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Die Auseinandersetzung mit naturwissenschaftlichen Arbeits- und Denkweisen ist mit den neuen Bildungsstandards expliziter Bildungsauftrag für den naturwissenschaftlichen Unterricht auf der Sekundarstufe I. Das dafür notwendige Professionswissen soll in der Lehrpersonenausbildung aufgebaut werden und sich in Handlungssituationen wie Unterrichtsplanungen zeigen. Bisher hat sich bestätigt, dass die Analyse von schriftlichen Unterrichtsplanungen Aussagen über die Qualität von Unterrichtskonzeptionen ermöglichen. Jedoch ist wenig bekannt, über welches fachdidaktische Wissen angehende Lehrpersonen zur Planung von Unterricht zum Experimentieren im Sinne der Erkenntnisgewinnung verfügen und in welcher Form sich dieses, in Unterrichtsplanungen angewendete Wissen, erfassen lässt. In der vorliegenden Dissertation ist das im Projekt KUBeX entwickelte, hoch inferente Ratinginstrument zur Beurteilung des entsprechenden fachdidaktischen Wissens faktoriell validiert und hinsichtlich der beiden, im Modell der «Didaktischen Rekonstruktion» angelegten Dimensionen «Analyse» und «Konstruktion» explorativ geprüft worden. Auch ist in den von 119 angehenden Lehrpersonen erstellten Unterrichtsplanungen und videografierten Planungsgesprächen die Qualität des erfassten fachdidaktischen Wissens untersucht worden. Die empirischen Befunde zeigen, dass sich auf der Grundlage der untersuchten Stichprobe das fachdidaktische Wissen zur Planung von Unterricht zum Experimentieren im Sinne der Erkenntnisgewinnung mit dem vorliegenden Instrument ermitteln lässt. Die im Modell der «Didaktischen Rekonstruktion» enthaltenen Dimensionen werden ausserdem durch die vorliegenden Ergebnisse gestützt. Auch geben die Ergebnisse zur Qualität des fachdidaktischen Wissens Anlass zur Vermutung, dass die Studierenden Schwierigkeiten bekunden, einen Unterricht zum Experimentieren im Sinne der Erkenntnisgewinnung zu planen oder dass sie dieses Wissen nicht explizit in den Planungen zeigen. Dabei ist auch ein Zusammenhang zwischen der Qualität ihres fachdidaktischen Wissens und den Vorgaben im Planungsraster festzustellen. Die eingangs erwähnten Zielsetzungen stellen vor diesem Hintergrund eine ernst zu nehmende Herausforderung für die Lehrpersonenaus- und -weiterbildung dar.

Der ab dem Jahr 2014 in den Deutschschweizer Kantonen zur Einführung freigegebene Lehrplan 21 verfolgt das Ziel, die Schule über kompetenzorientierten Unterricht zu reformieren. Die Implementierung des Lehrplan 21 in der Volkschule soll einerseits über neue Weiterbildungen der kantonalen Dienststellen für Bildung und den Pädagogischen Hochschulen und andererseits über neue kompetenzorientierte Unterrichtsmaterialien der Schulverlage erfolgen. Zumal die Umsetzung des Lehrplan 21 in der Volksschule noch im Gange ist, liegen schweizweit bisher kaum empirische Befunde über die Wirkung von kompetenzorientierten Lehrplan 21 kompatiblen Unterrichtsmaterialien und Weiterbildungen vor. Die Forschung hat sich noch unzureichend mit der Frage beschäftigt, unter welchen Bedingungen solche Professionalisierungsmassnahmen das Lehren und Lernen im naturwissenschaftlichen Sachunterricht an Schweizer Schulen kompetenzorientierter gestalten lassen. Die internationale Empirie zeigt allerdings, dass Fortbildungen für Lehrpersonen sowie auch Unterrichtsmaterialien das Potenzial besitzen, über qualitative Lerngelegenheiten das Lehren und Lernen zu verändern. Basierend auf dieser Grundlage soll mit dieser Entwicklungsforschung schweizweit erstmals die Wirkung von Professionalisierungsmassnahmen zur Förderung eines kompetenzorientierten naturwissenschaftlichen Sachunterrichts auf der Mittelstufe untersucht werden. Den Grundstein dieser Studie bildete ein im Sommer 2014 lanciertes Kooperationsprojekt zwischen dem Schulverlag plus Bern und dem Autor dieser Studie (Dozent an der Pädagogischen Hochschule Luzern) zur Erarbeitung einer qualitativen Lerngelegenheit in