Conzeptual Change und -Growth in der Geographiedidaktik. Schülervorstellungen zum Thema Plattentektonik in einer siebten Klasse

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Relevanz der Thematik
1. 2 Zielsetzung der Arbeit

2 Stand der Forschung

3. Theorie Teil
3.1 Konstruktivistische Lehr-Lern-Theorie
3.2 Conzeptual Change - Forschung
3.3 Modell der didaktischen Rekonstruktion

4. Untersuchungsdesign
4.1 Sampling
4.2 Methodisches Vorgehen
4.3 Erhebungsinstrument

5. Ausblick und Zeitplan

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Beziehungsgefüge des Modells der didaktischen Rekonstruktion

Abkürzungsverzeichnis

SuS = Schülerinnen und Schüler

1. Einleitung

1.1 Relevanz der Thematik

Alltagskonzepte oder auch Präkonzepte in der Fachsprache genannt, sind mentale Konstruktionen und Repräsentationen von bereits erworbenen Wissensbeständen, die sich auf Grundlage von Erfahrungen bilden. Sie dienen als Strukturierungshilfe, die des dem Individuum ermöglichen die komplexe Umwelt durch Komplexitätsreduktion, Orientierung, Stabilisierung und Interaktionssicherheit leichter wahrzunehmen.

Aus bildungswissenschaftlicher Perspektive sind insbesondere Strategien des Konzeptwechsels (im Folgenden auch als „Conzeptual Change“ bezeichnet) für die Forschung interessant. Zwischen den Alltagsvorstellungen der Lernenden und dem Fachwissen der Lehrenden liegen oft verschieden hohe Korrespondenzanteile. Durch fehlerhafte Annahmen über einen bestimmten Sachverhalt können sich leicht Missverständnisse aufbauen, die durch einen gelungenen Schulunterricht bestenfalls erkannt und korrigiert werden können.

Aufgrund ihrer festen Verankerung und der Bedeutung, die sie für das Individuum einnehmen, sind Präkonzepte nur schwer aufzuheben und durch neue Konzepte zu ersetzen. Die Conzeptual Change - Theorie geht daher von einem Ansatz aus, der die bereits vorhandenen Präkonzepte einbezieht und diese schrittweise weiterzuentwickeln oder umzustrukturieren versucht. Ein pädagogischer „common sense“ lautet seit langem: „Die Schülerinnen und Schüler sind dort abzuholen, wo sie sich befinden“ (Duit 2008:2). Die folgende Arbeit soll die Relevanz dieses Leitanspruchs verdeutlichen und die Effektivität verschiedener Lernzugänge und Methoden im Hinblick auf die Umstrukturierung und Erweiterung bereits bestehender Vorstellungskonzepte untersuchen.

1.2 Zielsetzung der Arbeit

Im angestrebten Studienprojekt sollen Präkonzepte und Konzeptwechsel von SuS zum Thema Plattentektonik im Hinblick auf folgende Forschungsfragen untersucht werden:

1. Inwiefern können Präkonzepte zum Thema Plattentektonik von SuS durch konstruktivistische Lehr-Lernmethoden umstrukturiert oder erweitert werden?
2. Welchen Mehrwert bietet die Berücksichtigung und Einbeziehung von Schülervorstellungen bei der Unterrichtsplanung und -gestaltung für den Lernzuwachs von SuS?

Nach einer kurzen Einführung zum Forschungsstand in Bezug auf das Thema Plattentektonik und Präkonzepte (Kap. 2) folgt der theoretische Teil dieser Arbeit (Kap. 3). In diesem wird zunächst auf die konstruktivistische Lehr­Lerntheorie im Allgemeinen eingegangen und deren Ansatz erläutert (Kap. 3.1). Dieser bildet die Grundlage für die daraufhin beschriebene Conzeptual Change - Forschung (Kap. 3.2). Im darauffolgenden Abschnitt wird das Modell der didaktischen Rekonstruktion thematisiert, welches als Forschungsrahmen der weiteren Arbeit dienen soll (Kap. 3.3). Das vierte Kapitel befasst sich mit dem Forschungsdesign. Zunächst wird ein Einblick in die Teilnehmergruppe gegeben und das Sampling kurz umrissen (Kap. 4.1). Nachdem die Methodik und das weitere Vorgehen der Forschungsarbeit thematisiert wurden (Kap. 4.2), wird das Erhebungsinstrument vorgestellt (Kap. 4.3). In einem abschließenden Ausblick und Zeitplan werden die nächsten wichtigen Forschungsschritte genannt und in einen groben Zeitplan eingeordnet (Kap. 5).

