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Optimizing power analysis for randomized experiments: Design parameters for student achievement
(2024)
Randomized trials (RTs) are promising methodological tools to inform evidence-based reform to enhance schooling. Establishing a robust knowledge base on how to promote student achievement requires sensitive RT designs demonstrating sufficient statistical power and precision to draw conclusive and correct inferences on the effectiveness of educational programs and innovations. Proper power analysis is therefore an integral component of any informative RT on student achievement. This venture critically hinges on the availability of reasonable input variance design parameters (and their inherent uncertainties) that optimally reflect the realities around the prospective RT—precisely, its target population and outcome, possibly applied covariates, the concrete design as well as the planned analysis. However, existing compilations in this vein show far-reaching shortcomings.
The overarching endeavor of the present doctoral thesis was to substantively expand available resources devoted to tweak the planning of RTs evaluating educational interventions. At the core of this thesis is a systematic analysis of design parameters for student achievement, generating reliable and versatile compendia and developing thorough guidance to support apt power analysis to design strong RTs. To this end, the thesis at hand bundles two complementary studies which capitalize on rich data of several national probability samples from major German longitudinal large-scale assessments.
Study I applied two- and three-level latent (covariate) modeling to analyze design parameters for a wide spectrum of mathematical-scientific, verbal, and domain-general achievement outcomes. Three vital covariate sets were covered comprising (a) pretests, (b) sociodemographic characteristics, and (c) their combination. The accumulated estimates were additionally summarized in terms of normative distributions.
Study II specified (manifest) single-, two-, and three-level models and referred to influential psychometric heuristics to analyze design parameters and develop concise selection guidelines for covariate (a) types of varying bandwidth-fidelity (domain-identical, cross-domain, fluid intelligence pretests; sociodemographic characteristics), (b) combinations quantifying incremental validities, and (c) time lags of 1- to 7-year-lagged pretests scrutinizing validity degradation. The estimates for various mathematical-scientific and verbal achievement outcomes were meta-analytically integrated and employed in precision simulations.
In doing so, Studies I and II addressed essential gaps identified in previous repertoires in six major dimensions: Taken together, this thesis accumulated novel design parameters and deliberate guidance for RT power analysis (1) tailored to four German student (sub)populations across the entire school career from Grade 1 to 12, (2) matched to 21 achievement (sub)domains, (3) adjusted for 11 covariate sets enriched by empirically supported guidelines, (4) adapted to six RT designs, (5) suitable for latent and manifest analysis models, (6) which were cataloged along with quantifications of their associated uncertainties. These resources are complemented by a plethora of illustrative application examples to gently direct psychological and educational researchers through pivotal steps in the process of RT design.
The striking heterogeneity of the design parameter estimates across all these dimensions constitutes the overall, joint key result of Studies I and II. Hence, this work convincingly reinforces calls for a close match between design parameters and the specific peculiarities of the target RT’s research context.
All in all, the present doctoral thesis offers a—so far unique—nuanced and extensive toolkit to optimize power analysis for sound RTs on student achievement in the German (and similar) school context. It is of utmost importance that research does not tire to spawn robust evidence on what actually works to improve schooling. With this in mind, I hope that the emerging compendia and guidance contribute to the quality and rigor of our randomized experiments in psychology and education.
Motivation and Emotion in Learning and Teaching across Educational Contexts brings together current theoretical and methodological perspectives as well as examples of empirical implementations from leading international researchers focusing on the context specificity and situatedness of their core theories in motivation and emotion.
The book is compiled of two main sections. Section I covers theoretical reflections and perspectives on the main theories on emotion and motivation in learning and teaching and their transferability across different educational contexts illustrated with empirical examples. Section II addresses the methodological reflections and perspectives on the methodology that is needed to address the complexity and context specificity of motivation and emotion. In addition to general reflections and perspectives regarding methodology, concrete empirical examples are provided. All cutting-edge chapters include current empirical studies on emotions and motivation in learning and teaching across different contexts (age groups, domains, countries, etc.) making them applicable and relevant to a wide range of contexts and settings.
