Eignet sich das Modell "Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft" nach Reimer, um die wichtigsten Prinzipien des Energiekonzepts mit Sekundarstufenschülern zu entwickeln?

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Theoretischer Hintergrund
2.1 Der Energiebegriff aus fachlicher Sicht
2.1.1 Allgemeines Energieverständnis
2.1.2 Energieformen und Energieträger
2.1.3 Der Energiebegriff aus fachdidaktischer Sicht
2.2 Das didaktische Modell Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft
2.3 Fachliche Hintergründe zu den Bildern

3. Forschungsstand

4. Forschungsrahmen und Fragestellung

5. Präerhebung
5.1 Darstellung des Designs
5.1.1 Erhebungsverfahren
5.1.2 Sample
5.1.3 Durchführung
5.1.4 Auswertungsverfahren
5.2 Darstellung der Ergebnisse
5.2.1 Energievorstellungen zu dem Bildimpuls Apfel
5.2.2 Energievorstellungen zu dem Bildimpuls Holz
5.2.3 Energievorstellungen zu dem Bildimpuls Stein
5.2.4 Energievorstellungen zu dem Bildimpuls Fluss
5.2.5 Konzeptualisierung von Energie

6. Unterricht und Posterhebung
6.1 Darstellung und Begründung des Unterrichts
6. 2 Darstellung der Posterhebung
6.3 Darstellung der Ergebnisse
6.3.1 Energievorstellungen zum Bildimpuls Apfel
6.3.2 Energievorstellungen zu dem Bildimpuls Holz
6.3.3 Energievorstellungen zu dem Bildimpuls Stein
6.3.4 Energievorstellungen zum Bildimpuls Fluss
6.4 Gütekriterien

7. Zusammenführung und Interpretation
7.1 Diskussion der Schlüsselkategorien
7.2 Diskussion des Modells Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft
7.3 Diskussion der Energieprinzipien

8. Schlussfolgerung

9. Fazit

10. Reference List

11. Tabellenverzeichnis

12. Abbildungsverzeichnis

13. Anhang
13.1 Transkripte
13.2 Erhebungsleitfaden Präinterview
13.3 Erhebungsleitfaden Postinterview
13.4 Gesamtkategoriensystem
13.5 Unterrichtsmaterial der Unterrichtsintervention
13.6 Auswertungsraster Präinterviews
13.7 Auswertungsraster Postinterviews

1. Einleitung

Der Begriff „Energie“ spielt in der heutigen Gesellschaft eine wichtige und zent­rale Rolle. Er entwickelte sich im Laufe der Zeit zu einem Modewort und wird von den Schüler_innen als fest verankertes Vokabular in allen Lebensbereichen verwendet. Phrasen wie „Ich habe keine Energie“ oder „Ich brauch einen Energydrink“ tauchen in der Alltagssprache der Schüler_innen regelmäßig auf. Das alltagssprachliche Energieverständnis unterscheidet sich jedoch im besonde­ren Maße von der fachwissenschaftlichen Bedeutung.

Aufgrund ihres interdisziplinären Charakters gilt Energie im naturwissenschaftli­chen Kontext als übergreifendes Grundkonzept. Deshalb ist ihre Verankerung als Basiskonzept in den Bildungsstandards (Kultusministerkonferenz, 2004, S. 4) nicht überraschend. In diesem Zusammenhang besteht eine zentrale Aufgabe von Lehrkräften naturwissenschaftlicher Fächer darin, Schüler_innen zu befähigen, fachlich korrektes Wissen zu entwickeln, um ausgehend davon an naturwissen­schaftlichen und gesellschaftspolitischen Debatten teilzunehmen. In Zeiten des rasant fortschreitenden Klimawandels, welcher insbesondere künftige Generatio­nen mit schwerwiegenden Folgen konfrontieren wird, gewinnt die Entwicklung eines abstrakten und fachlich fundierten Energiebegriffs zunehmend an Bedeu­tung.

Vor diesem Hintergrund gehe ich in dieser wissenschaftlichen Arbeit der Frage nach, inwieweit sich das didaktische Modell Vergangen- heit/Gegenwart/Zukunft nach Reimer (2019) eignet, um die Energieprinzipien Umwandlung und Weitergabe nach Duit und Speicherung nach Kattmann zu erarbeiten.

Den Forschungsrahmen bildet hierbei eine qualitative Prä-Poststudie mit Un­terrichtsintervention. Zunächst soll der Energiebegriff theoretisch betrachtet werden. Hierfür werden die fachwissenschaftlichen, fachdidaktischen und alltags­sprachlichen Perspektiven beleuchtet, sowie der Forschungsstand hinsichtlich der Energieprinzipien nach Duit und Kattmann berücksichtigt. Im Anschluss werden in der Präerhebung die Schülervorstellungen zum Inhalt des Energiebegriffs, mit- tels eines qualitativen Fragebogens mit Impulsbildern, ermittelt. Die Ergebnisse werden darauffolgend mit der von Reimer (2019) entwickelten Methode der „Fra­gengeleiteten Auswertung in Anlehnung an Mayring“, sowie einem selbstentwi­ckelten Raster (siehe 5) ausgewertet. Im Sinne der Didaktischen Rekonstruktion (Kattmann et al, 1997) werden die ermittelten Schülervorstellungen mit Inhalten der fachlichen- und fachdidaktischen Klärung zusammengeführt, um daraus eine Unterrichtsdoppelstunde zum didaktischen Modell Vergangen- heit/Gegenwart/Zukunft zu konstruieren. Schließlich wird nach der Unterrichtsin­tervention eine Posterhebung durchgeführt, um den Lernzuwachs der Schü- ler_innen zu erfassen und didaktische Schlussfolgerungen zu ziehen. Die Postun­tersuchung wird ebenfalls mit dem selbstentwickelten Raster ausgewertet, um die Ergebnisse mit denen der Präerhebung anschaulich vergleichen zu können. Im Fazit werden dann sämtliche Ergebnisse zusammengeführt.

2. Theoretischer Hintergrund

In diesem Kapitel wird der Inhalt des Energiebegriffs zunächst aus fachlicher und alltagssprachlicher Perspektive betrachtet, um ein theoretisches Fundament für die Forschungsarbeit zu schaffen. In diesem Zusammenhang werden verschiedene Energieformen und -Träger präsentiert. Außerdem erfährt der Begriff eine fachdi­daktische Einbettung mit dem Schwerpunkt auf Energieprinzipien nach Duit und Kattmann. In einem weiteren Schritt werden die fachlichen Hintergründe der vier Bildimpulsen Apfel, Holz, Fluss und Stein beschrieben. Schließlich wird das didaktische Modell Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft nach Reimer (2019), wel­ches als Grundlage für die Unterrichtsintervention dieser Studie verwendet wird, erläutert.

2.1 Der Energiebegriff aus fachlicher Sicht

In der Fachliteratur spielt Energie eine herausragende Rolle und gilt in den Na­turwissenschaften „als ein die Disziplinen übergreifendes Grundkonzept, das in Physik, Chemie und Biologie unterschiedlich akzentuiert wird“ (Kattmann, 2015, S. 91). Der Begriff Energie wird aus fachwissenschaftlicher Perspektive zunächst als ein Grundkonzept der Physik definiert, da dieser „Begriff im Wesentlichen von der Wissenschaft Physik her entwickelt worden ist“ und in allen Teilberei­chen von zentraler Bedeutung ist (Duit, 1986a, S. 4). Im aktuellen naturwissen­schaftlichen Kontext wird Energie als amateriell gekennzeichnet, „nämlich als eine Rechengröße, die über den Ablauf eines jeden Prozesses ihren berechenbaren Gesamt-Wert nicht verändert“ (Burger, 2001, S. 11). Die Rechnungsgröße fun­giert dabei als Mittel „um verschiedene, scheinbar nicht zusammenhängende Phä­nomene als zusammengehörig, als Einheit zu begreifen und in ihren gegenseitigen Beziehungen zu beschreiben“ (Burger, 2001, S. 11).

