We investigate teaching-learning processes in biology lessons with a focus on understanding and narration, socioscientific issues and digital learning.
Promotionsprojekte
Ethische Bewertungskompetenz im Lehramtsstudium Biologie aufwerten
René Leubecher untersucht im Rahmen seines Promotionsprojektes, wie Studierende im Lehramt Biologie bereits während des Studiums auf die Herausforderungen bioethischen Unterrichts vorbereitet werden können.
Lehrkräfte der Biologie sollen die Bewertungskompetenz ihrer Schüler*innen fördern – das bedeutet, sie sollen Schüler*innen dabei anleiten, im Kontext bioethischer Themen wie Schwangerschaftsabbruch, Gentechnik oder Nachhaltigkeit, fachlich fundierte und unter Berücksichtigung ethischer Werte gefällte Urteile zu reflektieren. Empirische Studien zeigen, dass Lehrkräfte der Biologie dabei vor vielfältigen Herausforderungen stehen. Das Promotionsvorhaben verfolgt das Ziel, herauszufinden, wie angehende Biologielehrkräfte früh in ihrer Ausbildung dabei zu unterstützt werden können, diese Herausforderungen im Beruf zu bewältigen.
Dazu werden in einem ersten Schritt die Herausforderungen, die Biologielehrkräfte beschreiben genauer untersucht: Bisherige Studien untersuchen vor allem das fachdidaktische Wissen von Biologielehrkräften zur Bewertungskompetenz. In einem Review dieser Studien wird der Fokus vom fachdidaktischen Wissen auf die Überzeugungen und Emotionen der Biologielehrkräfte in Bezug auf Bewertungskompetenz gelegt. Die Theorie des geplanten Verhaltens bildet dazu den Hintergrund. In einem weiteren Schritt werden das fachdidaktische Wissen, die Überzeugungen und die Emotionen Lehramtsstudierender der Biologie in Bezug zu Bewertungskompetenz untersucht und mit denen der Biologielehrkräfte verglichen.
Ziel des Projekts ist es, aus dem Vergleich Potentiale und Hürden zu identifizieren, mit denen in der Ausbildung Lehramtsstudierender der Biologie Fortbildungsmaßnahmen zur Bewertungskompetenz geplant, durchgeführt und evaluiert werden können.
Leubecher
Gemeinsam stark für die biologische Vielfalt durch Citizen-Science-basierte Umweltschutzprojekte?
Citizen Science (CS) beinhaltet die aktive Beteiligung von Menschen – mit und ohne formale akademische Ausbildung – in wissenschaftliche Untersuchungen, sei es durch das Sammeln von Daten über kurze Zeiträume hinweg oder durch ein langfristiges Engagement, bei dem sie gemeinsam mit Wissenschaftler:innen oder anderen Freiwilligen ein Forschungsthema vertiefen (Weißbuch, 2021).
Das Hauptziel des biodiversitätsbasierten CS-Projektes VielFalterGarten ist das gemeinsame erforschen und beobachten von Schmetterlingen in Leipzig, um mehr über sie und ihren Schutz zu erfahren (www.vielfaltergarten.de). Die Methode des VielFalterGartens ist einfach und zugänglich: Beim Tagfalter-Monitoring legen die Teilnehmer:innen einen Beobachtungsort fest und verwenden die VielFalterGarten-App, um einmal pro Woche für 15 Minuten Tagfalter zu zählen und zu bestimmen. Die gesammelten Ergebnisse werden auf derVielFalterKarte zusammengetragen. Basierend auf diesen Daten können dann Schutzmaßnahmen abgeleitet und von den Mitwirkenden umgesetzt werden, um die Lebensräume der Schmetterlinge zu schützen und zu verbessern.
