PROFILES Delphi-Studie "Naturwissenschaften" Runde 2 durchgeführt der Universität Bremen
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PROFILES Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ Runde 2
durchgeführt der Universität Bremen
Marc Stuckey und Ingo Eilks
Institut für Didaktik der Naturwissenschaften (IDN)
Universität Bremen, Deutschland
Dezember 2012
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 3
1.1 Rückblick auf die Delphi-Studie Runde 1 3
1.2 Leitfragen der 2. Delphi Runde „Naturwissenschaften“ 5
2. Design der Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ Runde 2 5
2.1 Datenanalyse zum Fragenabschnitt 1 5
2.2 Datenanalyse zum Fragenabschnitt 2 6
3 Teilnehmer der 2. Runde der Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ 8
4 Ergebnisse der 2. Runde Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ 9
4.1 Ergebnisse Teil 1 9
4.1.1 Zusammenfassung der gewünschten Prioritäten aus Sicht aller Befragten 13
4.1.2 Zusammenfassung des gegenwärtigen Ausmaßes aus Sicht aller Befragten 14
4.1.3 Zusammenfassung der Prioritäten-Ausmaße-Differenz 15
4.2 Ergebnisse Teil 2 16
4.2.1 Clusteranalyse aller Kategorien und Dendrogramm 16
4.2.2 Ableitung und Beschreibung der Konzepte der gesamten Clusteranalyse 20
4.2.3 Clusteranalyse von 60 Kategorien und Dendrogramm 21
4.2.4 Ableitung und Beschreibung der Konzepte der gefilterten Clusteranalyse 24
5 Diskussion 29
6 Literatur 30
7 Anhang 31
7.1 Fragebogen Teil I 32
7.2 Fragebogen Teil II 36
7.3 Priorität-Ausmaß aus Sicht von Schülerinnen und Schülern 39
7.4 Priorität-Ausmaß aus Sicht von Lehrerinnen und Lehrern 43
7.5 Priorität-Ausmaß aus Sicht von Fachdidaktikerinnen und Fachdidaktikern 47
7.6 Priorität-Ausmaß aus Sicht von Fachwissenschaftlerinnen und Fachwissenschaftlern 51
7.7 Priorität-Ausmaß aus Sicht von Teilnehmerinnen und Teilnehmern, die keine Angaben zur
Expertengruppen macht (geführt als „Sonstige“) 55
7.8 Priorität-Ausmaß-Vergleich aller Expertengruppen 58
1. Einleitung Die Curriculare Delphi-Studie stellt eine mehrstufige Befragung als Untersuchungsmethode dar, bei der die Perspektiven unterschiedlicher Experten zu einem Thema – hier zur allgemeinen Einschätzung von naturwissenschaftlichem Unterricht – eingeholt werden. Die Studie besteht aus mehreren Runden, bei der in allen Runden dieselben Personengruppen befragt werden (Vorgrimler & Wübben, 2003). Die PROFILES Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ orientiert sich an der Vorgehensweise zur Curricularen Delphi-Studie „Chemie“ von Bolte (2008). Als Expertengruppen gelten in dieser Studie Schülerinnen und Schüler, Lehrerinnen und Lehrer, Fachdidaktikerinnen und Fachdidaktiker sowie Fachwissenschaftlerinnen und Fachwissenschaftler. Die Delphi-Studie Naturwissenschaften besteht insgesamt aus drei Befragungsrunden. In der ersten Runde wurden die Expertengruppen mit Hilfe eines Fragebogens dazu befragt, welche Aspekte aus ihrer Sicht im naturwissenschaftlichen Unterricht für den Einzelnen in der Gesellschaft von heute und in naher Zukunft sinnvoll und pädagogisch wünschenswert wären. Aus den Antworten wurden Aussagenbündel abgeleitet, die in der zweiten Runde von den Expertengruppen gewichtet und kombiniert wurden. Durch eine Clusteranalyse der zweiten Runde werden in der letzten Runde dann die entstandenen Cluster nochmals von den Experten eingeschätzt und gewichtet. 1.1 Rückblick auf die Delphi-Studie Runde 1 Die Aussagenbündel der ersten Runde Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ ergaben sich nach der Methode der qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring (2000) gebildet. Dabei lag der Schwerpunkt auf dem Ablaufplan der induktiven Kategorienbildung. An der Studie haben folgende Expertengruppen teilgenommen: (i) Schülerinnen und Schüler (überwiegend aus Jahrgang 9 und 10), (ii) Lehrerinnen und Lehrer (dazu zählen auch Lehramtsstudierende und Referendare), (iii) Fachdidaktikerinnen und Fachdidaktiker der naturwissenschaftlichen Fächer und (iv) Fachwissenschaftlerinnen und Fachwissenschaftler aus der naturwissenschaftlichen Fächer (dazu zählen sowohl Personen von der Universität als auch aus der Wirtschaft). In allen Gruppen wurde darauf geachtet, dass sie heterogen ausgewählt wird. Insgesamt haben 92 Personen an der Studie teilgenommen. An der ersten Runde der Bremer Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ nahmen insgesamt 92 Personen teil, davon 51 männlich und 41 weiblich. Auffallend war, dass die Befragten zumeist einen „Chemie-Hintergrund“ hatten, d.h., dass dieses Fach in der Schule belegt wird oder studiert wird bzw. studiert wurde. Die Aussagenbündel, die sich aus den Antworten der Expertengruppen ergaben, wurden mit den Ergebnissen anderer deutschsprachiger PROFILES-Projektpartnern verglichen und es konnte sich folgend auf ein gemeinsames Kategoriensystem geeinigt werden (Abbildung 1), ohne das die von uns gebildeten Kategorien vernachlässigt wurden. Für Fragenkomplex 1 (Situation, Kontexte und/oder Motive) wurden zunächst 18 Kategorien entwickelt, für die zweite Frage (Inhalte, Methoden und
Themen) 53 Kategorien und für die dritte Frage (Qualifikation) insgesamt 18 Kategorien. Mit dem
neuen System wurden dann die von uns erfassten Daten noch mal ausgezählt.
Kategorien zum Kategorien zum Kategorien zum Kategorien zum Kategorien zum
Aussagenelement I: Aussagenelement IIa: Aussagenelement IIb: Aussagenelement Aussagenelement III:
Situationen, Kontexte NW-Konzepte, Alltag NW-(Teil-) Disziplinen IIc: methodische Qualifikation
und Motive und Lebenswelt und Perspektiven Aspekte
- Aufklärung und - Materie / Teilchen- - Botanik - Kooperative - Experimentier-
allg. Persönlich- konzept - Zoologie Lernformen fähigkeit
keitsbildung - Wechselwirkung - Humanbiologie - Jahrgangs- - Kritisches
- Emotionale - Energie - Genetik / MBW übergreifendes Hinterfragen
Persönlichkeits- - Chemische - Neurobiologie Lernen - Urteilsfähigkeit
bildung Reaktionen - Ökologie - Fächerüber- - Textverständnis /
- Intellektuelle - System - Mikrobiologie greifendes Lesekompetenz
Persönlichkeits- - Entwicklung und - Evolution Lernen - Kommunikative
bildung Wachstum - Anorg. Chemie - Forschend- Fähigkeiten
- Interessen der - Struktur, Funktion - Org. Chemie entwickelndes - Sozialkompetenz
SuS und Eigenschaften - Analyt. Chemie Lernen / Teamfähigkeit
- Unterrichtsbe- - Fachsprache - Biochemie - Diskutieren - Motivation und
zogene - Naturwissenschaft- - Mechanik - Rollenspiel Interesse
Rahmenvorgaben liches Arbeiten und - Elektrodynamik - Lernen an - Kenntnisse über
- Außerschulische Forschen - Thermodynamik Stationen NW-Berufe
Lernorte - Grenzen von NW - Atom-/Kernphysik - Einsatz neuer - (Fach-)Wissen
- Alltag - Modelle - Wertmaßstäbe / Medien - Zusammenhänge
- Weltweites - Ernährung Ethik verstehen
Umfeld - Gesundheit und - NW-Geschichte - Recherchieren
- Aktuelles/Medien Medizin - Aktuelle NW- - Anwendung/
- Beruf - Stoffkreisläufe Forschung Transfer/Abstrak-
- Natur und Natur- - Sicherheit und - Interdisziplinarität tionsvermögen
phänomene Risiken - Geologie - Reflektiert und
- Wissenschaft - Industrielle - Astronomie verantwortungs-
Physik Verfahren - Mathematik bewusst Handeln
- Wissenschaft - Berufe und Berufs- - Wahrnehmen /
Chemie felder Erleben /
- Wissenschaft - Umwelt Beobachten
Biologie - Stoffe im Alltag - Denken / Analy-
- Interdisziplinarität - Technische Geräte sieren / Schluss-
- Gesellschaftlich- folgern
öffentlicher - Naturwissen-
Bereich schaftliche
- Medizin und Fragen / Hypo-
Gesundheit thesen
- Technik und formulieren
Technologie - Selbstständiges /
strukturiertes
Arbeiten
- Empathie
Abbildung 1: Darstellung der Kategorien aus der Runde 1 der Delphi-Studie an der Universität
Bremen
Insgesamt zeigen sich sehr unterschiedliche und facettenreiche Ergebnisse der Expertengruppen.