Der Energiebegriff ist auch in anderen Naturwissenschaften von großer Bedeu­tung. In der Chemie spielt Energie insbesondere im Hinblick auf chemische Reak­tionen eine zentrale Rolle. Laut Duit (1986a) sind in der Chemie „Stoffumbildun­gen [stets] mit Energieumsetzungen verbunden. [Die] Richtung, in die chemische Reaktionen verlaufen, wird wesentlich durch die dabei auftretenden Energieflüsse bestimmt“ (S. 5).

Da es sich bei biologischen Prozessen überwiegend immer um chemische Prozes­se handelt, ist es laut Kattmann (2016) gerechtfertigt, die chemische Sicht auf die biologische Energiebetrachtung anzuwenden. Darüber hinaus, erklärt Kattmann (2015), können im biologischen Kontext energetisch offener Systeme die Erhal­tung und Entwertung der Energie zugunsten einer dynamischen Betrachtung drei­er Komplexe zurücktreten. Diese drei Komplexe werden in seinem sogenannten Energie-Triplett (Kattmann, 2016a) dargestellt. Die einzelnen Elemente stehen dabei in engem Zusammenhang zueinander und ergänzen sich gegenseitig (Kattmann, 2015). Des Weiteren führt er aus, dass die Begriffe Energiefluss und Stofftransport voneinander unterschieden werden müssen (2016a). Nach Kattmann gibt es außerdem keine energiereichen Stoffe, da die Energie bereits im System ist (2016b). Der Aspekt der Energieerhaltung, welcher in der Physik eine grundlegende Rolle einnimmt, tritt zugunsten von Energiespeicherung und - Durchfluss zurück. Durch die Aufnahme und Abgabe stellt sich ein Fließgleich­gewicht ein, wodurch die Idee der Energieerhaltung erfasst wird (Kattmann, 2016a): „Mit Strukturbildung und Abwärme wird der Zusammenhang von Entro­pie und Dissipation der Energie erfasst. Entwertung wird als Entsorgung von En­tropie umgedeutet“ (Kattmann, 2016a, S. 148).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Energie-Triplett (entnommen aus Kattmann, 2016a, S. 147)

2.1.1 Allgemeines Energieverständnis

Das alltagssprachliche Verständnis von Energie unterscheidet sich teilweise er­heblich von dem fachwissenschaftlichen Begriffsverständnis. Der Begriff ,Ener- gie‘ entwickelte sich in der heutigen Gesellschaft zu einem ,Modewort‘. So wird Energie in der Alltagssprache mit anderen Ausdrücken und Phänomenen wie Kraft, Power, Tatkraft, Schwung und Leistungsfähigkeit in Verbindung gebracht oder sogar gleichgesetzt (Kattmann, 2016a, S. 12). In diesem Zusammenhang fungiert der Energiebegriff als ein universeller Treibstoff in Form von elektri­schem Strom, Benzin, Licht und Wärme. Rein sprachlich betrachtet, bedeutet das griechische Wort „energeia“ direkt übersetzt „das ins Werk Setzende“. Hierbei wird der Begriff „in ergeia“ abgeleitet von griechisch „in“ und „egeia“ und steht für „das Wirkende“ oder „die wirkende Kraft“ (Kattmann, 2015, S. 91). Im um­gangssprachlichen Gebrauch werden mit dem Begriff Energie unterschiedliche Wortbedeutungen assoziiert: Von spiritueller Energie wie Glaube oder Liebe, aus der ,Kraft geschöpft“ werden kann, über eine wirtschaftliche Betrachtungsweise, bei der die Aufrechterhaltung der Energieversorgung und die Verfügbarkeit der Energieressourcen im Fokus stehen, bis hin zu physikalisch definierten Größen wie Kraft, Arbeit, Wärme und Strom (Kattmann, 2015; Pahl, 2013).

2.1.2 Energieformen und Energieträger

Energie ist eine Voraussetzung aller natürlichen Prozesse. Keine Bewegung, kei­ne Umwandlung eines Stoffes, keine chemische Reaktion und schließlich kein Leben ist ohne die Beteiligung von Energie denkbar. Genauer gesagt: jeder dieser Prozesse basiert auf der Umwandlung von Energie (Schabbach & Wesselak, 2012).

Der Wissenschaftler Heinrich bestätigt diesen Gedanken, indem er sagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann, sondern nur „von einer Energieform in eine andere umgewandelt wird“ (2015, S. 29). Dabei ist Energie an sogenannte Energieträger gebunden, da sie nicht sichtbar und folglich nur an ihren Wirkungen erkennbar ist (Reimer, 2019, S. 198). Laut Schabbach und Wesselak (2012) hat sich der Mensch im Laufe der Zeit die Funktion unterschied­licher Energieträger angeeignet und durch geeignete Energietechniken nutzbar gemacht. Zudem werden Energieträger als Energiespeicher bezeichnet, sobald Energie über einen längeren Zeitraum in einem Träger gespeichert wird (Kaiser, Lüschen, & Reimer, 2012).

Gemäß unterschiedlichen Studien lässt sich Energie abhängig von Fach und Ziel­richtung in unterschiedliche Formen einteilen, die wiederum anhand von unter­schiedlichen Energieträgern sichtbar wird (Reimer, 2019). Die folgende Eintei­lung orientiert sich an Schabbach und Wesselak (2012). Sie bezieht verschiedene Erscheinungsformen mit ein, die in unterschiedlichen Alltagssituationen von Be­deutung sind. In der nachfolgenden Tabelle (Tabelle 1), welche von Reimer (2019, S. 9-10) entnommen wurde, werden die einzelnen Energieformen definiert und mit Beispielen von Energieträgern veranschaulicht.

Tabelle 1: Energieformen mit Definitionen/Erläuterungen und Beispielen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Wissenschaftler Heinrich (2015) unterteilt Energieformen und -Träger in Energiequellen, Primär- und Sekundärenergie, sowie Nutz- bzw. Endenergie. Ab­bildung 2 zeigt diese Darstellung in Zusammenhang mit eng verknüpften Begrif­fen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Übersicht Energieunterteilung (entnommen aus Heinrich, 2015, S. 31)

Die vorliegende Energie auf der Erde hat ihren Ursprung in vier verschiedenen Energiequellen: Radioaktivität, Gravitation, Sonnenstrahlung und Erdwärme (Heinrich, 2015, S. 31). Die meiste Energie auf der Erde stammt dabei von der Sonne. Mithilfe von Fotosynthese erzeugt sie Biomasse (Pietzsch, 2017, S. 12).