Das Interventionsprogramm, welches sich an Schüler:innen der Sekundarstufe richtet, beinhaltet sowohl ein gemeinschaftliches Insektenschutzprojekt, die schmetterlingsfreundliche Gestaltung des Schulgartens, als auch das sozial vernetzte CS-Projekt VielFalterGarten, das Tagfalter-Monitoring. Mit Hilfe der Intervention soll untersucht werden, inwiefern der Einsatz von Umweltschutzprojekten mit CS-Anteil in der schulischen Umweltbildung die wahrgenommene Handlungskompetenz und das kollektive Handeln für Insektenschutz von Sekundarschüler:innen fördert.
Wirkung und Wirksamkeit narrativer Lernertexte
Julia Zdunek untersucht im Rahmen ihres Promotionsprojektes, inwiefern narrative Methoden den Verstehensprozesse im Biologieunterricht fördern können.
Der öffentliche Diskurs über biologische Themen wird unter anderem durch fachlich unangemessene Darstellungen und Verschwörungserzählungen beeinflusst. Dies wurde nicht zuletzt während SARS-CoV2-Pandemie spürbar. Solche Narrative erschweren einerseits das Verständnis biologischer Phänomene, zeigen aber andererseits auch wie wirksam Erzählungen für die Kommunikation über komplexe Themen sein können, da narrativ strukturierte Informationen leichter zu verstehen, zu merken und wiederzugeben sind. Aus einer didaktischen Perspektive ermöglichen Narrationen persönliche Bedeutungszuweisung und bieten, bei entsprechender Aufgabenstellung, außerdem die Möglichkeit einer elaborierten Auseinandersetzung mit verschiedenen Lerngegenständen. Diese Synthese aus subjektiven und objektiven Elementen ermöglicht bestenfalls bedeutungsvolles Verstehen. Inwiefern dies auch Potentiale für biologische Lernprozesse bietet, wurde bisher noch nicht hinreichend erforscht. Im Projekt wird daher die Wirksamkeit produktiver, narrativer Methoden und ihr Einfluss auf das Verstehen untersucht. Dabei stehen ökologische und botanische Lernkontexte im Fokus des Interesses.
BiodigitaliS: Digitalisierung der Ausbildung angehender Biologielehrkräfte am Standort Leipzig
Die Digitalisierung von Bildung und Schule konfrontiert Lehrkräfte im Fachunterricht mit neuen Herausforderungen. Universitäre Lehramtsausbildung soll angehende Lehrkräfte dazu befähigen, diese zu bewältigen. Dabei sollen fachspezifische digitale Kompetenzen vermittelt und die Bereitschaft, Fachunterricht mit digitalen Medien zu gestalten, gefördert werden. Wie digitale Settings systematisch in bestehende Lehrveranstaltungen integriert und die universitäre Lehre gezielt verändert werden kann, wird im Rahmen des Projekts „BiodigitaliS“ am Beispiel biologiedidaktischer Lehrveranstaltungen untersucht. Die Maßnahmen werden in begleitenden Studien evaluiert und sukzessive weiterentwickelt. Das Forschungsinteresse umfasst dabei die:
- Kontextbedingungen im Rahmen der biologiedidaktischen Ausbildung sowie deren zielgerichtete Veränderung,
- Überzeugungen der Studierenden hinsichtlich des Einsatzes digitaler Medien im Biologieunterricht,
- Wirkung der gezielt modifizierten Lehrveranstaltungen auf die Bereitschaft der Studierenden zur Anwendung digitaler Medien im Biologieunterricht.
„BiodigitaliS“ ist Teil des gemeinsamen Projekts der Universität Leipzig und der TU Dresden mit dem Titel „PraxisdigitaliS: Praxis digital gestalten in Sachsen“, das vom BMBF im Zeitraum 2020-2023 mit einem Volumen von knapp drei Millionen Euro gefördert wird. Die wissenschaftliche Projektleitung des Verbundprojekts liegt bei Prof. Dr. Sonja Ganguin (Universität Leipzig), die Koordination übernimmt das Zentrum für Lehrerbildung und Schulforschung (ZLS).