Vergleicht man die Gruppen, so sind die Kategorienschwerpunkte zumeist jeweils woanders. Viele
unterschiedliche Kategorien wurden angesprochen und genannt. Besonders auffallend waren die
häufigen Nennungen mit einem aktuellen Umweltbezug, wie beispielsweise Erneuerbare Energien,
Klimawandel oder Fukushima. Dies sind vor allem Themen, die während der ersten Delphi-Befragung
sehr in den Medien thematisiert wurden. Die vielfältigsten Kategorienbenennungen kommen von der
Expertengruppe „Fachdidaktikerinnen und Fachdidaktikern“. Aus den Ergebnissen der ersten Runde
wurde dann die zweite Befragungsrunde vorbereitet. An der zweiten Runde können nur die Experten
aus der ersten Runde teilnehmen.
1.2 Leitfragen der 2. Delphi Runde „Naturwissenschaften“
Die zweite Runde der Bremer Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ ergibt sich aus den Kategorien
(Aussagenbündeln bzw. Aspekt) der ersten Runde (Bolte, 2008). Die zweite Runde ist in zwei Teile
gegliedert. Im ersten Abschnitt werden alle Kategorien eingeschätzt und mit Hilfe einer sechs-
stufigen Skala gewichtet. Dabei sind die folgenden zwei Fragen elementar:
I. Welche Priorität sollte Ihres Erachtens der jeweilige Aspekt im naturwissenschaftlichen
Bildungsangebot besitzen?
II. In welchem Ausmaß verwirklicht Ihres Erachtens das gegenwärtige
naturwissenschaftsbezogene Bildungsangebot den jeweiligen Aspekt?
Jeder Aspekt (bzw. Aussagenbündel bzw. Kategorie) wird mit einer Werteskala von 1 (sehr geringe
Priorität bzw. in sehr geringem Ausmaß) bis 6 (sehr hohe Priorität bzw. in sehr hohem Ausmaß) von
jedem Experten aus der ersten Runde gewichtet. Die Antworten werden statistisch ausgewertet.
Im zweiten Abschnitt der zweiten Befragungsrunde sollen Kombinationen aus den Kategorien
zusammengestellt werden, die der jeweilige Experte besonders bedeutsam erachtet. Maximal sollen
pro Spalte nur 5 Kategorien angekreuzt werden. Die Antwortkombinationen werden dann mit Hilfe
einer Clusteranalyse ausgewertet. Diese Analyse liefert dann die Basis für die dritte Befragungsrunde.
2. Design der Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ Runde 2
Für die zweite Runde der Bremer Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ wurde ein zweigeteilter
Fragebogen erstellt, der sich aus den Antworten der Teilnehmerinnen und Teilnehmer der ersten
Runde ergab. Im ersten Teil des Fragebogens sollten die Aussagenbündel gewichtet werden. Im
zweiten Fragebogenabschnitt sollten die unterschiedlichen Aussagenbündel miteinander kombiniert
werden.
2.1 Datenanalyse zum Fragenabschnitt 1
Teil I der zweiten Runde der Bremer Delphi-Studie wurden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer mit
den Kategorien (bzw. Aussagenbündeln) der ersten Runde konfrontiert. Diese Kategorien sollten aus
zwei Perspektiven gewichtet werden. Es ergaben sich aus der Bremer Delphi-Studie
„Naturwissenschaften Runde 1 insgesamt 88 Kategorien. Zum einen sollten die Befragten der Delphi-
Studie einschätzen, welche Priorität eine Kategorie (bzw. Aussagenbündel) im
naturwissenschaftlichen Unterricht haben sollte. Zum anderen sollte bewertet werden, in welchem
Ausmaß ein jeweiliges Aussagenbündel im gegenwärtigen naturwissenschaftsbezogenen
Bildungsangebot hat. Die Einschätzung oder Bewertung erfolgt dann durch die Teilnehmerinnen und
Teilnehmer an der Delphi-Studie über eine sechsstufige Skala. Die Antwortmöglichkeiten liegen in den Stufen 1 bis 6 vor (1: „sehr geringe Priorität“/“in sehr geringem Ausmaß“; 2: „geringe Priorität“/“in geringem Ausmaß“; 3: „eher geringe Priorität“/“in eher geringem Ausmaß“; 4: „eher hohe Priorität“/“in eher hohem Ausmaß“; 5: „hohe Priorität“/“in hohem Ausmaß“; 6: „sehr hohe Priorität“/“in sehr hohem Ausmaß“). Die genaue Aufgabenstellung, ein Einblick, welche Kategorien bewertet werden mussten, und die Skalierung (von 1 bis 6) werden in Abbildung 1 gezeigt. Abbildung 1: Auszug aus dem ersten Abschnitt des Fragebogens der zweiten Runde der Delphi-Studie „Naturwissenschaften“, durchgeführt vom Partner UniHB. 2.2 Datenanalyse zum Fragenabschnitt 2 Im zweiten Fragebogenabschnitt haben die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der zweiten Runde erneut alle Kategorien vorgelegt bekommen. Die Kategorien, die als besonders bedeutsam erachtet wurden, sollten dann miteinander kombiniert werden. Pro Spalte dürfen jedoch nur maximal 5 Aussagenbündel angekreuzt werden. Das Beispiel, welches den Teilnehmerinnen und Teilnehmern vorbereitet wurde, ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Daten des zweiten Fragebogenabschnitts werden mit Hilfe der hierarchischen Cluster-Analyse analysiert.
Abbildung 2: Auszug aus dem zweiten Abschnitt des Fragebogens der zweiten Runde der Bremer Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ Aus dem fiktiven Antwortbeispiel in Abbildung 2 würden sich folgende Aussage ableiten: Die Bildungsbemühungen sollten im Kontext der Wissenschaft Chemie und der Wissenschaft Biologie eingebunden werden, um einen Beitrag zur Aufklärung bzw. zur allgemeinen Persönlichkeitsbildung zu leisten. Dabei sollen biochemische Grundlagen anhand der Betrachtung von Struktur-Eigenschaft- Beziehungen organischer Verbindungen im Themenfeld Gesundheit/Medizin erarbeitet werden. Besondere Bedeutung wird Erkenntnissen aus der aktuellen Forschung sowie einer qualitativ- und quantitativ-analytischen Betrachtungsweise beigemessen. Neben dem Ausbau und der Differenzierung des Fachwissens soll diese Beschäftigung zum einen dazu beitragen, z.B. Verbraucherinformationen verständnisvoll lesen zu können. Zum anderen soll damit ein Beitrag geleistet werden, reflektiert und verantwortungsbewusst handeln zu können.
