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Im Physikunterricht kommen oft kleinere Versuche zum Einsatz, die Lernende eigenständig erarbeiten sollen. Da für diese nur begrenzt Zeit zur Verfügung steht, stellt sich die Frage, wie eine Versuchsanleitung aufgebaut sein muss, damit Lernende möglichst schnell, selbständig und korrekt einen Versuch aufbauen können, um sich vor allem auf die kognitive Auseinandersetzung mit dem Phänomen und nicht primär auf den Versuchsaufbau konzentrieren zu können. Unter Berücksichtigung der Cognitive Load Theory, der Cognitive Theory of Multimedia Learning, empirischer Befunde zum Instruktionsdesign und der Selbstwirksamkeitserwartung von Lernenden wurden drei Anleitungsvarianten mit identischem Text- und Bild-Material, aber unterschiedlichem Präsentationsmodus zum Thema Optik und Infrarotstrahlung untersucht: Bild-Text-, Bild-Instruktions- und Video-Anleitungen. Um sicherzustellen, dass die erhobenen Daten und die daraus resultierenden Erkenntnisse ausschließlich auf die Versuchsanleitungen zurückzuführen sind, wurde ein 90-minütiger Workshop, strukturiert nach der Basismodelltheorie, als Rahmung entwickelt. Die Konstrukte Selbstwirksamkeitserwartung und Cognitive Load wurden mit erprobten Erhebungsinstrumenten aus den Erziehungswissenschaften erfasst. Ein eigens für die Studie entwickelter Konzepttest diente zur Überprüfung der Lernwirksamkeit. An der Hauptstudie nahmen 820 Schüler*innen im Alter von 12 bis 16 Jahren teil. Konfirmatorische Faktoranalysen wurden eingesetzt, um die latenten Konstrukte zu modellieren. Um die Zusammenhänge zwischen den Variablen umfassend zu überprüfen, kamen unter anderem gemischte Varianzanalysen, um Wechselwirkungen zwischen den Gruppen zu untersuchen, Mehrebenenmodelle für die Analyse der Daten mit möglichen hierarchischen Strukturen, lineare Regressionen zur Vorhersage von Variablenbeziehungen und schließlich Mediationsanalysen, um indirekte Effekte zwischen den Variablen zu identifizieren. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass alle drei Anleitungsvarianten in Bezug auf die Lernwirksamkeit als gleichwertig anzusehen sind. Bild-Text-Anleitungen führten jedoch im Gegensatz zu den anderen Anleitungsvarianten zu einer signifikanten Abnahme der Selbstwirksamkeitserwartung. Zudem zeigten sich je nach verwendeter Anleitungsvariante Unterschiede im Cognitive Load, was aber keinen Effekt auf die Lernwirksamkeit hatte.

The Kingdom of Bhutan’s development philosophy of Gross National Happiness (GNH) emphasises the need to balance sustainable economic growth with environmental conservation, promotion of cultural heritage, and good governance. In consonance, Bhutan’s Constitution entrusts every citizen with the sacred task of protecting the natural environment and preventing all forms of ecological degradation. Moreover, given the increasing global crisis of degrading the earth, climate change, resource depletion, and species extinction, the urgency of nature conservation in school education cannot be ignored. The need to articulate clearly how nature conservation education should be promoted in Bhutanese primary schools is, therefore, becoming increasingly urgent. While some elements of nature conservation education are included in the school curriculum, not much is known about educator perceptions, school curricula, teaching and learning processes, and the role of school concerning nature conservation. Hence, this empirical study was necessary and timely to understand how nature conservation was perceived, taught and practised in Bhutanese primary schools. Social constructivism with an ethnographical research design was employed for this study. Relying on participant observation techniques for data collection, perspectives of 15 educators and 105 students of four Bhutanese primary schools were gathered. Three data collection tools, namely, a semi-structured interview, an open-ended questionnaire and field notes were used. The study brought out a number of significant findings. Although Bhutan’s unique features, such as being heavily forested, traditional farming practices and spiritual practices, are advantageous to nature conservation education, gaps and inconsistencies were seen in the school curriculum and practices. Firstly, the educators and students who participated in the study misunderstood nature conservation as environmental conservation. Secondly, the curriculum textbooks on nature conservation generally represent Western perspectives of nature conservation rather than the Bhutanese spiritual and cultural beliefs that are primarily influenced by Buddhism. Findings also showed that children in the four primary schools had limited opportunities for direct experiences with nature during their lessons on nature. Lastly, the role of schools in nature conservation education lacks clarity. The findings from this study have direct implications for the Ministry of Education, teacher education colleges, and other primary education stakeholders in the country. Several strategies are suggested to address the gaps identified. These include professional development programmes for teachers to enhance their knowledge about nature conservation education. The next strategy is reviewing the science and social studies curriculum to integrate the Buddhist values of interdependence and harmonious living with nature. The study also flagged the need to create rich natural environments on school campus, including using the community forests for children to play, study and develop connection with nature. Lastly, the study recommends developing reading materials for children on themes of nature.