Form einer Unterrichtseinheit. Ziel der Kooperation war es, ein kompetenzförderndes Aufgabenset zum Themenbereich Stoffe und deren Eigenschaften zu entwickeln und zu erproben. Zusätzlich zur Unterrichtseinheit konzipierte der Autor dieser Studie ab Sommer 2015 eine Lerngelegenheit in Form einer Weiterbildung für Lehrpersonen der Mittelstufe. Diese Weiterbildung machte den kompetenzfördernden Unterricht im Sachunterricht mittels kompetenzfördernden Aufgabensets zum Gegenstand. Auf der Grundlage der beiden Lerngelegenheiten wurden zwei Professionalisierungsmassnahmen angelegt. Massnahme 1 beinhaltete eine Weiterbildung zu kompetenzfördernden Aufgabensets, eine Einführung in die Arbeit mit den Unterrichtsmaterialien des Lehrmittels NaTech sowie die anschliessende Arbeit mit der Unterrichtseinheit Süsse Chemie an der eigenen Schulklasse. Massnahme 2 beschränkte sich dagegen auf die Einführung in die Arbeit mit den Unterrichtsmaterialien des Lehrmittels NaTech und die anschliessende Arbeit mit der Unterrichtseinheit Süsse Chemie. Insgesamt haben im Schuljahr 2016/17 40 Lehrpersonen mit rund 650 Schülerinnen und Schüler an den beiden Professionalisierungsmassnahmen teilgenommen. Die beiden Massnahmen wurden begleitet von Erhebungen auf der Lehrpersonenebene und der Schülerinnen- und Schülerebene. Es interessierten insbesondere die Veränderungen in den naturwissenschaftlichen konstruktivistischen Lehr-Lern-Vorstellungen der Lehrpersonen sowie der Unterrichtsgestaltung im naturwissenschaftlichen Sachunterricht. Auf der Ebene der Schülerinnen und Schüler wurden die Kompetenzselbsteinschätzung sowie die Leistungsmotivation der Schülerinnen und Schüler betrachtet. Die Studie konnte bei beiden Professionalisierungsmassnahmen in den Bereichen der Unterrichtsgestaltung und der Kompetenzselbsteinschätzung der Schülerinnen und Schüler eine Veränderung und Annäherung an einen kompetenzorientierten, naturwissenschaftlichen Sachunterricht feststellen. Im Bereich der Leistungsmotivation wurde eine höhere Stabilität derselben bei den Schülerinnen und Schüler der Massnahme 1 (Weiterbildung, Lehrmitteleinführung & Unterrichtseinheit) gegenüber den Schülerinnen und Schüler der Massnahme 2 (Lehrmitteleinführung & Unterrichtseinheit) festgestellt. Augenfälligstes Ergebnis war der signifikante Unterschied im Bereich der Nützlichkeit. Die Schülerinnen und Schüler von Lehrpersonen, die eine Weiterbildung besucht haben, schätzten die Nützlichkeit dessen, was sie im Unterricht gelernt haben, für die eigene Zukunft höher ein als die Schülerinnen und Schüler der Vergleichsgruppe (Lehrpersonen ohne Weiterbildung). Des Weiteren wurde untersucht, wie sich die Prädiktoren Kohorte, Alter, Geschlecht, Sprache, Unterrichtswahrnehmung und Kompetenzselbsteinschätzung der Schülerinnen und Schüler auf die Leistungsmotivation auswirkten. Die Modellrechnungen zeigten, dass weder das Alter, das Geschlecht noch die Sprache signifikant auf die Leistungsmotivation wirkten. Signifikante, jedoch schwache, Wirkungen wiesen neben der Zugehörigkeit zur Kohorte die Unterrichtswahrnehmung und die Kompetenzselbsteinschätzung auf. Ferner konnte gezeigt werden, dass die Lehrpersonen im Bereich der Lehr-Lernfördernden Vorstellungen über beide Massnahmen hinweg hohe und stabile Ausprägungen auswiesen. Auch führten die Professionalisierungsmassnahmen zu einer Ausdifferenzierung im Bereich der Lehr-Lernhemmenden Vorstellungen. Die Diskussion der Ergebnisse liefert Hinweise dafür, dass vermehrt die Dialog- und Unterstützungskultur als Teil der kompetenzorientierten Aufgabenkultur in den Fokus von Professionalisierungsmassnahmen gerückt werden muss. Insgesamt unterstützen die Ergebnisse dieser Studie die Weiterentwicklung der bestehen-den Professionalisierungsmassnahmen hin zu qualitätsvollen Lerngelegenheiten für Lehrpersonen. Solche Lerngelegenheiten sind notwendig zur erfolgreichen Implementierung des neuen Lehrplan 21, da Unterrichtsmaterialien allein nicht ausreichen.