TY  - THES
A1  - Enkrott, Patrick
T1  - Entwicklung des fachlichen Wissens angehender Physiklehrkräfte
T1  - Pre-service physics teachers’ development of content knowledge
N2  - Das Professionswissen einer Lehrkraft gilt als Voraussetzung für erfolgreichen Unterricht. Trotz großer Unterschiede der Professionswissensmodelle ist die Forschung sich aus theoretischer Sicht weitestgehend einig darüber, dass das fachliche und fachdidaktische Wissen wichtige Bestandteile des Professionswissens und damit bedeutsam für Unterrichtserfolg sind. Zurecht gibt es daher die Forderung, dass Lehrkräfte unter anderem ein ausgeprägtes fachliches Wissen benötigen, das sie in den verschiedensten Situationen ihres Berufslebens, wie z.B. dem Erklären von Konzepten und dem Planen von Unterricht einsetzen. Die Forschung untersucht aus diesem Grund schon seit über 30 Jahren die Bedeutung des Fachwissens einer Lehrkraft. Dabei werden die Betrachtungen des Fachwissens immer differenzierter. So hat sich in vielen Forschungsansätzen der Physikdidaktik eine Dreiteilung des Fachwissens in schulisches Wissen, vertieftes Schulwissen und universitäres Wissen durchgesetzt. Während das Schulwissen als jenes Wissen verstanden wird, das in der Schule gelehrt und gelernt wird, beschreibt die Facette des universitären Wissens die stark akademisch geprägte Wissensform, die zukünftige Physiklehrkräfte in den Fachveranstaltungen an der Universität erwerben sollen. Das vertiefte Schulwissen ist hingegen eine spezielle Form des fachlichen Wissens, die aus Forschungssicht als besonders wichtig für Lehrkräfte angenommen wird. Zusammengenommen sollen angehende Physiklehrkräfte alle genannten Facetten des Fachwissens, also Schulwissen, vertieftes Schulwissen und universitäres Wissen, während des Lehramtsstudiums Physik erwerben. Neben dem fachlichen Wissen benötigt eine Lehrkraft als wichtigen Bestandteil des Professionswissens auch noch fachdidaktisches Wissen, welches ebenfalls während des Studiums erworben werden soll. Gleichzeitig geht man in der Forschung davon aus, dass für die Entwicklung des fachdidaktischen Wissens fachliches Wissen eine Grundvoraussetzung ist. Es ist jedoch empirisch nahezu ungeklärt, wie sich das beschriebene Fachwissen und das fachdidaktische Wissen im Verlauf des Lehramtsstudiums Physik entwickeln oder wie sich diese Wissensformen gegenseitig beeinflussen. Darüber hinaus ist unklar, welche Herausforderungen sich aus der Leistungsheterogenität der Studienanfänger:innen ergeben. Bisherige Untersuchungen aus der Studienerfolgsforschung legen nahe, dass besonders das Vorwissen prognostisch für Studienerfolg ist. Die vorliegende Arbeit untersucht daher zunächst, wie sich das fachliche Wissen (Schulwissen, vertieftes Schulwissen, universitäres Wissen) von Lehrkräften im Verlauf des Bachelor- und Masterstudiums entwickelt. In einem nächsten Schritt wurde untersucht, wie sich Studierende mit einem geringen, mittleren bzw. hohen Fachwissen zum Beginn des Studiums über das Bachelorstudium entwickeln. Darüber hinaus wurde die Entwicklung des fachdidaktischen Wissens betrachtet und Zusammenhänge zum fachlichen Wissen in den Blick genommen. Durchgeführt wurde die vorliegende Studie im Längsschnitt im Verlauf von drei Jahren an 11 Hochschulen mit 145 Bachelorstudierenden und 73 Masterstudierenden. Die Bachelorstudierenden haben jährlich an einer Testung des fachlichen und fachdidaktischen Wissens teilgenommen. Die Masterstudierenden nahmen jeweils vor und nach einem einsemestrigen Schulpraktikum an den Erhebungen teil. Zur Testung wurde jeweils ein schriftliches Testinstrument verwendet. Das weiterentwickelte Fachwissensinstrument wurde zusätzlich ausführlichen Validierungsuntersuchungen unterzogen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das Schulwissen, das vertiefte Schulwissen