This high-quality volume with contributions from leading international experts will be an essential resource for researchers, students and teacher trainers interested in the vital role that motivation and emotions can play in education.
Neue Wege ins Lehramt
(2023)
Bis zum Jahr 2035 fehlen nach neuesten Prognosen von Klemm (2022) in Deutschland ca. 127.000 Lehrkräfte. Diese große Lücke kann nicht mehr allein durch Lehrkräfte abge-deckt werden, die ein traditionelles Lehramtsstudium absolviert haben. Als Antwort auf den Lehrkräftemangel werden in Schulen in Deutschland daher vermehrt Personen ohne traditio-nelles Lehramtsstudium eingestellt, um die Unterrichtsversorgung zu gewährleisten (KMK, 2022). Nicht-traditionell ausgebildete Lehrkräfte durchlaufen vor ihrer Einstellung in den Schuldienst in der Regel ein alternatives Qualifizierungsprogramm. Diese Qualifizierungs-programme sind jedoch in ihrer zeitlichen und inhaltlichen Ausgestaltung sehr heterogen und setzen unterschiedliche Eingangsvoraussetzungen der Bewerber:innen voraus (Driesner & Arndt, 2020). Sie sind in der Regel jedoch deutlich kürzer als traditionelle Lehramtsstudien-gänge an Hochschulen und Universitäten, um einen schnellen Einstieg in den Schuldienst zu gewährleisten. Die kürzere Qualifizierung geht damit mit einer geringeren Anzahl an Lern- und Lehrgelegenheiten einher, wie sie in einem traditionellen Lehramtsstudium zu finden wäre. Infolgedessen kann davon ausgegangen werden, dass nicht-traditionell ausgebildete Lehrkräfte weniger gut auf die Anforderungen des Lehrberufs vorbereitet sind.
Diese Annahme wird auch oft in der Öffentlichkeit vertreten und die Kritik an alternati-ven Qualifizierungsprogrammen ist groß. So äußerte sich beispielsweise der Präsident des Deutschen Lehrerverbandes, Heinz-Peter Meidinger, im Jahr 2019 gegenüber der Zeitung „Die Welt“, dass die unzureichende Qualifizierung von Quereinsteiger:innen „ein Verbre-chen an den Kindern“ sei (Die Welt, 2019). Die Forschung im deutschsprachigen Raum, die in der Läge wäre, belastbare Befunde für die Unterstützung dieser Kritik liefern zu können, steht jedoch noch am Anfang. Erste Arbeiten weisen generell auf wenige Unterschiede zwi-schen traditionell und nicht-traditionell ausgebildeten Lehrkräften hin (Kleickmann & An-ders, 2011; Kunina-Habenicht et al., 2013; Oettinghaus, Lamprecht & Korneck, 2014). Ar-beiten, die Unterschiede finden, zeigen diese vor allem im Bereich des pädagogischen Wis-sens zuungunsten der nicht-traditionell ausgebildeten Lehrkräfte. Die Frage nach weiteren Unterschieden, beispielsweise in der Unterrichtsqualität oder im beruflichen Wohlbefinden, ist bislang jedoch für den deutschen Kontext nicht beantwortet worden.
Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, einen Teil dieser Forschungslücken zu schließen. Sie bearbeitet in diesem Zusammenhang im Rahmen von drei Teilstudien die Fragen nach Unterschieden zwischen traditionell und nicht-traditionell ausgebildeten Lehrkräften hin-sichtlich ihrer professionellen Kompetenz, Berufswahlmotivation, Wohlbefinden und Unter-richtsqualität. Die übergeordnete Fragestellung wird vor dem Hintergrund des theoretischen Modells zu den Determinanten und Konsequenzen der professionellen Kompetenz (Kunter, Kleickmann, Klusmann & Richter, 2011) bearbeitet. Dieses Modell wird auch für die theore-tische Aufarbeitung der bereits bestehenden nationalen und internationalen Forschungsarbei-ten zu Unterschieden zwischen traditionell und nicht-traditionell ausgebildeten Lehrkräften herangezogen.
