Science-P

Entwicklung naturwissenschaftlicher Kompetenz in der Grundschule (Hardy / Koerber / Möller / Sodian / Schwippert; 2007-2014)

Kurzbeschreibung

Laufzeit seit 2007

 

Verschiedene fachspezifische Forschungstraditionen (Conceptual Change, Entwicklung des wissenschaftlichen Denkens, Naturwissenschaftsdidaktische Forschung) befassen sich mit dem  Erwerb naturwissenschaftlicher Kompetenzen im Grundschulalter. Eine theoriegeleitete Erfassung naturwissenschaftlicher Kompetenz in diesem Altersbereich fehlt jedoch bisher. Ziel des vorliegenden Projekts ist die theoretische Modellierung und psychometrische Erfassung der Kompetenzentwicklung in den beiden Kompetenzbereichen „Naturwissenschaftliches Wissen“ und „Wissen über Naturwissenschaften“ in der zweiten bis vierten Klassenstufe der Grundschule, wobei in beiden Bereichen die Kompetenzniveaus „naive Vorstellungen“, „Zwischenvorstellungen“ und „wissen-schaftliche Vorstellungen“ unterschieden werden. Ziel der ersten Projektphase ist die Entwicklung von im Gruppentest einsetzbaren Instrumenten zu drei lehrplanvaliden naturwissenschaftlichen Themenbereichen sowie zum Wissenschaftsverständnis und der wissenschaftlichen Methoden- und Begründungskompetenz und die anschließende empirische Überprüfung der latenten Struktur für jeden der beiden Kompetenzbereiche. In einer für den zweiten Antragszeitraum geplanten Untersuchung soll das Kompetenzstrukturmodell auf seine Dimensionalität in Bezug auf die Kompetenzbereiche in 2., 3. und 4. Grundschulklassen empirisch überprüft werden. Basierend auf den Ergebnissen dieser Untersuchung soll in einer Längsschnitterhebung das aus dem Kompetenz-strukturmodell abgeleitete Entwicklungsmodell getestet und Grundlage einer Interventionsuntersuchung werden.


Forschungsstand 2009

Ziel des Projektes Science-P ist die theoriegeleitete Modellierung und psychometrische Erfassung der Entwicklung naturwissenschaftlicher Kompetenz im Grundschulalter. Projektphase 1 diente der Itementwicklung und Pre-Pilotierung. Die Grundlage der Itementwicklung bilden die postulierten Kompetenzdimensionen „Naturwissenschaftliches Wissen“ und „Wissen über Naturwissenschaften“ sowie die in beiden Dimensionen angenommenen hierarchisch geordneten Kompetenzniveaus „Naive Vorstellungen“, „Zwischenvorstellungen“ und „Wissenschaftliche Vorstellungen“. Auf der Basis eigener Vorarbeiten wurden Aufgabenstämme und geschlossene Antwortformate (Forced-Choice, Multiple-Choice, Multiple-Select) entwickelt, um ein im schriftlichen Gruppentest einsetzbares Instrument zu gewinnen. Insgesamt wurden bis zur Pre-Pilotierung in verschiedenen Schritten der Itementwicklung und -erprobung 370 Einzelitems in 167 Aufgaben konstruiert. Die Aufgaben der beiden Kompetenzdimensionen wurden in zwei separaten Pre-Pilotierungsstudien in Münster und München (N = 377 bzw. 185 Zweitklässler, N = 518 bzw. 194 Viertklässler) überprüft. Die Daten wurden hinsichtlich Aufgabenschwierigkeit, Trennschärfe, Reliabilität sowie dem Auftreten von Altersunterschieden zwischen zweiter und vierter Klassenstufe analysiert. Für beide Dimensionen „Naturwissenschaftliches Wissen“ und „Wissen über Naturwissenschaften“ konnten gruppentestfähige Items entwickelt werden. Ausführliche Darstellungen der Ergebnisse dieser Studien sind bei Hardy, Möller, Sodian, Kleickmann, Koerber, Pollmeier, Mayer und Schwippert (eingereicht), Kleickmann, Hardy, Möller, Pollmeier und Tröbst (eingereicht) sowie bei Koerber, Sodian, Kropf, Mayer und Schwippert (eingereicht) zu finden.