Bei Primärenergie geht es um Energie im natürlichen Sinne, anders ausgedrückt, um „das Dargebot an Energie vor der Umwandlung: Die chemische Energie der fossilen Brennstoffe, die nukleare Energie der Kernbrennstoffe, aber auch der Anteil des gesamten Solarenergiedargebots, der z. B. zur Verstromung eingesetzt wird“ (Diekmann & Rosenthal, 2014, S. 4). Heinrich (2015) unterteilt Primär­energie in regenerative bzw. erneuerbare Energieträger, wie Wind und bewegtes Wasser, und aufbrauchende bzw. fossile Energieträger, wie beispielsweise Kohle und Erdöl. Erneuerbare und fossile Energien werden in der Regel mittels Genera- toren in elektrische Energie umgewandelt. Beispielsweise wird die Energie des bewegten Wassers mit Hilfe von Wasserrädern genutzt, um Maschinen anzutrei­ben und elektrischen Strom herzustellen. Sekundärenergie wird durch Umwand­lung in technische Anlagen aus Primär - oder anderen Sekundärenergieträgern hergestellt (z. B. Benzin, Heizöl, elektrische Energie) (Kaltschmitt, Hartmann, & Hofbauer, 2016, S. 8). Dabei entstehen Umwandlungs- und Verteilungsverluste. Als Nutzenergie wird schließlich die Energie bezeichnet, die nach der letzten Umwandlung in den Geräten des Verbrauchers vorhanden ist, um beispielsweise Bedürfnisse nach Licht, Wärme und Elektrizität zu erfüllen. Die Nutzenergie wird aus der Endenergie gewonnen, die der Endverbraucher beispielsweise aus Benzin, Erdgas, Strom oder Heizöl bezieht (Kaltschmitt et al., 2016, S. 9).

Grundsätzlich ist festzuhalten, dass Energie in verschiedenen Formen vorliegt, welche wiederum ineinander umgewandelt werden können. Hierbei ist Energie für jede Veränderung der Form, Farbe, Lage, Temperatur etc. notwendig (Reimer, 2019, 22). Zudem wird bei jeder Umwandlung mithilfe von technischen oder na­türlichen Wandlern von der Quelle bis zur Endenergie ein Teil der Energie ent­wertet (Reimer, 2019, 22).

2.1.3 Der Energiebegriff aus fachdidaktischer Sicht

Aus physikdidaktischer Sicht lässt sich das Energiekonzept mit dem Energiequad­riga nach dem Physikdidaktiker Duit (1986b) beschreiben. Er plädiert für eine parallele Behandlung aller Aspekte im Schulunterricht, um einen umfassenden Energiebegriff zu entwickeln (1986a). Duits Energiekonzept zeichnet sich da­durch aus, dass er „die unterschiedlichen Konzeptualisierungen des Energiebe­griffs verschiedener Domänen mit einbezieht und explizit in seinem Konzept the­matisiert“ (Pahl, 2013, S. 25). Hierbei spaltet Duit den Energiebegriff aufgrund seiner Komplexität in fünf grundlegende Aspekte auf: 1. Konzeptualisierung von Energie, 2. Energietransport, 3. Energieumwandlung, 4. Energieentwertung, 5. Energieerhaltung. Der Aspekt der Konzeptualisierung nimmt in der Energiequad­riga eine übergeordnete Rolle ein, während die vier anderen Aspekte die wesentli­chen Eigenschaften des Energiebegriffs erklären. Die Konzeptualisierung stellt die Grundidee dar, in welche der Energiebegriff eingebettet ist. Hierbei erklärt Duit, dass Energie unteranderem als substanzielle Entität, als stoffliches Fluidum oder als mathematische Form verstanden wird. Des Weiteren werden die Vorstellungen von Energie als „abstrakte Bilanzierungsgröße, als Fähigkeit, Veränderungen zu bewirken, Arbeit zu verrichten, Wärme zu erzeugen und als universeller Treib­stoff aufgezählt“ (Duit, 1986a, S. 96).

Der Aspekt des Energietransports wird durch die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Systemen gekennzeichnet. In diesem Zusammenhang kann der Energiebetrag in einzelnen Systemabschnitten voneinander abweichen. Allerdings bleibt dabei die Gesamtsumme eines abgeschlossenen Systems konstant (Duit, 1986a, S. 96). Die Besonderheit am Aspekt der Energieumwandlung fußt auf der Tatsache, dass Energie nicht hergestellt oder verbraucht, sondern nur von einer Energieform in eine andere umgewandelt werden kann. Hierbei nimmt die Nutz­energie innerhalb eines Systems ab und ein Teil der Energie wird in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Zudem führt Herwig (2016) an, dass Ener­gien in verschiedenen Formen begrenzt ineinander umgewandelt werden können und für den Verbraucher dementsprechend einen unterschiedlichen Wert haben. Das Prinzip der Energieerhaltung zeichnet sich durch den Grundgedanken aus, dass die Gesamtmenge von Energie in einem abgeschlossenen System unverän­dert bleibt. Beispielsweise erläutern Schabbach & Wesselak (2012), dass die Energiebilanz auf der Erde konstant bleibe, obwohl diese selbst kein abgeschlos­senes System sei. Folglich gelangt durch den Austausch mit dem Weltall Energie durch die Sonneneinstrahlung auf die Erde, während gleichzeitig Energie in Form von Wärme wieder an das Weltall abgegeben wird (Reimer, 2019, S. 15). Auf­grund der Tatsache, dass die Energiemengen konstant bleiben, wird verhindert, dass die Erderwärmung steigt (Reimer, 2019, S. 15). Der Aspekt der Energieent­wertung umfasst demgegenüber die Grundaussage, dass die verwertbare Energie abnimmt (Duit, 2007). In der Thermodynamik wird das Prinzip der Energieent­wertung, bei dem Energie nicht vernichtet und keinen nutzbaren Wert mehr auf­weist, mit den Begriffen Exergie und Anergie erläutert (Buchholz, 2016). Exergie bezeichnet hierbei den Teil der Energie, der genutzt werden kann, um Arbeit zu verrichten, also den Teil, der von Interesse ist. Anergie stellt den nutzlosen Be­standteil der Energie dar, also den entwerteten Teil, mit dem keine Arbeit verrich­tet werden kann (Buchholz, 2016, Reimer 2019). Demgemäß verwandelt sich bei jedem Energieumwandlungsprozess Exergie in Anergie.

Verschiedene Studien empfehlen die Aspekte der Energiequadriga nach Duit, so­wie den Aspekt der Energieformen, den Schüler_innen nach einer bestimmten Reihenfolge zu vermitteln. Nach Hadinek et al. (2016) gibt es zwei Ansätze zur Vermittlung der eben genannten Aspekte: konsekutiv oder unitär. Die konseku­tive Herangehensweise schlägt vor, die einzelnen Aspekte nacheinander einzufüh­ren, während der unitäre Ansatz einen ganzheitlichen Zugang empfiehlt (Hadinek et al., 2016).

Neumann (2018, S. 9) begründet den konsekutiven Ansatz in seiner Forschung unter Berücksichtigung verschiedener Studien und leitet folgende Reihenfolge ab:

1. Energieformen
2. Umwandlung und Übertragung
3. Entwertung
4. Erhaltung

Nach Neumann (2018) erfolgt der Einstieg eines umfassenden Energieverständnisses über die Vermittlung der Energieformen. Durch eine systematische Betrachtung der möglichen Formen von Energie wird es den Schüler_innen ermöglicht, Energie in ihrer physikalischen Bedeutung von ihrer Alltagsbedeutung abzugrenzen (Neumann, 2018, S. 7). Darauf aufbauend folgt dann zunächst der Erwerb der Aspekte Energieumwandlung- und Transport. An­schließend erhalten Entwertung und Erhaltung Einzug in den Unterricht. Der As­pekt der Erhaltung wird von Neumann (2018) als schwierig zu verstehen einge­stuft und soll deshalb als letztes Prinzip behandelt werden. Hadinek at al. (2016) unterstützt diese Auffassung.

Der unitäre Ansatz dagegen verfolgt die Idee einer parallelen Vermittlung aller Aspekte. Ein Befürworter dieses Ansatzes ist beispielsweise Duit (1986a).