Teilstudie I untersucht zunächst Unterschiede in der professionellen Kompetenz zwi-schen traditionell und nicht-traditionell ausgebildeten Lehrkräften. Nach dem Kompetenz-modell nach Baumert und Kunter (2006) werden die beiden Gruppen in den vier Aspekten professioneller Kompetenz – Professionswissen, Überzeugungen, motivationale Orientierun-gen und selbstregulative Fähigkeiten – verglichen. Im Fokus dieser Arbeit stehen traditionell ausgebildete Lehramtsanwärter:innen und die sogenannten Quereinsteiger:innen während des Vorbereitungsdiensts. Mittels multivariater Kovarianzanalysen wurde eine Sekundärdaten-analyse des Projekts COACTIV-R durchgeführt und Unterschiede analysiert.
Teilstudie II beleuchtet sowohl Determinanten als auch Konsequenzen professioneller Kompetenz. Auf Seiten der Determinanten werden Unterschiede in der Berufswahlmotivati-on zwischen Lehrkräften mit und ohne traditionellem Lehramtsstudium untersucht. Ferner erfolgt die Analyse von Unterschieden im beruflichen Wohlbefinden (emotionale Erschöp-fung, Enthusiasmus) und die Intention, im Beruf zu verbleiben, als Konsequenz professionel-ler Kompetenz. Es erfolgte eine Analyse der Daten aus der Pilotierungsstudie aus dem Jahr 2019 für den Bildungstrend des Instituts für Qualitätsentwicklung im Bildungswesen (IQB). Unterschiede zwischen traditionell und nicht-traditionell ausgebildeten Lehrkräften wurden erneut mittels multivariater Kovarianzanalysen berechnet.
Abschließend erfolgte in Teilstudie III die Untersuchung von Unterschieden in der Un-terrichtsqualität zwischen traditionell und nicht-traditionell ausgebildeten Lehrkräften als Konsequenz professioneller Kompetenz. Hierzu wurden Daten des IQB-Bildungstrends 2018 im Rahmen einer Sekundäranalyse mithilfe doppelt-latenter Mehrebenenanalysen genutzt. Es wurden die Unterschiede in den Bereichen Abwesenheit von Störungen, kognitive Akti-vierung und Schüler:innenunterstützung betrachtet.
Im finalen Kapitel der vorliegenden Arbeiten werden die zentralen Befunde der drei Teilstudien zusammengefasst und diskutiert. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass sich traditionell und nicht-traditionell ausgebildete Lehrkräfte nur in wenigen der untersuchten Aspekte signifikant voneinander unterscheiden. Nicht-traditionell ausgebildete Lehrkräfte verfügen über weniger pädagogisches Wissen, haben bessere selbstregulative Fähigkeiten und unterscheiden sich nicht in ihren Berufswahlmotiven, ihrem Wohlbefinden und in der Unterrichtsqualität von traditionell ausgebildeten Lehrkräften. Die Ergebnisse öffnen die Tür für die Diskussion der Relevanz des traditionellen Lehramtsstudiums, bieten eine Grundlage bzgl. der Implikationen für weiterführende Forschungsarbeiten und die Bildungspolitik. Die Arbeiten werden abschließend hinsichtlich ihrer Grenzen bewertet.
Auffälliges Verhalten von Kindern und Jugendlichen im schulischen Alltag zeugt oftmals von den schwierigen Lebenssituationen, in denen sie aufwachsen. Für Lehr- und pädagogische Fachkräfte stellt der Umgang mit den daraus resultierenden Konflikten die größte Herausforderung dar. In diesem Buch werden Ansätze und Lösungen für das Verstehen und Handeln in schwierigen pädagogischen Situationen in der Schule vorgestellt. Außerdem bietet ein inklusiver Förderansatz Impulse für die Schulentwicklung zur Prävention auffälligen Verhaltens.
