Refine
Document Type
- Article (20)
- Monograph/Edited Volume (3)
- Postprint (3)
- Conference Proceeding (1)
- Part of Periodical (1)
- Review (1)
Is part of the Bibliography
- yes (29)
Keywords
- Reflexion (4)
- professional knowledge (4)
- Lehrerbildung (3)
- physics education (3)
- teacher education (3)
- Fachdidaktik (2)
- Feedback (2)
- Lehrkräftebildung (2)
- NLP (2)
- PCK (2)
Institute
- Institut für Physik und Astronomie (16)
- Zentrum für Lehrerbildung und Bildungsforschung (ZeLB) (12)
- Extern (5)
- Department Erziehungswissenschaft (2)
- Department Linguistik (1)
- Institut für Biochemie und Biologie (1)
- Institut für Romanistik (1)
- Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (1)
- Strukturbereich Bildungswissenschaften (1)
This international curricular review provides a structured overview of the particle physics content in 27 state, national, and international high-school physics curricula. The review was based on a coding manual that included 60 concepts that were identified as relevant for high-school particle physics education.
Two types of curricula were reviewed, namely curricula with a dedicated particle physics chapter and curricula without a dedicated particle physics chapter.
The results of the curricular review show that particle physics concepts are explicitly or implicitly present in all reviewed curricula.
However, the number of particle physics concepts that are featured in a curriculum varies greatly across the reviewed curricula. We identified core particle physics concepts that can be found in most curricula. Here, elementary particles, fundamental interactions, and charges were identified as explicit particle physics concepts that are featured in more than half of the reviewed curricula either as content or context. Indeed, theoretical particle physics concepts are more prominent in high-school physics curricula than experimental particle physics concepts.
Overall, this international curricular review provides the basis for future curricular development with respect to particle physics and suggests an increased inclusion of experimental particle physics concepts in high-school physics curricula.
Im Lehramtsstudium sollen Studierende grundlegende Fähigkeiten zur theoriegeleiteten Unterrichtsplanung erwerben.
In Übereinstimmung mit Modellen zur professionellen Handlungskompetenz von Lehrkräften wird hierbei meist angenommen, dass das im Studienverlauf erworbene Professionswissen eine wesentliche Grundlage für den Aufbau von Fähigkeiten zur Unterrichtsplanung bildet.
Lerngelegenheiten zur Anwendung dieses Professionswissens bieten vor allem schulpraktische Phasen im fortgeschrittenen Studienverlauf. Es wird aber ebenso angenommen, dass gerade Erfahrungen mit der Unterrichtsplanung den Aufbau von Professionswissen unterstützen.
Der Zusammenhang zwischen dem Ausmaß des Professionswissens und der Entwicklung von Planungsfähigkeit ist bisher unzureichend empirisch geklärt. Eine besondere methodische Herausforderung besteht darin, Planungsfähigkeiten sowohl möglichst authentisch als auch auf standardisierte Weise zu erfassen. Zur Untersuchung des genannten Zusammenhangs wurde eine längsschnittliche Studie im Prä-Post-Design bei angehenden Physiklehrkräften (N = 68 im Längsschnitt) an vier Universitäten durchgeführt.
Die Unterrichtsplanungsfähigkeit wurde mit Hilfe eines standardisierten Performanztests vor und nach dem Absolvieren eines Praxissemesters erfasst, indem als Standardsituation der Entwurf einer Unterrichtsstunde zum 3. Newton’schen Axiom unter definierten Zeitvorgaben im Praxissemester simuliert wurde. Zusätzlich wurden das fachliche, fachdidaktische und pädagogische Wissen der Studierenden mit Hilfe standardisierter Instrumente zu beiden Zeitpunkten erhoben, sowie die einschlägigen Lerngelegenheiten im Praxissemester über einen Fragebogen erfasst.
Sowohl für Unterrichtsplanungsfähigkeit als auch für alle Wissensvariablen können Zuwächse im Praxissemester beobachtet werden. Cross-Lagged-Panel-Analysen zeigen, dass insbesondere die Ausprägung des fachdidaktischen und pädagogischen Wissens der Studierenden am Beginn des Praxissemesters die Entwicklung von Unterrichtsplanungsfähigkeit begünstigt.
Schulpraktische Phasen stellen eine bedeutende praxisnahe Lerngelegenheit im Lehramtsstudium dar, da sie Raum für umfangreiche Reflexionen der eigenen Lernerfahrung bieten. Das im Studium erworbene theoretisch-formale Wissen steht hierbei dem praktischen Wissen und Können gegenüber. Mit der professionellen Entwicklung im Referendariat, besonders im Kompetenzbereich des Unterrichtens, kann geschlussfolgert werden, dass sich eine Reflexion über eher fachliche Aspekte unter den Studierenden im Referendariat auf eine Reflexion über eher überfachliche und pädagogische Aspekte weitet. Infolge der Analyse von N = 55 schriftlichen Fremdreflexionen von angehenden Physiklehrkräften aus Studium und Referendariat konnte diese Hypothese für den Bereich der Unterrichtsanalyse und -reflexion unterstützt werden. Weiter wurde aus der Videovignette ein Workshopangebot für Lehrkräfte der zweiten und dritten Phase der Lehrkräftebildung entwickelt, erprobt und evaluiert.