Der Aspekt der Energiespeicherung, bei welchem es sich nach Kattmann (2016a; 2016b) um eine biologisch-chemische Konzeptualisierung handelt, wird in der Energiequadriga nicht beachtet. Das Konzept der Speicherung erfährt jedoch im Zusammenhang mit dem Umwandlungsgedanken seine Notwendigkeit (Reimer, 2019, S. 173). Wenn Energie nur umgewandelt und nicht erzeugt werden kann, dann muss sie im Umkehrschluss zwischenzeitlich gespeichert sein, damit sie bei Bedarf wieder umgewandelt werden kann (Reimer, 2019, S. 174). Vor diesem Hintergrund könnte Schüler_innen verdeutlich werden, dass auch statische Phä­nomene gespeicherte Energie enthalten. Reimer erachtete es deshalb für sinnvoll, das Prinzip der Energiespeicherung in Zusammenhang mit den Aspekten Energie­umwandlung- und Weitergabe zu thematisieren (2019, S. 175).

Um bei den Schüler_innen den Grundstein für ein adäquates Energieverständnis zu legen, müsste man ihnen, laut Neumann, vor der Vermittlung der Energieprin­zipien, zuerst eine angemessene und nachvollziehbare Energiedefinition geben. Er empfiehlt „Energie als die Fähigkeit, Veränderungen hervorzurufen“, einzuführen (Neumann, 2018, S. 7).

2.2 Das didaktische Modell Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft

Wenn Energie als Fähigkeit, Veränderungen hervorzurufen, verstanden werden soll, müssen die Kinder die Möglichkeit bekommen, Veränderungen wahrzuneh­men. Bei langsam ablaufenden Prozessen oder gespeicherter Energie können Veränderungen in der Gegenwart aber nicht beobachtet werden (Reimer, 2019, S. 193).

Aufgrund der Tatsache, dass Schüler_innen Schwierigkeiten damit haben, stati­sche Dinge in der Gegenwart mit Energie in Verbindung zu bringen, entwickelte Reimer das didaktische Modell Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft. Dieses Mo­dell dient dazu, die Prinzipien Energietransport (Weitergabe), Energieumwand­lung, Energiespeicherung und Energieerhaltung zu erarbeiten und folglich einen abstrakten Energiebegriff aufzubauen (Reimer, 2019, S. 188). In ihrer Studie stell­te Reimer (2019) fest, dass Schüler_innen häufig über den Blick in der Vergan­genheit bzw. Zukunft argumentieren, wenn sie in der Gegenwart keinen Bezug zu Energie herstellen konnten: „Die Kinder überlegten, was vorher mit den Sachen gemacht wurde (Vergangenheit) bzw. was anschließend mit ihnen gemacht wer­den könnte (Zukunft)“ (Reimer, 2019, S. 148). Reimer erklärt, dass aufgrund der Tatsache, dass in der Vergangenheit oder Zukunft Veränderungen, also (Aus- )Wirkungen von Energie, für Schüler_innen sicht- oder spürbar werden, auf eben­diese Weise leichter ein Bezug zu Energie hergestellt werden kann (2019, S. 193). Folglich können durch die Betrachtung der Phänomene zu den verschiedenen Zeitpunkten, Zusammenhänge verdeutlicht und Umwandlungsketten erarbeitet werden, so Reimer (2019, S. 194). Reimer betont, dass die Vermittlung der Ener­gieumwandlung eine große Rolle spiele, um sicher zu gehen, dass Schüler_innen Aspekte wie potenzielle Energie und Energiespeicherung begreifen.

Im Zusammenhang, dass Energie nicht hergestellt bzw. entstehen kann, sondern umgewandelt wird, muss die Energie im System gespeichert werden können. Die Kinder, die Energiespeicherung und -umwandlung verstanden haben, weisen sie auch statischen Dingen in der Gegenwart Energie zu (Reimer, 2019, S. 177).

Des Weiteren könne, „da immer das Gesamtsystem betrachtet wird“, der Aspekt der Erhaltung gut nachvollzogen werden (Reimer, 2019, S. 194).

2.3 Fachliche Hintergründe zu den Bildern

In diesem Kapitel werden die in der Erhebung verwendeten Bilder fachlich be­leuchtet. Die Auseinandersetzung mit den fachlichen Hintergründen der Impuls­bilder erleichtert es im Diskussionsabschnitt, die Antworten der Schüler_innen interpretieren zu können.

1. Bild Apfel:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Bildimpuls Apfel

Der Apfel ist eine Frucht bzw. ein Nahrungsmit­tel. In Verbindung mit Sauerstoff ist der Apfel im Körper energetisch nutzbar (Kattmann, 2016b). Neben Eiweißen, Fetten und Kohlenhydraten (Zucker, Stärke), enthält der Apfel auch Vitami­ne und Nährstoffe. Allerdings enthalten diese keine Energie. Vitamine werden aber für die Verwertung und damit für die Energiegewinnung benötigt. Nährstoffe sind energetisch nutzbar, haben einen Brennwert und gelan­gen durch die Blutbahn dahin, wo sie benötigt werden (Reimer, 2019, S. 25).

Pflanzen erhalten Energie, indem sie Licht in chemische Energie umwandeln und dabei Glucose herstellen. In anderen Worten betreiben sie Fotosynthese. Da die Energie der Nahrung auf die Sonne zurückzuführen ist, spricht man von primärer Biomasse. Menschen und Tiere bedienen sich an der Energie, die in der Nahrung gespeichert ist (Reimer, 2019, Challoner & Clive, 2002).

2. Bild Holzscheite

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Bildimpuls Holzscheitel

Bei Holz handelt es sich um primäre Bio­masse, weil es durch Fotosynthese entsteht. Das Holz ist auf den Baum zurückzuführen. Dieser hat beim Wachsen über den Vorgang der Fotosynthese Sonnenenergie aufge­nommen und umgewandelt (Reimer, 2019,S. 24). Bei der Verbrennung in Form eines Feuers wird chemische Energie in thermi­sche Energie (Wärme) und Lichtenergie (Strahlung) umgewandelt und CO2 frei­gesetzt (Heinrich, 2015; Buchholz, 2016).

3. Bild Stein:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Bildimpuls Stein

Ein Stein hat, aufgrund seiner Lage in Rela­tion zum Boden, Energie. Beim Hochheben wandelt sich durch Muskelkraft die chemi­sche Energie der Nahrung in die Lageener­gie des Steins. Da er gegen die Anzie­hungskraft der Erde bewegt wurde, kostet dies den Menschen Energie. Die potenzi­elle Energie des Steins wird zudem erhöht, weil sich sein Abstand zum Fußboden vergrößert hat (Harten, 2014). „Ein Teil der zugeführten Energie wird beim Hochheben aufgrund von Reibung in Form von thermischer Energie an die Um­gebung abgegeben“ (Reimer, 2019, S. 19). Wird der Stein fallengelassen, wird die Lageenergie (potentielle Energie) in Bewegungsenergie (kinetische Energie) um­gewandelt (Voss, 2015). Hierbei wird wieder ein Teil der Energie durch Reibung in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben (Reimer, 2019, S. 20). Wenn der Stein auf dem Boden aufschlägt, wird seine Energie umgewandelt in Wärme, Verformung des Bodens unter ihm oder die Zerkleinerung des Steins in kleinere Teile (Voss, 2015).