The collaboration-based professional development approach Lesson Study (LS), which has its roots in the Japanese education system, has gained international recognition over the past three decades and spread quickly throughout the world. LS is a collaborative method to professional development (PD) that incorporates multiple characteristics that have been identified in the research literature as key to effective PD. Specifically, LS is a long-term process that consists of subsequent inquiry cycles, it is site-based and integrated in teachers’ practice, it encourages collaboration and reflection, places a strong emphasis on student learning, and it typically involves external experts that support the process or offer additional insights.
As LS integrates all these characteristics, it has rapidly gained international popularity since the turn of the 21st century and is currently being practiced in over 40 countries around the world. This international borrowing of the idea of LS to new national contexts has given rise to a research field that aims to investigate the effectiveness of LS on teacher learning as well as the circumstances and mechanisms that make LS effective in various settings around the world. Such research is important, as borrowing educational innovations and adapting them to new contexts can be a challenging process. Educational innovations that fail to deliver the expected outcomes tend to be abandoned prematurely and before they have been completely understood or a substantial research base has been established.
In order to prevent LS from early abandonment, Lewis and colleagues outlined three critical research needs in 2006, not long after LS was initially introduced to the United States. These research needs included (1) developing a descriptive knowledge base on LS, (2) examining the mechanisms by which teachers learn through LS, and (3) using design-based research cycles to analyze and improve LS.
This dissertation set out to take stock of the progress that has been made on these research needs over the past 20 years. The scoping review conducted for the framework of this dissertation indicates that, while a large and international knowledge base has been developed, the field has not yet produced reliable evidence of the effectiveness of LS. Based on the scoping review, this dissertation makes the case that Lewis et al.’s (2006) critical research needs should be updated. In order to do so, a number of limitations to the current knowledge base on LS need to be addressed. These limitations include (1) the frequent lack of comparable and replicable descriptions of the LS intervention in publications, (2) the incoherent use or lack of use of theoretical frameworks to explain teacher learning through LS, (3) the inconsistent use of terminology and concepts, and (4) the lack of scientific rigor in research studies and of established ways or tools to measure the effectiveness of LS.
This dissertation aims to advance the critical research needs in the field by examining the extent and nature of these limitations in three research studies. The focus of these studies lies on the LS stages of observation and reflection, as these stages have a high potential to facilitate teacher learning. The first study uses a mixed-method design to examine how teachers at German primary schools reflect critically together. The study derives a theory-based definition of critical and collaborative reflection in order to re-frame the reflection element in LS.
The second study, a systematic review of 129 articles on LS, assess how transparent research articles are in reporting how teachers observed and reflected together. In addition, it is investigated whether these articles provide any kind of theorization for the stages of observation and reflection.
The third study proposes a conceptual model for the field of LS that is based on existing models of continuous professional development and research findings on team effectiveness and collaboration. The model describes the dimensions of input, mediating mechanisms, and outcomes in order to provide a conceptual grid to teachers’ continuous professional development through LS.
Befragungen von Expert*innen durch Schüler*innen sind eine im Unterricht und in den Methodenhandbüchern der allgemeinen Didaktik sowie insbesondere in der Politischen Bildung etablierte Praxis. Bei dieser Methode gelingt es jedoch nicht immer, die Schüler*innen abzuholen und im gewünschten Maße zu aktivieren. Aus der wissenschaftlichen Literatur und den gängigen Methodenhandbüchern geht hervor, dass Kommunikation zwischen Lehrkraft und Expert*in in der Vorbereitung der Befragung der entscheidende Ansatz sein kann, um die be-stehenden Probleme zu lösen. Dabei sind die konkreten Kommunikationsvorschläge in der Literatur wage und/oder widersprüchlich zueinander. Deswegen wird in dieser Arbeit untersucht, wie die Kommunikation zwischen Lehrkraft und Expert*in in Vorbereitung der Expert*innenbefragung gelingen kann.
