Felder im Energie-Lernen der Sekundarstufe I (FiELdS)

• Antragsteller: Professor Dr. Knut Neumann, seit 9/2021
• Fachliche Zuordnung: Allgemeines und fachbezogenes Lehren und Lernen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458465679

Das Energiekonzept gilt als eines der wichtigsten Konzepte der Naturwissenschaften und insbesondere der Physik. Das Prinzip der Energieerhaltung ermöglicht die Erklärung einer großen Bandbreite an Phänomenen und Lösungen von Problemen insbesondere auch aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler. Diese zentrale Bedeutung des Energiekonzepts wird kontrastiert durch die Befunde naturwissenschafts- bzw. physikdidaktischer Forschung, dass Schülerinnen und Schüler selbst am Ende der Schulzeit kein angemessenes Verständnis des Energiekonzepts entwickelt haben. Insbesondere haben Schülerinnen und Schüler Schwierigkeiten mit dem Prinzip der Energieerhaltung. Die Ursache wird vermutet in der Art und Weise, wie das Energiekonzept bisher eingeführt wird. Der Vorschlag, das Energiekonzept stattdessen mit Hilfe des Feldkonzepts einzuführen, gilt als vielversprechend. Dies wurde bisher jedoch nicht empirisch fundiert. Ziel des vorliegenden Projekts ist es daher zu untersuchen, inwieweit die Einführung der (potentiellen) Energie mit Hilfe von Feldern die Schülerinnen und Schüler tatsächlich bei der Entwicklung eines angemesseneren Energieverständnisses unterstützen kann. Zur Untersuchung dieser Fragestellung werden im Rahmen des Projekts zwei Studien durchgeführt, in denen die Einführung des Energiekonzepts mittels Feldern mit der traditionellen Einführung des Energiekonzepts verglichen wird. Die erste Studie, eine Laborstudie mit zwei Parallelklassen, die von der gleichen Lehrkraft unterrichtet werden, zielt darauf ab, die prinzipielle Wirksamkeit der Intervention nachzuweisen. Die zweite Studie, eine Feldstudie mit 20 Lehrkräften, die jeweils mit zwei Klassen teilnehmen, dient der Untersuchung der Wirksamkeit unter realen Bedingungen. Beide Studien umfassen zwei Phasen. Die erste Phase erfasst und vergleicht den Zuwachs im Verständnis des Energie- und Feldkonzepts der Schülerinnen und Schüler in Folge der Interventionen. Aufgrund der abstrakten Natur beider Konzepte wird die Fähigkeit zum abstrakten Denken als Kovariate erfasst. In der zweiten Phase wird im Rahmen eines double-transfer-designs untersucht, inwieweit die Interventionen Schülerinnen und Schüler auf das zukünftige Lernen zu Energie im Verlauf der Schulzeit und darüber hinaus vorbereitet. Dazu erhalten die Schülerinnen und Schüler Aufgaben aus dem weiteren Verlauf der Schulzeit oder wie sie ihnen nach der Schulzeit (z.B. an der Universität oder im Alltag) begegnen. Jeweils die Hälfte der Schülerinnen und Schüler aus beiden Interventionsgruppen erhält zusätzlich eine Lernressource. Dieses Design erlaubt es zu erfassen, welche Intervention besser auf die Nutzung nachfolgender Lerngelegenheiten vorbereitet. Das Projekt wird Erkenntnisse die Diskussion um die Einführung des Energiekonzepts betreffend liefern und damit einen wesentlichen Beitrag zur weiteren empirischen Fundierung eines zentralen Gegenstandbereichs des Physikunterrichts leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Jeffrey Nordine, Ph.D., bis 8/2021