Progress in Science Education (PriSE) <p>Science education is a highly dynamic field of applied and basic research and of research-based development. Its ideas and problems arise at the intersection of theoretical and empirical research and of educational practice in science classrooms, informal learning and teacher education, of the important and manifold relations of modern societies with science and education, and of a scientific, evidence-based approach to science teaching and learning and science literacy.</p><p>In this framework, <strong>Progress in Science Education (PriSE)</strong> aims at fostering a stimulating exchange between researchers, teachers, and other stakeholders in the field, trying to investigate their ideas and visions, and to suggest approaches for an effective and sustainable development of science education in and out of school.</p> en-US <p><span style="font-size: medium;">Authors who publish with this journal agree to the following terms:</span></p><ul><li>Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal. 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This is partly due to the poor results of students in the PISA and TIMSS studies, but also to the high value placed on natural and engineering sciences in Germany. The student laboratories have been an integral part of the German school landscape for many years, and with the wave of start-ups, interest in research in student laboratories also grew. Engeln (2004) set the starting signal with her research project by investigating the effects of five student laboratories. These investigations are still ongoing today and a positive effect of the student laboratories has not yet been conclusively clarified. At Bielefeld University, the classic teutolab-robotics laboratory for pupils is to be further developed on the basis of the knowledge gained here and introduced into schools.</p> <p><em><strong>Purpose:</strong></em> The systematic literature review is intended to provide a comprehensive picture of the state of research and its results, as well as to highlight possible research gaps that have rarely been considered so far. It thus provides an overview of studies in the field of out-of-school laboratory research in German-speaking countries.<br />Methods: The literature review represents a critical examination of already existing research results of a topic. An integrative review offers the opportunity to bring together studies of different methods, to reflect the current state of research and to point out direct areas of application in practice. After passing through the steps of problem formulation, literature search, and evaluation of the quality of the data, the final selection comprised 42 studies, whose results were finally analysed and interpreted.</p> <p><em><strong>Results:</strong></em> Since 2000, the study review has yielded predominantly positive research results regarding the effect of out-of-school lab visits on affective and motivational characteristics of students. However, the effects are mostly not sustainable, which is based on the fact that the out-of-school lab visits are often short-term and one-off interventions.</p> <p><em><strong>Conclusion:</strong></em> The results of the systematic literature review indicate that further evaluations of (permanent) offers must be carried out to identify influencing factors that affect or improve the sustainability of the described effects. In addition, the subject areas of technology and computer science need to be given greater focus and the results described need to be reviewed with a view to the planned integration of an out-of-school laboratory into the school. Possible desiderata are outlined at the end of the paper.</p> <p><em><strong>Keywords:</strong> </em>Design-Based-Research, out-of-school laboratories, systematic literature review </p> Jonas Tillmann, Claas Wegner Copyright (c) 2021 The Author/s Wed, 21 Apr 2021 00:00:00 +0200 Fostering students’ conceptions about the quantum world – results of an interview study <p><em><strong>Background:</strong></em> Quantum physics is both a highly topical and challenging topic of physics education. Learning quantum physics is inherently difficult because it is unimaginative, counterintuitive and fundamentally different from what learners know from their everyday life and classical physics. The results of recent studies underline that students are often not aware of the relevance of quantum physics and its technologies for their own lives, which makes studying quantum physics even more difficult. This is the starting point of this article: With the Erlanger teaching concept, we present an introductory teaching concept for quantum physics at secondary schools with the aim, among others, to raise students’ awareness of the importance of modern quantum technologies today and in the future.