2. Stand der Forschung

Auf Grundlage der Ludwigsburger-Luzerner Bibliografie (Reinfried & Schuler 2011) sollen im Folgenden die Ergebnisse einiger bereits durchgeführter Studien zum Thema Alltagsvorstellungen zur Plattentektonik, sowie zum Thema Alltagsvorstellungen zum Aufbau der Erde zusammengefasst und vorgestellt werden. Die Vorstellungen zum Aufbau des Erdinneren gelten dabei als Grundvoraussetzungen für ein umfassendes Verständnis für das System Plattentektonik und werden deshalb ebenso mit einbezogen.

Die Studien lassen sich grob in drei Kategorien aufteilen:

1. Forschungsfragen zu Alltagsvorstellungen von SuS zu spezifischen Themen des Systems Plattentektonik (Marques & Thompson 1997).

In den Untersuchungen von Marques und Thomson wurden zunächst mit Hilfe von Interviews, Alltagsvorstellungen von 16- bis 17-jährigen SuS zum Thema Plattentektonik und Erdmagnetfeld erhoben. Es handelte es sich dabei um portugiesische SuS, die sich mit diesen Themen bislang noch nicht im Unterricht beschäftigt haben. Die Ergebnisse der Interviews dienten als Grundlage für den Entwurf eines Fragebogens, der von insgesamt 270 SuS, die bereits eine Unterrichtseinheit zu dem Thema durchgeführt hatten, ausgefüllt wurde. Diese Gruppe bildete die Referenzgruppe zu einer Kleingruppe freiwilliger SuS mit durchschnittlichem Leistungsniveau. Jene SuS wurden nach einem auf ihre Präkonzepte abgestimmten und konzipierten Lehr-Lern-Modell unterrichtet.

Auf Grundlage der Forschungsergebnisse kommen die Autoren zu dem Schluss, dass Fehlvorstellungen in Präkonzepten von SuS durch einen herkömmlichen Unterricht scheinbar nur schwer verändert werden können. Ein an die individuellen Schülervorstellungen anknüpfender, problemorientierter Unterricht hingegen, führte zu deutlichen Fortschritten der Testgruppe im Vergleich zur Referenzgruppe. Genaue Beschreibungen und Erläuterungen zu den verwendeten Strategien und Methoden werden in der Arbeit jedoch nicht gegeben.

2. Forschungsfragen zur Entwicklung von Schülervorstellungen zum Thema Plattentektonik durch die Anwendung spezifischer Methoden (Gobert & Clement 1999; Gobert 2000; Gobert 2005; Sibley 2005).

In der Studie von Gobert und Clement (1999) wollten die Autoren herausfinden, inwieweit das Anfertigen eigener Zeichnungen zur Plattentektonik nach der Lektüre eines Sachtextes im Vergleich zum schriftlichen Zusammenfassen des gleichen Sachtextes zu einem tieferen Verständnis der Thematik beiträgt. Dazu ließen sie zwei Vergleichsgruppen von insgesamt 58 SuS einer Jahrgangsstufe 5 jeweils eine Abbildung oder eine Zusammenfassung eines Textes anfertigen. Mittels eines anschließenden Posttests zum Schülerverständnis konnte daraufhin die Effektivität unterschiedlicher Textverarbeitungsformen untersucht werden. Die Studienarbeit von Gobert (2005) beschäftigt sich mit einer ähnlichen Fragestellung und auch der Aufbau der Untersuchung gestaltet sich analog zu der Studie von Gobert und Clement (1999). Gobert ging in einer anderen Studie (2000) jedoch vertiefend auf die Fragestellung ein, inwieweit modellhafte Schülerzeichnungen bei der Weiterentwicklung von Schülervorstellungen helfen oder diese unter Umständen behindern können. Dazu wurden anschließend an das zuvor genannte methodische Vorgehen vertiefende qualitative Interviews geführt. Bei dieser Untersuchung steht jedoch weniger die Erhebung von Präkonzepten im Vordergrund, sondern das Verständnis der SuS nach einer bestimmten Instruktion, die sie während der Interviews erhalten.

