Dirk Krüger Ilka Parchmann Horst Schecker Hrsg. Methoden in der naturwissenschafts- didaktischen Forschung Methoden in der naturwissenschaftsdidaktischen Forschung ⋅ ⋅ Dirk Krüger Ilka Parchmann Horst Schecker Herausgeber Methoden in der naturwis- senschaftsdidaktischen Forschung Herausgeber Prof.Dr.DirkKrüger Prof.Dr.HorstSchecker DidaktikderBiologie FB1Physik/Elektrotechnik,Institutfür FreieUniversitätBerlin DidaktikderNaturwissenschaften,Abt. Berlin,Deutschland Physikdidaktik UniversitätBremen Prof.Dr.IlkaParchmann Bremen,Deutschland DidaktikderChemie Leibniz-InstitutfürdiePädagogikder NaturwissenschaftenundMathematik(IPN)an derChristian-Albrechts-UniversitätzuKiel Kiel,Deutschland ISBN978-3-642-37826-3 ISBN978-3-642-37827-0(eBook) DOI10.1007/978-3-642-37827-0 DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;de- tailliertebibliografischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar. ©Springer-VerlagBerlinHeidelberg2014 DiesesWerkeinschließlichallerseinerTeileisturheberrechtlichgeschützt.JedeVerwertung,dienichtaus- drücklichvomUrheberrechtsgesetzzugelassenist,bedarfdervorherigenZustimmungdesVerlags.Dasgilt insbesonderefürVervielfältigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspei- cherungundVerarbeitunginelektronischenSystemen. DieWiedergabe vonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.indiesemWerkbe- rechtigtauchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinneder Warenzeichen-undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermann benutztwerdendürften. GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier. SpringerSpektrumisteineMarkevonSpringerDE.SpringerDEistTeilderFachverlagsgruppeSpringer Science+BusinessMedia www.springer-spektrum.de Vorwort Bücher zur Einführung in Methoden und Verfahren quantitativer und qualitativer For- schunggibtesebensowieGrundlagenwerkezurFachdidaktik.Wasfehlt,isteineKombi- nationausbeiden:WelcheMethodensindfürwelchefachdidaktischenForschungsfragen sinnvoll nutzbar? Wie werden sie in der Naturwissenschaftsdidaktik angewendet? Um die methodischen Vorgehensweisen möglichst konkret aufzuzeigen und mit authenti- schen Projekterfahrungen zu verbinden, sind die Kapitel dieses Bandes als Berichte aus Forschungsvorhabendargestellt. Dabeiähnelnsich diemethodischenZugänge derfach- didaktischenForschungenindendreiNaturwissenschaftenBiologie,ChemieundPhysik sehr.DiesermöglichtdieZusammenstellungvonBeiträgenindiesemgemeinsamenHand- buchzuMethodenindernaturwissenschaftsdidaktischenForschung. WirrichtenunsmitdiesemWerkanBachelor-undMasterstudierende,dieihreQuali- fikationsarbeiteninderFachdidaktikschreiben,sowieanPromovierende,diemiteigenen empirischen Studien in die Wissenschafteiner Fachdidaktik einsteigen möchten. Es fin- den sich neben sehrgrundlegenden methodischenEinführungen (z.B.in die Erstellung einesFragebogensoderdieDurchführungundAuswertungvonInterviews)auchKapitel zuformalsehrkomplexenVerfahren(z.B.zurAuswertungvonKompetenztestsoderzur AnalysevonDistraktoreninMultiple-Choice-Aufgaben),diebereitsKenntnissegrundle- genderVerfahrenundBegriffevoraussetzen.DasSpektrumderBeiträgeimvorliegenden BandistdaherweitundfüreinebreiteGruppedeswissenschaftlichenNachwuchsesinter- essant.AmEndejedesKapitelsstehenkonkreteHinweiseaufLiteraturzurVertiefungder behandelten