3. Teilnehmerinnen und Teilnehmer der zweiten Runde der
Bremer Delphi-Studie „Naturwissenschaften“
Die Untersuchungsmethode nach Delphi basiert auf mehreren Runden mit festen Teilnehmerinnen
und Teilnehmern, die in allen Runden befragt werden und nicht ausgetauscht werden. D.h. für die
Bremer Delphi-Studie „Naturwissenschaften“, dass nur diejenigen, die an der ersten Delphi-Runde
teilgenommen und den Fragebogen ausgefüllt haben, für die zweiten Runde berücksichtigt und
angeschrieben wurden.
Die Daten der zweiten Runde der Bremer Delphi-Studie wurden im Zeitraum von Februar 2012 bis
Oktober 2012 gesammelt und elektronisch erhoben. Insgesamt haben 72 Personen den Fragebogen
der zweiten Runde der Bremer Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ ausgefüllt. Das entspricht einem
Fragebogenrücklauf von etwa 80%. Demensprechend liegt die Drop-out-Rate bei knapp 20% (Tabelle
1).
Tabelle 1: Rücklaufquote der Fragebögen von den Teilnehmerinnen und Teilnehmer der
zweiten Delphi-Studie der Universität Bremen
Runde 1 Runde 2 Rücklauf-Rate
Schüler/innen 27 9 33%
Lehrer/innen 26 28 108%
Fachdidaktiker/innen 25 17 68%
Fachwissenschaftler/innen 14 10 71%
Sonstige 0 7 k. A.
Gesamt 92 72 79%
Auffallend ist, dass besonders wenige Schülerinnen und Schüler dem Aufruf zur Teilnahme an der
zweiten Runde der Bremer Delphi-Studie „Naturwissenschaften“ gefolgt sind. Zunächst erscheint
verwunderlich, weshalb die Rücklaufquote in Runde 2 sich bei den Lehrerinnen und Lehrern erhöht
hat. Dies müsste an dem Umstand liegen, dass einige der Lehrkräfte spontan „Lehrer/in“ angekreuzt
haben, obwohl sie z.B. Fachleiter/in sind. Fachleiterinnen und Fachleiter wurden in der ersten Runde
den Fachdidaktikerinnen und Fachdidaktikern zugeordnet. Dies lässt sich nach der elektronischen
Durchführung der zweiten Runde nicht mehr korrigieren. Somit fallen eigentlich mindestens zwei
Lehrkräfte in die Expertengruppe der „Fachdidaktikerinnen und Fachdidaktiker“. Keine Angaben
haben 7 Teilnehmerinnen und Teilnehmer gemacht, die nun als separate Gruppe unter „Sonstige“
geführt werden.
Die Auswertung der Teilnehmerinnen- und Teilnehmeranzahl zeigt, wie in der ersten Delphi-Runde,
dass die Mehrheit der Befragten einen „Chemiehintergrund“ hat (da es sich bei der zweiten
Befragung im Sinne der Delphi-Methode um die gleichen Teilnehmerinnen und Teilnehmer handelt,
ist dies auch zu erwarten). Dass eine Gruppe mit einem bestimmten Fächerhintergrund in der
zweiten Runde sich signifikant weniger zurückmeldet hat, kann nicht bestätigt werden.
4. Ergebnisse der zweiten Runde der Bremer Delphi-Studie
„Naturwissenschaften“
Dieser Abschnitt stellt die Ergebnisse der zweiten Runde der Bremer Delphi-Studie
„Naturwissenschaften“ dar. Der erste Ergebnisteil zeigt die Auszählung der Prioritäten und Ausmaße,
die die jeweiligen Kategorien (bzw. Aussagenbündel) nach Meinung der Teilnehmerinnen und
Teilnehmer haben sollten bzw. gegenwärtig haben. Dabei handelt es sich um die Mittelwerte über
alle Befragten. Darstellungen zu den einzelnen Expertengruppen sind im Anhang angefügt.
4.1 Ergebnisse Teil 1
Das „Ausmaß“, in dem eine Kategorie bzw. ein Aussagenbündel gegenwärtig im
naturwissenschaftsbezogenen Bildungsangebot verwirklicht wird, stellt eine Einschätzung nach dem
„Ist-Zustand, also der gegenwärtigen Praxis, dar. Die „Priorität“, die eine Kategorie im
naturwissenschaftlichen Bildungsangebot haben sollte, gibt die Einschätzung nach dem „Soll- oder
Wunsch-Zustand“ der an der Delphi-Studie teilnehmenden Personen wieder.
Interdisziplinarität
Wissenscahft Physik
Wissenschaft Chemie
Wissenschaft Biologie
Beruf
Weltweites Umfeld
Gesellsch. Bezüge
Alltag
Technik/Technologie
Medizin/Gesundheit
Natur/Naturphänomene
Medien/Aktuelles
Außersch. Lernorte
Unt. Rahmenvorgaben
Interesse der SuS
Intellektuelle Pers.
Emotionale Pers.
Aufklärung
1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50
Ausmaß (ist) Priorität (soll)
Abbildung 3: Ergebnisse zum Aussageelement 1 „Situation, Kontexte und Motive“ der Bremer Delphi-
Studie
Für das „Aussageelement 1: Situation, Kontexte und Motive“ zeigt sich ein deutlicher Unterschied
zwischen Ist- und Soll-Zustand (Abbildung 3). Die Differenz zwischen dem Ist- und Soll-Zustand ist bei
der Kategorie „Interesse der Schülerinnen und Schüler“ am größten. D.h., nach Einschätzung der
Teilnehmenden der Bremer Delphi-Studie ist es wünschenswert, wenn das Interesse der
Schülerinnen und Schüler mehr berücksichtigt werden würde. Auch ist der Zuspruch, hin zu mehr
gesellschaftlichen Bezügen, sehr deutlich zu erkennen. Bis auf eine einzige Kategorie
(unterrichtsbezogene Rahmenvorgaben) sollten alle anderen Kategorien mehr im
naturwissenschaftlichen Bildungsangebot berücksichtigt werden. „Unterrichtsbezogene
Rahmenvorgaben“ werden in der Schule in hohem Maße behandelt, da es vorgeschrieben ist, diese
Themen zu behandeln. Doch sollten sie nach Meinung der Befragten weniger im Unterricht
berücksichtigt werden. Das kann verschiedene Gründe haben, z.B. weil Themen nicht mehr
zeitgemäß sind, weil die Themen die Schülerinnen und Schüler weder interessieren noch motivieren,
etc. Auch zur Befragung zum Aussagenelement 2a über die „(Basis-)Konzepte und Themen aus Alltag
und Lebenswelt“ liegt ein deutliches Ergebnis vor (Abbildung 4).
Berufe
Sicherheit
Industrielle Verfahren
Umwelt
Technische Geräte
Stoffe im Alltag
Gesundheit
Ernährung
Stoffkreisläufe
Grenzen NW-Erkenntnis
NW-Arbeiten
Fachsprache
Modelle
Entwicklung
Wechselwirkung
System
Energie
Chemische Reaktionen
Struktur
Materie
1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50
Ausmaß (ist) Priorität (soll)
Abbildung 4: Ergebnisse zum Aussageelement 2a „(Basis-)Konzepte und Themen aus Alltag und
Lebenswelt“ der Bremer Delphi-StudieAlle Themen sollten deutlich mehr berücksichtigt als werden. Z.T. werden einige Themen kaum in
Unterricht eingebettet, wie beispielsweise Berufe. Dies ist aber nach Aussage der Delphi-Befragten
wünschenswert. Die höchste Priorität im Unterricht sollten Themen aus Umwelt und das
naturwissenschaftliche Arbeiten im Unterricht erfahren. Die Ergebnisse zum Aussageelement 2b
„Naturwissenschaftliche (Teil-)Disziplinen und Perspektiven“ der Bremer Delphi-Studie sind in
Abbildung 5 dargestellt. Insgesamt bekommen alle (Teil-)Disziplinen und Perspektiven im Vergleich
zu dem gegenwärtigen Ausmaß eine deutlich höhere Priorität zugesprochen. Eine auffallend hohe
Priorität sollten „positive und negative Folgen von technologischen Entwicklungen“ im Unterricht
erfahren. Dies wird derzeit im naturwissenschaftlichen Bildungsangebot deutlich vernachlässigt.