und das universitäre Wissen sowohl im Bachelor- als auch Masterstudium signifikant weiterentwickeln. Auch für das fachdidaktische Wissen können signifikante Zuwächse über das Bachelor- und Masterstudium berichtet werden. Interessant ist dabei, dass eine starke Korrelation zwischen dem fachlichen Wissen zu Beginn des Studiums und dem Zuwachs des fachdidaktischen Wissens vom ersten zum dritten Semester erkennbar ist. Es liegen also erste Hinweise dafür vor, dass – wie in der Forschung vermutet – das fachliche Wissen eine Voraussetzung für die Entwicklung von fachdidaktischem Wissen ist. Die angesprochene Leistungsheterogenität zu Beginn des Studiums stellt dabei jedoch ein Hindernis für die Entwicklung des fachlichen Wissens dar. So holt die Gruppe der zu Beginn schwächeren Studierenden nicht einmal das Mittelfeld im Lauf des Studiums ein. Gleichzeitig ist zu beobachten, dass die Gruppe der stärksten Studierenden im Vergleich zu den übrigen Studierenden vom ersten zum dritten Semester überproportional dazulernt. Insgesamt bleibt das heterogene Leistungsbild im Verlauf des Studiums erhalten, was die Forderung nach Unterstützung für leistungsschwächere Studierende gerade zu Beginn des Studiums betont. Wie sich innerhalb der vorliegenden Untersuchung zeigte, könnte insbesondere ein ausgeprägtes mathematisches Vorwissen hilfreich sein, um fachliches Wissen zu entwickeln. Die bisher angebotenen Vorkurse scheinen dem Bedarf nicht gerecht zu werden und so könnte es lohnenswert sein, zusätzliche Veranstaltungen auch in Bezug auf fachliches Wissen in der gesamten Studieneingangsphase anzubieten. Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass insbesondere schwächere Studierende von einer klaren Strukturierung innerhalb dieser zusätzlichen Kurse profitieren könnten. Auch ein allgemeines Vorstudium könnte helfen, die Vorkenntnisse anzugleichen.
N2  - A teacher’s professional knowledge is a prerequisite for successful teaching. Despite major differences in the models of professional knowledge, research agrees to a large extent from a theoretical perspective that content knowledge and pedagogical content knowledge is an important component of a teacher’s professional knowledge and thus essential for teaching successfully. There is a justified demand that teachers need, among other things, extensive content knowledge that they can use in various situations in their professional life, such as when explaining or planning lessons. This has generated over thirty years of research investigating the importance of a teacher's professional knowledge. 
In the process, the description of content knowledge has become increasingly differentiated. A three-way division of content knowledge into school knowledge, deeper school knowledge and university knowledge has become established in many research approaches to physics education/the teaching of physics. While school knowledge is understood as knowledge that is taught and learned in school, the concept of university knowledge describes the strongly academic form of knowledge that pre-service physics teachers should acquire in the course of university teacher training. Deeper school knowledge, on the other hand, is a special form of content knowledge that is assumed from a research perspective to be particularly important for teachers. Taken together, future physics teachers should acquire all the different types of knowledge mentioned above during their teacher training in physics. In addition to content knowledge, a teacher also needs pedagogical content knowledge as an important part of his or her professional knowledge, which should also be acquired during university teacher training. At the same time, research assumes that content knowledge is a basic requirement for the development of pedagogical content knowledge. 
