Documentation in chemistry teaching - a theory based report of practice; Der Dokumentier-Führerschein - Theoriegestützter Praxisbericht

Martina Cavelti, Wolfgang Bührer, Thomas Berset

Abstract


A research plan using a design-based research approach for the development of a set of tasks for the in introduction of documentation in chemistry teaching - a theory-based report of practice

ABSTRACT

Research background: The new science curriculum 21 (LP21), as well as HarmoS and SWiSE, demand teaching documentation competences from primary and secondary I school teachers in Switzerland; however, available teaching materials rarely help teacher to fulfil these competencies. In contrast to the state of available teaching materials, an analysis of the literature shows the great potential of documentation for effective science learning. 

Purpose: The goal of our Design-Based Research is to develop a set of tasks that help teacher to build up the documentation competencies of their students.  Additionally, this set of tasks can be used as a measurement and research instru-ment to study students’ documentation competencies.

Methods: We performed a literature research to record the current state of research regarding the efficacy of documen-tation associated with science learning.  Subsequently, we developed a set of tasks according to Wilhelm, Luthiger and Wespi (2014) using a Design-Based Research approach. This set of tasks will be optimized in the future design process.

Results:
We developed a set of tasks that promotes graphic, written and oral documentation of different chemical experiments conducted by students in the context of the science inquiry cycle. The set is currently being tested with a group of 66 students at secondary school level one.

Discussion:
Scientific documentation includes aspects of practical scientific work as well as aspects regarding the reflection of scientific results. While working through the competence-oriented set of tasks ‘Dokumentier-Führerschein’, the students also gain competences in documentation of different phases in the research cycle. The intended prototype will be composed of the following elements: teaching materials (tested), learning objectives, teacher’s commentary, student assessments (formative and summative), questionnaire to evaluate student’s motivation for science education and an evaluation tool to measure competencies in performing inquiry based science experiments. Along with the alpha version of the set of tasks, we will develop specific research questions that will be explored in during the development of the beta version of the ‘Dokumentier-Führerschein’.
The sophisticated development of the set of tasks and the accompanying materials will also help to develop teachers’ own documentation competences. These may be helpful to develop and improve teaching modules at university colleg-es of science education.

Der Dokumentier-Führerschein ein Forschungsplan zur Entwicklung von Aufgabensets zur Einführung des Dokumentierens im Chemie-Unterricht im Design-Based Research Ansatz - Theoriegestützter Praxisbericht

ABSTRACT

Hintergrund: Der neue Lehrplan 21 (LP21) wie auch HarmoS und SWiSE fordern von den Lehrpersonen unter anderem Dokumentierkompetenzen zu vermitteln. Lehrmittel enthalten jedoch oft nur punktuell Hilfestellungen für Lehrpersonen, um diese Forderung umzusetzen. Eine Literaturübersicht zeigt die Wirksamkeit des Dokumentierens für den Naturwissenschaftlichen Unterricht auf der Sekundarstufe I. 

Zweck: Das sich in Entwicklung befindende Aufgabenset ‚Dokumentier-Führerschein’ ist als Hilfsmittel für Lehrpersonen gedacht, um Dokumentierkompetenzen der Schülerinnen und Schüler integral mit Chemiekompetenzen aufzubauen. Desweitern können damit Dokumentierkompetenzen der Lernenden erfasst und erforscht werden.  

Methoden: Der derzeitige Stand der Forschung zur Wirksamkeit des Dokumentierens im naturwissenschaftlichen Unterricht wird in der Literatur recherchiert. Davon ausgehend wird mit Hilfe eines Design-Based Research-Ansatzes ein Aufgabenset konstruiert, welches im Verlauf der Forschungsarbeit optimiert werden soll. 

Resultate: Das Aufgabenset, nach dem Prozessmodell von Wilhelm, Luthiger und Wespi (2014) entwickelt, fördert die sprachliche und zeichnerische Dokumentation von Planung, Durchführung und Beobachtung sowie der Auswertung eines Experiments. Eine erste Erprobung erfolgt zurzeit mit 66 Schülerinnen und Schülern. 