Pre-service physics teachers often do not recognise the relevance for their future career in their university content knowledge courses. A lower perceived relevance can, however, have a negative effect on their motivation and on their academic success. Several intervention studies have been undertaken with the goal to increase this perceived relevance. A previous study shows that conceptual physics problems used in university physics courses are perceived by pre-service physics teachers as more relevant for their future career than regular, quantitative problems. It is however not clear, what the students' meaning of the construct 'relevance' is: what makes a problem more relevant to them than another problem? To answer this question, N = 7 pre-service teachers were interviewed using the repertory grid technique, based on the personal construct theory. Nine physics problems were discussed with regards to their perceived relevance and with regards to problem properties that distinguish these problems from each other. We are able to identify six problem properties that have a positive influence on the perceived relevance. Physics problems that are based on these properties should therefore potentially have a higher perceived relevance, which can have a positive effect on the motivation of the pre-service teachers who solve these problems.
Science education researchers typically face a trade-off between more quantitatively oriented confirmatory testing of hypotheses, or more qualitatively oriented exploration of novel hypotheses. More recently, open-ended, constructed response items were used to combine both approaches and advance assessment of complex science-related skills and competencies. For example, research in assessing science teachers' noticing and attention to classroom events benefitted from more open-ended response formats because teachers can present their own accounts. Then, open-ended responses are typically analyzed with some form of content analysis. However, language is noisy, ambiguous, and unsegmented and thus open-ended, constructed responses are complex to analyze. Uncovering patterns in these responses would benefit from more principled and systematic analysis tools. Consequently, computer-based methods with the help of machine learning and natural language processing were argued to be promising means to enhance assessment of noticing skills with constructed response formats. In particular, pretrained language models recently advanced the study of linguistic phenomena and thus could well advance assessment of complex constructs through constructed response items. This study examines potentials and challenges of a pretrained language model-based clustering approach to assess preservice physics teachers' attention to classroom events as elicited through open-ended written descriptions. It was examined to what extent the clustering approach could identify meaningful patterns in the constructed responses, and in what ways textual organization of the responses could be analyzed with the clusters. Preservice physics teachers (N = 75) were instructed to describe a standardized, video-recorded teaching situation in physics. The clustering approach was used to group related sentences. Results indicate that the pretrained language model-based clustering approach yields well-interpretable, specific, and robust clusters, which could be mapped to physics-specific and more general contents. Furthermore, the clusters facilitate advanced analysis of the textual organization of the constructed responses. Hence, we argue that machine learning and natural language processing provide science education researchers means to combine exploratory capabilities of qualitative research methods with the systematicity of quantitative methods.
Computer-based analysis of preservice teachers' written reflections could enable educational scholars to design personalized and scalable intervention measures to support reflective writing. Algorithms and technologies in the domain of research related to artificial intelligence have been found to be useful in many tasks related to reflective writing analytics such as classification of text segments. However, mostly shallow learning algorithms have been employed so far. This study explores to what extent deep learning approaches can improve classification performance for segments of written reflections. To do so, a pretrained language model (BERT) was utilized to classify segments of preservice physics teachers' written reflections according to elements in a reflection-supporting model. Since BERT has been found to advance performance in many tasks, it was hypothesized to enhance classification performance for written reflections as well. We also compared the performance of BERT with other deep learning architectures and examined conditions for best performance. We found that BERT outperformed the other deep learning architectures and previously reported performances with shallow learning algorithms for classification of segments of reflective writing. BERT starts to outperform the other models when trained on about 20 to 30% of the training data. Furthermore, attribution analyses for inputs yielded insights into important features for BERT's classification decisions. Our study indicates that pretrained language models such as BERT can boost performance for language-related tasks in educational contexts such as classification.
Algorithmen als Dozierende?
(2023)
Auf maschinellem Lernen basierende Tools haben schon längst Einzug in unseren Alltag gefunden und so konnten auch in der Lehrkräftebildung erste Anwendungen entwickelt, erprobt und evaluiert werden. Im Teilprojekt Physikdidaktik des Schwerpunktes 2 „Schulpraktische Studien“ wurden auf Basis eines Rahmenmodells für Reflexion (Nowak et al., 2019) automatisierte Analysemethoden (Wulff et al., 2020) entwickelt und fanden Einzug in universitäre fachdidaktische Lehre (Mientus et al., 2021a). Mit dem Projekt konnten Potenziale KI-basierter Unterstützung aufgezeigt und verstetigt sowie spezifische Herausforderungen identifiziert werden. Dieser Beitrag skizziert ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten und weiterführende Forschungen unter dem Gesichtspunkt der Akzeptanz computerunterstützter Lehre.