Systemverstehen kontextspezifisch fördern mittels Conceptual Change-Stories
Cornelia Averdunk untersucht im Rahmen ihres Promotionsprojektes, inwieweit mittels kontextspezifischer Konzeptförderung durch Conceptual Change-Stories ein kontextübergreifendes Verstehen im Bereich biologischer Systeme gefördert werden kann.
Der Biologieunterricht soll Lernende zur gesellschaftlichen Teilhabe befähigen, indem er Ökosystemverstehen fördert. Ein zentrales Konzept im Kontext von Ökosystemen ist Wechselwirkung. Im Sinne kumulativen Lernens erscheint es sinnvoll, Wechselwirkung als übergreifendes Konzept bereits in der frühen Sekundarstufe I einzuführen. Hierfür eignet sich das Thema der Nahrungsbeziehungen zwischen Populationen in einem Ökosystem.
Studien zeigen, dass Schüler:innen häufig über vorunterrichtliche Vorstellungen verfügen, die es ihnen erschweren, Nahrungsbeziehungen als nicht-lineare, dynamische Wechselwirkungen zu verstehen. Aus diesem Grund bedarf es unterrichtlicher Strategien, die gezielt die Vorstellungen der Lernenden aufgreifen und zur Entwicklung fachlich angemessener Vorstellungen beitragen.
Basierend auf bereits erprobten Conceptual Change-Texts entwickelt und untersucht Cornelia Averdunk sogenannte Conceptual Change-Stories. Dieses Lernmaterial greift vorunterrichtliche Konzepte zu Wechselwirkungen im Nahrungsnetz in Form von Geschichten auf und hat das Potential, eine Konzeptentwicklung zu fördern. Um diese Annahme empirisch zu untermauern, wird in einem ersten Schritt untersucht, inwieweit die Conceptual Change-Stories das Verstehen im Kontext von Nahrungsbeziehungen fördern. Im weiteren Projektverlauf kommt der Aspekt des übergreifenden Konzepts Wechselwirkung stärker zum Tragen: Die Fähigkeit, Nahrungsbeziehungen als Wechselwirkungen zu beschreiben, kann auch als eine Form von Systemdenken interpretiert werden. In einem zweiten Schritt soll deshalb die Wirksamkeit von Conceptual Change-Stories auf das Systemdenken der Schüler:innen näher untersucht werden.
Der Einfluss von Fachdidaktischem Wissen und Überzeugungen von Lehrkräften auf die Planung von bewertungskomptenz-orientiertem Biologieunterricht
Laura Hartleb untersucht im Rahmen ihres Promotionsprojekt die Unterrichtsplanung von Lehrkräften im Kompetenzbereich Bewerten. Unterricht im Bereich Bewertungskompetenz beschäftigt sich mit der ethischen und gesellschaftlichen Dimension von biologischen Themen wie zum Beispiel Schwangerschaftsabbruch, Tierhaltung, oder dem Biodiversitätsverlust. Diese Kompetenz zu fördern fällt Lehrkräften jedoch noch immer schwer.
Ob und wie Bewertungskompetenz im Unterricht gefördert wird, wird bereits bei der Unterrichtsplanung antizipert. Deshalb wird im Projekt unter anderem untersucht, wie Lehrkräfte bei der Auswahl von bioethischen Themen und entsprechenden Unterrichtsmethoden und Materialien vorgehen. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass dabei die Überzeugungen der Lehrkräfte über Biologieunterricht relevant sind. Zur Analyse wird unter anderem das Fachdidaktische Wissen (Peadagogical Kontent Knowledge, PCK) der Lehrkräfte beschrieben.
