900 Geschichte und Geografie
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Die vorliegende Masterarbeit Mehr als nur „Dreck“! Über die Entwicklung eines Lernsettings zum Themenkomplex Boden und Klimawandel für den Einsatz in der Grundschule auf Grundlage des Design-Based-Research-Ansatzes entstand im Sommersemester 2022 an der Pädagogischen Hochschule Heidelberg im Rahmen des Masterstudienganges Bildung im Primarbereich (Bezug Lehramt Grundschule) im Fach Sozialwissenschaftlicher Sachunterricht mit Schwerpunkt in Geographie.
Boden ist eine der wichtigsten Lebensgrundlagen des Menschen. Durch den Klimawandel ist Boden allerdings immer häufiger bedroht. Aber nur ein Bruchteil der Bevölkerung ist sich dessen bewusst. Nur wenige machen sich über Boden Gedanken. Viele wissen noch nicht einmal von der Existenz der Ressource Boden. Eine allgemeine Bodenbildung gibt es kaum. Das gilt gleichermaßen für Erwachsene wie für Kinder. Doch gerade in der Grundschule sucht man die Thematik weitestgehend vergeblich. Vor allem das Gefährdungspotenzial des Bodens durch den Klimawandel bleibt gänzlich außen vor.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, ein Lernsetting für die Grundschule zu entwickeln, das den Themenkomplex Boden und Klimawandel zum Inhalt hat. Dazu wird folgende Forschungsfrage formuliert: Wie muss ein Lernsetting gestaltet werden, damit der Themenkomplex Boden und Klimawandel für Kinder zugänglich wird und sie aus ihrer Erkenntnisgewinnung Konsequenzen für ihr Alltagshandeln ableiten können?
Zur Beantwortung dieser Frage wurde eine Studie nach dem Verfahren des Design-Based- Research durchgeführt. In zwei Design-Zyklen wurden Prototypen des Lernsettings erstellt und mithilfe qualitativer und quantitativer Methoden evaluiert und optimiert. Am Ende des Prozesses stand ein Endprodukt mit dazugehörigen Leitlinien für die Durchführung des Lernsettings im Unterricht.
Die innerhalb dieser Forschungsarbeit gewonnen Erkenntnisse zeigen, wie ein lernwirksames Lernsetting zum Themenkomplex Boden und Klimawandel aussehen kann und dass es möglich ist, ein solches in wenigen Schritten zu entwickeln. Dem Einzug dieser wichtigen Thematik in den Unterricht der Grundschule steht folglich nichts im Wege und sollte weiter forciert werden.
Der Klimawandel und seine Folgen zählen bereits heute und verstärkt in der Zukunft zu den zentralen Herausforderungen der Gesellschaft (Intergovernmental Panel on Climate Change 2014). Es ist mit einer deutlichen Zunahme von Extremereignissen zu rechnen, auch regional betrachtet. So ist zum Beispiel eine Zunahme der Anzahl an heißen Tagen zu erwarten. Der Rhein- Neckar-Raum gehört aufgrund seiner geographischen Lage im Oberrheingraben bereits heute zu einer der wärmsten Regionen in Deutschland. In der Region wird die Hitzebelastung jedoch stetig weiter zunehmen. Zudem steigt auch die Auftrittswahrscheinlichkeit von Hitzewellen (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit 2012; Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft 2015; Schär & Fischer 2008).
Aus unternehmerischer Sicht ergibt sich aus diesen veränderten klimatischen Bedingungen eine Vielzahl ökonomischer Konsequenzen. Branchenübergreifend sind insbesondere Auswirkun¬gen auf Rohstoffverfügbarkeit und Absatzketten zu erwarten. Ebenfalls kommen Beschaffungs-, Prozess-, Nachfrage- und Managementrisiken auf die Unternehmen zu. Zudem steigt das Risiko bioklimatisch bedingter Ausfälle von Arbeitnehmern durch eine steigende Zahl von Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems. Darüber hinaus nimmt die Leistungsfähigkeit von Arbeitnehmern bei steigenden Temperaturen ab (Hübler & Klepper 2007). Nach Berechnungen des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung werden sich daher die durch den Klimawandel verursachten Schäden in den kommenden Jahrzehnten auf mehr als 100 Milliarden Euro, allein in Baden-Württemberg belaufen (Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft 2015).
Die Risiken des Klimawandels machen die Einleitung entsprechender Anpassungsstrategien durch die Unternehmen erforderlich. Zentrale Akteure sind dabei, neben der Management-ebene, vor allem die Mitarbeiter. Dabei spielen insbesondere Auszubildende und dual Studierende als Entscheidungsträger von morgen, bei der Entwicklung und Umsetzung innovativer Anpassungsstrategien eine zentrale Rolle. Vor diesem Hintergrund entstand das, vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit geförderte Projekt „Auszubildende begegnen dem Klimawandel – klimAZUBI“ der Pädagogischen Hochschule Heidelberg unter der Leitung von Prof. Dr. Siegmund. Ziel des Projekts ist eine Sensibilisierung und Bewusstseinsbildung von Auszubildenden bezüglich des Klimawandels und dessen Auswirkungen auf die betriebliche Umwelt. Im Rahmen dieses Projektes ist diese Dissertation eingebettet.