4. Bild Fluss:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Bildimpuls Fluss

Bei der Bewegungsenergie des Wassers handelt es sich um eine natürliche Energie­quelle (Reimer; 2019, S. 30): „Die kineti­sche Energie wird aus der potenziellen Energie, die der Fluss aufgrund des Höhen­unterschiedes zum Meer besitzt, umgewan­delt“ (Reimer, 2019, S. 30). Nach dem die Sonne das Wasser der Meere zum Verdunsten gebracht hat, wird dieses Wasser in Form von Regen dann erneuert in höhere Lagen gebracht (Reimer, 2019, S.30). Die Bewegung des Wassers kann mittels technischen Anlagen in Sekundär- oder Nutzenergie umgewandelt werden. So wird die Bewegung des Wassers mit Hilfe von Wasserkraftwerken in elektrische Energie oder mit Wasserrädern in mechani­sche Bewegungsenergie umgewandelt (Reimer, 2019, S.30).

Wasser an sich liefert dem Menschen keine Energie, ist aber für den Organismus ein unverzichtbares Mittel zum Leben. Beispielsweise ist es Lösungs- und Trans­portmittel und dient zur Wärmeregulierung (Potschien, 2001, S. 286).

3. Forschungsstand

In diesem Kapitel wird das Forschungsfeld hinsichtlich des Schwerpunkts dieser Arbeit erörtert. Infolgedessen liegt der Fokus auf der Darstellung von Studien im Grundschul- und Sekundarbereich, in denen die Prinzipien der Energiequadriga nach Duit eine Rolle spielen. Eine ausführliche Darstellung des gesamten For­schungsdiskurses zum Thema Energie ist aufgrund des Umfangs im Rahmen die­ser Arbeit nicht möglich.

In Duits Bibliographie lassen sich über 100 Schriften mit dem Schlagwort Energie finden. Er untersuchte seit den 80er Jahren Schülervorstellungen zum Energiebe­griff mit einem Assoziationstest. In seiner Untersuchung kritisiert Duit (1986a) , dass die damalige Schulpraxis weitgehend von einem traditionellen Weg be­stimmt war (S. 283). Diese gehe vom Kraftbegriff aus, schreite zum Arbeitsbe­griff voran und beschäftige sich erst dann mit dem Energiebegriff. Duit sieht in dieser Herangehensweise gravierende Nachteile, da sie den Energiebegriff auf die Mechanik durch Definitionen wie „Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten“ beschränken würde (S. 283).

In seinen Studien plädiert Duit für eine frühzeitige Einführung des Energiebegriffs unter Berücksichtigung der von ihm konzipierten Energiequadriga, sodass die Lernenden eine tragfähige Basis eines Energieverständnisses am Ende ihrer Grundschulzeit entwickeln können (S. 275). Duit betont, dass ein Verständnis aller genannten Aspekte der Energiequadriga notwendig sei, um einen erweiterten Energiebegriff zu entwickeln. Die Ergebnisse seiner Untersuchungen zeigen, dass sich insbesondere die Aspekte Energieumwandlung und Energietransport jungen Schüler_innen bereits erschließen. Nach Duit findet sich der Aspekt des Energie­transports bereits im Alltagsgebrauch (S. 237), erfährt aber kaum weitere Vertie­fung und wird vom Aspekt der Energieumwandlung überdeckt (S. 241). Des Wei­teren würden Energieformen von Schüler_innen am Beginn der Sekundarstufe I problemlos aufgenommen (S. 197, S. 199). Auch bereite der Umgang von einer Energieform in die andere jungen Schüler_innen keine Schwierigkeiten (S. 197, S. 199). Verständnisprobleme tauchen auf, wenn es darum geht zu begreifen, dass bei Umwandlungen der Energie immer eine Energieform abnimmt, während die andere in gleichem Maße zunimmt (S. 198). Zudem erscheinen Schwierigkeiten, wenn einem Körper mehrere Energieformen zuzuordnen sind (S. 196).

Die Vermittlung der Energieerhaltung- und Energieentwertungsaspekte stellt eine wesentlich größere Herausforderung dar. Das Schaffen eines Begriffsvermögens gelingt hier nur in eingeschränktem Maße. Laut Duit kann ein Verständnis von Energieerhaltung nur erreicht werden, wenn die Schüler_innen gleichzeitig den Aspekt kennenlernen, „der den offensichtlichen Verlust, Verschleiß oder Ver­brauch bei jedem Vorgang erklärt“ (S. 275). Aus fachlicher Perspektive handelt es sich bei Energie um eine Erhaltungsgröße, weil sie weder vernichtet noch produ­ziert werden kann, sie bleibt also erhalten (Weßnigk, 2018, S.3). Laut Schabbach und Wesselak (2012) und Buchholz (2016) nimmt eine Energieform durch Um- wandlungs- und Transportprozesse ab, während eine andere zunimmt. Dabei bleibt die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System jedoch gleich. Energie wird in diesem Zusammenhang in Form von Wärme entwertet (Weßnigk, 2018, S. 3).

Darüber hinaus zeigt Duit (1986a) in seiner empirischen Studie, dass sich viele Schüler_innen Energie als universellen Treibstoff vorstellen. Duit (1986a) appel­liert daran, die in den Vorstellungen der Schüler_innen vorhandene Treibstoffvor­stellung aufzugreifen, da sie den Vorteil haben, dass eine Vielzahl von Vorgängen und Phänomenen darüber mit Energie in Verbindung gebracht werden können (Reimer, 2019, S. 57).

Am häufigsten bringen Sekundarstufenschüler_innen Energie, neben Strom, mit Kraft in Verbindung (Opitz, 2016). Einigen Studien zufolge werden die Begriffe Strom und Kraft oftmals auch synonym zu Energie verwendet. Kattmann (2015) erklärt, dass Schüler_innen Energie mit der Kraft des Wassers und des Windes, als auch mit menschlicher Kraft verbinden. Laut Lacy et al. (Lacy, Tobin, Wiser, & Crissman, 2014) und Opitz (2016) stellen Schüler_innen zwischen Energie und Bewegung ebenfalls einen Zusammenhang her. Gehobene oder gespannte Dinge bringen sie allerdings nicht miteinander in Verbindung. Dinge in Ruhe bzw. stati­schen Gegenständen wird meistens keine Energie zugeschrieben. Duit (2007) und Schabbach und Wesselak (2012) bestätigen die Aussage, dass Schüler_innen Schwierigkeiten haben, potenzielle Energie zu erkennen.

Aktuelle Studien zu Schülervorstellungen decken sich teilweise mit den Ergebnis­sen der Untersuchungen von Duit. Beispielsweise hat Novak (2005) die Energie­vorstellungen im Längsschnitt betrachtet und festgestellt, dass der Wissenserwerb über Energie in der Grundschule positive Auswirkungen auf das Energiekonzept in höheren Klassen hat. Starauscheck (2008) bestätigt in seiner explorativen Stu­die zur Entwicklungsfähigkeit des Energiebegriffs von neun- und zehnjährigen Kindern Duits Erkenntnis, dass Schüler_innen den Aspekt der Energieumwand­lung nachvollziehen können. Burger (2001) kommt in seiner Studie zu dem Er­gebnis, dass Schüler_innen Licht und Wärme mit Energie assoziieren und bestä­tigt damit Duits (2014) Erkenntnisse. Schüler_innen der Sekundarstufe beschrei­ben, so Duit, Energie als Fähigkeit, Wärme zu produzieren.