Entwicklung evolutionsbiologischer Konzepte am Übergang von Primar- zur Sekundarstufe
Schüler:innen der Klassenstufe 5 fällt es schwer, die einzelnen Lerninhalte des Biologieunterrichts zu verstehen und zu systematisieren. Um den kumulativen Lernprozess zu fördern, wurden bundesweit Basiskonzepte eingeführt. Im Sekundarstufenbereich I erfassen die Schüler:innen unter dem Basiskonzept Angepasstheit nur entsprechende biologische Phänomene, jedoch fehlt der evolutionsbiologischen Kontext. Die Lerninhalte zur Evolutionsbiologie werden erst in Klassenstufe 10 unterrichtet (SMK, 2019a, 2022). Dieser Zeitpunkt ist zu spät, um die alternativen Theorien der Schüler:innen zum Anpassungsprozess hin zu wissenschaftlich normativen Theorien umzustrukturieren. Bei der Analyse der Lehrpläne von Primar- und Sekundrstufe fällt auf, dass der Lerninhalt Angepasstheit von Lebewesen den Sachunterricht und den Biologieunterricht miteinander verknüpft.
Ziel des Forschungsvorhaben ist es, das zentrale Konzepte der Evolutionsbiologie, die natürliche Selektion, bereits frühzeitig zu unterrichten, damit Schüler:innen Inhalte des Biologieunterrichts besser verstehen, systematisieren und auf neue Kontexte anwenden können. Im Vordergrund steht das biologische Phänomen, die Angepasstheit naturwissenschaftlich adäquat erklären zu können. Mein Forschungsprojekt wird als quasiexperimentelle Langzeitstudie in Klassenstufe 3 bis 5 durchgeführt. In allen Lerngruppen findet eine Intervention im Prä-Post-Follow-up-Design statt. In den einzelnen Interventionen werden stufenweise verschiedene Schlüsselkonzepte der natürlichen Selektion eingeführt. In Klassenstufe 3 die innerartliche Vielfalt, in Klassenstufe 4 das differentielle Überleben und in Klassenstufe 5 die Vererbung sowie die Betrachtung der zeitlichen Dimension. Es wird untersucht, ob und inwieweit die Schüler:innen der Klassenstufen 3 und 4 in der Lage sind evolutionsbiologische Schlüsselkonzepte zu erlernen, ob hierbei nachhaltig belastbare wissenschaftlich adäquate Konzepte entstehen und ob dies die Anschlussfähigkeit des Sachunterrichts an den weiterführenden naturwissenschaftlichen Unterricht unterstützt..
Schwierigkeiten bei der Unterrichtsplanung mit Alltagsvorstellungen
Jan Wanitschke untersucht in seinem Promotionsprojekt die Schwierigkeiten von Biologie Lehramtsstudierenden bei der Unterrichtsplanung mit Alltagsvorstellungen von Lernenden.
Lehramtsstudierenden fällt es häufig schwer, die fachbiologische Perspektive und die Alltagsvorstellungen der Lernenden gleichermaßen in ihrer Unterrichtsplanung mit einzubeziehen. Dieser Befund steht im Kontrast zu den fachdidaktischen Forschungsbemühungen im Bereich der Alltagsvorstellungen. Eine Planung mit Alltagsvorstellungen berücksichtigt themenspezifische Lernchancen und -hürden, orientiert sich an zentralen Konzepten oder Grundprinzipien des Lerngegenstandes und bezieht sich auf fachdidaktisch fundierte Ideen für den Lehr-Lernprozess.
Ziel des Projekts ist es, die Schwierigkeiten der Studierenden bei einer derartigen Planung im Themenbereich Neurobiologie systematisch zu analysieren und zu verstehen. Daraus lassen sich Schlussfolgerungen für die Lehramtsausbildung ziehen, die die Forschungserkenntnisse über Alltagsvorstellungen besser für die Unterrichtspraxis nutzbar machen sollen.