In dem Projekt durchlaufen die Teilnehmer dieser Studie ein speziell entwickeltes Design Thinking-Lernsetting zum Thema steigende Hitzebelastung und Auswirkungen auf die betriebliche Umwelt. Dabei wird die branchenspezifische Vulnerabilität der einzelnen Unternehmen hinsichtlich der regionalen Folgen des Klimawandels analysiert. Die Teilnehmer entwickeln Lösungsvorschläge in Bezug auf die betriebliche Hitzebelastung. Die Methode Design Thinking verfügt dabei über ein großes didaktisches Potenzial, da sie die Möglichkeit bieten, seitens der Teilnehmer eigenständig Überlegungen auf dem Gebiet der Klimawandelanpassung vorzunehmen.
Die Methode Design Thinking eignet sich zum einen, da sie Fachinhalte vermitteln kann und auch bei großen Problemfeldern wie dem Klimawandel, durch das strukturierte Vorgehen gut einsetzbar ist. Zum anderen ist die Methode in der Lage, die Teilnehmer aktiv mit einzubeziehen, dies erfolgt durch eine problemorientierte und aktive Auseinandersetzung mit der Thematik. Die Teilnehmer können ihre Kreativität einzubringen, so dass am Ende innovative Lösungsansätze entstehen. Daher bietet der Design Thinking Ansatz großes methodisch-didaktischen Potential für die Bereiche Lehre und Berufsbildung, sowie übergeordnet als Methode der Geographiedidaktik.
Die Forschungsfragen die sich dabei aufwerfen, sind dabei folgende: Erstens soll geklärt werden, welcher Zusammenhang zwischen der Kreativität, operationalisiert durch den kreativen Ausgangswert der Teilnehmer und der Veränderung der Kreativität erfolgt. Zweitens bedarf es einer Auseinandersetzung mit der Frage, wie die Veränderung von ausgewählten Aspekten, operationalisiert in die Kreativitätsaspekte gedankliche Flexibilität, Sensibilität gegenüber Problemen, Neugierde, Ambiguitätstoleranz, Unterscheidungs- und Trennvermögen sowie das Unkonventionell-Sein. Als dritte zentrale Forschungsfrage soll geklärt werden, welche Aspekte, mittels Interviews, identifiziert werden können, die zu einer Veränderung der Kreativität im Design Thinking-Lernsetting beitragen.
In dieser Arbeit wird der Mixed Method-Ansatz, die Verzahnung von qualitativ und quantitativen Daten (Kuckartz 2014) genutzt, um die Forschungsfragen umfassend beantworten zu können. Dabei kommen quantitative Fragebögen sowie qualitative Interviews zum Einsatz. Zum einen wurde der Kreativitätstest von Ripke (2005), der FAKT-Test, „Fragen an kreative Talente“ genutzt, um einen kreativen Ausgangswert der Teilnehmer zu ermitteln und die weitere Analyse darauf aufzubauen. Zum anderen wurde ein eigener Test entwickelt, der als Pre- und Post Erhebung durchgeführt wird und zum Ziel hat, die Veränderung ausgewählter Kreativitätsaspekte im Kontext des Design Thinking-Lernsettings zu erfassen. Des Weiteren wurde ein Interviewleitfaden entwickelt, um Hintergründe bezüglich der Art der Veränderung der Kreativität erfassen zu können.
Die Studie ist damit an der Schnittstelle von Wirtschafts- und Klimageographie sowie zur Berufspädagogik und Geographiedidaktik zu verorten. Die Arbeit leistet damit am Beispiel der Climate Change Education einen Beitrag zur Wirksamkeitsanalyse eines innovativen methodischen Ansatzes zur Kreativitätsveränderung und dessen Implementierung im Bereich der beruflichen Bildung.
Um die gestellten Forschungsfragen umfassend beantworten zu können, ist diese Arbeit daher wie folgt aufgebaut: Zuerst erfolgt die Darlegung des Forschungstandes zu den Thematiken Design Thinking (Kapitel 2.1) sowie zur Kreativität (Kapitel 2.2). Dabei werden die wichtigsten Publikationen und deren Erkenntnisse dargestellt. In Kapitel 3 werden die aus der Theorie abgeleiteten Forschungsfragen dargelegt. Um die Forschungsfragen beantworten zu können, wird in Kapitel 3 zudem das Forschungsdesign vorgestellt. Zudem erfolgt eine Verortung dieser Studie im Mixed Methods Design. Daran anschließend werden, in Kapitel 4, die Messinstrumente erläutert. Es folgt die Darstellung der Pilotierungsphase, in der sowohl die Messinstrumente als auch die Materialien für das Design Thinking-Lernsetting optimiert wurden. Die Untersuchungsgruppe dieser Studie wird zudem dargelegt. Darüber hinaus werden in diesem Kapitel Limitierungen der Arbeit offengelegt. In Kapitel 5 wird das methodische Vorgehen der Arbeit erläutert. Es wird auf die Auswertung der qualitativen Inhaltsanalyse und deren Besonderheiten, wie die Transkription und Codierung, eingegangen. Im darauffolgenden Kapitel werden die generierten Ergebnisse strukturiert dargestellt. Dabei werden zuerst die allgemeinen Merkmale der Untersuchungsteilnehmer näher betrachtet (Kapitel 6). Zudem erfolgt eine Aufteilung der Teilnehmer in zwei Gruppen, die gegenübergestellt werden. Auf dieser Aufteilung basiert die sich daran schließende Auswertung. Zum einen werden die Aussagen aus den Interwies (Kapitel 7) näher betrachtet, zum anderen erfolgt eine Analyse der quantitativen Ergebnisse (Kapitel 8 und 9). In Kapitel 10 erfolgt die Zusammenführung und Diskussion der Forschungsergebnisse, diese beinhaltet die Reflexion der Ergebnisse, des theoretischen Rahmens und des methodischen Vorgehens. Darüber hinaus erfolgt eine Einordnung der Relevanz dieser Studie für die Fachdidaktik. Diese Arbeit schließt mit dem Fazit ab (Kapitel 11).