There is, however, almost no empirical evidence for the development of this content knowledge or pedagogical content knowledge over the course of teacher training in physics, nor for the ways in which these forms of knowledge influence each other. Furthermore, it is unclear which challenges arise from the heterogeneity of performance exhibited by first-year students. Previous studies of student success suggest that previous knowledge is particularly prognostic for academic success. This study therefore first examines how teachers’ content knowledge (school knowledge, deeper school knowledge, university knowledge) develops over the course of bachelor’s and master's degrees. This study then investigates how students who start with low, medium, or high levels of content knowledge develop over the course of the bachelor's program. It also examines the development of pedagogical content knowledge and considers how this relates to content knowledge. 
This study was carried out in a longitudinal section over a period of three years at eleven universities with 145 bachelor's students and 73 master's students. The bachelor's students took part in an annual test of their content knowledge and pedagogical content knowledge. The master's students took part in the survey before and after a one semester internship at a school. A written test instrument was used for each survey. The refined test instrument for content knowledge was additionally subjected to extensive validation studies. 
The results show that school knowledge, deeper school knowledge and university knowledge are significantly developed in both the bachelor's and master's programs. Significant increases in pedagogical content knowledge can also be reported for the bachelor’s and master’s programmes. It is interesting to note that there is a strong correlation between content knowledge at the beginning of the programme and the increase in pedagogical content knowledge from the first to the third semester. Thus, there are initial indications that, as assumed in research, content knowledge is a prerequisite for the development of pedagogical knowledge. However, the heterogeneity of performance at the beginning of university teacher training is an obstacle to the development of content knowledge. The group of underperforming students failed to catch up with the midfield over the course of their degree. At the same time, it can be observed that the group of best-performing students learned disproportionately more from the first to the third semester compared to the other students. This heterogeneous performance pattern remains throughout the course of university teacher training in physics, which emphasises the need for support for underperforming students, especially at the beginning of their studies.
The study showed that deep mathematical knowledge could be particularly helpful in order to develop content knowledge. Yet the preliminary courses offered so far do not seem to meet demand; hence it could be worthwhile to offer additional courses that also build content knowledge during the entire introductory phase of university teacher training. Research results indicate that especially underperforming students could benefit from a clear structure within these additional courses. A general pre-study program could also help to align previous knowledge.
KW  - Fachwissen
KW  - Fachwissensentwicklung
KW  - vertieftes Schulwissen
KW  - Längschnitt
KW  - Physik Lehramt
KW  - Content Knowledge
KW  - Development of Content Knowledge
KW  - Deeper School Knowledge
KW  - Physics Education
KW  - Pre-Service
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-500402
ER  - 
TY  - THES
A1  - Massolt, Joost Willem
T1  - Perceived relevance of physics problems
BT  - by pre-service physics teachers
N2  - Pre-service physics teachers often have difficulties seeing the relevance of the content of the content knowledge courses they attend in their study; they regularly do not see the connection with the physics they need in their later profession as a secondary school teacher. A lower perceived relevance is however connected to motivational problems which leads to both a qualitative and quantitative problem: not only is there a relation between the drop-out of students and their motivation, but their level of conceptual understanding is also suffering under this lower motivation. 

In order to increase the perceived relevance of the problems that pre-service physics teachers have to solve for the courses Experimentalphysik 1 and 2, an intervention study has been designed and implemented. In these content knowledge courses, first- and second semester students attend lectures, do experiments and they solve problems on weekly problem sets which are discussed in tutorial sessions. The problems on a typical problem set are however mainly quantitative problems that have no connection to school. In the intervention study, regular, quantitative problems are used next to two newly designed conceptual (qualitative) problem types. One of these problem types are conceptual problems that have no implicit or explicit school-relevance; the other problems are based on school-related content knowledge. This content knowledge category describes knowledge that leads to a deeper understanding of school knowledge, relevant for teachers: a teacher-specific content knowledge. A new model for this category, SRCK, has been conceptualised and operationalised as a cross-disciplinary model that consists of conceptual knowledge and skills necessary for this deeper understanding of content that is relevant to teaching at a secondary school.