</p> <p><em><strong>Purpose:</strong></em> In order to evaluate which conceptions about the quantum world arise among students who are introduced to quantum physics with the Erlanger concept, we conducted an interview study.</p> <p><em><strong>Sample/Setting:</strong></em> A random sample of N = 25 students was interviewed after the intervention (15 male, 10 female) in order to answer the questions mentioned above. The interviews had a duration of 25 – 40 minutes. Prior to the intervention, none of the students had any classroom instruction in quantum physics.</p> <p><em><strong>Design and Methods:</strong> </em>The students’ answers were transcribed and then evaluated on the basis of deductive and inductive categories using qualitative content analysis. The coding was done by independent coders (𝜅=0.84,95%−𝐶𝐼 [0.68;1.00]). Additionally, a cluster analysis was performed and a three-cluster solution was extracted. The three clusters could be interpreted in terms of content and thus facilitate the characterization of occurring types of students’ conceptions after the intervention.</p> <p><em><strong>Results:</strong> </em>After the intervention with our concept, we found elaborated conceptions about the quantum world with the majority of respondents. 11 of the 25 students (cluster 1, labelled Primarily elaborate conception) are aware of the striking differences between quantum and classical physics, as all students in this cluster characterize the quantum world via effects or aspects that do not exist in classical physics. The importance of quantum physics for future technologies was named by the students combined in the cluster 2, labelled Quantum world as the world of technology. 10 of the students interviewed (cluster 3, labelled Quantum world as a classical world on a small scale) seem to stick to their pre-conceptions dominated by classical ways of thinking.</p> <p><em><strong>Conclusions:</strong> </em>Our article provides implications for both classroom practice and future research. For classroom practice, the Erlanger teaching concept serves as a proposal to bridge the gap between quantum physics and the everyday life of the learners. In addition, the results of the interview study presented in this paper make a contribution to the empirical research on students’ conceptions about quantum physics. We not only find individual, independent conceptions of learners, but we also show that there are dependencies between them, allowing us to extract types of conceptions. The extraction of such types of student conceptions for various further concepts of quantum physics will be part of future research and could contribute to our understanding of learning processes in quantum physics.</p> <p><em><strong>Keywords:</strong> quantum physics, interview study, cluster analysis, teaching concept</em></p> Philipp Bitzenbauer, Jan-Peter Meyn Copyright (c) 2021 The Author/s Tue, 04 May 2021 00:00:00 +0200 Naturwissenschaftsdidaktische Kompetenzen von Primarlehrpersonen fördern <p><strong>Theoretischer Hintergrund:</strong> Der kompetenzorientierte naturwissenschaftliche NMG-Unterricht im Sinne des Schweizer Lehrplan 21 (LP21) orientiert sich stark an einer Scientific Literacy und stellt Primarlehrpersonen damit vor neue Heraus-forderungen. Verschiedene Studien zeigen in diesem Kontext fachliche und fachdidaktische Defizite bei Lehrpersonen auf. Diese gehen einher mit geringen Selbstwirksamkeitserwartungen (SWE) in Bezug auf das Unterrichten naturwissenschaftlicher Inhalte. Entsprechend wichtig sind Lehrveranstaltungen, die systematisch diesbezügliche Kompetenzen und positive SWE aufbauen. Für die erfolgreiche Planung solcher Anlässe benötigt es idealerweise sehr spezifisches Wissen über die personenbezogenen Voraussetzungen zukünftiger Teilnehmer*innen (Lipowsky &amp; Rzejak, 2019); Wissen, welches auf globale Theorien abzielende Untersuchungen nicht vollumfänglich bereitstellen können.