Auch sollte die „Interdisziplinarität“ von Themen mehr berücksichtigt werden. Die höchste Priorität
erhalten Teildisziplinen wie Humanbiologie, Genetik/Molekularbiologie und Ökologie sowie die
organische und anorganische Chemie. Weniger Aufmerksamkeit für das naturwissenschaftliche
Bildungsangebot wird den Teildisziplinen wie Botanik, Elektrodynamik und Astronomie von den
Befragten entgegen gebracht.
Wertmaßstäbe/Ethik
Geschichte der NW
Pos./neg. Folgen von NW
aktuelle NW-Forschung
Interdisziplinarität
Mathematische Bezüge
Geowissenschaften
Astronomie
Atom- /Kernphysik
Mechanik
Elektrodynamik
Thermodynamik
Analytische Chemie
Biochemie
Organische Chemie
Anorganische Chemie
Ökologie
Neurobiologie
Evolutionstheorie
Mikrobiologie
Genetik/Molekularbiologie
Humanbiologie
Zoologie
Botanik
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
Ausmaß (ist) Priorität (soll)
Abbildung 5: Ergebnisse zum Aussageelement 2b „Naturwissenschaftliche (Teil-)Disziplinen und
Perspektiven“ der Bremer Delphi-StudieWie schon in den vorherigen Ergebnissen zeigt sich auch im Aussagenelement 3 zu den
„Qualifikationen“, die durch die Beschäftigung mit Naturwissenschaften gefördert werden können
ein klares Bild. Die Prioritäten der einzelnen Qualifikationen liegen stets über der Einschätzung nach
dem gegenwärtigen Ausmaß (Abbildung 6).
Nach Meinung der Befragten sollten die jeweiligen Aussagenbündel „Analysefähigkeit und
Schlussfolgerungen ziehen“, „Urteilsfähigkeit und Meinungsbildung“, „Anwendung, Transfer und
Abstraktionsvermögen“, „Zusammenhänge verstehen“, „reflektiert und verantwortungsbewusst
Handeln“ und „kritisches Hinterfragen“ eine hohe Priorität im naturwissenschaftsbezogenen
Bildungsangebot haben. Insgesamt werden alle Kategorien aus dem Aussagenelement
„Qualifikationen“ mit Ausnahme von „Kenntnisse über naturwissenschaftliche Berufe“ und
„Emotionale Fähigkeiten und Empathie“ in der Priorität relative hoch bewertet. Das, was
gegenwärtig wohl vorrangig als Qualifikation umgesetzt wird, ist nach Einschätzung der Befragten die
Kategorie „Fachwissen“. Mit Abstand hat diese Kategorie beim gegenwärtigen Ausmaß im
naturwissenschaftsbezogenen Bildungsangebot die höchsten Bewertungen erhalten.
Selbstständiges und strukturiertes Arbeiten
Analysefähigkeit / Schlussfolgerungen ziehen
Experimentierfähigkeit
NW-Fragen / Hypothesen formulieren
Wahrnehmen / Erleben / Beobachten
Emotionale Fähigkeiten / Empathie
Sozialkompetenz / Teamfähigkeit
Kommunikative Fähigkeiten
Textverständnis / Lesekompetenz
Recherchieren
Urteilsfähigkeit / Meinungsbildung
Anwendung / Transfer / Abstrahieren
Zusammenhänge verstehen
Fach- bzw. Grundlagenwissen
Kenntnisse über naturw. Berufe
Reflektiert und verantwortungsbewusst Handeln
Kritisches Hinterfragen
Motivation und Interesse
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5
Ausmaß (ist) Priorität (soll)
Abbildung 6: Ergebnisse zum Aussageelement 3 „Qualifikationen“ der Bremer Delphi-Studie
Eine letzte Einschätzung der Befragten bezog sich auf das Aussagenelement 4 „Methodische
Aspekte“. Hierzu mussten 8 Kategorien gewichtet werden. Prioritäten werden auf das „Forschend-entwickelnde Lernen“ und das „Fächerübergreifende Lernen“ gesetzt. Zudem sollen „Kooperative
Lernformen“ eingebunden werden.
Einsatz neuer Medien
Diskutieren
Rollenspiel
Lernen an Stationen
Forschend-entwickelndes Lernen
Fächerübergreifendes Lernen
Jahrgangsübergreifendes Lernen
Kooperative Lernformen
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
Ausmaß (ist) Priorität (soll)
Abbildung 7: Ergebnisse zum Aussageelement 4 „Methodische Aspekte“ der Bremer Delphi-Studie
4.1.1 Zusammenfassung der gewünschten Prioritäten aus Sicht aller Befragten
Zusammenfassend zeigt sich, dass die höchsten Wertungen der Prioritäten im Aussagenelement 3 zu
den Qualifikationen entfallen sind. Unter den „Top 10“ der höchsten Bewertungen entfallen gleich
sechs Kategorien auf das Aussagenelement 3 „Qualifikationen“ (Abbildung 8).
Kategorie (oder Aussagenbündel) Wert
Urteilsfähigkeit und Meinungsbildung 5,3
Zusammenhänge verstehen und nachvollziehen 5,2
Analysefähigkeit und Schlussfolgerungen ziehen 5,2
Reflektiert und verantwortungsbewusst Handeln 5,1
Kritisches Hinterfragen 5,1
Naturwissenschaftliches Arbeiten / Forschen 5,1
Interesse der Schülerinnen und Schüler 5,1
Anwendung, Transfer, kreatives Denken und Abstraktionsvermögen 5,1
Umwelt 5,0
Alltag 5,0
… …
Geowissenschaften 3,6
Geschichte der Naturwissenschaften 3,6
Analytische Chemie 3,6
Zoologie 3,6
Elektrodynamik 3,6
Botanik 3,5
Industrielle Verfahren 3,5
Jahrgangsübergreifendes Lernen 3,4
Rollenspiel 3,3
Astronomie 3,0
Abbildung 8: Kategorien mit den jeweils 10 höchsten und niedrigsten PrioritätenAls höchste Priorität wird aus Sicht der Befragten die Kategorie „Urteilsfähigkeit und Meinungsbildung“ angegeben (Wert: 5,3). Weitere Qualifikationen weisen hohe Prioritäten auf. Geringere Prioritäten erhalten einige (Teil-)Disziplinen und Perspektiven aus dem Aussagenelement 2b und methodische Aspekte aus Aussagenelement 4. So bekommt die Kategorie „Astronomie“ (Wert: 3,0)die geringste Priorität zugeschrieben. Insgesamt bekommen bei einem theoretischen Mittelwert von 3,5 nur drei Kategorien eine geringere Priorität zugeordnet und nur zwei Kategorien liegen genau beim theoretischen Mittelwert. Alle anderen Kategorien sollten eine „eher hohe“, „hohe“ oder „sehr hohe Priorität“ im naturwissenschaftlichen Bildungsangebot erfahren. Über 50% der bewertenden Kategorien haben einen höheren Prioritätswert von 4,5. 4.1.2 Zusammenfassung des gegenwärtigen Ausmaßes aus Sicht aller Befragten Erhalten die Qualifikationen hohe Prioritäten, so zeigt sich bei der Einschätzung des Ausmaßes im gegenwärtigen naturwissenschaftsbezogenen Bildungsangebot ein anderes Bild (Abbildung 9). Die höchsten Werte erhalten dort vor allem Konzepte und Themen aus Alltag (Aussagenelement 2a) und Lebenswelt sowie naturwissenschaftliche (Teil-)Disziplinen und Perspektiven (Aussagenelement 2b). Kategorie (oder Aussagenbündel) Wert Unterrichtsbezogene Rahmenvorgaben 4,6 Grundlagen- bzw. Fachwissen 4,5 Chemische Reaktionen 4,4 Materie 4,3 Anorganische Chemie 4,3 Organische Chemie 4,1 Struktur, Funktion und Eigenschaften 4,1 Fachsprache 4,1 Humanbiologie 4,1 Genetik und Molekularbiologie 4,1 … … Fächerübergreifendes Lernen 2,4 Wertmaßstäbe und Ethik 2,4 Aktuelle naturwissenschaftliche Forschung 2,4 Kenntnisse über naturwissenschaftliche Berufe 2,3 Beruf 2,3 Berufe 2,3 Außerschulische Lernorte 2,2 Rollenspiele 2,0 Astronomie 1,9 Jahrgangsübergreifendes Lernen 1,7 Abbildung 9: Kategorien mit den jeweils 10 höchsten und niedrigsten Ausmaßen Das höchste Ausmaß entfällt auf die unterrichtsbezogenen Rahmenvorgaben (Aussagenelement 1). Bei dieser Kategorie handelt es sich um die einzige, die in der Bewertung von den Befragten in der Prioritätseinschätzung gesunken ist. Daraus kann geschlossen werden, dass die Mehrheit mit den unterrichtsbezogenen Rahmenvorgaben unzufrieden ist. Das gegenwärtige Ausmaß zeigt zudem, dass besonders Berufe nur wenig berücksichtigt werden. Auch methodische Aspekte wie Rollenspiele werden nur wenig eingebunden. Das Ausmaß von jahrgangsübergreifendem Lernen erhält die niedrigste Einschätzung.