Systemisches Denken im Kontext der Nachhaltigkeitsdimensionen gehört zu den zentralen Lernzielen und Gestaltungsprinzipien der Bildung für Nachhaltige Entwicklung (BNE) und des nachhaltigkeitsorientierten
Geographieunterrichts. In diesem Rahmen zielt systemisches Denken darauf ab, Gegenstandsbereiche inhaltlich, räumlich und zeitlich in ihrem systemischen Wesen zu erfassen und ein entsprechendes mentales Systemmodell aufzubauen, das in den kognitiven Strukturen als Systemwissen festgehalten wird und sich über dieses z.B. mittels Concept Mapping externalisieren und damit für eine Analyse zugänglich machen lässt. Für die (Weiter-)Entwicklung des Systemmodells bedarf es der Aneignung von Systeminformationen, die aus einer Vielzahl von Informationsquellen stammen können. Im Geographieunterricht gehören u.a. (topographische) Karten zu den klassischen Medien für die systemische Erschließung von Erdräumen. In zunehmendem Maße gewinnen allerdings auch (digitale) Luft- und Satellitenbilder an Bedeutung. Obschon das Interesse von Lernenden an ihnen durchaus vorhanden ist, ihnen positive Eigenschaften und Wirkungen zugeschrieben werden und ihre unterrichtliche Bedeutung allgemein erkannt wird, dienen sie dennoch vielfach lediglich als visuelles Begleitmedium im Unterricht. Im Zentrum einer systemischen Erschließung von Erdräumen stehend kommen sie hingegen nur äußerst selten zum Einsatz. Vor dem Hintergrund der inhärenten Eigenschaften und Wirkungen stellt sich mit Blick auf die Förderung von Lehr-Lern-Prozessen in der schulischen BNE die bisher unerforschte Frage nach der Wirksamkeit ihrer visuellen Auswertung mit Blick auf die Anwendung von verschiedenen Fähigkeiten systemischen Denkens in der BNE, wenn grundlegende methodische Kenntnisse über sie vorhanden sind (Forschungsdesiderat).
Um die Wirksamkeit explorativ zu untersuchen, ist in dieser Arbeit eine möglichst unterrichtsnahe Interventionseinheit zum nachhaltigkeitsrelevanten System des Braunkohleabbaus und seiner raumzeitlichen Auswirkungen auf die Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft entwickelt und im Zuge einer Pilotierung optimiert worden. Mittels Methodentrainings werden verschiedene Störvariablen kontrolliert bzw. grundlegende methodische Kenntnisse sichergestellt. Im Rahmen eines entdeckenlassenden Lernens haben 127 baden-württembergische Kursstufenschüler/innen der Untersuchungsgruppe (UG) digitale Luft- und Satellitenbilder weitestgehend selbstständig computerbasiert ausgewertet und die dabei generierten Systeminformationen unmittelbar in eine zuvor aus dem eigenen Systemvorwissen heraus konstruierte Concept Map eingearbeitet. Über den Vergleich der vorwissensbasierten Concept Map mit der modifizierten Variante wird auf die absolute Wirksamkeit der visuellen Auswertung geschlossen. Die von 108 Kursstufenschüler/innen parallel dazu ausgewerteten digitalen topographischen Karten dienen als Grundlage für die Modifikation der vorwissensbasiert konstruierten Concept Map in der Vergleichsgruppe (VG). Durch die direkte Gegenüberstellung der Concept-Map-Leistungen in beiden Testgruppen wird die relative Wirksamkeit der Luft- und Satellitenbilder ermittelt.
Das in den Concept Maps repräsentierte Systemwissen wird über ein neu entwickeltes, semistrukturiertes Auswertungsschema für offen konstruierte/modifizierte CMs unter Abgleich mit einem von Bereichsexpert/innen unabhängig erstellten Referenznetz – teilweise von zwei Ratern parallel (Interrater-Vergleich) – bewertet, wobei die jeweiligen Ausprägungen auf inhaltlich-struktureller Ebene wie auf der Wertigkeitsebene über speziell gebildete quantitative Auswertungsgrößen erfasst werden, die als Indikatoren für die verschiedenen Fähigkeiten systemischen Denkens in der BNE herangezogen werden.