Genau wie Kattmann (2015) stellt Burger (2001) fest, dass auch andere Naturer­scheinungen, wie Wind und Wasser für Sekundarstufenschüler_innen ebenfalls Ausdruck von Energie sind. Zur selben Zeit untersuchte Burger (2001) Vorstel­lungen von Sekundarstufenschüler_innen bezüglich des Energiegewinns von Pflanzen. Seinen Untersuchungen zu Folge haben selbige Kinder verschiedene Ideen: So entnehmen Pflanzen die lebenserhaltende Energie aus dem Boden, aus der Luft bzw. speziellen Gasen oder aus dem Sonnenlicht. Weiterhin ermittelt Burger (2001), dass Sekundarstufenschüler_innen Energie als unverzichtbar für „Leben allgemein, die Leistungsfähigkeit, das Wohlbefinden und die Gesundheit der Lebewesen“ (S. 179) betrachteten. Er gelangt zudem zur Erkenntnis, dass Schüler_innen der Sekundarstufe Vorstellungen zur Energiespeicherung in Lebe­wesen aufweisen. Gleichzeitig kommt er zu dem Schluss, dass Schüler_innen der Sekundarstufe die Energiezufuhr von Lebewesen mit Nahrung in Verbindung bringen, die sie durch Vitamine, Mineralstoffe, Spurenelemente, Wasser und Zu­cker einnehmen und speichern (S. 213). Vergleichsweise ermittelte Duit (1986a) hinsichtlich seiner untersuchten Schülervorstellungen nur selten eine Verbindung zwischen Nahrung und Energie.

Neuere Forschungen, beispielsweise von Crossley, Hirn und Starauschek (2009) zeigen, dass sich die Schülervorstellungen zum Energiebegriff in den letzten 20 Jahren verändert haben. Es lässt sich ein deutlicher Anstieg der Assoziation mit elektrischem Strom feststellen. Crossley, Hirn und Starauschek (2009) begründen diesen Anstieg mit der Zunahme des medialen Fokus auf die Problematik der Strom- und Energieversorgung. Infolgedessen könnten sich Schüler_innen einer breiteren Landschaft an Informationsquellen bedienen.

4. Forschungsrahmen und Fragestellung

Der Forschungsrahmen dieser Studie basiert auf dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion (Kattmann, Duit, Gropengießer, & Komorek, 1997). Das Modell umfasst die drei Elemente Fachliche Klärung, Lernerperspektive und Didaktische Strukturierung. Dies wird an der folgenden Abbildung ersichtlich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Energie-Triplett (entnommen aus Kattmann et al, 1997, S. 4)

Mit dem Modell der Didaktischen Rekonstruktion werden fachliche Vorstellungen mit Schülerperspektiven so in Beziehung gesetzt, dass daraus wirkungsvoller und fruchtbarer Unterricht konstruiert werden kann (Kattmann et al., 1997, S. 3). Im Sinne dieses Modells wurden in der vorliegenden Forschungsarbeit fachliche und fachdidaktische Aspekte in Zusammenhang mit den Energievorstellungen der Schüler_innen in Form einer Präerhebung (qualitativer Fragebogen mit Impulsbil­dern) genutzt, um eine Unterrichtsdoppelstunde zum Modell Vergangen- heit/Gegenwart/Zukunft zu entwickeln. Der Schwerpunkt der fachlichen und fachdidaktischen Klärung liegt dabei auf den Prinzipien nach Duit und Kattmann sowie dem Modell Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft. Anschließend wurde eine Posterhebung - ebenfalls mittels eines qualitativen Fragebogens - durchgeführt, um den Lernzuwachs zu erfassen und didaktische Schlussfolgerungen und Leitli­nien darüber zu ziehen, inwiefern sich das Modell Vergangen- heit/Gegenwart/Zukunft eignet, die Prinzipien nach Duit zu vermitteln. Bei der Posterhebung wurden Impulse seitens der Lehrkraft nur dann eingesetzt, falls die jeweiligen Schüler_innen keine oder nur begrenzte Aussagen getroffen haben.

Wie bereits erwähnt, beschäftigt sich die Fragstellung dieser Arbeit damit, inwie­weit sich das didaktische Modell Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft eignet, um den Schüler_innen das Energiekonzept nach Duit - und damit einen abstrakten Energiebegriff - zu vermitteln. Da laut König und Bentler (2003) die Forschungs­frage nicht zu weit gefasst werden sollte, wird diese in der qualitativen Prä- und Posterhebung in eine allgemeine Leitfrage und in Unterfragen unterteilt:

1. Welche Vorstellungen haben Fünftklässler von Energie?

Unterfragen:

1.1 Hat Bildimpuls X etwas mit Energie zu tun?

1.2 Argumentieren Sie über den Blick in die Vergangenheit, Gegenwart und/oder Zukunft?

1.3 Beziehen sie sich auf die Prinzipien bzw. Oberkategorien?

Um den Lernzuwachs, der in der Unterrichtsdoppelstunde vermittelten Unter­richtsinhalte, zu überprüfen, wurde sowohl für die Präerhebung, als auch für die Posterhebung ein identisches Auswertungsraster (siehe 13.6 und 13.7) erstellt. Anhand dieser Darstellung werden die Antworten der Schüler_innen zu den Un­terfragen veranschaulicht. Mittels dieser Darstellung wird ersichtlich, welche Energievorstellungen, die Schüler_innen zum Zeitpunkt der Präerhebung hatten und wie sich diese nach der Durchführung der Unterrichtsintervention verändert haben.

5. Präerhebung

Bei dieser Studie handelt es sich um eine Panelstudie (Diekmann, 2016, S 305) in Form eines qualitativen Prätest-Posttest-Designs (Aeppli, Gasser, Gutzwiller, & Tettenborn, 2014, S. 133). Panelstudien ermöglichen die wiederholte Messung der Variablenwerte bei den gleichen Personen. Infolgedessen können „Veränderungen auf der individuellen Ebene nachvollzogen werden“ (Diekmann, 2016, S. 305). Die Wahl der Forschungsmethode geht dabei aus der Forschungsfrage und dem Forschungsziel hervor.

Bei der qualitativen Forschung liegt der Fokus auf dem Verstehen und der Inter­pretation von Handlungen und Denkweisen im Alltag (Brüsemeister, 2008). In diesem Fall geht es speziell um das Verstehen der Vorstellungen der Schü- ler_innen hinsichtlich des Kontexts Energie.

5.1 Darstellung des Designs

In diesem Kapitel wird zunächst die Präerhebung in Form eines qualitativen In­terviews mit Impulsbildern vorgestellt. Darauffolgend wird das Sample dargelegt und die Durchführung und Auswertung des Interviews, mit der von Reimer entwi­ckelten „Fragengeleitete Auswertung in Anlehnung an Mayring“ (2019), sowie dem selbstentwickelten Raster dargestellt. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Posterhebung präsentiert.

5.1.1 Erhebungsverfahren

Im ersten Erhebungsschritt wurden qualitative, teilstandardisierte Interviews (Helfferich, 2011) mit vier Impulsbildern (Friebertshäuser & Langer, 2013) durchgeführt. Die Schüler_innen wurden als Experten befragt, weil es sich bei den Impulsbildern (Apfel, Holzbalken, Stein und Fluss) um exemplarische Phä­nomene aus ihrer Lebenswelt handelt (Helfferich, 2011). Die ermittelten Energie­vorstellungen zu diesen Phänomenen wurden genutzt, um eine Unterrichtsinter­vention zum didaktischen Modell Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft zu entwer­fen.

In Absprache mit Reimer (2019) wurde ihr Interviewleitfaden für die Präerhebung verwendet (siehe 13.2). Dafür wurde dieser mit den von mir verwendeten Impuls­bildern angepasst (siehe 13.2). Reimers Leitfadeninterview zeichnet sich dadurch aus, dass die Fragen sowie der ungefähre Ablauf festgelegt sind. Das hat zur Fol­ge, dass die Interviews dadurch vergleichbar werden und trotzdem flexibel auf die Aussagen der Schüler_innen eingegangen werden kann (Reimer, 2019, S. 78). Dementsprechend kann das Interview spezifisch auf die Teilnehmenden und den Verlauf des Interviews angepasst werden (Reimer, 2019, S. 78).