Methodik. Online-Ergänzungen1 bieten zu einigen Kapiteln weitergehende Erläuterungen, Materialien undÜbungsmöglichkeiten, aberauch beitragsübergreifendes MaterialzuausgewähltenVerfahrenderstatistischenDatenauswertung. DasBuchverbindetForschungsmethodenmitinhaltlichenAnwendungsbeispielenaus den Fachdidaktiken der Biologie, Chemie und Physik. Alle Kapitel haben einen klaren Schwerpunkt auf den Forschungsmethoden, enthalten aber im Zusammenhang mit der zurVeranschaulichungherangezogenenStudieauchtheoretischeHintergründezufachdi- daktischenForschungsgebieten.DieStudienstehendabeijeweils stellvertretend auchfür andereForschungsthemenderDidaktikenderdreiNaturwissenschaften,indenendieMe- 1http://www.springer.com/978-3-642-37826-3 V VI Vorwort thodenverwendetwerdenkönnen.DennochspiegeltdasGesamtbildderThemennatür- lichauchSchwerpunktederderzeitigennaturwissenschaftsdidaktischenForschungwider. Damitsolljedoch keineGewichtungihrerBedeutung verbundensein.Ebensoverhältes sich mit methodischenPositionen und Überzeugungen, die in den Beiträgen formuliert werden.SiesolleneinenDiskursanregen,sicheraberkeinegrundlegendenormativeBe- wertungdarstellen. BeiderPlanungdesBucheswarunswichtig,dieMethodenvielfaltindendreiFachdi- daktikenmöglichstbreitabzubilden.EsfindensichqualitativeundquantitativeVerfahren, Ansätzeder Grundlagenforschungundder Entwicklungsforschung, Untersuchungen im Feldundimfachdidaktischen Labor,Analysenmit einemAußenblick auf Praxisebenso wieDesigns,dieLehrkräftealsPartnerindieForschungsarbeiteinbeziehen.InderRegel legt ein Kapitel den Schwerpunkt entweder auf die methodische Planung und Vorberei- tung einer Studie, alsoz.B.dieEntwicklung eines Datenerhebungsinstruments,oderauf dieErhebung,AufbereitungundAuswertungvonDaten.InderZusammenschaubietetdies einen guten Überblick über etablierte Verfahren fachdidaktischer Forschungsmethodik. EinenAnspruchaufvollständigeAbdeckungderMethodenindernaturwissenschaftsdi- daktischenForschungerhebenwirjedochnicht. InverschiedenenKapitelnwerdenGütekriterienfachdidaktischerForschungangespro- chen,dieesselbstverständlichzubeachtengilt:Woherweißich,dassmeinTestmisst,was ermessensoll?WürdenanderePersonenmeineDatenebensointerpretierenwieich?Wie allgemeingültig sindmeineAussagen?Hier gilt es,schonbei der PlanungundEntwick- lungstrengzuprüfenundbeiderAuswertungvorsichtiginderVerallgemeinerungzusein. SonstmussmangegebenenfallsamEndeeinerStudiedieeigeneArbeitdurchQualitätskri- tikinFragestellen.BeiderDatenerhebungmitTestsundFragebögen–umeinBeispielzu nennen–müssenvorderenEinsatzquantitativeAbschätzungenhinsichtlichderGütepara- metervorgenommenwerden,etwazurAbhängigkeitderWertevonderStichprobengröße oderderAnzahlanTestitems.AuchzurDatenskalierungfindensichindenKapitelnAus- führungen,diejedochinwissenschaftlichenArbeitenunterschiedlich strenggehandhabt werden(z.B.zurVerwendungvonarithmetischenMittelwertenbeiLikert-Skalen). Nicht näher ausgeführt werden rechtliche Fragen, die vor jeder empirischen Unter- suchung geprüft werden müssen(insbesonderezum Datenschutz). Die Regelungen sind indenBundesländernsounterschiedlich,dassspezifischeEmpfehlungenindiesemBand nichtgegebenwerdenkönnen. BisherfehltefürdienochrelativjungenwissenschaftlichenDisziplinenderdreinatur- wissenschaftlichenFachdidaktiken Biologie, Chemie und Physik eine Einführung