Es werden sieben leitfadengestützte Interviews mit einer Dauer von 25 bis 60 Minuten mit Akteur*innen, die am Landtag Brandenburg mehrfach an der Durchführung von Expert*innenbefragungen beteiligt waren, geführt und mit einer qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet. Dabei wird zum ersten Mal die Perspektive von Expert*innen auf die Unterrichtsmethode erfasst. Die Analyse ergab, dass Kommunikation in der Vorbereitung auf schulische Expert*innenbefragungen positive Auswirkungen auf die Qualität des Lernangebots für die Schüler*innen und die Bereitschaft der Expert*innen zur Teilnahme haben kann. Dazu muss sie auf Augenhöhe stattfinden, zielorientiert, bewältigbar und zuverlässig sein. Für die Zielorientierung wird in dieser Arbeit eine eigene Definition schulischer Expert*innenbefragungen vorgeschlagen, die als Überbegriff von fünf zieldifferenten Unterrichtsmethoden fungiert. Dabei wird ein konkreter Vorschlag für den Kommunikationsprozess in mit personellen Ressourcen ausgestatteten Kontexten wie dem Landtag Brandenburg sowie für den direkten Kontakt entwickelt. Außer-dem wird gezeigt, dass eine auf solche Art gelungene Kommunikation andere Inhalte transportiert als die bisher in der didaktischen Literatur empfohlenen.
The impact of individual differences in cognitive skills and socioeconomic background on key educational, occupational, and health outcomes, as well as the mechanisms underlying inequalities in these outcomes across the lifespan, are two central questions in lifespan psychology. The contextual embeddedness of such questions in ontogenetic (i.e., individual, age-related) and historical time is a key element of lifespan psychological theoretical frameworks such as the HIstorical changes in DEvelopmental COntexts (HIDECO) framework (Drewelies et al., 2019). Because the dimension of time is also a crucial part of empirical research designs examining developmental change, a third central question in research on lifespan development is how the timing and spacing of observations in longitudinal studies might affect parameter estimates of substantive phenomena. To address these questions in the present doctoral thesis, I applied innovative state-of-the-art methodology including static and dynamic longitudinal modeling approaches, used data from multiple international panel studies, and systematically simulated data based on empirical panel characteristics, in three empirical studies.
The first study of this dissertation, Study I, examined the importance of adolescent intelligence (IQ), grade point average (GPA), and parental socioeconomic status (pSES) for adult educational, occupational, and health outcomes over ontogenetic and historical time. To examine the possible impact of historical changes in the 20th century on the relationships between adolescent characteristics and key adult life outcomes, the study capitalized on data from two representative US cohort studies, the National Longitudinal Surveys of Youth 1979 and 1997, whose participants were born in the late 1960s and 1980s, respectively. Adolescent IQ, GPA, and pSES were positively associated with adult educational attainment, wage levels, and mental and physical health. Across historical time, the influence of IQ and pSES for educational, occupational, and health outcomes remained approximately the same, whereas GPA gained in importance over time for individuals born in the 1980s.
The second study of this dissertation, Study II, aimed to examine strict cumulative advantage (CA) processes as possible mechanisms underlying individual differences and inequality in wage development across the lifespan. It proposed dynamic structural equation models (DSEM) as a versatile statistical framework for operationalizing and empirically testing strict CA processes in research on wages and wage dynamics (i.e., wage levels and growth rates). Drawing on longitudinal representative data from the US National Longitudinal Survey of Youth 1979, the study modeled wage levels and growth rates across 38 years. Only 0.5 % of the sample revealed strict CA processes and explosive wage growth (autoregressive coefficients AR > 1), with the majority of individuals following logarithmic wage trajectories across the lifespan. Adolescent intelligence (IQ) and adult highest educational level explained substantial heterogeneity in initial wage levels and long-term wage growth rates over time.