Seit Jahrzehnten ist in der Biologiedidaktik und in der Umweltbildung bekannt, dass das Verständnis für das System Natur und dessen ineinandergreifenden Wechselwirkungen am besten im Freiland gefördert werden kann. Auch die Nähe zur Natur und das Bewusstsein für deren Schutzbedürftigkeit werden dadurch gestärkt. Schulgartenarbeit, Exkursionen und das Arbeiten an außerschulischen Lernorten können in der Bildungsarbeit einen wichtigen Beitrag zur Wertschätzung und zum Verständnis der Natur leisten. Einige Schulen, insbesondere die dort unterrichtenden Lehrkräfte, engagieren sich bereits in diesem Feld durch ganz unterschiedliche Aktivitäten. Es stellt sich allerdings die Frage, wieso manche Lehrkräfte im Bereich Natur und Umwelt aktiv sind, während sich andere Lehrpersonen mit vergleichbaren schulischen Rahmenbedingungen und ähnlicher universitärer Ausbildung weniger in diesem Bereich engagieren. Wird das Integrative Einflussschema umweltgerechten Alltagshandelns von Matthies (2005) verändert durch Blöbaum (2015) zurate gezogen, so zeigen sich drei Faktoren, die das menschliche Handeln beeinflussen: Kognition, Motivation und antizipatorische Evaluation. Verglichen mit dem Modell der professionellen Kompetenz von Lehrkräften nach Baumert & Kunter (2011a) werden Ähnlichkeiten deutlich. Professionelles Lehrer-handeln wird durch das Professionswissen (Kognition), die motivationale Orientierung (Motivation) und durch die selbstregulativen Fähigkeiten bedingt. Diese Dispositionen führen unter der Wahrnehmung der eigenen situationsbezogenen Fähigkeiten (antizipatorische Evaluation) zur Performanz. Da es sich bei der Rekonstruktion der Performanzentstehung um einen komplexen Prozess handelt, wurde auf einen multimethodischen Feldzugang zurückgegriffen. Motive, Affektionen, antizipatorischen Gedanken und deren Entstehung wurden qualitativ anhand episodischer Interviews mit handlungsaktiven Lehrkräften erhoben. Daneben wurden Persönlichkeitsmerkmale der Lehrkräfte anhand des psycho-metrischen Tests „NEO-FFI“ ermittelt und als Einflussfaktor auf das Umwelthandeln in Betracht gezogen. Die professionelle Handlungskompetenz im Bereich naturbezogener Bildung für nachhaltige Entwicklung wurde mit einem quantitativen Fragebogen von Jäkel et al. (2020a) erfasst und ebenfalls als Moderator für Umwelthandeln gewertet. Durch den Mixed-Methods-Ansatz (n = 24) wurde eine starke Naturverbundenheit bei der Mehrheit der Lehrkräfte festgestellt. Entwickelt wurde diese hauptsächlich im Sozialisationsprozess der Kindheit mithilfe naturverbundener Bezugspersonen im familiären Umkreis. Diese führten regelmäßige landwirtschaftliche und gärtnerische Tätigkeiten mit den Lehrenden durch, ermöglichten freie Erkundungen und kindliches Spiel in der Natur. Die stark naturverbundenen Lehrkräfte zeigten darüber hinaus empathische Gefühle zur Natur und eine hohe private sowie berufliche Verantwortungsattribution im Bereich Natur- und Umweltschutz. Aus der Naturverbundenheit und Verantwortungsattribution resultierte außerdem eine hohe Identifikation mit dem Unterrichtsgegenstand Natur. Auch die