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Entwicklung und Evaluation eines Testinstruments zur Untersuchung von Vorkenntnissen und Präkonzepten in der Kosmologie

Development and evaluation of a test instrument to investigate students’ prior knowledge and conceptions in cosmology

  • Kosmologie beschreibt die Entwicklung des Universums als Ganzes. Kosmologische Entdeckungen in Theorie und Praxis haben daher unser modernes wissenschaftliches Weltbild entscheidend ge­prägt. Die Vermittlung eines modernen Weltbildes durch Unterricht ist ein häufiger Wunsch in der naturwissenschaftlichen Bildungsdiskussion. Dennoch exis­tieren weiterhin Forschungs- und Entwicklungsbedarfe. Kosmologische Themen finden sich häufig in den Medien und sind gleichzeitig weiter vom Alltag entfernt, so dass sich hier besonders leicht wissenschaftlich inkorrekte Vorstellungen entwickeln können, die zu Problemen im Unterricht führen können. Das Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es, zu diesem Forschungsgebiet beizutragen und die Voraussetzungen hinsichtlich vorhandener Vorkenntnisse und Präkonzepte in Kosmologie, mit denen Schülerinnen und Schüler in den Unterricht kommen, zu untersuchen und anschließend mit denen anderer Länder zu vergleichen. Dies erfolgt anhand einer qualitativen Inhaltsanalyse eines offenen Fragebogens. Auf dieserKosmologie beschreibt die Entwicklung des Universums als Ganzes. Kosmologische Entdeckungen in Theorie und Praxis haben daher unser modernes wissenschaftliches Weltbild entscheidend ge­prägt. Die Vermittlung eines modernen Weltbildes durch Unterricht ist ein häufiger Wunsch in der naturwissenschaftlichen Bildungsdiskussion. Dennoch exis­tieren weiterhin Forschungs- und Entwicklungsbedarfe. Kosmologische Themen finden sich häufig in den Medien und sind gleichzeitig weiter vom Alltag entfernt, so dass sich hier besonders leicht wissenschaftlich inkorrekte Vorstellungen entwickeln können, die zu Problemen im Unterricht führen können. Das Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es, zu diesem Forschungsgebiet beizutragen und die Voraussetzungen hinsichtlich vorhandener Vorkenntnisse und Präkonzepte in Kosmologie, mit denen Schülerinnen und Schüler in den Unterricht kommen, zu untersuchen und anschließend mit denen anderer Länder zu vergleichen. Dies erfolgt anhand einer qualitativen Inhaltsanalyse eines offenen Fragebogens. Auf dieser Grundlage wird schließlich ein Multiple-Choice Frage­bogen entwickelt, angewendet und evaluiert. Die Ergebnisse zeigen große Wissenslücken im Bereich der Kosmologie auf und geben erste Hin­weise auf vorhandene Unterschiede zwischen den Ländern. Es existieren ebenfalls einige teils weit verbreitete wissenschaftlich inkorrekte Vorstellungen wie beispiels­weise die Assoziation des Urknalls mit einer Explosion, der Urknall verursacht durch eine Kollision von Teilchen oder größeren Objekten, oder die Vorstellung der Ausdehnung des Universums als neue Entdeckungen und/oder Wissen. Des Weiteren gab nur etwa jeder Fünfte das korrekte Alter des Universums oder die Ausdehnung des Universums als einen der drei Belege der Urknalltheorie an, während fast 40% keinen einzigen Beleg nennen konn­ten. Für den geschlossenen Fragebogen konnten gute Hinweise für verschiedene Validitätsa­spekte herausgearbeitet werden und es existieren erste Hinweise darauf, dass der Fragebogen Wissenszu­wachs messen kann und damit wahrscheinlich zur Unter­suchung der Wirksamkeit von Lerneinhei­ten eingesetzt werden kann. Auch ein entsprechendes Modell zur Verständnisentwicklung der Aus­dehnung des Universums zeigte sich vielversprechend. Diese Arbeit liefert insgesamt einen Forschungsbeitrag zum Schülervorwissen und Vorstellungen in der Kosmologie und deren Large Scale Assessment. Dies eröffnet die Möglichkeit zukünftiger For­schungen im Bereich von Gruppenvergleichen insbesondere hinsichtlich objektiver Länderverglei­che sowie der Untersuchungen der Wirksamkeit von einzelnen Ler­neinheiten als auch Vergleiche verschiedener Lerneinheiten untereinander.show moreshow less
  • Cosmology deals with the development of the universe as a whole. Cosmological discoveries in theory and observation have therefore formed our modern scientific worldview. Transferring a modern worldview through science teaching is a frequent request in science literacy discussion. Nevertheless, there is still a need for research and education development. Cosmological topics often appear in the media and, at the same time, are further away from everyday life. Thus, scientifically incorrect conceptions can develop particularly easy and can lead to problems in class. The objective of this scientific work is to contribute to this area of research and to investigate the preconditions regarding present knowledge and conceptions in cosmology, which students bring into the classroom, and to compare these with those from other countries. This is done by a qualitative analysis of an open-ended questionnaire. On this basis a multiple-choice questionnaire is developed, applied and evaluated. The results show large gaps in knowledge in theCosmology deals with the development of the universe as a whole. Cosmological discoveries in theory and observation have therefore formed our modern scientific worldview. Transferring a modern worldview through science teaching is a frequent request in science literacy discussion. Nevertheless, there is still a need for research and education development. Cosmological topics often appear in the media and, at the same time, are further away from everyday life. Thus, scientifically incorrect conceptions can develop particularly easy and can lead to problems in class. The objective of this scientific work is to contribute to this area of research and to investigate the preconditions regarding present knowledge and conceptions in cosmology, which students bring into the classroom, and to compare these with those from other countries. This is done by a qualitative analysis of an open-ended questionnaire. On this basis a multiple-choice questionnaire is developed, applied and evaluated. The results show large gaps in knowledge in the area of cosmology and provide first indications of differences between countries. There also exist some partially widespread scientifically incorrect conceptions such as the association of the Big Bang with an explosion, the Big Bang being caused by a collision of particles or bigger objects, or the idea of the expansion of the universe meaning new discoveries and/ or knowledge. Furthermore, only every fifth student mentioned the correct age of the universe or the expansion of the universe as one of the three pillars of the Big Bang theory, whereas almost 40% could not name a single evidence. For the closed questionnaire good evidence could be established for different aspects of validity. In addition, there exist first indications, that the questionnaire can measure knowledge gain and therefore can likely be used to investigate the effectiveness of learning units. Moreover, a corresponding model of the development of understanding of the expansion of the universe looked promising. This study provides research contributions to students' prior knowledge and preconceptions in cosmology and their large-scale assessment. This opens up the possibility of future research in the area of group comparisons in particular concerning objective country comparisons and investigations of the effectiveness of single learning units as well as comparisons of different learning units among each other.show moreshow less

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Metadaten
Author:Sarah AretzORCiD
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-425421
DOI:https://doi.org/10.25932/publishup-42542
Referee:Andreas BorowskiORCiDGND, Christoph KulgemeyerORCiDGND, Helmut PrechtlGND
Advisor:Andreas Borowski
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2019
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2019/02/01
Release Date:2019/03/19
Tag:Kosmologie; Präkonzepte; Schülervorstellungen; Testentwicklung; Verständnisentwicklungsmodell
construct map; cosmology; development of test instrument; preconceptions; students' conceptions
Pagenumber:x, 133
RVK - Regensburg Classification:UB 4049
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
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