Diskussion: Dokumentieren ist sowohl Teil des praktischen naturwissenschaftlichen Arbeitens wie auch der Reflexion über gewonnene und dokumentierte Daten. Mit dem ‚Dokumentier-Führerschein’ eignen sich die Lernenden, mittels eines kompetenzorientierten Aufgabensets, Dokumentierkompetenzen in verschiedenen Phasen des Forschungszyklus an. Der intendierte Prototyp soll folgende Elemente beinhalten: Erprobte Unterrichtsmaterialien, Lernziele, Lehrerkommentar, Schüler-Beurteilung (formativ und summativ), Befragungsinstrument zur Motivation für den naturwissenschaftlichen Unterricht und ein Beurteilungsinstrument zur Experimentierkompetenz in offenen Settings. Mit dem ‚Dokumentier-Führerschein’ können weiterführende Forschungsfragen erforscht werden. Beispielweise können damit die Dokumentierkompetenzen angehender Lehrpersonen erfasst und für die Modulentwicklung an Pädagogischen Hochschulen verwendetwerden.


Keywords


documentation, chemistry, competence, LP21, set of tasks, Sek I

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References


Alfieri, L., Brooks, P. J., Aldrich, N. J., & Tenenbaum, H. R. (2011). Does discovery-based instruction enhance learning? Journal of Educational Psychology, 103(1).

Auf der Maur, S., Berset, T., & Spaar, R. (2017). Vogelstimmen mit digitalen Geräten entdecken und erforschen. In C. Stübi, U. Wagner, & M. Wilhelm (Hrsg.), Naturwissenschaften unterrichten (S. 58–67). Bern: Haupt.

Bigg, C. (2011). A visual history of Jean Perrin’s Brownian motion curves. In L. Daston & E. Lunbeck (Hrsg.), Histories of Scientific Observations (S. 156–179). Chicago, London: The University of Chicago Press.

Burkhardt, H., & Schoenfeld, A. H. (2003). Improving educational research: Toward a more useful, more influential, and better-funded enterprise. Educational researcher, 32(9), 3–14.

Cooper, M. M., Stieff, M., & DeSutter, D. (2017). Sketching the invisible to predict the visible: from drawing to modeling in chemistry. Topics in cognitive science, 9(4), 902–920.

D-EDK (2016). Lehrplan 21 - Gesamtausgabe - von der D-EDK Plenarversammlung am 31.10.2014 zur Einfüh-rung in den Kantonen freigegebene Vorlage. Bereinigte Fassung vom 29.02.2016. Luzern. Abgerufen von http://www.lehrplan.ch

EDK (Hrsg.) (2011). Grundkompetenzen für die Natur-wissenschaften - Nationale Bildungsstandards | Frei gegeben von der EDK-Plenarversammlung am 16. Juni 2011. Abgerufen von

https://edudoc.ch/record/96787/files/grundkomp_nawi_d.pdf

Einstein, A. (1905). Über die von der molekularkineti-schen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen. Annalen der Physik, 17, 549–560.

Engl, L., & Risch, B. (2015). Auswirkung der Proto-kollierfähigkeit auf die Lernwirksamkeit. In S. Bernholt (Hrsg.), Heterogenität und Diversität (S. 265–267). Kiel.

Engl, L., & Risch, B. (2017). Protokollieren trainieren. Unterricht Chemie, 28(158), 30–33.

Friedrich, H. F., & Mandl, H. (1997). Analyse und Förderung selbstgesteuerten Lernens. In F. E. Weinert & H. Mandl (Hrsg.), Psychologie der Erwachsenenbil-dung (Bd. D.I.4). Göttingen: Hogrefe.

Frischknecht-Tobler, U., & Labudde, P. (2010). Beobachten und Experimentieren. In P. Labudde (Hrsg.), Fachdidaktik Naturwissenschaft 1.-9. Schuljahr (S. 133–148). Bern: Haupt.

Hammann, M. (2004). Kompetenzentwicklungsmodelle. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht, 57(4), 196–203.

Heitzmann, A. (2010). Von der Alltagssprache zur Fachsprache gelangen. In P. Labudde (Hrsg.), Fachdidaktik Naturwissenschaft 1.-9. Schuljahr (S. 73–86). Bern: Haupt.

Klahr, D. (2002). Exploring science: The cognition and development of discovery processes. MIT press.