Wahrnehmung der eigenen Rolle als Wegbereiterin und Wegbereiter, Schülerinnen und Schüler für die Natur zu sensibilisieren sowie eigene Verbundenheit und Wertschätzung zur Natur bei ihnen zu initiieren, ließ sich daraus ableiten. Dabei war es den Lehrenden wichtig, die eigenen Überzeugungen authentisch und enthusiastisch darzubieten. Diese Ansicht rührte u.a. aus der eigenen familiären und der bildungs-biografischen Sozialisation und dem Wunsch, wie sie selbst als Schülerinnen und Schüler gerne gelernt hätten. Das Lehramtsstudium führte dazu, eigene Interessen an der Natur weiter auszubauen. Dies hat seinen Ursprung in den intrinsischen Berufswahlmotiven der Lehrkräfte, die das Studium überwiegend aus emotionalen Valenzüberzeugungen und fachlichen Interessen abschlossen. Im Studium durchgeführte Freilandarbeit und Exkursionen fungierten dabei als bildungsbiografisch wirksame Schlüsselelemente, die die eigene Naturverbundenheit förderten und das Vertrauen in die Wirksamkeit der Lehr-Lernform Outdoor Education ausbauten. Darüber hinaus trug das Studium zum Ausbau konstruktivistischer epistemologischer Überzeugungen bei, die durch das Lehren und Lernen draußen realisiert werden konnten. Des Weiteren zeigte sich bei der Hälfte der befragten Lehrpersonen ein psychisch stabiles Persönlichkeitsprofil. Zwei Drittel der Lehrkräfte wiesen unterdurchschnittliche Neurotizismuswerte auf. Neurotizismus stand dabei mit Naturverbundenheit in einem signifikanten Zusammenhang. Das Naturerleben scheint hier mentale sowie psychische Kräfte zu stärken. Das Wohlbefinden der Lehrkräfte in der Natur könnte somit ein weiterer wichtiger Faktor in der Performanzentstehung darstellen. Das Professionswissen der Lehrkräfte war als sehr hoch anzusehen und stand mit der empfundenen Naturverbundenheit in Verbindung. Das Maß der Naturverbundenheit wirkte sich in diesem Sample auf den Grad des Fachwissens aus. Naturverbundenheit stand zudem mit den allgemeinen Einstellungen zur Natur in einem kausalen signifikanten Zusammenhang. Auch die Kenntnisse in der Vermittlung von Bildung für nachhaltige Entwicklung konnten durch eine hohe Naturverbundenheit gesteigert werden. Affektive/ motivationale Komponenten, die sich vor allem im Interesse an Natur, das Gefühl der Verbundenheit mit ihr und die Zuschreibung der Verantwortung für ihren Erhalt äußerten, erwiesen sich als Prädiktoren für die Performanz der untersuchten Lehrkräfte. Ihre Berufswahl, ihr berufliches Rollenverständnis, ihre unterrichtsbezogenen Überzeugungen und Wertbindungen wurden davon geprägt. Auch die positive Fähigkeitskognition und das persönliche Wohlergehen wurden für diese Lehrkräfte als Determinanten von umweltrelevantem Verhalten gewertet. Es ist zu diskutieren, ob die durch Sozialisation erworbene Naturverbundenheit, die in dieser Studie ein erheblicher Einflussfaktor auf die Kognition, Motivation und antizipatorischer Evaluation der Lehrpersonen darstellt, durch Bildungsbemühungen im schulischen und universitären Bereich gestärkt werden kann. Zudem muss über die Gestaltung dieser Vermittlungsprozesse nachgedacht werden.