During two semesters in both the courses Experimentalphysik 1 and 2 (N = 75 and N = 43 respectively) students had to solve the problems on the problem sets. At the start of every tutorial session, they were asked to rate all the problems with respect to perceived relevance and difficulty. Analyses show that the problems based on SRCK were perceived as more relevant than the regular, quantitative problems. However, this difference is only statistically significant for the course Experimentalphysik 2. 
The SRCK-problems show the connection between the content of the problems and school physics and are therefore seen as more relevant. In Experimentalphysik 1, the content is not that distant to school physics. This might be the reason that the students see all the problem types as just as relevant to them. When we however only look at the final third of the first semester, where more advanced subjects - that are not necessarily discussed in secondary school physics – are discussed, we see that in this part the SRCK-problems are seen as more relevant than the regular problems too. We can therefore conclude that if the content is distant to school physics, the SRCK-problems are seen as more relevant than the regular problems. We do not see a statistically significant difference between the (conceptual) problems based on SRCK and the conceptual problems that are not based on SRCK (and therefore have no school relevance). This means that we do not know whether the conceptual problems based on SRCK are more relevant because they are based on SRCK or because they are conceptual.
In order to find out what problem properties have an influence on the perceived relevance of these problems by pre-service teachers, an interview study with N = 7 pre-service teachers was conducted.
This interview was done using the repertory grid technique, based on the personal construct theory by Kelly (1955). This technique makes it possible to find personal constructs of students: how do students determine for themselves how relevant a problem is to them? It allows to capture their intuition or gut feeling. These personal constructs could then give us information about the problem properties that have a positive influence on relevance.
Six categories of personal constructs were found that have a high similarity to relevance. According to the personal constructs that were generated in the interviews, physics problems are more relevant when they are more conceptual (compared to calculational), are close to everyday life, have a lower level of mathematical requirement, have a content that is more school-relevant, give the students the idea that they have learned something, and contain a situation that has to be analysed.
Of the six problem properties described above, one can be connected to the facets of SRCK: many problems based on SRCK contain a situation (e.g. a textbook with a simplified explanation, a student solution with an error) that has to be analysed.
The expectation is that problems that are based on the six properties described above would be perceived as more relevant to pre-service physics teachers.
N2  - Lehramtsstudierenden Physik haben mitunter Schwierigkeiten, die Relevanz der Inhalte der notwendigen Fachwissensmodule für ihre spätere Profession zu erkennen. Sie sehen oft nicht den Zusammenhang mit der Physik, die sie in ihrem späteren Beruf als Physiklehrkraft brauchen. Eine geringere wahrgenommene Relevanz führt jedoch zu Motivationsproblemen, die sowohl zu einem qualitativen als auch zu einem quantitativen Problem führen: Nicht nur der Studienabbruch der Studierenden ist höher wegen der geringeren Motivation, sondern auch ihr konzeptuelles Verständnis leidet unter dieser geringeren Motivation. 

Um die wahrgenommene Relevanz der Aufgaben, die die Studierenden für die Lehrveranstaltungen Experimentalphysik 1 und 2 lösen müssen, zu erhöhen, wurde eine Interventionsstudie konzipiert und durchgeführt. Die Aufgaben auf einem typischen wöchentlichen Aufgabenzettel, die in Übungsgruppen diskutiert werden, sind jedoch hauptsächlich quantitative Probleme, die keinen Bezug zur Schule haben. In der Interventionsstudie werden neben diesen quantitativen Aufgaben zwei neu konzipierten konzeptionellen (qualitativen) Aufgabentypen verwendet. Einer dieser Aufgabentypen sind konzeptionelle Aufgaben, die keine explizite oder implizite Schulrelevanz haben; die anderen Aufgaben basieren auf der Fachwissenskategorie „erweitertes Fachwissen für den schulischen Kontext" (EFSK), die das berufsspezifische Fachwissen für Physiklehrkräfte beschreibt. EFSK wurde als interdisziplinäres Modell konzipiert und operationalisiert, das aus konzeptionellem Wissen und Fähigkeiten besteht, die für ein tieferes Verständnis von Inhalten, die für den Unterricht an einer Sekundarschule relevant sind, erforderlich sind. 