Unabhängig von ungünstigen Verteilungseigenschaften wird die Ausprägung der Auswertungsgrößen in der jeweiligen Concept Map über die modernen Verfahren der robusten Statistik mit ihrer inhärenten α- und β-Fehler-Kontrolle bestimmt, wobei ein weitestgehend valider und reliabler Einblick in die Verhältnisse in und zwischen den beiden Testgruppen sowohl im getrimmten Gruppenmittel als auch im gesamten Bereich der Werteverteilung in den Testgruppen gewonnen wird. Der potenzielle Einfluss von verschiedenen Störvariablen wird in der Untersuchung per Fragebogen erhoben und anschließend (ko-)varianzanalytisch auf Effekte zwischen den Gruppen hin untersucht.
Die Ergebnisse der robusten Auswertung der CM-Daten zeigen, dass es beiden Gruppen in der Intervention sowohl im getrimmten Gruppenmittel als auch in der Breite der Gruppen zu großen Teilen in einem signifikanten Maße gelungen ist, die eigene vorwissensbasierte Systemrepräsentation während der visuellen Auswertung der Luft- und Satellitenbilder (UG) bzw. der topographischen Karten (VG) quantitativ wie qualitativ zu verbessern und sich dabei dem unabhängigen Referenznetz sinngemäß anzunähern. Es liegen teilweise moderate bis große Effekte vor. Der unmittelbare Vergleich der Leistungsverbesserungen in beiden Testgruppen lässt erkennen, dass die Verbesserung seitens der UG etwas stärker ausgefallen ist. Im Bereich der Identifikation der Systemelemente und -prozesse liegt hier eine signifikant bessere Leistung bei der UG vor. Da sich keine Effekte zeigen, die eine andere Erklärung nahelegen, deutet sich insgesamt an, dass sich die Gruppendifferenz möglicherweise auf die Eigenschaften und Wirkungen der eingesetzten digitalen Luft- und Satellitenbilder zurückführen lässt. Die gewonnen Erkenntnisse sind aus verschiedenen Gründen mit Vorsicht zu betrachten, da sich bei der visuellen Auswertung bzw. beim Concept Mapping wahrscheinlich weitere Störvariablen bemerkbar gemacht haben, in deren Folge die wahre absolute Wirksamkeit beider Medien u.U. von der in dieser Arbeit empirisch geschlussfolgerten abweichen kann. Ungeachtet dessen sollten die eingesetzten Methoden und die gewonnen Erkenntnisse Relevanz für die schulische (BNE-)Praxis besitzen.
In der Diskussion um eine Energiewende in Deutschland spielen erneuerbare Energieträger eine zentrale Rolle. Für eine gesellschaftliche Akzeptanz ist es daher besonders wichtig, bereits in der Grundschule Wissen und Bewusstsein dafür zu vermitteln. Im Bildungsplan für Grundschulen in Baden-Württemberg ist daher das Thema erneuerbare Energie unter der Leitperspektive Bildung für nachhaltige Entwicklung verankert. Ziel der Studie ist es, die Vorstellungen von Kindern der zweiten und dritten Klasse zum Thema Wasserkraft zu erfassen und zu untersuchen, wie sich diese beim Lernen verändern. Die Conceptual-Change-Forschung bildet den theoretischen Rahmen der Untersuchung und zielt auf eine Untersuchung der Veränderung von Schülervorstellungen ab.
In ihrem Vorgehen folgt die Studie dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion nach Kattmann et al. (1997) mit den drei Teilbereichen Fachliche Klärung, Erfassung der
Schülervorstellungen und Didaktische Strukturierung. Auf Basis der Qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring (2015) werden in der Fachlichen Klärung wissenschaftliche
Theorien und Aussagen in Lehrbüchern und Unterrichtsmaterialien zur Wasserkraft untersucht. Als Methode zur Erfassung der Schülervorstellungen findet das Vermittlungsexperiment nach Steffe (1983) Anwendung. Dabei werden nicht nur Inhalte vermittelt, sondern auch die Vorstellungen von dreizehn Kinder der zweiten und dritten Jahrgangsstufe erfasst und ebenfalls mittels Qualitativer Inhaltsanalyse analysiert. Durch einen Vergleich der Ergebnisse von Fachlicher Klärung und Erfassung der Schülervorstellungen können in der Didaktischen Strukturierung Leitlinien entwickelt werden, die bei den Vorstellungen der Kinder ansetzen und in Richtung der fachwissenschaftlichen Vorstellungen leiten.