Forschungsprojekte und -kooperationen
IsoCube: Angehende Biologielehrer:innen entwickeln digitale Lehr-kompetenzen mit einem sensorgestützten Live-Ökosystem-Modell
Das Lehrprojekt zielt auf die Entwicklung, Erprobung und langfristige Integration eines Seminarkonzepts in das biologiedidaktische Curriculum an der Universität Leipzig. Im Zentrum des Seminarkonzepts steht das Live-Ökosystem-Modell IsoCube, ein mit einem Sensorsystem ausgestattetes Landassel-Terrarium. Im Seminar i) erweitern angehende Biologielehrer:innen ihre ökologische Sachkompetenz, ii) sie entwickeln Lehrkompetenzen bei der digitalen Messwerterfassung und Datenanalyse sowie im Umgang mit KI-Anwendungen, und iii) sie bringen ihre neu erworbenen Kompetenzen bei der Entwicklung von Lernszenarien mit dem IsoCube zur Anwendung. Eine zweistufige theorieorientierte Evaluation sichert die Qualität des Seminarkonzepts und erleichtert die langfristige curriculare Integration sowie die Übertragung an andere Universitätsstandorte. Das Projekt wird durch die Joachim Herz Stiftung gefördert.
Systemdenken spielt für die Erklärung biologischer Phänomene eine zentrale Rolle und stellt — durch die Berücksichtigung von Komplexität sowie Multiperspektivität — eine wichtige Grundlage für die Teilhabe an gesellschaftlichen Entscheidungsprozessen im Kontext nachhaltiger Entwicklung dar. Aus diesen Gründen ist die Befähigung von Schüler:innen zum Systemdenken ein relevantes Bildungsziel des Biologieunterrichts.
In Deutschland ist die Förderung von Systemdenken im Biologieunterricht curricular durch die Bezugnahme auf Basiskonzepte verankert. Ein an Basiskonzepten orientierter Biologieunterricht kann maßgeblich zum konzeptuellen Lernen beitragen. Bislang bleibt offen, ob und wie Biologielehrkräfte auf die Basiskonzepte zurückgreifen, um das Systemdenken der Schüler:innen zu fördern. Im Rahmen von SymBioSE wird genau dies empirisch untersucht und damit ein erster Schritt auf dem Weg zur Entwicklung empirisch fundierter Professionalisierungsangebote im Bereich Systemdenken gegangen. Ein zweites Ziel des Projekts SymBioSE ist die strukturelle Stärkung des biologiedidaktischen Forschungsnetzwerks im Bereich Systemdenken.
Das Projekt SymBioSE wird vom Fonds für innovative, standortübergreifende Projekte der Fachsektion Didaktik der Biologie (FDdB) im VBIO gefördert. Projektpartner sind Dr. Katharina Düsing am IPN Kiel (Projektkoordination), Dr. Alexander Bergmann-Gering an der Universität Leipzig (Projektkoordination) und Maike Sauer an der RPTU Landau.
ECOSCOMICS
Das Erasmus+-Projekt [Projektnummer: 2021-1-FR01-KA220-SCH-000030110] vereint über drei Jahre Wissenschaftler:innen der Naturwissenschaften und Naturwissenschaftsdidaktik sowie Künstler:innen aus fünf verschiedenen europäischen Ländern mit dem Ziel, auf Ursachen und Folgen des Klimawandels aufmerksam zu machen und das Verstehen der dahinterliegenden Konzepte zu fördern. Zu diesem Zweck werden webbasierte Science Comics entwickelt und als Lehr-Lern-Medium getestet. Die Theatergruppe „Supertroupers“ leitet die Lesenden durch sieben Episoden verschiedener Themen aus den Bereichen Physik, Geologie/Geografie und Biologie. Zur Verstehensförderung im Sinne des Conceptual Change (Vosniadou et al. 2008) greifen die Science Comicspopuläre alternative Vorstellungen auf und laden Lesende dazu ein, diese gemeinsam mit den Protagonisten zu reflektieren.
Ein jährliches Kooperations-Meeting dient gleichermaßen der Erarbeitung der Science-Comic-Konzeption wie auch dem Austausch über praktische Erprobungen und Forschungsergebnisse aus dem Einsatz des neuen Mediums im Unterricht. Das Leipziger Team (Prof. Dr. Jörg Zabel und Julia Zdunek) ist dabei besonders in die Entwicklung und Erprobung der Science Comics zu den biologischen Themen Evolution, Biodiversität und Ozeane eingebunden. Der offizielle Launch der Web-Comic-Plattform ist für das erste Quartal 2024 vorgesehen.