Vor dem Hintergrund, dass Schüler_innen Schwierigkeiten haben, statische Dinge in der Gegenwart mit Energie in Verbindung zu bringen (siehe 2.2 und 3), wurde der Schwerpunkt bei der Bilderauswahl (z.B. Apfel, Holzbalken, Stein) auf stati­sche Phänomene gelegt. Auf diese Weise wird der Kenntnisstand der Schü- ler_innen bezüglich statischer Phänomene im Hinblick auf Energie ermittelt. Im zweiten Erhebungs schritt (siehe 6) wird nach der Unterrichtsintervention zum Modell Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft überprüft, inwieweit sich dieses Mo­dell eignet, damit Schüler_innen statischen Dingen in der Gegenwart Energie zu­sprechen.

Zu Beginn des Interviews wurde den Schüler_innen erklärt, dass die Teilnahme freiwillig ist und, dass sie das Interview jederzeit abbrechen können. Zudem wur­de ihnen anschließend verdeutlicht, dass sie keine falschen Aussagen machen können.

Im Anschluss an die allgemeinen Hinweise wurden den Schüler_innen die Bilder in einer bestimmten Reihenfolge gezeigt. Sie sollten zunächst benennen, was auf dem Bild zu sehen ist und danach erklären, ob entsprechendes Bild einen Bezug zu Energie hat oder nicht.

5.1.2 Sample

Bei den Probanden der Prä-Post-Studie handelt es sich um Schüler_innen einer fünften Klasse einer Integrierten Gesamtschule. Da das Thema Energie laut des Kerncurriculums Sachunterricht des Landes Niedersachsen (Niedersächsisches Kultusministerium, 2017) für das dritte bzw. vierte Schuljahr vorgesehen ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Probanden dieser Studie bereits im Unter­richt mit dem Thema Energie konfrontiert wurden. Folglich wurden in den Prä- und Postinterviews Vorstellungen von Schüler_innen erhoben, die sich thematisch und fachlich bereits mit Energie auseinandergesetzt haben.

Die Probandengruppe kann als homogen beschrieben werden, da sie alle aus einer Klasse kommen. Allerdings muss zusätzlich beachtet werden, dass erstens keine Daten bezüglich des sozioökologischen Status der Proband_innen erhoben wurde und zweitens die Schüler_innen eines fünften Jahrgangs einer integrierten Ge­samtschule aus verschiedenen Grundschulen stammen und folglich verschiedene Vorkenntnisse bezüglich des Inhalts Energie mitbringen.

5.1.3 Durchführung

Die Datenerhebung in Form eines qualitativen, teilstandardisierten Interviews erfolgte in einer fünften Klasse einer integrierten Gesamtschule. Insgesamt wur­den in der Präerhebung zehn Schüler_innen befragt. Es wurden gleichermaßen fünf Jungen und fünf Mädchen befragt, um geschlechtsbedingte Unterschiede zu reduzieren. Die Auswahl der Proband_innen erfolgte nach dem Zufallsprinzip. Aufgrund von gesundheitlichen Gründen konnten am Tag der Posterhebung nur acht Schüler_innen befragt werden. Zwei Jungen waren am besagten Tag nicht in der Schule anwesend.

Die erhobenen Daten wurden für die Auswertung mit einem Aufnahmegerät fest­gehalten. Alle Daten wurden selbstverständlich vertraulich behandelt. Vor der Befragung wurde die Genehmigung der Niedersächsischen Landeschulbehörde sowie die Einwilligungserklärung der Eltern in Form eines Elternbriefs eingeholt. Zudem wurde den Schüler_innen vor Beginn der Befragung nochmals verdeut­licht, dass die Teilnahme freiwillig ist, ihre Namen nachfolgend geändert werden, und sie das Interview jederzeit abbrechen können.

Die qualitative Studie wurde in drei Sitzungen durchgeführt. Die Präerhebung fand am 25. September 2019 statt. Die Unterrichtsintervention erfolgte am 30. Oktober und die Posterhebung eine Woche später am 5. November 2019.

5.1.4 Auswertungsverfahren

Die erhobenen Daten der Präinterviews wurden mit der Methode der „Fragenge­leiteten Auswertung in Anlehnung an Mayring“ nach Reimer (2019) sowie einem selbstentwickelten Raster ausgewertet.

5.1.4.1 Aufbereitung der Daten

Die Präinterviews wurden mit einem digitalen Aufnahmegerät festgehalten und mithilfe des Transkriptionsprogramms F4 in Transkripte (siehe 13.1) überführt. Für eine ausführliche und interpretative Auswertung der Daten sind Transkripte essentiell.

Vor Beginn der Interviews wurden allen Proband_innen die allgemeinen Hinwei­se und der Ablauf des Interviews (siehe 13.1) erklärt, sodass diese nicht bei jeder Befragung wiederholt werden mussten.

Um die Auswertung der Interviews zu erleichtern, wurden einige Satzteile der gesprochenen Sprache in Schriftdeutsch umformuliert. Hierfür wurden die Trans­kriptionsregeln in Anlehnung an Dresing (2018, S. 21- 23) verwendet. Diese sind in der nachfolgenden Tabelle ersichtlich.

Tabelle 2: Transkriptionsregeln nach Dresing und Pehl (entnommen von Reimer, 2019, S.88)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.1.4.2 Auswertung des Präinterviews

Im dem ersten Auswertungsschritt wurden die Interviews mit der von Reimer (2019) entwickelten Methode der „Fragengeleiteten Auswertung in Anlehnung an Mayring“ verarbeitet. Laut Reimer können mit dieser Methode, welche sie in An­lehnung an die qualitative Inhaltsanalyse nach Mayring (2015) entwickelte, „tief­ergehende Strukturen und Zusammenhänge“ besser erfasst werden (2019, S. 96). Laut Rössler betrachtet die Inhaltsanalyse „eine große Zahl von Botschaften ver­gleichbarer Natur [...], die sie auf darin auffindbare Muster und Tendenzen [...] hin durchsucht“ (2017, S. 17). Dabei sei nicht die individuelle Interpretation ein­zelner Botschaften das Ziel, sondern die systematische Analyse zahlreicher Bot­schaften (Rössler, 2017, S. 17). Genauer gesagt geht es nicht darum, ein tiefgrei­fendes Verständnis eines einzelnen Interviews zu erreichen, sondern „aus der Vielfalt der Objekte die wesentlichen Tendenzen herausdestilliert und so allge­meine oder verallgemeinerbare Aussagen“ (Rössler, 2017, S. 17) zu treffen. Diese Überlegungen entsprechen der Intention dieser Arbeit, welche darauf ausgelegt ist, nicht einzelne Vorstellungen von Schüler_innen zu erheben, sondern allge­meine Vorstellungen zu hauptsächlich statischen Bildimpulsen.

Die von Reimer konzipierte Auswertungsmethode besteht aus mehreren Schritten. Dadurch kann eine vertiefende Analyse der ausgewählten Bildimpulse erreicht werden. Die Kategorien werden in dieser Auswertungsmethode induktiv entwi­ckelt. Laut Reimer seien dadurch keine weiteren Analysen mehr notwendig (2019, S. 97). Die entsprechenden Schritte werden in der nachfolgenden Abbildung dar­gestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Fragengeleitete Auswertung (entnommen aus Reimer, 2019, S. 98)

Mit Hilfe der einzelnen Schritte können differenzierte Vorstellungen zu einzelnen Kontexten erfasst werden. Um anschließend kontextunabhängige Vorstellungen zu Energie zu extrahieren, werden in einem letzten Schritt ermittelte Kategorien zu den verschiedenen Kontexten in ein Gesamtkategoriensystem (siehe 13.4) überführt (Reimer, 2019, S. 98).