Kunz, P., Colberg, C., Bäumler, E., Beerenwinkel, A., Bernhard, F., Labudde, P., Sieber-Suter, B., Stübi, C., Wagner, U. & Wilhelm, M.(2016). SWiSE-Kompetenzrahmen: Was müssen Lehrpersonen für gutes naturwissenschaftlichtechnisches Unterrichten können? In S. Metzger, C. Colberg, & P. Kunz (Hrsg.), Naturwissenschaftsdidaktische Perspektiven. Naturwissenschaftliche Grundbildung und didaktische Umsetzung im Rahmen von SWiSE (S. 217–233). Bern: Haupt.

Lengen-Mertel, C., & Arends, B. (2004). Der Laborführerschein. Naturwissenschaften im Unterricht. Chemie, 15, 17–20

Luthiger, H., Wilhelm, M., & Wespi, C. (2014). Entwicklung von kompetenzorientierten Aufgabensets - Prozessmodell und Kategoriensystem. journal für lehrerInnenbildung, 14(3), 56–66.

Mayer, J. (2007) Erkenntnisgewinnung als wissenschaftliches Problemlösen. In D. Krüger & H. Vogt, (Hrsg.), Theorien in der biologiedidaktischen Forschung (S. 177–186). Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Mueller, P. A., & Oppenheimer, D. M. (2014). The pen is mightier than the keyboard: Advantages of long-hand over laptop note taking. Psychological science, 25(6), 1159–1168.

Nückles, M., Renkl, A., Fries, S. (2005). Wechselseitiges Kommentieren und Bewerten von Lernprotokollen in einem Blended Learning Arrangement. Unterrichtswissenschaft, 33(3), 227–243.

Perrin, J. (1909). Mouvement brownien et réalité moléculaire. Annales de Chimie et de Physique, 18, 5–104.

Philipp, M. (2013). Motiviert lesen und schreiben. Seelze: Klett Kallmayer.

Prenzel, M., & Parchmann, I. (2003). Kompetenz entwickeln. Vom naturwissenschaftlichen Arbeiten zum naturwissenschaftlichen Denken. Unterricht Chemie, 14(76/77), 15–19.

Quillin, K., & Thomas, S. (2015). Drawing-to-learn: a framework for using drawings to promote model-based reasoning in biology. CBE-Life Sciences Education, 14(1), es2.

Reinmann, G. (2005). Innovation ohne Forschung? Ein Plädoyer für den Design-Based Research-Ansatz in der Lehr-Lernforschung. Unterrichtswissenschaft, 33(1), 52–69.

The Design-Based Research Collective. 2003. „Design-Based Research: an emerging paradigm for educational inquiry“. Educational Researcher 1 (32): 5–8.

Walpuski, M., & Hauck, A. (2017). Experimente und Lernerfolg. Unterricht Chemie, 158, 8–13.

Wilhelm, M., & Kunz, P. (2016). Praktisch-naturwissenschaftliches Arbeiten im Unterricht. In S. Metzger, C. Colberg, & P. Kunz (Hrsg.), Naturwissenschaftsdidaktische Perspektiven. Naturwissenschaftliche Grundbildung und didaktische Umsetzung im Rahmen von SWiSE (S. 124–138). Bern: Haupt.

Wilhelm, M., Luthiger, H., & Wespi, C. (2014). Prozessmodell zur Entwicklung von kompetenzorientierten Aufgabensets. Luzern: Pädagogische Hochschule Luzern.




DOI: http://dx.doi.org/10.25321/prise.2018.760

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About The Authors

Martina Cavelti
Pädagogische Hochschule Zürich, PHZH
Switzerland

Dozentin

A-S1-NTM (Natur und Technik, Mathematik)

Fachgruppe: Didaktiken Natur- und Gesellschaftswissenschaften

Wolfgang Bührer
Pädagogische Hochschule Zürich, PHZH
Switzerland

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

A-S1-NTM (Natur und Technik, Mathematik)

Fachgruppe: Didaktiken Natur- und Gesellschaftswissenschaften

Thomas Berset
Fachhochschule Nordwestschweiz Pädagogische Hochschule
Switzerland

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Zentrum für Naturwissenschafts- und Technikdidaktik

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