in die MethodenderempirischenForschung.WirmöchtenmitdiesemBucheinenBeitragleis- ten,dieseLückezuschließen.WirbedankenunsbeiallenAutorinnenundAutorenfürihre Mitarbeit undKooperationsbereitschaft bei der Erstellung des vorliegenden Handbuchs. Wirdanken demSpringerVerlag,der sichentschlossenhat,mit diesemHandbuchdem wissenschaftlichenNachwuchsindenFachdidaktikeneinemethodischeOrientierungshil- fefürdieForschungsarbeitandieHandzugeben. Vorwort VII Wirhabenunsbemüht,anmöglichstvielenStellengeschlechtsneutraleNominazuver- wenden.AnStellen,wodiesnichtmöglichwar,wirdausGründenderleichterenLesbarkeit dasgenerischeMaskulinumverwendet undmeintbeideGeschlechter gleichermaßen.In denTextensindeinigeBegriffefettgedruckt.ZudiesenBegriffenfindetmanimGlossar weitergehendeErläuterungen. WirwünschenallenLesewilligenwertvolleAnregungenundeineerfolgreicheUmset- zungundWeiterentwicklung derfachdidaktischenForschungs-undEntwicklungspraxis! Berlin,BremenundKielimApril2013 DirkKrüger HorstSchecker IlkaParchmann Autorenverzeichnis Prof.Dr.ClaudiavonAufschnaiter InstitutfürDidaktikderPhysik, Justus-Liebig-UniversitätGießen,Karl-Glöckner-Straße21C,35394Gießen,Deutschland Prof.Dr.ElfriedeBillmann-Mahecha InstitutfürPädagogischePsychologie,Leibniz UniversitätHannover,Schloßwenderstr.1,30159Hannover,Deutschland Prof.Dr.SusanneBögeholz Albrecht-von-Haller-Institutfür Pflanzenwissenschaften/DidaktikderBiologie,Georg-August-UniversitätGöttingen, Waldweg26,37073Göttingen,Deutschland KatrinBölsterli DidaktikderNaturwissenschaften/Chemie,PädagogischeHochschule Luzern,Pfistergasse20,7660,6000Luzern,Schweiz Dr.MajaBrückmann ZentrumfürDidaktikderNaturwissenschaften,Forschungund Entwicklung,PädagogischeHochschuleZürich,Lagerstrasse2,8090Zürich,Schweiz Dr.UlrikeBurkard UniversitätsbibliothekMainz,Duesbergweg10-14, 55128Mainz,Deutschland Prof.Dr.MaikeBusker Institutfürmathematische,naturwissenschaftlicheund technischeBildung;AbteilungfürChemieundihreDidaktik,UniversitätFlensburg,Auf demCampus1,24943Flensburg,Deutschland Dr.SabrinaDollny VestischesGymnasiumKirchhellen,Schulstr.25, 46244Bottrop,Deutschland Prof.i.R.Dr.Dr.hcReindersDuit Heisterkamp14,24211Preetz,Deutschland Dr.SabinaEggert Albrecht-von-Haller-InstitutfürPflanzenwissenschaften/Didaktikder Biologie,Georg-August-UniversitätGöttingen,Waldweg26, 37073Göttingen,Deutschland Prof.Dr.AlfredFlint DidaktikderChemie,UniversitätRostock,Albert-Einstein-Str.3a, 18051Rostock,Deutschland Prof.Dr.David-SamuelDiFuccia DidaktikderChemie,UniversitätKassel, Heinrich-Plett-Str.40,34109Kassel,Deutschland IX X Autorenverzeichnis Prof.Dr.UlrichGebhard FachbereichErziehungswissenschaft,DidaktikderBiologie, UniversitätHamburg,Von-Melle-Park8,20146Hamburg,Deutschland Prof.Dr.DittmarGraf InstitutfürBiologiedidaktik,Justus-Liebig-UniversitätGießen, Karl-Glöckner-Str.21c,35394Gießen,Deutschland Prof.Dr.HaraldGropengießer DidaktikderBiologie,LeibnizUniversitätHannover, AmKleinenFelde30,30167Hannover,Deutschland Prof.Dr.MarcusHammann ZentrumfürDidaktikderBiologie,Westfälische Wilhelms-UniversitätMünster,Schlossplatz34,48143Münster,Deutschland Prof.Dr.MartinHopf ÖsterreichischesKompetenzzentrumfürDidaktikderPhysik, UniversitätWien,Porzellangasse4,Stiege2,1090Wien,Österreich JaninaJördens ZentrumfürDidaktikderBiologie,WestfälischeWilhelms-Universität