Reflexion ist eine Schlüsselkategorie für die professionelle Entwicklung von Lehrkräften, welche als Ausbildungsziel in den Bildungsstandards für die Lehrkräftebildung verankert ist. Eine Verstetigung universitär geprägter Forschung und Modellierung in der praxisnahen Anwendung im schulischen Kontext bietet Potentiale nachhaltiger Professionalisierung. Die Stärkung reflexionsbezogener Kompetenzen durch Empirie und Anwendung scheint eine phasenübergreifende Herausforderung der Lehrkräftebildung zu sein, die es zu bewältigen gilt. Ziele des Tagungsbandes Reflexion in der Lehrkräftebildung sind eine theoretische Schärfung des Konzeptes „Reflexive Professionalisierung“ und der Austausch über Fragen der Einbettung wirksamer reflexionsbezogener Lerngelegenheiten in die Lehrkräftebildung. Forschende und Lehrende der‚ drei Phasen (Studium, Referendariat sowie Fort- und Weiterbildung) der Lehrkräftebildung stellen Lehrkonzepte und Forschungsprojekte zum Thema Reflexion in der Lehrkräftebildung vor und diskutieren diese. Gemeinsam mit Teilnehmenden aller Phasen und von verschiedenen Standorten der Lehrkräftebildung werden zukünftige Herausforderungen identifiziert und Lösungsansätze herausgearbeitet.
Für die Entwicklung professioneller Handlungskompetenzen angehender Lehrkräfte stellt die Unterrichtsreflexion ein wichtiges Instrument dar, um Theoriewissen und Praxiserfahrungen in Beziehung zu setzen. Die Auswertung von Unterrichtsreflexionen und eine entsprechende Rückmeldung stellt Forschende und Dozierende allerdings vor praktische wie theoretische Herausforderungen. Im Kontext der Forschung zu Künstlicher Intelligenz (KI) entwickelte Methoden bieten hier neue Potenziale. Der Beitrag stellt überblicksartig zwei Teilstudien vor, die mit Hilfe von KI-Methoden wie dem maschinellen Lernen untersuchen, inwieweit eine Auswertung von Unterrichtsreflexionen angehender Physiklehrkräfte auf Basis eines theoretisch abgeleiteten Reflexionsmodells und die automatisierte Rückmeldung hierzu möglich sind. Dabei wurden unterschiedliche Ansätze des maschinellen Lernens verwendet, um modellbasierte Klassifikation und Exploration von Themen in Unterrichtsreflexionen umzusetzen. Die Genauigkeit der Ergebnisse wurde vor allem durch sog. Große Sprachmodelle gesteigert, die auch den Transfer auf andere Standorte und Fächer ermöglichen. Für die fachdidaktische Forschung bedeuten sie jedoch wiederum neue Herausforderungen, wie etwa systematische Verzerrungen und Intransparenz von Entscheidungen. Dennoch empfehlen wir, die Potenziale der KI-basierten Methoden gründlicher zu erforschen und konsequent in der Praxis (etwa in Form von Webanwendungen) zu implementieren.
PSI-Potsdam
(2023)
An der Universität Potsdam wird seit 2015 im Rahmen der „Qualitätsoffensive Lehrerbildung“ das Projekt „Professionalisierung – Schulpraktische Studien – Inklusion“ (PSI-Potsdam) durchgeführt und am Zentrum für Lehrerbildung und Bildungsforschung (ZeLB) koordiniert. Zur ersten Projektförderphase (2015-2018) erschien der Band „PSI-Potsdam – Ergebnisbericht zu den Aktivitäten im Rahmen der Qualitätsoffensive Lehrerbildung (2015-2018)“ zum Auftakt der Reihe „Potsdamer Beiträge zur Lehrerbildung und Bildungsforschung“.
Der vorliegende Band aus der gleichen Reihe gibt in den Kapiteln „Erhebungen“, „Lehrkonzepte“ und „Vernetzungen“ einen Überblick über alle Teilprojekte der zweiten Projektförderphase (2019-2023). Wissenschaftler:innen aus verschiedenen Fachdidaktiken, Fachwissenschaften sowie aus den Bildungswissenschaften und der Inklusionspädagogik haben im Rahmen des Projektes kooperiert. Sowohl praxisnahe Forschung als auch die Entwicklung neuer Lehrkonzepte sowie Strategien zur Vernetzung innerhalb der Lehrkräftebildung stehen im Fokus dieses Bandes. Die Praxisphasen, die im Rahmen des „Potsdamer Modells der Lehrerbildung“ eine zentrale Rolle spielen, wurden in einer großen Studie über alle Praxisphasen untersucht.
Der Band gibt interessante Einblicke in die Ergebnisse der Teilprojekte und Anregungen sowohl für die eigene Forschung als auch für Entwicklungsarbeit wie zum Beispiel die Entwicklung neuer Lehrkonzepte. Herausgegeben wird dieser Band von PD Dr. Jolanda Hermanns (Gesamtkoordinatorin PSI-Potsdam und Chemiedidaktikerin).