</p> <p><strong>Ziel:</strong> Die hier vorgestellte Studie ist Teil eines Projektes in dessen Rahmen Lehrveranstaltungen für amtierende und angehende Lehrpersonen entwickelt werden, die gleichermaßen auf die fachlichen und fachdidaktischen Kompetenzen der Lehrpersonen abzielen und mögliche Hemmschwellen und Ängste gegenüber des Unterrichtens der Naturwissenschaften ab-bauen sollen. Ziel der Studie ist es die relevanten personenbezogenen Voraussetzungen angehender und amtierender Primar-lehrpersonen im Bildungsraum Nordwestschweiz zu untersuchen. Die generierten Erkenntnisse dienen als Grundlage für die Entwicklung einer am Zielpublikum orientierten naturwissenschaftsdidaktischen Lehrveranstaltung.</p> <p><strong>Stichprobe/Setting:</strong> Für die Erhebung (N = 423) wurden 140 angehende Primarlehrpersonen im ersten und zweiten Semester der Pädagogischen Hochschule der Fachhochschule Nordwestschweiz (PH FHNW), 196 amtierende Primarlehrpersonen, sowie 87 Primarschulleiter*innen aus dem Bildungsraum Nordwestschweiz mittels eines Online-Fragebogens befragt. Die Schulleiter*innen wurden u.a. aufgrund ihrer gewichtigen Rolle im Schulkontextaspekt des Angebot-Nutzungsmodells miteinbezogen.</p> <p><strong>Design und Methode:</strong> Erhoben wurden verschiedene personenbezogene Kategorien (Motivation und SWE hinsichtlich der fachwissenschaftlichen Aspekte der Naturwissenschaften sowie der Lehre dieser; die Einschätzung der Bedeutsamkeit konkreter Themen für den NMG-Unterricht; persönliche Wünsche und Bedürfnisse gegenüber einer Ausbildungsveran-staltung). Bei der Operationalisierung wurden bewährte Items der PISA Befragungen mit selbstentwickelten verknüpft. Die deskriptiven und inferenzstatistischen Auswertungen erfolgten mittels SPSS.</p> <p><strong>Ergebnisse:</strong> Die befragten Gruppen zeigen großes Interesse an den Naturwissenschaften und sind motiviert diese zu unterrichten. Allerdings weisen angehende und amtierende Lehrpersonen geringe SWE bezüglich eigener naturwissenschaftlicher Kompetenzen auf. Interessanterweise zeigt sich jedoch eine relativ hohe SWE hinsichtlich des Unterrichtens von Naturwissenschaften. Chemisch-physikalische Inhalte werden als am wenigsten bedeutsam für den NMG-Unterricht betrachtet, das nicht auf ein Fach bezogene Experimentieren hingegen als sehr wichtig. Alle Gruppen eint die Sorge, dass eine an sie adressierte Lehrveranstaltung zu theorielastig wird. Die Vorbehalte angehender und amtierender Lehrpersonen beziehen sich also nicht auf das Geben naturwissenschaftlichen Unterrichts, sondern eher auf den Erhalt desselbigen.</p> <p><strong>Schlussfolgerung:</strong> Angehende und amtierende Lehrpersonen sind motiviert naturwissenschaftlichen Unterricht zu geben, worauf Aus- und Weiterbildungsveranstaltungen gut aufbauen können. Ausgehend von weiteren hier ermittelten personenbezogenen Voraussetzungen können Lehrveranstaltungen attraktiv gestaltet werden sowie fachliche und didaktische Kompetenzen gezielt gefördert werden. Die hier vorgestellte Untersuchung zeigt, wie nützlich ein niederschwelliger forschungsbasierter Ansatz für die Entwicklung von Lehrveranstaltungen sein kann.</p> <p><strong>Keywords:</strong> Naturwissenschaftlicher Primarschulunterricht; Aus- und Weiterbildungen; Selbstwirksamkeitserwartungen von Lehrpersonen, Scientific Literacy</p> Sebastian Templemann, Jakub Sowula Copyright (c) 2021 The Author/s Tue, 18 May 2021 00:00:00 +0200 A survey on the content beliefs of professors teaching organic chemistry <p><em><strong>Background:</strong></em> The content beliefs of preservice chemistry teachers on the topic of organic chemistry were investigated; their content beliefs depend on their own school days. However, a survey on the content beliefs of their teachers at univer-sity was not conducted although those beliefs should influence the teaching at university. Purpose: The content beliefs of university professors on the topic organic chemistry should be investigated in order to gain insights on those beliefs. It can be assumed that those beliefs are fundamental for the organization of courses and lectures for students.</p> <p><em><strong>Sample/Setting:</strong> </em>271 professors (all professors teaching organic chemistry in Germany) were invited; 22.9 % participated, but only 18.8 % completed the questionnaire. Only these results were used for the discussion of the survey. Design</p> <p><em><strong>Methods:</strong></em> An online questionnaire was developed. This consisted of closed and open items on the topics and con-cepts of organic chemistry. The data of the questionnaire were transferred to SPSS. For the answers to the items that were rated with the Likert scale, frequencies were calculated. The answers to the open questions were summarized using the method of qualitative content analysis.