Chemieunterrichts, an denen diese in besonderem Maße erforderlich sind, erhalten werden, um zukünftig die Erschließung komplexer Themenfelder der Chemie für heterogene Lerngruppen zu ermöglichen undgrundsätzlich gezielter im Chemieunterricht differenzieren zu können. Langfristig sollen die Ergebnisse in die universitäre Chemielehrerbildung implementiert werden und so einen Beitrag zur Förderung der Differenzierungs- und Medienkompetenz leisten.

Niklas Prewitz: Entwicklung, Erprobung und Evaluation eines Lehr-/Lern-Moduls zur Kohärenzsteigerung des gymnasialen Lehramtsstudiums im Fach Chemie

Die Verbesserung der Lehrerbildung ist seit jeher ein zentrales Ziel vielfältiger Förderprogramme. Zuletzt rückte im Zuge der „Bildungsoffensive Lehrerbildung“ (2018) insbesondere auch die Kohärenzsteigerung in den Fokus dieser Optimierungsprozesse. Kohärenz beschreibt auf horizontaler Ebene die wissensdomänenübergreifende, kooperative Lehre in den Disziplinen Fachwissenschaft, Fachdidaktik und Bildungswissenschaften und auf vertikaler Ebene die Verknüpfung von theoretischer (Universität) und praktischer Ausbildung (Schule). Verschiedene Forschungen konnten zeigen, dass aktuell nur wenig Kohärenz in der Lehrerbildung vorzufinden ist, vielmehr finden sich die Studierenden in einem stark fragmentierten Ausbildungsfeld wieder. Über die Implementation des Microteaching-Ansatzes in einem auf die fachwissenschaftliche Inhaltsvermittlung ausgelegten Lehr-/Lern-Moduls hat das Promotionsprojekt das Ziel, vor allem die horizontale Kohärenz innerhalb des (Chemie-)Lehramtsstudiums zu steigern und dabei insbesondere die Bereiche Fachdidaktik und Fachwissen miteinander zu verknüpfen. Nur, wenn Lehrende über beide Wissensdomänen -und damit über sog. Professionswissen- verfügen, sind sie in der Lage ihren Unterricht für die Schüler:innen lernwirksam zu gestalten. Gerade im Bereich des Fachwissens lassen sich hier jedoch teils tiefgreifende Lücken bei angehenden Chemielehrer:innen erkennen und auch die Akzeptanz der Studierenden, Fachwissen, das über das reine Schulwissen hinausgeht, zu erlernen, sinkt stetig. Die bereits in der naturwissenschaftlichen Lehrerbildung etablierten Lehr /Lern-Labore können diesem Problem nur in Ansätzen begegnen. Da die Schüler:innen als Adressaten im Fokus stehen, erfolgt stets eine sinnvolle Reduktion des fachwissenschaftlichen Niveaus. So kann zwar das fachdidaktische Wissen, nicht jedoch in gleichem Maße das Fachwissen der Studierenden gefördert werden. An diesem Punkt setzt das Promotionsprojekt an, indem es mittels des Microteaching-Ansatzes versucht, die positiven Effekte eines Lehr-/Lern-Labors um die Fachwissensebene zu erweitern und so die Kohärenz innerhalb des (Chemie-)Lehramtsstudiums weiter zu steigern. Langfristig soll so die Ausbildung des Professionswissens von Studierenden gefördert werden. 

 

Sandra Pia Harmer, Universität Wien: Erklärvideos im Chemieunterricht – Fachdidaktische Analyse und Einsatz als mediale Differenzierungsmöglichkeit