Aufgaben spielen eine bedeutende Rolle im Hinblick auf den Kompetenzaufbau und die Kompetenzentwicklung. Damit ein entsprechender Kompetenzaufbau nachhaltig initiiert und strukturiert werden kann, treten Sets von aufeinander aufbauenden Aufgaben in den Fokus. Ziel des Dissertationsvorhabens ist es, der Fachdidaktik, der Lehrpersonenbildung sowie der Bildungsforschung ein empirisch validiertes und erprobtes Messinstrument zur Verfügung zu stellen, mit dem die Aufgabenqualität analysiert und anschließend zentralen Aufgabentypen im Lernprozess (Konfrontation, Erarbeitung, Übung, Synthese und Transfer) zugeordnet werden können. Die neun Merkmale des Aufgaben-Analyse-Instruments (AAI) sind: Kompetenzabbild, Lebensweltbezug, Lernendenvorstellung, Wissensart, Wissensaktivität, Repräsentationsform, Offenheit, Lernunterstützung und Lernweg. Das operationalisierte AAI ist aus bestehenden und teilweise erprobten Kategoriensystemen entwickelt und unter Berücksichtigung unterschiedlicher Testgütekriterien mehrfach validiert worden. Die zur Validierung verwendeten Aufgaben (N = 146) stammen aus dem „MINT unterwegs“-Projekt (Teilstudie I). Das AAI wurde in der Folge in drei Anwendungsstudien erprobt (Teilstudien II bis IV). In der ersten Anwendung werden MINT-Aufgaben gemäß den Autor:innen den entsprechenden Aufgabentypen zugewiesen (z.B. nKonfrontationsaufgaben = 25) und mit dem AAI von geschulten Rater:innen beurteilt. Anschließend werden die Aufgabenbeurteilungen einem theoretischen Expert:innenvorschlag gegenübergestellt. Die Ergebnisse dieser Teilstudie lassen den Schluss zu, dass Qualitätsmerkmale in Form von Aufgabenprofilen mit dem AAI gemessen und in Bezug zu einer theoretischen Norm gestellt werden können. Die ausgewiesenen Abweichungen der Analyse und des Expert:innenvorschlags in Bezug auf die Qualitätsmerkmale, aufbereitet in Form eines Ampelsystems, können dazu genutzt werden, Aufgaben gezielt zu überarbeiten. In der zweiten Anwendungsstudie werden mit dem AAI erfasste MINT-Aufgaben (n = 58) aufgrund ihrer beurteilten Qualitätsmerkmale mittels einer Clusteranalyse gruppiert. Die Befunde dieser Studie zeigen, dass eine Zuordnung möglich ist, sich die Aufgabengruppen jedoch nicht in allen Merkmalen signifikant unterscheiden. Die gewonnenen Erkenntnisse können dazu dienen, Aufgaben bei der Entwicklung von Lernarrangements den verschiedenen Lernphasen zuzuordnen. Die dritte AAI-Anwendung untersucht, wie Lernende (N = 805) in ausgewählten MINT-Aufgaben (N = 16) den Lebensweltbezug, ein Merkmal des AAI, wahrnehmen und wie sich diese Beurteilungen von der Setzung der Lehrmittelautor:innen unterscheiden. Die Ergebnisse dieser Teilstudie verdeutlichen, dass die Lehrmittelautor:innen die Authentizität in den Aufgaben generell höher beurteilen als die Lernenden. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wäre ein iterativer Aufgabenentwicklungsprozess zusammen mit der Praxis, wie sie der Design-Based-Research-Ansatz in der Forschung verfolgt, in Betracht zu ziehen. Insgesamt zeigen die Befunde dieses Dissertationsvorhabens, dass das entwickelte und validierte AAI MINT-Aufgaben in neun Qualitätsmerkmalen messen kann. Die Resultate können in weiteren Analysen dazu genutzt werden, Aufgaben den verschiedenen Typen nach dem Lernprozessmodell zuzuordnen und gemäß einer theoretischen Norm zu überarbeiten. Somit lassen sich einerseits Schlüsse zur Aufgabenanalyse ziehen und andererseits Folgerungen für zukünftige Aufgabenentwicklungsprojekte diskutieren.