</p> <p><em><strong>Results:</strong></em> Most topics were rated as being important for students at school or at university. Unfortunately, the concepts were rated less high than the topics. Whether this indicates that the professors focus more on topics than on concepts in their lectures should be investigated in another study.</p> <p><em><strong>Conclusions/Implications for classroom practice and future research:</strong> </em>The use and importance of concepts on organic chemistry in teaching should be investigated.</p> <p><em><strong>Keywords:</strong></em> <em>content beliefs, teacher education, organic chemistry</em></p> Jolanda Hermanns, David Keller Copyright (c) 2021 The Author/s Fri, 21 May 2021 00:00:00 +0200 Videoanalyse mit dem Kategoriensystem inklusiver naturwissenschaftlicher Unterricht (KinU) <p><em><strong>Hintergrund:</strong></em> Das Kategoriensystem inklusiver naturwissenschaftlicher Unterricht (KinU) ist auf Basis eines systemati-schen Literaturreviews entstanden. Sowohl in den theoretischen als auch empirischen Publikationen zum inklusiven natur-wissenschaftlichen Unterricht liegt der Fokus zwar häufig auf der Umsetzung von Inklusion, aber der naturwissenschaftli-che Bezug verbleibt zu implizit oder geht gar gänzlich verloren. Das KinU verknüpft explizit naturwissenschaftliche As-pekte mit inklusiven Zugängen, sodass inklusiver naturwissenschaftlicher Unterricht in Videos und anderen Daten konkret analysiert und diesbezüglich interpretiert werden kann. Dabei wird der naturwissenschaftliche Bezug bei der Beschreibung inklusiver Aspekte beibehalten und nicht nur allgemeinpädagogische Aspekte beschrieben.</p> <p><em><strong>Ziel:</strong></em> Mit der Analyse der Videovignette wird die Frage beantwortet, welche inklusiv naturwissenschaftlichen Charakteristika in dem Unterricht identifizierbar sind. Mit der Anwendung des KinUs auf die Videodaten wurde das KinU mittels Validierung an der Praxis weiterentwickelt und die Kategorien, die in einer Vorarbeit induktiv anhand der im Review erhobenen Publikationen erstellt wurden, überprüft und ausgeschärft. Zudem zeigt die Analyse, wie sich Videodaten in Ergän-zung zur Literatur zur Weiterentwicklung des KinUs eignen.</p> <p><em><strong>Stichprobe:</strong></em> Analysiert wurde eine etwa fünfminütige Videovignette, die einen Zusammenschnitt einer 90-minütigen Naturwissenschaftsstunde zum Thema Löslichkeit darstellt. Dabei handelt es sich um eine reale Unterrichtsstunde aus dem Sachunterricht einer vierten Klasse. Diese Videovignette wurde bewusst ausgewählt, um inklusive und exklusive Momente aufzuzeigen.</p> <p><em><strong>Design und Methoden:</strong></em> Mit dem KinU wurde eine Videoanalyse einer Videovignette durchgeführt. Mittels inhaltlich strukturierender qualitativer Inhaltsanalyse wurde das Videomaterial mithilfe des KinUs analysiert. Die Reichhaltigkeit der audiovisuellen Daten der Videovignette ermöglichte mehrere Subcodes induktiv zu ergänzen. Die Codierungen wurden von zwei Personen vorgenommen und Abweichungen beim Codieren argumentativ validiert.</p> <p><em><strong>Ergebnisse</strong>:</em> Die Analyse hat gezeigt, dass bestimmte Hauptkategorien gleichzeitig kodiert wurden (z.B. Konzepte und Schüler*innenvorstellungen). Der größere Anteil aller kodierten Subcodes wurde induktiv aus dem Videomaterial ergänzt.</p> <p><em><strong>Implikationen:</strong></em> Es ist zu diskutieren, wie bestimmte Hauptkategorien des KinUs stärker voneinander abzugrenzen oder ggf. zusammenzufassen sind und welche Subkategorien entfernt werden sollten. Um das KinU kompetent auf Videodaten anzuwenden, ist eine umfangreiche Kenntnis der n=935 Kategorien nötig. Nach weiteren Videoanalysen kann das KinU umstrukturiert und so noch praktikabler für die Analyse inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts werden. Die Videovignette sollte von weiteren Expert*innen reflektiert werden, um schließlich normativ zu definieren, wie inklusiv ein naturwissenschaftlicher Unterricht gestaltet ist.</p> <p><em><strong>Schlüsselwörter:</strong> Inklusion, inklusive Pädagogik, Naturwissenschaftsdidaktik, qualitative Inhaltsanalyse, Videovignettes.</em></p> Sarah Brauns, Simone Abels Copyright (c) 2021 The Author/s Tue, 01 Jun 2021 00:00:00 +0200