Die einzelnen Schritte werden im Folgenden erläutert und entsprechend mit Bei­spielen der erstellten Tabellen versehen.

1. Schritt: Aufbereitung des Materials

Die Audiodateien der Interviews wurden in Anlehnung an Dresinsg und Pehls (2018) Transkriptionsregeln transkribiert. Um einen umfassenden und ausführli­chen Einblick in das Material zu bekommen, wurden die Transkripte mehrfach gelesen.

2. Schritt: Originaltranskript paraphrasieren

Im zweiten Schritt wurden die Originaltranskripte paraphrasiert. Auf diese Weise kann der Inhalt klarer erfasst werden (Reimer, 2019, S. 98). Für diesen Schritt wurde eine Tabelle erstellt (siehe Tabelle 3). Dabei wurden in der ersten Spalte die Nummer des Interviews und ein fiktiver Name der Proband_innen eingefügt. In der zweiten Spalte befinden sich die Originalskripte. In der letzten Spalte wur- den anschließend Paraphrasen gebildet. Die Reihenfolge des ursprünglichen In­terviews wurde beibehalten. Bei der Bildung der Paraphrasen wurde darauf geach­tet, dass die Formulierungen der Schüler_innen weitestgehend bestehen bleiben, um eine ausführliche Analyse der Vorstellungen gewährleisten zu können.

Tabelle 3: Zweiter Schritt der Auswertung Originaltranskript paraphrasieren

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3. Schritt: Paraphrasen strukturieren

In diesem Schritt wurden die Paraphrasen in einer neuen Tabelle in Hinblick auf die Forschungsfrage strukturiert. Dieser Auswertungsschritt wurde genutzt, um zu ermitteln, ob die Schüler_innen die Bildimpulse mit Energie in Verbindung setz­ten oder nicht. Damit weitere interessante Aspekt nicht verloren gehen, wurde eine dritte Spalte erstellt, indem diese festgehalten wurden.

Tabelle 4: Dritter Schritt der Auswertung Paraphrasen strukturieren

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4. Schritt: Kategorien bilden

Im vierten Schritt wurden „inhaltlich gleiche Aussagen zusammengefasst“ und kategorisiert (Reimer, 2019, S. 100). Um einen Rückbezug zum Originaltranskript gewährleisten zu können, wurde jeder Paraphrase eine eindeutige Signatur hinzu­gefügt (Reimer, 2019, S. 100). In einer neuen Tabelle wurden zunächst die zuvor gesetzten Spaltenüberschriften (z. B. Ein Apfel hat etwas mit Energie (=) zu tun, weil...) übernommen. Anschließend wurde die Tabelle in drei Spalten gegliedert. In der ersten Spalte befindet sich eine exemplarische Aussage, die die Kategorie beschreibt. In der zweiten Spalte wurden alle Paraphrasen eingefügt, die den glei­chen inhaltlichen Aspekt teilen. In der nachfolgenden Spalte wird dann schließlich die Kategorie abgeleitet, welche aus den Einzelparaphrasen entwickelt wurde (Reimer, 2019, S. 101).

Tabelle 5: Vierter Schritt der Auswertung Kategorien bilden

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5. Schritt: Kategorien zusammenfassen

In diesem Schritt wurden die Kategorien aller Impulsbilder zusammengefasst. Hierbei werden die (Unter-)Kategorien zu Oberkategorien und diese wiederum zu Schlüsselkategorien überführt (Reimer, 2019).

Tabelle 6: Fünfter Auswertungsschritt Zusammenfassen der Kategorien

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

6. Schritt: Gesamtkategoriensystem erstellen

Im letzten Schritt wurde ein Gesamtkategoriensystem (siehe 13.4) erstellt. Die Spalten beinhalten die Oberkategorien, die Schlüsselkategorien und die vier Im­pulsbilder. Ziel dieses Gesamtkategoriensystems ist es, einen Überblick über die Zusammenhänge zwischen Oberkategorien, Schlüsselkategorien und Bildimpul­sen zu schaffen.

In Anlehnung an Reimers didaktisches Modell Vergangenheit/Gegenwart/Zukunft (2019) wurde ein Auswertungsraster für diese Studie entwickelt (siehe 13.6 und 13.7). Dieses Raster wurde sowohl in der Prä-, als auch in der Posterhebung zur Erfassung der Energievorstellung der Schüler_innen verwendet. Auf diese Weise soll ein optischer Vergleich zwischen Prä-und Postdaten ermöglicht werden. Durch das Raster - hier im Sinne eines Schaubildes - ist es zudem möglich, Er­gebnisse übersichtlich und transparent darzustellen und zu veranschaulichen (Nuissl, 2011, S. 77).

Mit Hilfe des Rasters sollen Daten bzw. Schülervorstellungen hinsichtlich der Unterfragen der Forschungsfrage ermittelt werden. Zunächst wurden mittels des Auswertungsrasters Energievorstellungen vor der Unterrichtsintervention erfasst. Für jede_n der zehn Proband_innen wurde pro Bildimpuls (Apfel, Holzbalken, Stein, Fluss) ein Raster erstellt (siehe 13.6 und 13.7).

Das Raster ist in den drei zeitlichen Dimensionen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft in Form von Kästen strukturiert. Die Kästen wurden zusätzlich mit ent­sprechenden Zitaten der Proband_innen aus den Originaltranskripten untermauert. Pro Unterfrage wurde eine entsprechende Tabelle entwickelt, welche zur Beant­wortung der Unterfrage dient (siehe 13.6, S. 134). Nachfolgend werden die Unter­ fragen mit der jeweiligen Tabelle präsentiert und beispielhaft anhand von Gabriels Präinterview erläutert.

Unterfragen:

1.1 Hat Bildimpuls X etwas mit Energie zu tun?

Tabelle 7: 1.1 Bezug zu Energie

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Energiebezüge werden farblich unterschieden. Das Stichwort Energie findet Verwendung, wenn ein_e Proband_in einen Bildimpuls klar mit Energie in Bezug setzt. Das Stichwort Energie wird dann genutzt, wenn ein_e Proband_in einen Bildimpuls nicht mit Energie in Verbindung setzt. Und das Stichwort Energie wird dementsprechend verwendet, wenn der Bezug nicht eindeutig ist. Die ge­nannten Stichwörter werden entsprechend der Interviews in den Kästen der zeitli­chen Dimensionen von der Interviewerin eingefügt. So kann festgestellt werden, welchen Energiebezug der_die Proband_in zu welcher zeitlichen Dimension hat.

Anhand von Gabriels Präinterview zum Bildimpuls Apfel wird die Tabelle zur Unterfrage 1.1 folgend erklärt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Auszug aus Gabriels Präinterview

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: Auswertungsraster Zeitliche Dimension zu Gabriel (Bildimpuls Apfel)

Gabriel erklärte, dass Äpfel Menschen mit Energie versorgen, weil diese Nähr­stoffe und „Sachen“ enthielten, die der Körper „braucht“. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass er Äpfel in der Zukunftsperspektive eindeutig mit Energie assoziiert, weil sie Menschen bei der Nahrungsaufnahme mit Energie versorgen. Zudem lässt sich aus dieser Aussage ein klarer Energiebezug zur Gegenwart her­stellen, weil für ihn Äpfel energiereiche Stoffe enthalten.

Unterfragen:

1.2 Argumentieren die Schüler_innen über den Blick in die Vergangenheit, Ge­genwart und/oder Zukunft?

[...]