Die fachwissenschaftlichen Vorstellungen lassen sich in vier Bereiche gliedern. Neben der Definition des Begriffs Wasserkraft erfolgt eine Einteilung von Wasserrädern in ober und unterschlächtige Räder. Zudem werden die naturwissenschaftlich-technischen Voraussetzungen
zur Nutzung der Wasserkraft herausgearbeitet. Es bestehen Abhängigkeiten zwischen Fallhöhe und Volumenstrom. Die geographischen Voraussetzungen der Wasserkraftnutzung
zeigen sich in der Beschreibung verschiedener Standorte für Wasserräder. Die Erfassung der Schülervorstellungen gliedert sich ebenfalls nach den vier Bereichen, die in der fachlichen Klärung identifiziert wurden. Die Denkpfade von sechs ausgewählten Schülern werden beispielhaft herausgearbeitet. So können die Momente identifiziert
werden, in denen die Schüler mit ihren Vorstellungen an deren Grenzen stoßen. Durch diesen sogenannten kognitiven Konflikt kann ein Conceptual Change ausgelöst werden.
Wurde anfangs beispielsweise die Vorstellungen geäußert, dass sich ein Wasserrad bei geringer Fallhöhe des Wasser schnell drehen kann, beschreiben die Kinder am Ende der
Befragung, dass sich das Wasserrad schneller dreht, wenn die Fallhöhe größer ist. Auch in der Vorstellung, wo in der Natur sich ein Wasserrad drehen kann, sind Veränderungen zu
beobachten.
Im Rahmen der Didaktischen Strukturierung werden die Vorstellungen der Fachwissenschaft mit denen der Grundschulkinder verglichen. Dabei werden sowohl Gemeinsamkeiten, aber auch Eigenheiten, Begrenztheiten und Verschiedenheiten der Vorstellungen herausgearbeitet. Darauf aufbauend können sechs Leitlinien formuliert werden, wie Inhalte zum Thema Wasserkraft im Sachunterricht basierend auf den Vorstellungen der Schüler vermittelt werden können. Die Leitlinien befassen sich neben der Definition des Begriffs Wasserkraft unter anderem mit der Funktion von Wasserrädern und Wasserkraftwerken.
Die Kompetenz, Satellitenbilder analysieren zu können, wird für Schülerinnen und Schüler sowohl im schulischen als auch im alltäglichen Leben immer wichtiger, denn durch die hohe Verfügbarkeit von Fernerkundungsdaten werden sie zunehmend mit diesen konfrontiert. Es begegnen ihnen Satellitenbilder in den verschiedenen Medien – als Kartengrundlage bei Naviagtionssystemen oder bei der Dokumentation weltweiter Naturereignisse in den Leitmedien (z. B. Tsunami, Stürme etc.). Außerdem ist die Nutzung von Satellitenbilddaten in den nationalen Bildungsstandards und vielen Lehr- und Bildungsplänen explizit aufgeführt.
Die hohe Informationsdichte und die ungewohnte Sichtweise auf Landschaften sind der Grund weshalb es zu Schwierigkeiten beim Lesen von Satellitenbildern kommt. Um aber das didaktische Potenzial vollends auszunutzen, sollte herausgefunden werden wie Schülerinnen und Schüler Satellitenbilder „lesen“ und welche Hilfestellungen über Materialien und Instruktionen hilfreich sind.
Diese Studie analysiert die Blickbewegungen von 19 Expertinnen und Experten und 31 Schülerinnen und Schülern (10. Klasse Gymnasium) beim Lesen von Echtfarben-Satellitenbildern. Dazu wurden die Blicke während des Betrachtens von Satellitenbildszenen mithilfe eines Eye Trackers aufgezeichnet und anschließend ausgewertet. Die vorliegende Arbeit widmet sich den Selektionsstrategien, dem Grad der Aufmerksamkeit beim Betrachten der Bilder, den Erschließungsstrategien und der Qualität der Bildrezeption der beiden Probandengruppen. Die quantitativen Daten wurden postaktional durch Laut Denken-Protokolle verifiziert, in dem die Probanden ihre Blickbewegungen kommentierten.
Die Herausforderungen im Kontext des globalen Klimawandels und der planetaren Grenzen des Systems Erde lassen die grundlegende Bedeutung von Systemkompetenz zur Analyse und Bewältigung komplexer dynamischer Probleme deutlich werden. Die notwendigen Schritte zur Erreichung der globalen Nachhaltigkeitsziele setzen eine raumbezogene Handlungskompetenz aller beteiligten Akteure voraus, die maßgeblich auf einer vernetzten Einsicht in die Zusammenhänge von natürlichen und gesellschaftlichen Systemen beruht. Aus didaktischer Sicht steht in der vorliegenden Studie daher die Forschungsfrage im Vordergrund, auf welche Weise die Systemkompetenz von Jugendlichen im Kontext raumwirksamer Mensch-Umwelt-Beziehungen bestmöglich gefördert werden kann.
Den thematischen Rahmen der Arbeit bildet das Phänomen der Bodenerosion im Kontext des Klimawandels. Neben den bereits heute gegebenen Risiken und Gefährdungen ist hierbei durch die im Klimawandel zu erwartende Häufung von Starkniederschlagsereignissen und die jahreszeitliche Veränderung der Bodenfeuchteverhältnisse eine Verschärfung des Gefährdungspotenzials für landwirtschaftlich genutzte Böden wahrscheinlich. Das in Bezug auf das lebensweltliche Umfeld der Jugendlichen erarbeitete Phänomen steht daher stellvertretend für komplexe und dynamische Mensch-Umwelt-Systeme.