Es ist aus ökonomischer und gesellschaftlicher Perspektive wichtig, dass es eine hohe Anzahl an Absolvent:innen von Ingenieurstudiengängen gibt. Studierende eines ingenieurswissenschaftlichen Studiums müssen sich einer Reihe von Herausforderungen, wie zum Beispiel den Mathematikvorlesungen im Grundstudium, stellen. Mathematik bildet eine wichtige Grundvoraussetzung für angehende Ingenieur:innen dar. Eine Erklärung für die Schwierigkeiten der Studierenden in den Mathematikvorlesungen kann die Art und Weise sein, wie Mathematikvorlesungen bisher gestaltet sind. Es gibt eine Vielzahl an Innovationen, die die Lehre, nicht nur speziell für Mathematik, verbessern soll. eduScrum als ein Lehr-/Lernvorhaben, das agiles Projektmanagement und Bildung zusammenbringt, wirkt vielversprechend, um die Lernenden darin zu bestärken, selbstständig und reflektiert ihren Lernprozess zu gestalten, sodass sie ihre Mathematikvorlesungen und auch das Studium erfolgreich absolvieren. Die vorliegende Dissertation soll dazu beitragen, wie eduScrum an Hochschulen der Angewandten Wissenschaften in Mathematikvorlesungen implementiert werden kann und welche Effekte eduScrum auf die Studierenden haben kann, um so den Studienerfolg von (Ingenieurs-)Studierenden in der Mathematik-Hochschullehre zu fördern. In der ersten Studie wurde das Konzept eduScrum, das bisher im schulischen Kontext angewendet wurde, auf Mathematikvorlesungen für Ingenieur:innen an Hochschulen für Angewandte Wissenschaften adaptiert. Über fünf Semester wurde das Konzept eduScrum@HSMA entwickelt. Besonders in der Pilotierung des Konzepts wurden spezielle Beobachtungsstudien durchgeführt und Fragebögen erhoben, um sowohl das Lernmaterial als auch den Prozess von eduScrum@HSMA an die Bedürfnisse der Studierenden anzupassen. In der zweiten Studie wurde das Konzept eduScrum@HSMA für Mathematikvorlesungen hinsichtlich seiner Effekte auf die Lernstrategien, Motivation, Einstellung zur Mathematik, Leistung und Akzeptanz untersucht, die als Schlüssel für den Studienerfolg gesehen werden können. In einer randomisierten Studie mit zwei Versuchsgruppen besuchte die Experimentalgruppe Mathematikvorlesungen mit eduScrum@HSMA und die Kontrollgruppe klassische Mathematikvorlesungen mit identischen Inhalten. Die Zuteilung zu diesen Gruppen erfolgte dabei anhand der Matrikelnummer. Auf der Basis von Selbstbeurteilungen wurden für alle genannten Konstrukte Veränderungen im Laufe der Mathematikvorlesungen anhand von Vergleichen der Versuchsgruppen sowie innerhalb der jeweiligen Versuchsgruppen erforscht. Zusammenfassend bietet die vorliegende Dissertation wichtige Einblicke in die Nutzung und in die Effekte von eduScrum bei Ingenieursstudierenden in Mathematikvorlesungen an Hochschulen, was eine wertvolle Grundlage für weitere Forschung und die Entwicklung von optimalen Unterstützungsmöglichkeiten für Studierende aller Studiengängen im Bereich der Lehre, insbesondere der Mathematiklehre, darstellt.