4.1.3 Zusammenfassung der Prioritäten-Ausmaße-Differenz In diesem Abschnitt werden die Differenzen zwischen Priorität und gegenwärtiges Ausmaß dargestellt. Die Priorität-Ausmaß-Differenz ergibt sich aus dem Subtrahieren des Wertes der Ausmaße von dem Wert der Priorität (ΔX = XPriorität – XAusmaß). Dafür werden auch hier die Einschätzungen aller Expertengruppen ausgewertet. Bei den Differenzen zeigt sich, dass alle Kategorien in der Priorität höher eingeschätzt werden (Abbildung 10). Die Ausnahme ist die Kategorie „Unterrichtsbezogene Rahmenvorgaben“. Sie weist einen negativen Wert auf. Ein besonders hoher Anstieg ist im Aussagenelement „Qualifikationen“ erkennbar. Aussagenelement 2a und b steigen nur gering an. Kategorie (oder Aussagenbündel) Wert Fächerübergreifendes Lernen 2,3 Urteilsfähigkeit und Meinungsbildung 2,3 Kritisches Hinterfragen 2,3 Interdisziplinarität 2,2 Reflektiert und verantwortungsbewusst Handeln 2,2 Positive und negative Folgen technologischer Entwicklungen 2,2 Interesse der Schülerinnen und Schüler 2,1 Wertmaßstäbe und Ethik 2,1 Analysefähigkeit und Schlussfolgerungen ziehen 2,1 Gesellschaftliche Bezüge 2,0 … … Wissenschaft Biologie 0,3 Materie 0,2 Fachsprache 0,2 Fach- bzw. Grundlagenwissen 0,2 Chemische Reaktionen 0,2 Zoologie 0,2 Anorganische Chemie 0,2 Elektrodynamik 0,1 Mechanik 0,1 Unterrichtsbezogene Rahmenvorgaben -0,6 Abbildung 10: Priorität-Ausmaße-Differenz der einzelnen Kategorien mit den jeweils 10 höchsten und niedrigsten Werten In 12 Kategorien hat die Differenz eine Wert von 2 oder größer. In 18 Kategorien liegt die Differenz zwischen den Werten 0,5 bis 0,1. Die Prioritäten sind in 87 von 88 Kategorien mit einem höheren Wert belegt als die Werte des gegenwärtigen Ausmaßes. Betrachtet man jedoch die einzelnen Expertengruppen, so zeigen sich dort auch andere negative Differenzwerte (s. Anhang). Insgesamt zeigt sich in dieser Datenanalyse, dass das naturwissenschaftsbezogene Bildungsangebot gegenwärtig als sehr fachlich ausgerichtet wahrgenommen wird. Die wünschenswerte Ausrichtung von naturwissenschaftlichem Unterricht sollte nach Meinung der Befragten einen mündigen Bürger ausbilden. Besonders die Stärkung der Bewertungskompetenz (Urteilsfähigkeit und Meinungsbildung) sollte im Unterricht fokussiert werden, z.B. durch das Bearbeiten von gesellschaftlichen Themen.
4.2 Ergebnisse Teil 2 Der zweite Teil der zweiten Runde der Bremer Delphi-Studie werden jene Konzepte der naturwissenschaftlichen Bildung ermittelt, die von den Teilnehmerinnen und Teilnehmern als besonders wichtig erachtet werden. Die Konzepte werden über unterschiedliche Kombinationen von Kategorien (maximal 5 pro Aussagenelement) aus den fünf verschiedenen Aussagenelementen abgeleitet. Die Kategorien werden so kombiniert, wie sie die Befragten als wichtig (und/oder sinnvoll) erachten. Für die Teilnehmerinnen und Teilnehmer bestand die Möglichkeit bis zu 10 (identische) Formblätter des Abschnitts der Umfrage auszufüllen. Jedoch wurde dies nur in den seltensten Fällen genutzt. Tabelle 2: Übersicht über die drei Cluster mit deren Kategorien für eine wünschenswerte naturwissenschaftliche Grundbildung Expertengruppe Anzahl der Befragten Ausgefüllte Formblätter Schüler/innen 9 9 Lehrer/innen 28 28 Fachdidaktiker/innen 17 15 Fachwissenschaftler/innen 10 8 Sonstige 8 12 Gesamt 72 72 Durchschnittlich wurde insgesamt pro Teilnehmer bzw. Teilnehmerin ein Formblatt bzgl. der Kategorienkombination ausgefüllt (Tabelle 2). Die Anzahl der ausgefüllten Fragebögen ist den Expertengruppen sehr homogen verteilt. 4.2.1 Clusteranalyse aller Kategorien und Dendrogramm Um die Konzepte aus den verschiedenen Kombinationen zu ermitteln, wurde eine Auswertungssoftware für statistische Berechnungen herangezogen, um die Cluster erstellen zu können. Dabei werden die sehr unterschiedlichen Kategorien in immer homogenere Gruppen aufgeteilt. In der Clusteranalyse wurden die Kombinationen mit der höchsten Übereinstimmung zueinander zu Oberkategorien bzw. Cluster zusammengefasst. Mit der Ward-Methode wurde die optimale Clusteranzahl bestimmt. Die Cluster sollen dabei möglichst gleich sein und nur gering streuen. Als Heterogenitätsmaß dient die Fehlerquadratsumme als Varianzkriterium. Das Cluster-Verfahren nach Ward ist ein agglomeratives Verfahren, in dem zu Beginn jede Kategorie ein eigenes Cluster darstellt. Diese werden dann schrittweise zu immer größeren Clustern zusammengefasst bis schlussendlich ein übergeordnetes Cluster entsteht. In Abbildung 11 das Dendrogramm mit Ward-Verknüpfung aller Kategorien dargestellt. Schlussendlich wurden 80 Kategorien (ausgenommen wurde Aussagenelement IV „Methodische
Aspekte“) zu einem Cluster zusammengefasst. Auf der linken Seite im Dendrogramm sind alle Kategorien aufgeführt. Diese Kategorien wurden, wie sich von links nach rechts verfolgen lässt, weiter zusammengefasst in immer größere Cluster. Um nun die Daten zu interpretieren muss eine Partitionierung stattfinden. Auf welcher Höhe partitioniert werden kann, muss individuell entschieden werden. Wichtig ist, dass an der gleichen Stelle partitioniert wird und die Cluster eine möglichst ähnliche Größe (ähnliche Kategorienanzahlen) aufweisen. Es zeigen sich zunächst vier Cluster. Allerdings sind in diese nicht gleich groß. Ein Cluster erstreckt sich der Kategorie „Botanik“ bis „Motivation und Interesse“, ein zweites von „Medien/Aktuelles“ bis Kritisches Hinterfragen“, ein drittes von „Wissenschaft Biologie“ bis „Fach-/Grundlagenwissen“ und ein letztes Cluster von „Aktuelle naturwissenschaftliche Forschung“ bis „Interesse der Schülerinnen und Schüler“. Das zweite Cluster ist mit 8 Kategorien sehr klein und wird dem ersten Cluster mit angeschlossen. Das bedeutet, dass die Partitionierung, also die Gruppenunterteilung an der gleichen Stelle, nicht eingehalten werden kann. Letztlich bietet sich für die Analyse eine Drei-Cluster-Lösung an. Diese wird im Folgenden näher erläutert.