Ausgehend von einem naturwissenschaftlich geprägten Systemverständnis und dem Bestreben der Systemwissenschaft, komplexe Systeme modellhaft zu erfassen, rückt die Modellbildung auch in der Frage nach gewinnbringenden methodisch-didaktischen Ansätzen zur Förderung des systemischen Denkens in den Mittelpunkt des Interesses. Aus dem Nebeneinander von konkret-gegenständlichen Modellen und Computersimulationen als rechnergestützten Verfahren der Modellierung leitet sich die für die vorliegende Studie zentrale Forschungsfrage ab, welches Potenzial diese Methoden einzeln oder in Kombination in Bezug auf die Förderung von Systemkompetenz von SuS besitzen. Zur Lernwirksamkeit unterschiedlicher methodisch-medialer Settings liegen dabei verschiedene, in ihren Ergebnissen heterogene und zum Teil widersprüchliche Forschungsarbeiten vor. Bei vielen Studien wurden analoge und digitale Medien und Methoden gegenübergestellt, jedoch nicht kombiniert (z. B. Edsall & Wentz 2007), bei anderen wies die kombinierte Intervention eine längere Zeitdauer auf als die vergleichend eingesetzte Computersimulation (z. B. Rieß & Mischo 2008). Vor dem Hintergrund dieses Forschungsstandes untersucht die hier vorgestellte empirische Vergleichsstudie im experimentellen Prä-Post-Test-Design die Veränderung der kontextuellen Systemkompetenz von SuS durch Einsatz (1) eines analogen Bodenerosionsmodells (= Modell), (2) eines digitalen Bodenerosionsmodells (= Simulation) bzw. (3) einer Kombination beider Zugänge, bei jeweils gleicher Zeitdauer der Interventionen. Zur Frage der Dimensionalität und Messung des Konstruktes „Systemkompetenz“ liegen im Kontext raumwirksamer Mensch-Umwelt-Beziehung eine Reihe theorie- bzw. evidenzbasierter Erkenntnisse vor (vgl. z. B.
Mehren u. a. 2018; Rieß u. a. 2015; Viehrig u. a. 2017), die sich jedoch in Teilen kontrovers gegenüberstehen.
Den konzeptionellen Bezugsrahmen der Forschungsarbeit bildet hierbei das im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts SysThema von Rieß u. a. (2015) entwickelte heuristische „Freiburger Kompetenzstrukturmodell zum systemischen Denken“ mit besonderer Schwerpunktsetzung auf der Systemmodellierung. Für die vier in diesem Kompetenzmodell ausgewiesenen Dimensionen A: „Systemtheoretisches Grundwissen (Deklaratives/konzeptuelles systemisches Wissen)“, B: „Systemelemente und Wechselwirkungen identifizieren, abbilden und interpretieren (Systemmodellierungsfähigkeit)“, C: „Mittels Systemmodellen Erklärungen geben, Prognosen treffen und Strategien entwerfen (Fähigkeit zur Nutzung von Systemmodellen beim Lösen von komplexen dynamischen Problemen)“ sowie D: „Gültigkeit und Vorhersageunsicherheit von Systemmodellen bestimmen (Bewertung von Systemmodellen und Ergebnissen der Modellanwendung)“ werden Testitems mit Bezug zum Themenfeld Bodenerosion entwickelt. Aufbauend auf den Erkenntnissen der Pilotierungsstudie (n = 78 SuS, vgl. Brockmüller u. a. 2016a,b) kann in der Hauptstudie (n = 203 SuS der gymnasialen Klassenstufen 10 bis 12) die Validität des überarbeiteten Systemkompetenztests durch eine substanzielle Übereinstimmung der inhaltlichen Expertenratings (Fleiss’ κ 0,79) sowie eine akzeptable interne Konsistenz der vier Skalen (Cronbachs α A: 0,54, B: 0,78, C: 0,70, D: 0,78) belegt werden.
Strukturentdeckende statistische Verfahren (exploratorische Faktorenanalyse) lassen auf vier zugrunde liegende Faktoren schließen. Auch bei Anwendung der strukturbestätigenden konfirmatorischen Faktorenanalyse kann die Modellpassung des vierdimensionalen Modells anhand von statistischen Modellgütekriterien bestätigt werden. Auf Grundlage eines Strukturgleichungsmodells (konfirmatorische Faktorenanalyse zweiter Ordnung) können schließlich die Korrelationen zwischen den Kompetenzdimensionen auf ein übergeordnetes Gesamtkonstrukt im Sinne von Systemkompetenz zurückgeführt werden. Die heuristischen Annahmen einer vierdimensionalen Kompetenzstruktur zum systemischen Denken nach Rieß u. a. (2015) können somit auf Grundlage des Datensatzes der vorliegenden Studie empirisch fundiert werden.
