Modelle der fachdidaktischen Entwicklungsforschung

Die chemiedidaktische Lehr-Lern-Forschung konnte bereits frühzeitig auf ein breites Spektrum anerkannter Methoden aus der empirischen Sozialforschung zurückgreifen und theoriebasierte Modelle und Konzepte (z.B. aus der Pädagogik oder Psychologie) für ihre Untersuchungen zugrunde legen. Hierdurch etablierte sie sich von Beginn an als wissenschaftliche Disziplin und begründete mit ihren Nachbardisziplinen der Physik- und Biologiedidaktik eine gemeinsame forschungsmethodische Basis [1]. Eine solche Anerkennung fehlte der Entwicklungsforschung lange Zeit, da ihr vorgeworfen wurde, sich methodisch zu stark an ihre Fachdisziplin (Chemie) zu orientieren und Erkenntnisse auf Basis singulärer Erfahrungen zu verallgemeinern statt diese in empirischen Untersuchungen zu validieren [2]. Als Reaktion auf diese Kritik wurden verschiedene Modelle für die Entwicklungsforschung entwickelt, welche sich hinsichtlich der Ziele unterscheiden. Nachfolgend werden vier ausgewählte Modelle kurz präsentiert, um einen Überblick zu verschaffen. Für eine detaillierte Beschreibung der jeweiligen Modelle sei auf die zitierten Quellen verwiesen.

Das Modell der Didaktischen Rekonstruktion [3]

Das Modell der Didaktischen Rekonstruktion (Abb. 1) ist für die Planung von Unterricht sowie die Konstruktion von Lernumgebungen vorgesehen und setzt die Lernerperspektiven in den Mittelpunkt. Diese sind der Ausgangspunkt für das Entwicklungsvorhaben und werden in Bezug gesetzt mit der fachlichen Klärung, also der Analyse der Grundbegriffe und elementaren Ideen des jeweiligen Sachverhaltes. Im Anschluss wird der Unterrichtsinhalt didaktisch rekonstruiert, das heißt die Beziehungen zwischen der erarbeiteten Sachstruktur und den (erhobenen) Lernerperspektiven sind bestimmend für die Erstellung der Unterrichtsplanung bzw. Lernumgebung.

Partizipative Fachdidaktische Aktionsforschung [2]

Das Modell der Partizipativen Fachdidaktischen Aktionsforschung (Abb. 2) sieht vor, dass Personen aus der Praxis (i.d.R. Lehrkräfte) in einem iterativen Prozess von Entwicklung, Praxiserprobung, Evaluation und Reflexion bzw. Überarbeitung partizipativ mit Wissenschaftler*innen zusammenarbeiten. Eilks und Ralle empfehlen dabei, den Forschungszyklus mindestens dreimal zu durchlaufen und bei jeder Iteration die Entwicklung und Evaluation fundierter und breiter anzulegen. Das Modell sieht auch vor, dass die Ergebnisse und Konzeptionen bereits während des Forschungsprozesses (z.B. über Weiterbildungen) nach außen verbreitet werden. Dabei sollen auch allgemeine Erkenntnisse (z.B. über den Lehr-Lern-Prozess) erlangt werden, die vom spezifischen Unterrichtsgegenstand unabhängig sind.

Design Based Research [4]

Design-Based Research (DBR) ist ein forschungsmethodischer Ansatz, der die Entwicklung und Untersuchung von Lernumgebungen miteinander verbindet. Im Vordergrund steht die Frage, wie theoretisch begründete Gestaltungsentscheidungen in realen Unterrichtssituationen wirken und wie sie auf Basis empirischer Befunde weiterentwickelt werden können. DBR ist damit sowohl ein Forschungs- als auch ein Entwicklungsprozess.
Charakteristisch für DBR ist die enge Verzahnung von Theorie, Praxis und empirischer Analyse. Ausgehend von einem konkreten Problemfeld werden prototypische Interventionen entwickelt, erprobt und in mehreren Iterationsschritten systematisch überarbeitet. Die Zyklen folgen dabei typischerweise den Phasen Analyse – Design – Erprobung – Evaluation – Revision. Durch diese Wiederholungen entstehen sowohl verbesserte Praxislösungen als auch theoretische Modelle, die das Lernen in spezifischen Kontexten beschreiben und erklären.
DBR nutzt methodische Vielfalt und kombiniert qualitative und quantitative Zugänge je nach Fragestellung. Besonders bedeutsam ist die Kooperation zwischen Forschung und Bildungspraxis: Lehrkräfte, Lernende und Forschende arbeiten gemeinsam an der Gestaltung und Weiterentwicklung der Intervention. Dadurch gewährleistet DBR eine hohe Passung zwischen theoretischer Modellierung und schulischer Realität.

Curriculare Innovationsforschung [5]

Nach Tausch lässt sich die Curriculare Innovationsforschung zusammenfassen als „die didaktische Erschließung aktueller und zukunftsträchtiger Themen aus Wissenschaft, Technik, Umwelt und Leben“ (Abb. 3) [5]. Der gesamte Prozess umfasst die Erforschung neuer experimenteller Zugänge, deren Einbindung in didaktische Konzepte, die Erstellung entsprechender Begleitmedien, die Entwicklung von Unterrichtsdesigns sowie die Evaluation und Optimierung der Entwicklungsergebnisse in Feedback-Schleifen. Insbesondere im letzten Punkt sieht Tausch Bezüge zum Modell der Didaktischen Rekonstruktion [6] und bezeichnet die Curriculare Innovationsforschung als Synthese aus wissenschaftlicher Grundlagenforschung und angewandter Forschung in der Chemiedidaktik, deren Notwendigkeit er wie folgt legitimiert:

„Da sich aber sowohl die Inhalte des Chemieunterrichts als auch die Methoden und Medien, nach denen bzw. mit denen Chemie vermittelt wird, so rasch wie kaum in einem anderen Schulfach und mit steigender Geschwindigkeit ändern, ist es für den Chemieunterricht motivierend, für die Allgemeinbildung förderlich und gesellschaftspolitisch notwendig, die Beiträge der Chemie bei der Lösung globaler Herausforderungen des 21. Jahrhunderts (Stichworte: Energie, Ernährung, Wasser, Klima, Mobilität) hervorzuheben. Dafür ist curriculare Innovationsforschung in der Fachdidaktik notwendig.“ [5].