Abbildung 11: Dendrogramm mit Ward-Verknüpfung aller Kategorien
Die drei Cluster erstrecken sich jeweils von den Kategorien „Botanik“ bis „Kritisches Hinterfragen“,
„Wissenschaft Biologie“ bis „Fach-/Grundlagenwissen“ und „Aktuelle naturwissenschaftliche
Forschung“ bis zu den „Interessen der Schülerinnen und Schüler“. Das erste Cluster ist sehr groß
gefasst (mit 50 Kategorien), während Cluster 2 und 3 eine ähnliche Kategoriengröße (15 bzw. 23)
aufweisen (Tabelle 2).
Tabelle 2: Übersicht über die drei Cluster mit deren Kategorien für eine wünschenswerte
naturwissenschaftliche Grundbildung
Cluster I Cluster II Cluster III
Situation, Unterrichtsb. Rahmenvorgaben Wissenschaft Biologie Alltag
Kontexte, Medien/Aktuelles Wissenschaft Chemie Intellekt. Pers.-bildung
Weltweites Umfeld Wissenschaft Physik Aufk./Allg. Pers.-bildung
Motive
Gesundheit/Medizin Natur/Naturphänomene
Emotion. Persönlichkeitsentw. Interessen der SuS
Technik/Technologie Interdisziplinarität
Außerschulische Lernorte
Beruf
Themen, Botanik Geschichte der NW Aktuelle nw. Forschung
Inhalte, Zoologie Grenzen nw. Erkenntnis Modelle
Entwicklung/Wachstum Energie Stoffe im Alltag
Disziplinen
Geowissenschaften Chemische Reaktionen Humanbiologie
Neurobiologie Organische Chemie Biochemie
Astronomie Materie/Teilchenkonz. Struktur/Funkt./Eigen.
Mikrobiologie Anorganische Chemie Nw. Arbeiten
System Pos./neg. Folgen technolog.
Atom-/Kernphysik, Entwickl.
Wechselwirkung Wertmaßstäbe/Ethik
Analytische Chemie Interdisziplinarität
Mechanik
Elektrodynamik
Thermodynamik
Technische Geräte
Industrielle Verfahren
Berufe/Berufsbilder
Sicherheit und Risiken
Fachsprache
Mathematische Bezüge
Evolutionsbiologie
Genetik/Molekularbiologie
Umwelt, Stoffkreisläufe
Ökologie
Ernährung
Medizin/Gesundheit
Qualifikation, Emotionale Fähigkeiten NW-Fragen/Hypothesen Kommunikative Fähigkeiten
Kompetenz Recherchieren Experimentierfähigkeit Anwendung/Transfer
Textverst./Lesekompet. Wahrnehmen/Beobachten Zusammenhänge verstehen
Kenntnisse über nw. Berufe Analysefähigkeit Gesellschaftliche Bezüge
Sozialkompet./Teamfähigk. Fach-/Basiswissen Urteilsfähigk./Meinungsild.
Motivation und Interesse
Kritisches Hinterfragen4.2.2 Ableitung und Beschreibung der Konzepte aus der gesamten Clusteranalyse
Auf Basis der durchgeführten Clusteranalyse werden nun die drei Konzepte genauer beschrieben. Die
Daten überschneiden sich in vielen Bereichen mit den Ergebnissen der Clusteranalyse der Freien
Universität Berlin (FUB) und der Alpen-Adria Universität Klagenfurt (AAU).
Es werden nun die Konzepte beschrieben, die sich auch bei den anderen deutschsprachigen Partnern
(FUB und AAU) wiederfinden lassen (Bolte &Schulte, 2012; Römer, Dulle & Rauch, 2012).
Konzept I: Schülerinnen und Schüler für Naturwissenschaften in schulischen als auch
außerschulischen Situationen mit Hilfe von gegenwärtigen (aktuellen), weltweit
relevanten, gesellschaftlichen und beruflichen Kontexten sensibilisieren
Das erste Konzept zeigt, dass das Auseinandersetzen mit Naturwissenschaften zur emotionalen
Persönlichkeitsbildung und zu sozialen Kompetenzen wie Teamfähigkeit führen soll. Diese
Entwicklung lässt sich über aktuelle, das weltweite Umfeld betreffende und gesellschaftliche
Kontexte im Rahmen schulischer als auch außerschulischer Lernangebote stärken. Außerdem sollen
berufliche Orientierungen mit berücksichtigt werden.
Mit dem Heranziehen von gegenwärtigen, globalen und gesellschaftlichen Kontexten sollen die
(Basis-)Konzepte und Themen wie beispielsweise ökologische und medizinisch-gesundheitliche
Inhalte verstärkt berücksichtigt werden. Auf den Kompetenzerwerb entfallen besonders „Basis“-
Kompetenzen wie Text- und Leseverständnis und das recherchieren von Informationen. Doch auch
das kritische Hinterfragen fokussiert werden. Dies bietet sich besonders bei medialen Berichten zu
Umweltthematiken an.
Konzept II: Vermittlung und Stärkung eines naturwissenschaftlichen Grundlagenwissens der
Schülerinnen und Schüler unter besonderer Berücksichtigung des
naturwissenschaftlichen Arbeitens in allen naturwissenschaftlichen Disziplinen
Das zweite Konzept fokussiert das praktische Arbeiten besonders im Rahmen chemische Themen
bzw. Disziplinen. Gerade die Experimentierfähigkeit soll das Wahrnehmen und Beobachten der
Schülerinnen und Schüler fördern. Aus gemachten Beobachtungen sollen auch Schlussfolgerungen
gezogen werden und die Analysefähigkeit gestärkt werden. Damit sollen die Grundlagen der drei
Wissenschaftsdisziplinen Biologie, Chemie und Physik verdeutlicht werden. Vor allem im Bereich um
das Thema „Energie“ lässt sich diese Kompetenz fördern. Alle drei Naturwissenschaftsbereiche
beleuchten dieses Thema. Mit solchen Themen und Inhalten wie kann das fachliche
Grundlagenwissen in der gestärkt werden. Die drei Wissenschaftsdisziplinen Biologie, Chemie und
Physik sollen einen Beitrag leisten, dass Schülerinnen und Schüler naturwissenschaftliche Fragen
formulieren und Hypothesen aufstellen können. Es sollen dabei auch die Grenzen der
naturwissenschaftlichen Erkenntnis, z.B. im Hinblick auf die Geschichte der Naturwissenschaften,
aufgezeigt werden. So wird deutlich, dass manche Theorien sich mit den Jahren und der technischen
Weiterentwicklung auch immer wieder erneuert haben oder widerlegt werden konnten. Bei diesem
Cluster handelt es sich um eine eher traditionelle Vermittlung von naturwissenschaftlichen Inhalten,
bei der das Experimentieren einen wichtigen Platz hinsichtlich der Erkenntnisgewinnung einnimmt.Konzept III: Allgemeine naturwissenschaftliche Bildung und Interessensförderung im Kontext von
Natur, Alltag und Lebenswelt im interdisziplinären Unterricht
Das dritte Konzept beruht auf den Kategorien „Aktuelle naturwissenschaftliche Forschung“ bis
„Interessen der Schülerinnen und Schüler“. Hierbei stehen besonders allgemeine“ Qualifikationen“
und Kompetenzentwicklungen im Vordergrund. Dabei lässt sich interpretieren, dass durch Alltags-
und Gesellschaftsbezüge ein Beitrag zur allgemeinen Persönlichkeitsbildung geleistet wird. Um dieses
Ziel zu erreichen, werden auch die Interessen der Schülerinnen und Schüler herangezogen. Mit der
Themenbeschäftigung aus Alltag und Gesellschaft werden besonders die Kommunikations- und
Bewertungskompetenz gefördert. Als mündiger und aufgeklärter Bürger kann zudem das eigene,
verantwortungsbewusste Handeln besser reflektiert werden. Mit der Themenwahl aus der
natürlichen und alltäglichen Lebenswelt wird verdeutlicht, wie Forschung, Anwendungen und
Naturphänomene das gemeinschaftliche Leben prägen. Eine Abkehr vom Lehren und Lernen der
einzelnen naturwissenschaftlichen Fächer (Chemie, Biologie und Physik) ist notwendig, um in einem
interdisziplinären Unterricht ein allgemeines Verständnis über naturwissenschaftliche
Zusammenhänge zu entwickeln und vermitteln, die angewendet oder auf neue Situationen
transferiert werden können.
