Problemlösen

Kompetenzstrukturen fächerübergreifenden und fachlichen Problemlösens (Leutner / Rumann / Wirth; 2007-2013)

Kurzbeschreibung

Laufzeit seit 2007

 

Ziel des Beitrags zum SPP ist die Entwicklung und Validierung von Kompetenzstruktur- und Niveaumodellen der „Problemlösekompetenz“ mit Blick auf Anteile, die fachspezifisch und fächerübergreifend, erfolgreiches Problemlösen ermöglichen. Theoretischer Hintergrund ist die Problemlöseforschung aus allgemein- und differential-psychologischer sowie fach­didaktischer Perspektive. Sie beschreibt Prozesse des Problemlösens, ermöglicht aber noch nicht, Teilkompetenzen des Problemlösens zu diagnostizieren und in didaktische Maßnahmen umzusetzen, obwohl Problemlösen in Kerncurricula und Bildungsstandards als zentrale fachliche Kompetenz beschrieben und in Large-Scale-Assessments als fachliche und als fächerübergreifende Kompetenz erhoben wird. PISA 2003-Ergebnisse legen sogar nahe, dass deutsche Schüler/innen kognitives Potential haben, das beim fächer­übergreifenden Problemlösen sichtbar, im Unterricht jedoch für fachlichen Kompetenzaufbau wenig genutzt wird. Zunächst werden die kognitiven Anforderungen von Aufgaben zum Problemlösen, zur Mathematik und Chemie anhand vorliegender Large-Scale-Daten untersucht und in die Konstruktion von Testskalen für Teilkompetenzen fachlichen und fächerübergreifenden Problemlösens umgesetzt. Mit diesen Tests werden neue Daten erhoben, um theoretisch ableitbare Kompetenzstrukturmodelle mittels Struktur­gleichungs­modellen zu überprüfen und die Skalierbarkeit von Kompetenzniveaus zu untersuchen. In anschließenden Phasen des SPP folgen experimentelle Studien zur Unter­suchung von Entwicklungsmodellen der Problemlösekompetenz, die sich didaktisch nutzen lassen.


Forschungsstand 2009

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Validierung von Kompetenzstruktur- und Niveaumodellen der analytischen „Problemlösekompetenz“ mit Blick auf Anteile, die sowohl fachspezifisch als auch fächerübergreifend erfolgreiches Problemlösen ermöglichen. Theoretischer Hintergrund ist die Problemlöseforschung aus allgemein- und differenziell-psychologischer sowie fachdidaktischer Perspektive. Dort werden zwar Prozesse des Problemlösens beschrieben, die Ergebnisse ermöglichen es aber noch nicht, einzelne Komponenten der Problemlösekompetenz angemessen zu diagnostizieren und in didaktische Maßnahmen umzusetzen, obwohl Problemlösen in Kerncurricula und Bildungsstandards als zentrale fachliche Kompetenz beschrieben und in Large-Scale-Assessments als fachliche und als fächerübergreifende Kompetenz erhoben wird. PISA 2003-Ergebnisse legen sogar nahe, dass deutsche Schüler/innen kognitives Potential haben, das beim fächerübergreifenden Problemlösen sichtbar, im Unterricht jedoch für fachlichen Kompetenzaufbau wenig genutzt wird. Im ersten Jahr des laufenden Projektes wurden die kognitiven Anforderungen von Aufgaben zum fächerübergreifenden Problemlösen und zur Mathematik untersucht, die bei PISA 2003 zum Einsatz gekommen waren. Zu diesem Zweck wurde ein Kategoriensystem entwickelt und umfassend pilotiert, anhand dessen sich die Merkmale der Testaufgaben objektiv und reliabel klassifizieren lassen. Erste Ergebnisse der Aufgabenanalyse zeigen, dass der persönliche und alltägliche Bezug der beschriebenen Problemstellungen ein charakteristisches Merkmal der fächerübergreifenden Problemlöseaufgaben ist. Mathematikaufgaben sind stärker formalisiert und stellen damit höhere Anforderungen an die Fähigkeit zu Dekodierung der lösungsrelevanten Informationen. Hierfür ist inhaltsspezifisches Sachwissen notwendig, was sich auch am höheren curricularen Niveau des zur Lösung der Mathematikaufgaben notwendigen Wissens zeigt. Im Gegensatz dazu scheint bei den Problemlöseaufgaben eher Handlungswissen eine relevante Komponente zu sein. Das relativ hohe Anforderungsniveau der in den Problemlöseaufgaben verwendeten Operatoren sowie die höhere sprachlogische Komplexität der Aufgaben deuten auf das kognitive Potenzial hin, welches sich bei der erfolgreichen Bearbeitung fächerübergreifender Problemlöseaufgaben zu manifestieren scheint. Insbesondere die höheren Anforderungen an das Erkennen lösungsrelevanter Bedingungen und an das planvolle und strategische Vorgehen deuten auf die Relevanz konditionalen Wissens und der Fähigkeit zur Selbstregulation hin. Dies scheinen eher relevante Komponenten der fächerübergreifenden und weniger der fachlichen Problemlösekompetenz zu sein. Auf Basis dieser Ergebnisse werden im zweiten Schritt des laufenden Projekts derzeit neue Testinstrumente zur Erfassung relevanter Komponenten der fächerübergreifenden und fachlichen Problemlösekompetenz entwickelt und eingesetzt, um so die Binnenstruktur der Kompetenzen weiter aufklären zu können. Die Ergebnisse beider Projektschritte sollen in einem Kompetenzstrukturmodell fächerübergreifenden und fachlichen Problemlösens zusammengeführt werden. In anschließenden Förderphasen des Schwerpunktprogramms folgen experimentelle Studien zur Validierung der Kompetenzstrukturen und zur Untersuchung von Entwicklungsmodellen der Problemlösekompetenz, die sich didaktisch nutzen lassen.