Fachdidaktische Transferforschung [7],[8], [9]

Das von Wilke vorgeschlagene Modell der Fachdidaktischen Transferforschung (Abb. 4) fokussiert analog zur Curricularen Innovationsforschung den Transfer aktueller fachwissenschaftlicher Erkenntnisse in die Schule. Hierzu verbindet es implizit die Grundgedanken der drei zuvor genannten Modelle. Explizit ausformuliert lässt es sich wie folgt darstellen (interpretiert nach [8]):

1. Bezug zur Didaktischen Rekonstruktion
   Aktuelle Forschungsthemen sind aufgrund ihrer Komplexität und Spezialisierung i.d.R. für Lernende anspruchsvoll und schwer zu verstehen. Daher sollten – analog zum Modell der Didaktischen Rekonstruktion – die Lernerperspektiven zu den grundlegenden Aspekten des Forschungsthemas berücksichtigt bzw. erhoben werden.
   
   
2. Bezug zur Curricularen Innovation
   Aktuelle Forschungsarbeiten verwenden i.d.R. Chemikalien und Ausstattung, welche aus Kostengründen oder Sicherheitsbedenken nicht in der Schule angewendet werden können. Zudem fehlt es in der Schule meistens an entsprechenden Analysemethoden für die Charakterisierung von Stoffen oder Prozessen. Daher sollte die Fachdidaktik bei der experimentellen Entwicklung gemäß der Curricularen Innovationsforschung eng mit der Fachwissenschaft zusammenarbeiten.
   
   
3. Bezug zur Partizipativen Aktionsforschung
   Zwar sind viele Lehrkräfte motiviert, aktuelle Forschungsthemen in ihren Unterricht aufzunehmen, allerdings erfahren sie Barrieren in Form von unzureichendem Fachwissen, unzureichender Ausstattung und/ oder unzureichender Unterrichtszeit. In Anlehnung an die Partizipative Aktionsforschung sollten Lehrkräfte frühzeitig in den Entwicklungsprozess mit einbezogen werden, um die Barrieren für den schulischen Transfer zu minimieren.

Wilke betont zudem die Rolle eines Schülerlabors als Schlüsselposition zwischen Forschung und Schule, das als idealer Lernort die Akteure aus allen drei Gruppen (Forschende, Lehrende, Lernende) zusammenbringt. Auf diese Weise wirkt das Schülerlabor als „Katalysator“ für den fachdidaktischen Transfer, da es ein „rapid prototyping“ – also die schnelle Generierung von prototypischen Experimenten und Lernmaterialien – ermöglicht [8].

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Literatur

1. D. Krüger, I. Parchmann, und H. Schecker, Methoden in der naturwissenschaftsdidaktischen Forschung. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg Imprint Springer Spektrum, 2014.
2. I. Eilks und B. Ralle, „Partizipative Fachdidaktische Aktionsforschung. Ein Modell für eine begründete und praxisnahe curriculare Entwicklungsforschung in der Chemiedidaktik“, CHEMKON, Bd. 9, Nr. 1, S. 13–18, 2002, doi: 10.1002/1521-3730(200201)9:1<13::AID-CKON13>3.0.CO;2-5.
3. S. Reinfried, C. Mathis, und U. Kattmann, „Das Modell der Didaktischen Rekonstruktion. Eine innovative Methode zur fachdidaktischen Erforschung und Entwicklung von Unterricht“, 2009, doi: 10.25656/01:13710.
4. M. W. Tausch, „Curriculare Innovation“, Prax. Naturwissenschaften – Chem. Sch., Bd. 53, Nr. 8, S. 18–21, 2004.
5. M. Tausch, „Chemiedidaktik – Wissenschaft der Chemie-Lehrenden“, in Chemie mit Licht: Innovative Didaktik für Studium und Unterricht, M. Tausch, Hrsg., Berlin, Heidelberg: Springer, 2019, S. 35–53. doi: 10.1007/978-3-662-60376-5_3.
6. I. Parchmann, S. Schwarzer, T. Wilke, M. Tausch, und T. Waitz, „Von Innovationen der Chemie zu innovativen Lernanlässen für den Chemieunterricht und darüber hinaus“, CHEMKON, Bd. 24, Nr. 4, S. 161–164, 2017, doi: 10.1002/ckon.201790001.
7. R. Saadat, B. Bartram, und T. Wilke, „Made to measure: Easy Synthesis and Characterization of Nanocomposites with Tailored Functionalities for Chemistry Education“, World J. Chem. Educ., Bd. 7, Nr. 2, Art. Nr. 2, Juni 2019, doi: 10.12691/wjce-7-2-5.
8. M. Petersen u. a., „Hydrogen Evolution Reaction with Sunlight for School Chemistry Education“, World J. Chem. Educ., Bd. 9, Nr. 4, Art. Nr. 4, Nov. 2021, doi: 10.12691/wjce-9-4-12.
9. T. Wilke, M. Petersen, und A. Fruntke, „Wissen aus dem Labor unterrichtsgerecht aufbereiten“, Nachrichten Aus Chem., Bd. 72, Nr. 2, S. 8–11, 2024, doi: 10.1002/nadc.20244139387.

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