Sowohl die Studie von Gobert und Clement (1999) als auch die Studien von Gobert (2000;2005) lassen wichtige Rückschlüsse auf die Vermittlung von Lerninhalten ziehen. SuS, die Abbildungen zu den Texten angefertigt haben, schnitten bei den Untersuchungen von Gobert und Clement (1999) beispielsweise deutlich besser ab als die Vergleichsgruppe, die den Text schriftlich zusammenfassen sollte. Als Erklärung dieses Phänomens nennen die Autoren die Notwendigkeit der Bildung eines mentalen Modells bei dem Entwurf einer Zeichnung und dadurch eine intensivere und tiefgreifendere Auseinandersetzung mit der Thematik. Auch aus den anderen Studien von Gobert geht hervor, dass die Konstruktion eigener Modelle zu einem tieferen Verständnis von plattentektonischen Prozessen führen kann. Dazu kann sowohl das Zeichnen von statischen oder dynamischen Modellen hilfreich sein als auch die intensive Lektüre eines Textes. In der Studie von Gobert (2005) sind keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Vergleichsgruppen (Zusammenfassung und Zeichnung) feststellbar. Gobert erklärt sich dies dadurch, dass die Gruppe, die lediglich eine Zusammenfassung des Textes schreiben sollte, automatisch auch mentale Modelle erstellt, um den Inhalt vollständig verstehen und anschließend umformulieren zu können.

Die Studie von Sibley (2005) bezieht sich nicht auf SuS, sondern auf Geologie Studenten, die kurz vor dem Bachelorabschluss stehen (n = 602). Sie befasst sich jedoch auch mit dem Einsatz von Zeichnungen und ihren Möglichkeiten, Fehlvorstellungen zum Thema Plattentektonik entgegenzuwirken. Daher wird sie trotzdem unter diesem Punkt aufgeführt. Die Studierenden sollten nach einer Lerneinheit zum Thema Plattentektonik eine Zeichnung eines Querschnitts einer konvergierenden Plattengrenze anfertigen. Unter den Ergebnissen konnten auch fachlich inkorrekte Vorstellungen identifiziert werden, die sich in zwei Vorstellungstypen kategorisieren ließen; 1. Berge werden als Erhöhungen gezeichnet, die auf starren Platten liegen. 2. Berge werden als Ergebnis von gegeneinanderstoßenden Platten dargestellt, welche sich nach oben wölben. Bei beiden Vorstellungen wurden weder Lithosphärenverdickungen, noch Gebirgswurzeln abgebildet. Für ein tiefgreifenderes Verständnis der Abbildungen wurden darauffolgend zusätzlich mit zwölf Studierenden Interviews geführt. Alle interviewten Studierenden nutzte während der Erklärung ihre Finger und drückte diese gegeneinander, um den Prozess der konvergierenden Platten zu veranschaulichen. Sibley interpretiert dieses Verhalten damit, dass jene Gestiken womöglich auch beim Lernprozess angewendet und wiederholt wurden und sich tief in das Gedächtnis einprägten. In einer zweiten Untersuchung sollten die Studierenden (n = 232) eine fehlerhafte Zeichnung eines Querschnitts beurteilen. Nur die Hälfte der Studierenden konnte den Fehler identifizieren. Weitere Untersuchungen mit fortgeschrittenen Geologie Studierenden (n = 21) ergaben, dass sich diese Fehlvorstellungen sehr lange halten und scheinbar nicht so einfach veränderbar sind.

3. Forschungsfragen zu Studierendenvorstellungen zu Beginn des Geographiestudiums (Barrow & Haskins 1993; DeLaughter et al. 1998; Libarkin et al. 2005; Clark et al. 2011).

Barrow und Haskins (1993) untersuchten die Präkonzepte von Studierenden (n = 186) über Erdbeben zu Beginn einer Einführungsveranstaltung in die Geologie. Die Ergebnisse der ausgewerteten Fragebögen zeigten, dass eine Vielzahl der Studierenden kein tiefergehendes Verständnis zur Plattentektonik aufwies.