Ein im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts GeoSysKo theoretisch hergeleitetes und empirisch überprüftes Kompetenzstruktur- und -stufenmodell (vgl. auch Mehren u. a. 2018) umfasst zwei Dimensionen, die als „Systemorganisation und Systemverhalten“ sowie „Systemadäquate Handlungsintention“ ausgewiesen
sind. Im Abgleich der beiden Modelle wird zunächst deutlich, dass sich diese mit den o. g. Dimensionen B und C weitgehend decken. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie machen unter Beachtung der erreichten Modellgütemaße darüberhinausgehend die zusätzliche inhaltliche Bedeutung der Theorie- sowie der Reflexionsebene (Dimensionen A und D) für das Konstrukt Systemkompetenz deutlich.
Zur Untersuchung des Potenzials eines Einsatzes von analogen und digitalen Modellen und einer Kombination beider Methoden zur Förderung der auf diese Weise ausdifferenzierten Systemkompetenz wird die Stichprobe der Hauptstudie varianzanalytisch analysiert, um so u. a. der Forschungsfrage nachzugehen, ob statistisch bedeutsame Gruppenunterschiede zwischen den beiden Messzeitpunkten vor bzw. nach der Intervention bestehen. Dabei zeigt sich, dass der Mittelwert der über alle vier Dimensionen hinweg mit einem Gesamtscore erfassten Systemkompetenz in der Gruppe, die eine kombinierte analoge und digitale Intervention durchlaufen hat, statistisch signifikant höher liegt als in der Gruppe mit reiner Computersimulation (p = 0,024, bei kleiner Effektgröße Cohens f von 0,1). Bezüglich der vier einzelnen Systemkompetenz-Dimensionen zeigt sich, dass dieser Effekt in der Dimension B am deutlichsten ausgeprägt ist. Die Gruppe mit reiner Computersimulation erzielt in allen vier Dimensionen die niedrigsten Mittelwerte, während die Gruppe mit rein analogem Modelleinsatz in den Dimensionen B und C ähnlich niedrige Mittelwerte erzielt, in den Dimensionen A und D dagegen jedoch sogar die höchsten Mittelwerte erreicht. Mit Motivation und Lernstil werden weitere mögliche Einflussfaktoren auf den Kompetenzerwerb in der Studie berücksichtigt, deren Interaktionseffekte mit den drei Interventionsgruppen jedoch nicht statistisch signifikant ausfallen.
In der Gesamtschau liefern die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit neben einem theoretischen Beitrag zur Entschlüsselung der Struktur von Systemkompetenz im Kontext raumwirksamer Mensch-Umwelt-Beziehungen insbesondere auch unterrichtspraktische Hinweise zur Systemkompetenzentwicklung. Die am Beispiel Bodenerosion exemplarisch untersuchte Kombination analoger und digitaler Modelle erreicht bei gleichem unterrichtlichem Zeitaufwand einen bedeutsam höheren Beitrag zur Förderung von Systemkompetenz, sodass sie dem jeweils isolierten Einsatz der einen oder anderen Methode evidenzbasiert vorgezogen werden kann.
Die Arbeit untersucht die Einflüsse deutsch-völkischer und nationalistisch geprägter Vorstellungen in der „völkischen Bewegung“, die sich insbesondere seit etwa Ende des 19. Jahrhunderts bis Mitte des 20. Jahrhunderts auf die Bienenzucht in Deutschland ergaben. Die Betrachtung schließt somit in diachronischer Vorgehensweise die unterschiedlichen politischen Systeme Kaiserreich (1871–1918), Weimarer Republik (1918–1933), Nationalsozialismus (1933–1945) ein und endet mit einem Ausblick in die erste Dekade nach dem Zweiten Weltkrieg.
Für das tiefere Verständnis der Thematik erfolgt eine strukturierte Erzählung der wesentlichen Entwicklungen in der Bienenzucht der jeweiligen Epoche. Neben den deutsch-völkischen und nationalistischen Basisgedanken bzw. Ideologemen in den jeweiligen Epochen wird zudem untersucht, welche Bienenmetaphern im Allgemeinen sowie zur Vermittlung von bestimmten zeitbedingten gesellschaftspolitischen und ideologischen Vorstellungen verwendet wurden.
Eine reduktionistische Sichtweise auf das Bienenvolk in Form von Sachtexten und lyrischen Texten macht die Bienenthematik generell für den naturwissenschaftlich orientierten Unterricht bzw. Realienunterricht sowie für den Deutschunterricht geeignet. Es werden daher bestimmte Schulbuchtypen (Realien- und Lesebücher) exemplarisch daraufhin betrachtet, ob und wie die Bienenthematik in den Epochen metaphorisch und ideologisch aufgeladen transportiert wurde.
Es wird zudem dargelegt, welche herausragenden Personen Träger des völkisch-nationalistischen Gedankenguts waren oder Opfer wurden und wie sich die jeweilige wirtschaftliche und politische Situation auf die Imkerei und die damit verbundene völkisch-nationalistische Ideologie über den langen Zeitraum vom Kaiserreich über die Weimarer Republik bis zum Nationalsozialismus auswirkte.
Nach wie vor zählt der Einsatz von GIS nicht zum schulischen
Alltag – und dies obwohl er in den nationalen Bildungsstandards und Bildungsplänen zunehmend gefordert wird. Daher werden Möglichkeiten und Hürden des Einsatzes von GIS im Geographieunterricht kritisch diskutiert.