Für diese konzeptionelle Ausrichtung naturwissenschaftlicher Bildung gehört auch die
Auseinandersetzung mit ethischen Wertmaßstäben, beispielsweise durch das Thematisieren von
positive und negative Folgen technologischer Entwicklungen, bei der die eigene Urteilsfähigkeit und
Meinungsbildung gestärkt wird. Dazu gehört es auch andere Standpunkte und Meinungen
kennenzulernen und Argumente abwägen zu können. Dies wird besonders durch gesellschaftliche
Bezüge und Alltagskontexte gefördert, die interdisziplinär unterrichtet werden – z.B. in Form von
Biochemie.
4.2.3 Clusteranalyse von 60 Kategorien und Dendrogramm
In Abbildung 12 ist ein weiteres Dendrogramm mit Ward-Verknüpfung aller Kategorien aufgeführt.
Dabei wurden 60 Kategorien zu einem Cluster zusammengefasst, da sich die Konzepte der FUB auf
diese geringere Anzahl beziehen. Neben dem Aussagenelement IV „Methodische Aspekte“ wurde
hier auch primär Aussagenelement IIb „Naturwissenschaftliche (Teil-)Disziplinen und Perspektiven“
weggelassen, da viele dieser Kategorien sich auf eines der naturwissenschaftlichen Fächer bezieht
und damit für eine Verzerrung der Ergebnisse sorgen könnte. Es wäre möglich, dass ansonsten die
Konzepte der Clusteranalyse auf Grundlage der spezifischen naturwissenschaftlichen Fächer
(Biologie, Chemie und Physik) gegründet wurden. Um dies zu umgehen, wurden die Clusteranalyse
mit einem reduzierten Datensatz erneut durchgeführt.
Kategorien, die offensichtlich nur einem naturwissenschaftlichen Fach zugeordnet werden können,
wurden in der zweiten Analyse entfernt. Dies betraf folgende Kategorien:
Wissenschaft Biologie, Wissenschaft Chemie, Wissenschaft Physik, Botanik, Zoologie, Humanbiologie,
Genetik/Molekularbiologie, Evolutionsbiologie, Neurobiologie, Ökologie, Mikrobiologie, Allgemeine
und anorganische Chemie, Organische Chemie, Analytische Chemie, Biochemie, Thermodynamik,
Elektrodynamik, Atom-/Kernphysik und Astronomie.Das modifizierte Dendrogramm ist in Abbildung 12 dargestellt. Es zeigen sich zunächst vier Cluster,
die jedoch deutlich schwieriger zu interpretieren sind. Erneut sind in die Cluster nicht gleich groß. Ein
Cluster erstreckt sich der Kategorie „Entwicklung/Wachstum“ bis „Berufsbilder“, ein zweites von
„Weltweites Umfeld“ bis „Technik/Technologie“, ein drittes von „Materie/Teilchenkonzept“ bis „NW
im fächerübergreifenden Wissenschaftsbetrieb“ und ein letztes Cluster von „Wertmaßstäbe/Ethik“
bis „Aktuelle naturwissenschaftliche Forschung“.
Damit die Cluster möglichst gleich sind und nur gering streuen, wurden die Bereiche neu
Clusterabschnitte neu zusammengefasst, denn so stellt z.B. das zweite Cluster mit 6 Kategorien eine
sehr kleine Gruppierung und wird dem ersten Cluster mit angeschlossen. Somit stellt der gesamte
erste Zweig im Dendrogramm ein einziges Cluster dar. Die Partitionierung, also die
Gruppenunterteilung an identischer Stelle, erfolgt im zweiten Ast nicht an gleicher Stelle wie beim
ersten Cluster. Der zweite Zweig wird in drei Cluster geteilt, so dass letztlich vier Cluster aus dem
Dendrogramm mit ähnlicher Größe hervorgehen. Grundsätzlich ist die Clustergröße nun aber besser
als bei der vorherigen Analyse mit den 80 Kategorien. Das zweite Cluster erstreckt sich von der
Kategorie „Materie/Teilchenkonzept“ bis „NW im fächerübergreifenden Wissenschaftsbetrieb“. Das
dritte Cluster ergibt sich aus den Kategorien „Wertmaßstäbe/Ethik“ bis „Interessen der Schülerinnen
und Schüler“. Das letzte Cluster verläuft von „Medizin/Gesundheit“ bis „Aktuelle
naturwissenschaftliche Forschung“.
Die Kategorien der einzelnen Cluster sind aus Gründen der Übersichtlichkeit aufgeführt und in die
drei Kernaussagenelemente geordnet (Tabelle 3).
Tabelle 3: Übersicht über die vier Cluster mit den gefilterten Kategorien für eine wünschenswerte
naturwissenschaftliche Grundbildung
Cluster I Cluster II Cluster III Cluster IV
Situation, Unt. Rahmenvorgaben Aufk./Allg. Pers.-bildung Intellekt. Pers.-bildung Medizin/Gesundheit
Kontexte, Außerschul. Lernorte NW im Fächerübergriff Natur/-phänomene Medien/Aktuelles
Emot. Pers.-bildung Interessen der SuS Alltag
Motive
Berufe Gesellschaftl. Bezüge
Weltweites Umfeld
Technik/Technologie
Themen, Entwickl./Wachstum Materie/Teilchenkonz. Wertmaßstäbe/Ethik Gesundheit/Medizin
Inhalte, Geowissenschaften Chem. Reaktionen NW-Arbeiten Umwelt
Technische Geräte Energie Interdisziplinarität Sicherheit/Risiken
Disziplinen
System Geschichte der NW Modelle Ernährung
Mathemat. Bezüge Pos./neg. Folgen Fachsprache Aktuelle NW-Forsch.
Industrielle Verfahren Struktur/Funktion/Eig.
Berufe/Berufsbilder Stoffe im Alltag
Wechselwirkung
Stoffkreisläufe
Qualifikation, Emot. Fähigkeiten Experimentierfähigkeit Reflektiert Handeln Krit. Hinterfragen
Kompetenz Kenntnisse NW-Berufe Wahrnehmen/Beob. Anwendung/Transfer Fach-/Basiswissen
Recherchieren Analysefähigkeit Zusammenhänge verst. Sozialkompetenz
Textverst./Lesekomp. NW-Fragen/Hypothesen Motivation/Interesse Selbstständ. Arbeiten
Urteilsfähigkeit/Mein.