In einem nächsten Schritt wurden von beiden Arbeitsgruppen Validierungsstudien zur Überprüfung der Übereinstimmung ausgewählter Gruppentestitems und entsprechender Einzelinterviewitems durchgeführt (N = 65 bzw. 60 Drittklässler). Zusätzlich wurden das Leseverständnis und die allgemeine Intelligenz erhoben. Die Daten sollen im Hinblick auf Schwierigkeitsunterschiede zwischen Gruppentest und Einzelinterview, sowie auf mögliche Interaktionen von Alter, Kompetenzdimension/ Aufgabentyp und Erhebungsmethode analysiert werden. Die Auswertungen dieser Studien sind noch nicht abgeschlossen.

Die Ergebnisse aller bisher durchgeführten Studien bilden die Basis für die Identifikation und Modifikation revisionsbedürftiger Aufgaben und Antwortalternativen im Hinblick auf die geplante Itempilotierung. In dieser Itempilotierungsstudie sollen die psychometrischen Eigenschaften der Items überprüft werden.

Forschungsstand 2011

Das Projekt Science-P strebt die theoretische Modellierung und empirische Erfassung der Entwicklung naturwissenschaftlicher Kompetenz im mittleren und späten Grundschulalter an. Es werden die beiden Dimensionen „Naturwissenschaftliches Wissen“ und „Wissen über Naturwissenschaften“, mit den angenommenen hierarchischen Kompetenzniveaus „Naive Vorstellungen“, „Zwischenvorstellungen“ und „Wissenschaftliche Vorstellungen“, sowie ihr Verhältnis zueinander erfasst.

In der ersten Förderperiode wurden separate schriftliche Tests für die beiden Kompetenzdimensionen „Naturwissenschaftliches Wissen“ und „Wissen über Naturwissenschaften“, welche jeweils zwei Inhaltsgebiete („Schwimmen und Sinken“ und „Verdunstung und Kondensation“ sowie „Wissenschaftsverständnis“ und „Methodenkompetenz“) abdeckten, entwickelt und pre-pilotiert. In zwei separaten Pilotierungsstudien wurde anschließend die psychometrische Qualität von insgesamt 172 Aufgaben mit 282 Einzelitems geprüft. Die Ergebnisse der Studien wurden zur Optimierung der Items genutzt. Zusätzlich wurden Validierungsstudien durchgeführt, in welchen Hinweise auf konvergente und diskriminante Validität der entwickelten Tests gefunden wurden.

Zu Beginn des zweiten Antragszeitraumes wurde eine Querschnittstudie (April 2010 bis Juli 2010) mit insgesamt 1914 Kindern der zweiten, dritten und vierten Jahrgangsstufe durchgeführt. Es kamen 132 Aufgaben mit 246 Einzelitems zum Einsatz. Eine Dimensionalitätsprüfung ergab, dass die beiden untersuchten Bereiche „Naturwissenschaftliches Wissen“ und „Wissen über Naturwissenschaften“ zwei separate Dimensionen und nicht zwei Aspekte eines eindimensionalen Konstrukts darstellen. Ebenso zeigte sich innerhalb der Dimension „Naturwissenschaftliches Wissen“ eine zweidimensionale Struktur mit den separaten Komponenten „Schwimmen und Sinken“ und „Verdunstung und Kondensation“. Wohingegen sich für die Dimension „Wissen über Naturwissenschaften“ eine eindimensionale Struktur ergab. Neben einem statistisch signifikanten Anstieg der mittleren Kompetenzausprägungen über Klassenstufen hinweg konnte ein substantieller Zusammenhang zwischen den Dimensionen nachgewiesen werden. Obschon es in der Querschnittsstudie gelang, die genannten Dimensionen hinreichend reliabel zu erfassen, bestätigte sich die angenommene hierarchische Anordnung der Itemschwierigkeitsparameter gemäß den zuvor postulierten Kompetenzniveaus nicht. Vielmehr fanden sich erste Hinweise auf interindividuelle Disparitäten bezüglich der Kompetenzstruktur (Kleickmann et al., eingereicht). Außerdem wurde mit der Entwicklung von Testinstrumenten für das fachdidaktische Wissen sowie fachbezogene Überzeugungen für den Bereich „Wissen über Naturwissenschaften“ bei Grundschullehrkräften für die geplante Längsschnittsuntersuchung des dritten Antragszeitraumes begonnen.

 

 

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