Münster,Schlossplatz34,48143Münster,Deutschland Prof.Dr.AlexanderKauertz Physikdidaktik,CampusLandau,Universität Koblenz-Landau,Fortstr.7,76829Landau,Deutschland CarolineKörbs InstitutfürChemie,Humboldt-UniversitätzuBerlin, Brook-Taylor-Str.2,12489Berlin,Deutschland Prof.Dr.DirkKrüger DidaktikderBiologie,FreieUniversitätBerlin, Schwendenerstr.1,14195Berlin,Deutschland Prof.Dr.JochenKuhn DidaktikderPhysik,TechnischeUniversitätKaiserslautern, Erwin-Schrödinger-Str.46,67663Kaiserslautern,Deutschland Dr.ChristophKulgemeyer InstitutfürDidaktikderNaturwissenschaften,Abt. Physikdidaktik,UniversitätBremen,Otto-Hahn-Allee1,28334Bremen,Deutschland Dr.MarkusLücken InstitutfürBildungsmonitoringundQualitätsentwicklung(IfBQ)in Hamburg,BeltgensGarten25,20537Hamburg,Deutschland Prof.Dr.JürgenMayer DidaktikderBiologie,UniversitätKassel,Heinrich-Plett-Str.40, 34132Kassel,Deutschland Dr.RalfMerkel StudienreferendarimSchulpraktischenSeminarSteglitz-Zehlendorf, Berlin,Deutschland Prof.Dr.KnutNeumann DidaktikderChemie,Leibniz-InstitutfürdiePädagogikder NaturwissenschaftenundMathematik(IPN)anderChristian-Albrechts-Universitätzu Kiel,Olshausenstr.62,24118Kiel,Deutschland Prof.Dr.KaiNiebert DidaktikderNaturwissenschaften,LeuphanaUniversität Lüneburg,Scharnhorststraße1,21335Lüneburg,Deutschland Autorenverzeichnis XI Prof.Dr.IlkaParchmann DidaktikderChemie,Leibniz-InstitutfürdiePädagogikder NaturwissenschaftenundMathematik(IPN)anderChristian-Albrechts-Universitätzu Kiel,Olshausenstraße62,24118Kiel,Deutschland Dr.JürgenPetri FakultätI,InstitutfürPädagogik,CarlvonOssietzkyUniversität Oldenburg,26111Oldenburg,Deutschland Prof.Dr.BerndRalle DidaktikderChemieI,TechnischeUniversitätDortmund, Otto-Hahn-Str.6,44221Dortmund,Deutschland Prof.Dr.MarkusRehm DidaktikderNaturwissenschaften/Chemie,Pädagogische HochschuleHeidelberg,ImNeuenheimerFeld561,69121Heidelberg,Deutschland Prof.Dr.PeterReinhold DidaktikderPhysik,UniversitätPaderborn,Warburger Str.100,33098Paderborn,Deutschland Dr.TanjaRiemeier Georg-Büchner-GymnasiumSeelze,Hirtenweg22, 30926Seelze,Deutschland Dr.JosefRiese DidaktikderPhysik,UniversitätPaderborn,WarburgerStr.100, 33098Paderborn,Deutschland Prof.Dr.MathiasRopohl AbteilungDidaktikderChemie,LeibnizInstitutfürdie PädagogikderNaturwissenschaftenundMathematik,Olshausenstr.62, 24118Kiel,Deutschland Prof.Dr.AngelaSandmann FakultätfürBiologie,DidaktikderBiologie,Universität Duisburg-Essen,45117Essen,Deutschland Prof.Dr.HorstSchecker FB1Physik/Elektrotechnik,InstitutfürDidaktikder Naturwissenschaften,Abt.Physikdidaktik,UniversitätBremen,Otto-Hahn-Allee1, 28334Bremen,Deutschland Prof.Dr.PhilippSchmiemann DidaktikderBiologie,UniversitätDuisburg-Essen, Universitätsstraße2,45141Essen,Deutschland Prof.Dr.ErichStarauschek AbteilungPhysikundihreDidaktik,Pädagogische HochschuleLudwigsburg,Reuteallee46,71634Ludwigsburg,Deutschland Prof.Dr.OliverTepner DidaktikderChemie,UniversitätRegensburg, Universitätsstr.31,93053Regensburg,Deutschland Prof.Dr.HeikeTheyßen DidaktikderPhysik,UniversitätDuisburg-Essen, Universitätsstraße2,45117Essen,Deutschland Prof.Dr.RüdigerTiemann InstitutfürChemie,Humboldt-UniversitätzuBerlin, Brook-Taylor-Str.2,12489Berlin,Deutschland Prof.Dr.AnnetteUpmeierzuBelzen FachdidaktikundLehr-/LernforschungBiologie, Humboldt-UniversitätzuBerlin,Invalidenstr.42,10115Berlin,Deutschland