KommunikationAbbildung 12: Dendrogramm der gefilterten Kategorien
4.2.4 Ableitung und Beschreibung der Konzepte aus der gefilterten Clusteranalyse
Konzept I: Sensibilität für Naturwissenschaften in weltweit relevanten, technischen und beruflichen
Kontexten sowohl in schulischen als auch außerschulischen Situationen
Das erste Konzept „Sensibilität für Naturwissenschaften weltweit relevanten, technischen und
beruflichen Kontexten in sowohl schulischen als auch außerschulischen Situationen“ verdeutlicht,
dass die Beschäftigung mit Naturwissenschaften einen Beitrag zur emotionalen
Persönlichkeitsbildung leistet, wenn diese Beschäftigung auf weltweit-bezogene Kontexte mit
technischen Schwerpunkten konzentriert ist und sie im Rahmen schulischer oder
außerschulischer Lernangebote berufliche Orientierungsmöglichkeiten bietet (Bolte &Schulte,
2012; Römer, Dulle & Rauch, 2012). Die Eindrücke, die eine Person in Auseinandersetzung mit
Themen aus ihrem Umfeld und den damit verbundenen naturwissenschaftlichen Fragestellungen
erfährt, prägen sowohl das Empfindungsvermögen der Person als auch ihre Einstellungen
gegenüber den Naturwissenschaften (Bolte &Schulte, 2012; Römer, Dulle & Rauch, 2012). Die
Auseinandersetzung mit naturwissenschaftlichen Sachverhalten und Phänomenen aus
außerschulischen Erfahrungsfeldern fördert zudem das bewusste Erleben
naturwissenschaftlicher Phänomene. Auf diese Weise wird (wissenschaftliches und exaktes)
Beobachten geschult und die Wahrnehmungsfähigkeit geschärft. Darüber hinaus werden
berufsrelevante Kompetenzen gefördert; zu nennen ist dabei auch die Informationsrecherche
unterschiedlicher Informationsquellen, was eng mit Lesekompetenzen und Textverständnis
verknüpft ist, um die Informationen zu filtern. Anregungen für diese Art der Beschäftigung und
Bildung bieten vor allem weltweite Themen wie Klimawandel, aber auch technische Verfahren,
die sehr aufwendig sind, und Berufschancen in den Naturwissenschaften. So wird erlebbar, wie
Entwicklungen mit Anwendungen in Industrie und Technik verknüpft sind, wie diese
Anwendungen die Welt verändert haben und die Welt nach wie vor verändern und wie sie das
berufliche Leben prägen (Bolte &Schulte, 2012; Römer, Dulle & Rauch, 2012).
Konzept II: Aufklärung und allgemeine naturwissenschaftliche Bildung durch interdisziplinaren
Unterricht im Kontext vom naturwissenschaftlichen Arbeiten
Im zweiten Konzept soll die allgemeine naturwissenschaftliche Bildung durch naturwissenschaftliche
Basiskonzepte im Rahmen naturwissenschaftlichen Arbeitens gefördert werden. Die
Experimentierfähigkeit inklusive des Beobachtens, das Analysieren und das Formulieren von Fragen
und/oder Hypothesen sollte durch das Durchführen von Versuchen z.B. zu chemischen Reaktionen
gestärkt werden. Auch fächerübergreifende Inhalte wie Energie und Materie/Teilchenkonzept leisten
dazu einen Beitrag. Zu einer allgemeinen naturwissenschaftlichen Bildung gehören aber auch positive
und negative Folgen technologischer Entwicklungen, die in der Geschichte der Naturwissenschaften
immer wieder aufgetreten sind. Diese Entwicklungen sollten in einem fächerübergreifenden
Naturwissenschaftsunterricht gut thematisiert werden, um auch Einseitigkeiten zu vermeiden.
Oftmals hat besonders das Fach Chemie ein eher negatives Image, weil in den Medien z.B. über
Chemieunfälle berichtet. Dabei weist die Chemie auch viele Entwicklungen auf, die dazu beitragen,
dass z.B. die Umwelt weiter geschont wird.Konzept III: Intellektuelle Bildung durch interdisziplinäre, naturwissenschaftliche Themen und
Interessenförderung der Schülerinnen und Schüler durch Kontexte aus Alltag und
Lebenswelt
Das dritte Konzept beschreibt, dass eine Auseinandersetzung mit der Natur und Naturphänomenen,
„mit ihrer Fachsprache, ihren Methoden, ihren grundlegenden Konzepten sowie mit ihren
interdisziplinären Zusammenhängen, Erkenntnissen und Perspektiven eine intellektuelle Bereicherung
darstellt, die die intellektuelle Persönlichkeitsbildung zu fördern vermag“ (Römer, Dulle & Rauch,
2012, S. 42). Damit soll ein Beitrag zum Erwerb eines soliden naturwissenschaftsbezogenen
Verständnisses geleistet werden, dass ein reflektiertes und verantwortungsbewusstes Handeln
hervorruft. Das das Verstehen von Zusammenhängen sollte, wenn möglich, dann auch neue Inhalte
angewendet und/oder transferiert werden. Die Beschäftigung mit Fragen und Themen aus dem
Alltag und der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler soll die Motivation und das Interesse an den
Naturwissenschaften fördern. Das Einbeziehen aktueller naturwissenschaftlicher Forschung ist
wesentlich. Sie zeigt auf, wie Erkenntnisse und Methoden, sowohl in der naturwissenschaftlichen
Forschung als auch in deren Anwendung, die naturwissenschaftlichen Disziplinen ergänzen und
voranbringen und wie naturwissenschaftliche Forschung inzwischen interdisziplinär miteinander
verknüpft ist. Diese Erkenntnisse werden oftmals in Modellen abgebildet, die im Unterricht
aufgegriffen werden sollten. In der heutigen naturwissenschaftlichen Forschung spielen auch
Wertmaßstäbe und ethische Fragen eine wesentliche Rolle. Diese naturwissenschaftlichen
Zusammenhänge zu verstehen, gerade im Bezug auch auf die Interessen der Schülerinnen und
Schüler, sollte für ein reflektiertes und verantwortungsbewusstes Handeln sorgen.
Konzept IV: Meinungsbildung und kritisches Hinterfragen von Kontexten aus dem Alltag und
aktuellen Ereignissen, die in den Medien thematisiert und in der Gesellschaft diskutiert
werden
Das vierte Konzept „Meinungsbildung und kritisches Hinterfragen von aktuellen Ereignissen, die in
den Medien thematisiert werden, und Alltag“ beruht auf den Kategorien „Medizin/Gesundheit“ bis
„Aktuelle naturwissenschaftliche Forschung“. Hierbei stehen besonders “Qualifikationen“ und
Kompetenzentwicklungen im Vordergrund, die eine mündige Bürgerin/einen mündigen Bürger
heranziehen. Dabei lässt sich interpretieren, dass diese Förderung besonders durch Alltags- und
Gesellschaftsbezüge ein Beitrag erzielt wird. Mit der Themenbeschäftigung aus Alltag und
Gesellschaft werden besonders die Kommunikations- und Bewertungskompetenz gefördert. Mit der
Themenwahl aus aktuellen Anlässen und alltäglichen Lebenswelt wird verdeutlicht, wie Forschung,
Anwendungen und Naturphänomene das gemeinschaftliche Leben prägen. Eine Abkehr vom Lehren
und Lernen der einzelnen naturwissenschaftlichen Fächer (Chemie, Biologie und Physik) ist
notwendig, um in einem interdisziplinären Unterricht ein allgemeines Verständnis über
naturwissenschaftliche Zusammenhänge zu entwickeln und vermitteln, die angewendet oder auf
neue Situationen transferiert werden können. Für diese konzeptionelle Ausrichtung
naturwissenschaftlicher Bildung gehört auch die Auseinandersetzung mit ethischen Wertmaßstäben,
beispielsweise durch das Thematisieren von Sicherheit und Risiken, bei der die eigene Urteilsfähigkeit
und Meinungsbildung gestärkt wird. Dazu gehört es auch andere Standpunkte und Meinungen
kennenzulernen und Argumente abwägen zu können. Dies wird besonders durch gesellschaftlicheSie können auch lesen