Die neu konzipierten Aufgaben wurden in zwei Semestern, sowohl für die Experimentalphysik 1 als auch für die Experimentalphysik 2 (mit N = 75 bzw. N = 43 Studierenden), eingesetzt. Am Anfang jeder Übung wurden die Studierenden gebeten, alle Aufgaben in Bezug auf die wahrgenommene Relevanz zu bewerten. Die wahrgenommene Relevanz der verschiedenen Aufgabentypen wurde dann miteinander verglichen. Das Ergebnis ist, dass die auf das EFSK basierenden Probleme als relevanter wahrgenommen werden als die regulären, quantitativen Probleme. Dieser Unterschied ist jedoch nur dann statistisch signifikant, wenn die Kursinhalte weiter entfernt von der schulischen Physik sind. Ein Unterschied zwischen den (konzeptionellen) Aufgaben auf Basis von EFSK und den konzeptionellen Aufgaben, die nicht auf EFSK basieren (und daher keine Schulrelevanz haben) wurde nicht festgestellt. Das bedeutet, dass es unklar ist, ob die konzeptionellen Aufgaben auf Basis von EFSK relevanter sind, weil sie auf EFSK basieren, oder weil sie konzeptionell sind. Die Physik Monofachstudierenden sehen keinen Unterschied zwischen den Aufgabentypen in Bezug auf die Relevanz. Für sie sind alle Probleme gleich relevant. 

Um herauszufinden, welche Aufgabeneigenschaften einen Einfluss auf die wahrgenommene Relevanz dieser Aufgaben von Lehramtsstudierende haben, wurde eine Interviewstudie mit N = 7 Lehramtsstudierenden durchgeführt. Diese Interviews wurden mit der Repertory Grid Technik durchgeführt, womit die persönlichen Konstrukte - mentale Darstellungen, die wir verwenden, um Ereignisse zu interpretieren - von Studierenden erfasst werden können: wie bestimmen die Studierenden selbst, mit Hilfe Ihrer Intuition oder Bauchgefühl, wie relevant ein Problem für sie ist? Diese persönlichen Konstrukte könnten uns dann Auskunft über die Aufgabeneigenschaften geben, die einen positiven Einfluss auf die Relevanz haben. 
Es wurden sechs Konstruktkategorien gefunden, die eine hohe Ähnlichkeit mit der Relevanz aufweisen. Nach den persönlichen Konstrukten, die in den Interviews generiert wurden, sind Aufgaben dann relevanter, wenn sie konzeptueller sind (im Vergleich zu rechnerisch), sie alltagsnäher sind, sie geringere mathematische Anforderungen haben, sie einen Inhalt haben, der schulrelevanter ist, sie den Studierenden die Idee geben, dass sie etwas gelernt haben, und in der Aufgabe eine Situation analysiert werden muss.
Von den sechs oben beschriebenen Aufgabeneigenschaften kann eine mit den Facetten von EFSK in Verbindung gebracht werden: viele Probleme, die auf EFSK basieren, enthalten eine zu analysierende Situation. Es wird erwartet, dass Aufgaben, die auf den sechs oben beschriebenen Eigenschaften basieren, von Lehramtsstudierenden als relevanter wahrgenommen werden.