The third study of this dissertation, Study III, investigated the role of observation timing variability in the estimation of non-experimental intervention effects in panel data. Although longitudinal studies often aim at equally spaced intervals between their measurement occasions, this goal is hardly ever met. Drawing on continuous time dynamic structural equation models, the study examines the –seemingly counterintuitive – potential benefits of measurement intervals that vary both within and between participants (often called individually varying time intervals, IVTs) in a panel study. It illustrates the method by modeling the effect of the transition from primary to secondary school on students’ academic motivation using empirical data from the German National Educational Panel Study (NEPS). Results of a simulation study based on this real-life example reveal that individual variation in time intervals can indeed benefit the estimation precision and recovery of the true intervention effect parameters.
Von 2016 bis 2022 wurden im Rahmen des PSI-Projekts „Kompetenzerwerb in Schulpraktischen Studien – Spiralcurriculum“ N = 578 Lehramtsstudierende durch alle fünf Schulpraktischen Studien begleitet und mittels Online-Erhebung zu ihrem Kompetenzerleben in den Praxisphasen befragt. In retrospektiver Perspektive wurde der nachhaltige Einfluss der drei Bachelorpraktika auf das Kompetenzerleben der Masterstudierenden am Beginn ihres Schulpraktikums (Praxissemesters) untersucht, um konzeptionelle Schwerpunkte und intendierte Kompetenzziele des jeweiligen Praktikums im zugrundeliegenden Spiralcurriculum zu überprüfen. Die quantitativen Befunde verweisen auf die Wirkung aller drei Bachelor-Praxisphasen, wobei die Einschätzungen zum außerunterrichtlichen Praktikum in pädagogisch-psychologischen Handlungsfeldern (PppH) – hier die Skala „Erziehen“ – das Kompetenzerleben der Studierenden am stärksten aufklärt. Die qualitative Auswertung bekräftigt den Stellenwert der mit dem PppH verbundenen Handlungsfelder.
Studien zu langen Praxisphasen konnten aufzeigen, dass das Kompetenzerleben der Studierenden von Beginn bis zum Ende der Praxisphase zunahm. Auf Basis einer langfristig angelegten Evaluationsstudie zu allen bildungswissenschaftlichen und fachdidaktischen Praktika im Verlauf des Ba-/Ma-Lehramtsstudiums wurde auch das selbst eingeschätzte Kompetenzerleben Studierender im Schulpraktikum (Praxissemester) analysiert. Die empirische Befundlage deutet darauf hin, dass die Ausprägung des Kompetenzerlebens hinsichtlich SuSorientiertem Handeln, Unterrichtlichem Handeln und Wertvermittelndem Handeln über den Praktikumszeitraum zunimmt. Innovierend-kooperatives Handeln zeigt keine signifikante Entwicklung. Spezielle Einflüsse konnten vor allem durch das wahrgenommene Kompetenzerleben zu Beginn des Schulpraktikums, aber auch durch die jeweilige Nachbereitung der Fachdidaktik und der Bildungswissenschaften ermittelt werden. Die Befunde werden mit Blick auf die bisherige Forschungslage und die Stichprobe der Untersuchung kritisch diskutiert.
Das Zentrum für Lehrerbildung und Bildungsforschung (ZeLB) verantwortet im Projekt „PSI-Potsdam“ die Unterstützung der Qualifizierung in der Medienbildung/Digitalisierung der Lehrkräftebildung an der Universität Potsdam. Der Schwerpunkt der Tätigkeit lag zunächst auf der mediendidaktischen Qualifizierung und wurde ab der zweiten Förderphase des Programms 2018 mit Akzentuierung auf Herausforderungen und Chancen von Digitalisierung für das Lehren und Lernen in der Lehrkräftebildung fortgeführt. In diesem Beitrag werden die Entwicklungen und Beiträge in Bezug auf die digitale Medienbildung und Digitalisierung an der Universität Potsdam für die Lehrkräftebildung dargestellt. Weiterführend werden Perspektiven aufgezeigt, wie zukünftig digitale Medienbildung in der universitären Lehrkräftebildung verankert werden kann.