Die vorliegende qualitative Untersuchung hat den schulischen Einsatz von GIS mit herkömmlichen analogen Arbeitsweisen in Berliner Leistungskursen verglichen. In mehreren Kursen an verschiedenen Schulen wurden Unterrichtseinheiten von einem Teil der Schülerinnen und Schüler mit ausgewählten GIS-Werkzeugen bearbeitet. Der andere Teil der Lernenden bearbeitete die gleiche Fragestellung ohne GIS mit analogen Werkzeugen zum Beispiel Schere und Zirkel.
Ziel der Untersuchung war es zu klären, ob und in welchem Ausmaß der Einsatz von GIS im Erdkundeunterricht im Vergleich zu herkömmlicher Kartenarbeit zum Reflexionsvermögen geographisch-kartographischer Methoden beiträgt.
Tatsächlich lässt sich ein solcher Mehrwert in der vorliegenden Studie nicht ohne weiteres nachweisen. Die Lehrenden, motiviert oder nicht, kämpfen immer noch mit Softwareproblemen und der Datenbeschaffung. Die meisten Schülerinnen und Schüler lassen sich für beide Methoden motivieren: Während eine Schülerin sagte „Ich finde, GIS ist einfach zu kompliziert“, spricht eine andere von einer „wertvolle[n] Erfahrung“.
Die vorliegende Arbeit geht auf mögliche Konsequenzen aus diesen Ergebnissen und denkbare Konzepte für einen erfolgreichen schulischen GIS-Einsatz ein.
Technologies based on Geographic Information System (GIS) are widely used in society and are increasingly being integrated into school curricula and practice. Many claims have been made that the use of GIS in class has positive effects on a wide range of achievement and affective variables. However, empirical evidence for that, especially in the German situation, has been scarce.
Systemic thinking has been central to the guiding objective of German geography education for many years and constitutes an important contribution to prepare students for life in a complex world. Yet, so far, specific test instruments and studies elucidating factors that help students improve this competency have been far from extensive.
This dissertation aims at exploring the influence of a short ‘working with GIS’ vs. ‘working with maps’ unit on students’ achievement in geography, specifically, the systemic thinking competency. Based on literature a definition of geographic systemic thinking and an associated competency model were developed. In total, three one test time and two pre-/posttest with control group studies were conducted to develop test instruments and a treatment as well as to study the question at hand. The treatment used the topic ‘tourism in Kenya’. Partly Desktop-, partly Web-based GIS versions were used. In study 5, there were two different types of materials, which contained parallel contents/tasks. While one used an overview sheet of relevant GIS functionality (‘old’), the other integrated more step-by-step instruction directly into the text (‘new’). Variables included were systemic thinking, sex, age, stream/type of geography study/pre-score, grade/semester, language and migration background, pre-experience, affective variables, pre-basic spatial thinking skills, treatment and material type. Not all variables were used in every study.
The largest study (study 5) used the results of 932 seventh grade students for analyses. The sample contains both high and middle stream students from three German federal states. The study highlights issues such as e.g. test time constraints, open task coding, partly ceiling effects and item difficulties partly deviant from the model expectations. For the analyses, both raw average scores and WLE estimates obtained by a Rasch analysis are used. Additionally, based on the WLE scores, HLMs are calculated.
Overall, in study 5 GIS students do not improve pre- to posttest in systemic thinking. Consequently, GIS has no positive, and partly a significantly negative impact compared to maps, e.g. in a HLM with all other variables having significant effects included. Results for material type are mixed. For instance, on the one hand, t-tests show no significant difference in pre-posttest-change between students working with ‘old’ and ‘new’ WebGIS materials. On the other
hand, the overall HLMs with other variables included show a significant negative effect only for the ‘old’ but not for the ‘new’ WebGIS materials.
Only 23 students could be included in the ‘having already worked with an educational GIS’-sub-group (vs. 520). The improvement of these students pre- to posttest is not significant, but has an effect size above 0.2. A calculation with the ‘no pre-experience’ sub-group being reduced to students with similar characteristics (e.g. in terms of stream, GIS type) leads to 19 vs. 84 students and similar results. In both cases, students with pre-experience perform not significantly, but with an effect size above 0.2, better than students without pre-experience. Overall, the results could hint at students needing more pre-experience so as to not have so much mental capacity tied to getting used to the software and being able to concentrate more on the system interrelationships. However, due to the sample characteristics and study design, this cannot be proven by the present data and thus needs to be explored in further studies.
Other variables (age, sex, migration and language background, stream, pre-score, pre-spatial thinking score) show mixed results depending on the analysis method used. This underlines the impact of methodological choices and the need for large sample studies in order to be able to take a closer look at individual sub-groups. Furthermore, the HLM results point to not all influencing variables having been included. In general, the impact of variables such as pre-achievement/ stream and sex on pre-posttest change evident in some of the analyses points to the need for more research to develop differentiated learning materials.
The conducted studies also show, e.g. through deviations from the assumed model of systemic thinking, that there is still a great need for more studies in terms of test- and model development for systemic and spatial thinking in a geographic context.