In der Studie von DeLaughter et al. (1998) wurde eine ähnliche Probandengruppe (n = 149) zum gleichen Zeitpunkt in der Studienlaufbahn untersucht, jedoch wurden diese zu einer Vielzahl geowissenschaftlicher Themen befragt. Dabei traten besonders häufig die Fehlvorstellungen auf, dass Plattenkollisionen zur Bildung des Mittelozeanischen Rückens führen oder der Meeresspiegel in den vergangenen Jahrtausenden angestiegen ist, sodass die ozeanischen Rücken nun unterhalb der Meeresoberfläche liegen.

In einer ähnlichen Studie von Libarkin et al. (2005) zum Thema Plattentektonik, Aufbau der Erde und Erdgeschichte wurde mittels Fragebogen (n = 265) und Interviews (n = 105) festgestellt, dass die Mehrzahl der Studierenden wussten, dass in der Vergangenheit ein Superkontinent existierte und die Kontinente in Bewegung waren, jedoch hatten viele die Vorstellung, dass in Zukunft keine weiteren Kontinentalbewegungen stattfinden werden. Darüber hinaus wurden Fehlvorstellungen festgestellt, die sich auf das Verhältnis zwischen dem Erdinneren und den tektonischen Platten beziehen. In den Interviews war die Mehrzahl der Studierenden der Auffassung, tektonische Platten befänden sich nicht in direkter Nähe der Erdoberfläche, sondern im Erdinneren oder in der Atmosphäre. Die Bewegung von tektonischen Platten und der Erdoberfläche wurde dabei in kein Beziehungsverhältnis zueinander gebracht. Während Erdbeben von einem Großteil der Studierenden mit plattentektonischen Vorgängen in Verbindung gebracht werden konnten, wurde Vulkanismus von nur wenigen als ein begleitendes Phänomen genannt.

Clark et al. (2011) untersuchten mittels Fragebogen die Vorstellungen zur Plattentektonik von US-amerikanischen Bachelorstudierenden zweier unterschiedlicher Universitäten (n = 180), welche die Thematik bereits im Rahmen einer Einführungsveranstaltung behandelt hatten. Die Studierenden sollten ähnlich wie bei Sibley (2005), jedoch in einer vorgegebenen Zeichnung eines Querschnitts, die typischen Merkmale und Prozesse des Systems Plattentektonik beschriften (fachterminologische Begriffe, Plattenbewegungen, Schmelzvorgänge und deren Einflussfaktoren). Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass eine Vielzahl fehlerhafter Vorstellungen auch durch eine vorherige Teilnahme an einem Einführungskurs nicht verändert werden konnte. Während fachterminologische Begriffe überwiegend richtig benannt wurden, konnten Systemzusammenhänge häufig nur fehlerhaft wiedergegeben werden und die physikalische und chemische Zonierung des Erdinneren wurde häufig durcheinandergebracht oder nicht unterschieden.

4. Forschungsfragen zu Lehrervorstellungen und -kompetenzen zu geowissenschaftlichen Themen wie Plattentektonik und dem Aufbau des Erdinneren (King 2000; Dahl et al. 2005).

In der Forschungsarbeit von King (2000) wurden die Vorstellungen von 61 LehrerInnen zur Plattentektonik und dem Erdinneren mittels Fragebogen untersucht. Erstaunlicherweise sind über die Hälfte der Befragten nicht in der Lage, den Zusammenhang zwischen der Verteilung von Tiefenbeben und der Theorie der Plattentektonik korrekt zu erläutern.

Dahl et al. (2005) untersuchten ebenfalls mittels Fragebogen das geowissenschaftliche Interesse und Verständnis von LehrerInnen zu insgesamt 12 spezifischen Themen und deren Einsatz im Unterricht (n = 38). Die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass ein vergleichsweise großes Interesse seitens der LehrerInnen an den Themen Erdbeben und Vulkanismus bestand und diese häufig im Unterricht behandelt wurden. Plattentektonik hingegen wurde weniger häufig im Unterricht thematisiert. Die Autoren stellen die These auf, dass dies mit einem geringeren Interesse und Verständnis für die Thematik seitens der Lehrpersonen zu bergründen sei. Mittels einer zweiten Fragebogenuntersuchung, die gezielt auf die Überprüfung des fachlichen Verständnisses der LehrerInnen ausgerichtet ist (n = 48), wurde festgestellt, dass nur 30 Prozent der TeilnehmerInnen fähig waren die korrekte Lage einer Lithosphärenplatte im Erdaufbau zu benennen und zu erläutern worum es sich bei einer tektonischen Platte handelt.

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