Forschungsstand 2011

 

Gegenstand des Projekts ist die Untersuchung von Komponenten und Strukturen sowohl der fächer-übergreifenden analytischen Problemlösekompetenz als auch ihrer fachbezogenen Ausdifferen-zierungen in den Domänen Mathematik und Naturwissenschaften (Biologie, Chemie, Physik). Ziel des Projekts ist die Untersuchung von Aspekten der Potentialausschöpfungshypothese, wonach fächer-übergreifende Problemlösekompetenz eine kognitive Ressource darstellt, welche für den Aufbau fach-licher Kompetenzen in Mathematik und Naturwissenschaften sinnvoll genutzt werden kann, bisher in deutschen Schulen aber zu wenig genutzt zu werden scheint.

Im Mittelpunkt der ersten beiden Förderphasen des Projekts steht die Frage, welche Komponenten der Problemlösekompetenz in Anlehnung an die Strukturforschung zu kognitiven Fähigkeiten identifiziert und vor dem Hintergrund der bisherigen Problemlöseforschung inhaltlich beschrieben werden können. Hierzu wurden strukturelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede bezüglich der Konstruktion und der kognitiven Anforderungsprofile der PISA-Testaufgaben 2003 zum analytischen Problemlösen sowie zur mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenz einer detaillierten Aufgaben- und Anforderungsanalyse unterzogen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde mit der Konstruktion neuer Testverfahren zur Erfassung zentraler Komponenten der fächerübergreifenden und fachbezogenen Problemlösekompetenz begonnen (Sach- und Handlungswissen, konditionales Wissen, Fähigkeit zur Selbstregulation und allgemeine Problemlösestrategien). Mit diesen Tests werden neue Daten erhoben, um die Binnenstruktur der fächerübergreifenden Problemlösekompetenz zu prüfen, und diese ins Verhältnis zur Binnenstruktur fachbezogener Problemösekompetenz in der Mathematik und den Naturwissenschaften setzen zu können. Diese im Querschnitt identifizierte Struktur der Problemlösekompetenz wird in einem weiteren Schritt durch experimentell induzierte Variation einzelner Komponenten empirisch validiert. Hierfür werden computerbasierte Trainings-module entwickelt.

Ergebnisse der Aufgaben- und Anforderungsanalyse zu potentiell relevanten Komponenten der Problemlösekompetenz wurden außerdem zum Anlass genommen zwei Aspekte im Rahmen zusätz-licher Studien näher zu untersuchen. Erstens zeigten die Ergebnisse der Aufgaben- und Anfor-derungsanalyse, dass sich die Testaufgaben zur fächerübergreifenden und zur fachbezogenen Problemlösekompetenz bezüglich motivationaler Aspekte unterscheiden könnten. Um die Rolle motivationaler Variablen näher zu prüfen, wurden daher Effekte der kontextuellen Einkleidung von Problemlöseaufgaben und Mathematikaufgaben sowie moderierende Effekte des mathematischen Selbstkonzepts und der mathematikbezogenen Selbstwirksamkeitserwartungen untersucht (N = 515). Die Ergebnisse zeigen, dass ein salient gemachter Kontext ‚Mathematik‘ die Testleistung gegenüber einem salient gemachten Kontext ‚Problemlösen‘ reduziert. Dieser Einfluss wird teilweise durch das mathematische Selbstkonzept und die mathematikbezogenen Selbstwirksamkeitserwartungen moderiert, was die Bedeutung motivationaler Aspekte für erfolgreiches Problemlösen aufzeigt und gleichzeitig einen Hinweis auf die Gültigkeit der Potentialausschöpfungshypothese liefert. Offensichtlich nutzen die Schülerinnen und Schüler ihr kognitives Potential, welches sich beim fächer-übergreifenden Problemlösen zeigt, nicht hinreichend bei der Bearbeitung fachbezogener Problem-löseaufgaben in der Mathematik. Zweitens zeigten sich bei der Aufgaben- und Anforderungsanalyse Unterschiede zwischen fächerübergreifenden Problemlöseaufgaben mit unterschiedlicher Art der Problemstellung (‚Entscheidungen treffen‘, ‚Systeme analysieren und entwerfen‘, ‚Fehler suchen‘). Um diesen Aspekt der Dimensionalität der Problemlösekompetenz näher zu untersuchen wurden Daten der deutschen PISA-Haupterhebung 2003 zum fächerübergreifenden analytischen Problemlösen (N = 2452) einer Reskalierung unterzogen. Die Ergebnisse sprechen für eine prinzipielle empirische Trennbarkeit der drei Arten von Problemstellungen ‚Entscheidungen treffen‘, ‚Systeme analysieren und entwerfen‘ und ‚Fehler suchen‘. Somit sollten diese unterschiedlichen Arten von Problem-stellungen und die damit einhergehenden Unterschiede hinsichtlich der zu erreichenden Ziele, der beteiligten Prozesse und der potenziell schwierigkeitserzeugenden Merkmale bei der weiteren Prüfung der Strukturen fächerübergreifender und fachbezogener Problemlösekompetenz berück-sichtigt werden. Hierzu werden die zu prüfenden Zusammenhänge der Komponenten der Problemlösekompetenz (Prüfung der Binnenstruktur) auf Invarianz für die drei Arten von Problem-stellungen getestet.
Informationen über alle Projekte

Projektreader mit Kurzbeschreibung und Forschungsstand 2011