T2  - Wahrgenommene Relevanz von Physikaufgaben
KW  - Physics Education
KW  - Physics Problems
KW  - Perceived Relevance
KW  - Repertory Grid
KW  - Experimental Physics
KW  - ​wahrgenommene Relevanz
KW  - Physikaufgaben
KW  - Experimentalphysik
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-472925
ER  - 
TY  - THES
A1  - Theilmann, Florian
T1  - Die Kunst der Untersuchung : Essays zu einem erscheinungsorientierten Physikunterricht
T1  - The art of inquiry : essays on phenomenological science teaching
N2  - Die vorliegende Arbeit versammelt zwei einleitende Kapitel und zehn Essays, die sich als kritisch-konstruktive Beiträge zu einem "erlebenden Verstehen" (Buck) von Physik lesen lassen. Die traditionelle Anlage von Schulphysik zielt auf eine systematische Darstellung naturwissenschaftlichen Wissens, das dann an ausgewählten Beispielen angewendet wird: Schulexperimente beweisen die Aussagen der Systematik (oder machen sie wenigstens plausibel), ausgewählte Phänomene werden erklärt. In einem solchen Rahmen besteht jedoch leicht die Gefahr, den Bezug zur Lebenswirklichkeit oder den Interessen der Schüler zu verlieren. Diese Problematik ist seit mindestens 90 Jahren bekannt, didaktische Antworten - untersuchendes Lernen, Kontextualisierung, Schülerexperimente etc. - adressieren allerdings eher Symptome als Ursachen. Naturwissenschaft wird dadurch spannend, dass sie ein spezifisch investigatives Weltverhältnis stiftet: man müsste gleichsam nicht Wissen, sondern "Fragen lernen" (und natürlich auch, wie Antworten gefunden werden...). Doch wie kann dergleichen auf dem Niveau von Schulphysik aussehen, was für einen theoretischen Rahmen kann es hier geben? In den gesammelten Arbeiten wird einigen dieser Spuren nachgegangen: Der Absage an das zu modellhafte Denken in der phänomenologischen Optik, der Abgrenzung formal-mathematischen Denkens gegen wirklichkeitsnähere Formen naturwissenschaftlicher Denkbewegungen und Evidenz, dem Potential alternativer Interpretationen von "Physikunterricht", der Frage nach dem "Verstehen" u.a. Dabei werden nicht nur Bezüge zum modernen bildungstheoretischen Paradigma der Kompetenz sichtbar, sondern es wird auch versucht, eine ganze Reihe konkrete (schul-)physikalische Beispiele dafür zu geben, was passiert, wenn nicht schon gewusste Antworten Thema werden, sondern Expeditionen, die sich der physischen Welt widmen: Die Schlüsselbegriffe des Fachs, die Methoden der Datenerhebung und Interpretation, die Such- und Denkbewegungen kommen dabei auf eine Weise zur Sprache, die sich nicht auf die Fachsystematik abstützen möchte, sondern diese motivieren, konturieren und verständlich machen will.
N2  - This book is a collection of two introductory chapters and ten essays that address questions concerning "experiential learning" in physics. Traditionally, physics education has been trying to convey a systematic picture of salient scientific knowledge, which would then be applied to selected experiments and phenomena. However, within such a framework, students' real life experiences and interests can hardly be related to. This problem is well known, but typical solutions within science education address merely the methods and conditions of learning, thereby treating symptoms and missing the underlying problem. For our discussion we have chosen a different point of departure: The fascination of science arises from its investigative nature, which allows us to relate to our world in novel ways. Accordingly, we should teach how to inquire nature, rather than giving canonical answers. What would be the practical consequences of such an approach, and what would the theoretical framework look like? These collected essays investigate a number of approaches toward this issue: phenomenological optics and its rejection of kinematic pictures, the distinction between mathematical reasoning and scientific evidence, the potential of non-conventional interpretations of science teaching, the meaning of "understanding" etc. This discussion merges into the current discourse about competence, while illustrating a kind of physics teaching that encourages "expeditions" into the realm of physics. Here, the key concepts, methods of investigation, and ways of reasoning are not simply based on the established edifice of physics, but rather serve to motivate, clarify, and elucidate its structures and practices.
KW  - Physikdidaktik
KW  - Phänomenologie
KW  - Verstehen
KW  - Unterrichtsvorschläge
KW  - Wissenschaftstheorie
KW  - Physics Education
KW  - Phenomenology
KW  - Understanding
KW  - Science Curriculum
KW  - Philosophy of Science
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-56145
ER  -