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Während die naturwissenschaftlichen Selbstkonzepte von Sekundarschülern beträchtliche Aufmerksamkeit erhalten haben, wurden einige wichtige Aspekte der Chemie-Selbstkonzepte noch nicht verstanden: Geschlechterverhältnisse, der Einfluss des kulturellen Hintergrunds der Schüler und der Einfluss des Chemie-Selbstkonzepts auf Lernprozesse . In der vorliegenden Studie konnten wir unsere Hypothese bestätigen, dass das Chemie-Selbstkonzept stark mit Lernzielorientierungen zusammenhängt. Dieser Teil der Studie baute auf Erkenntnissen aus der Pädagogischen Psychologie auf. Unsere Ergebnisse öffnen das Feld für praktische Interventionen zur Beeinflussung der Selbstkonzepte der Chemie. Wir untersuchten die Geschlechterverhältnisse im Selbstkonzept der Chemie mit besonderem Fokus auf den kulturellen Hintergrund der Studierenden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das Selbstkonzept der Chemie vom Selbstkonzept der Naturwissenschaften unterscheidet: der traditionell in der Literatur beschriebene Gender Gap konnte nicht gefunden werden. Stattdessen legt die Studie nahe, dass eine Interaktion von Geschlecht und kulturellem Hintergrund das Selbstkonzept der Chemie beeinflussen könnte. Uns interessierte der Einfluss des Kontextes des Chemieunterrichts und der Sprache auf das Selbstkonzept. In Übereinstimmung mit der Literatur fanden wir heraus, dass eine gute Beziehung zum Chemielehrer einen positiven Einfluss auf das Chemie-Selbstkonzept zu haben scheint. Auch die Wahrnehmung der Chemiesprache und der Chemie-Selbstkonzepte waren stark korreliert. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden Vorschläge für praktische Interventionen gemacht.
Untersuchungen haben gezeigt, dass das wissenschaftliche Kapital der Schüler einen großen Einfluss auf ihre wissenschaftlichen Bestrebungen und ihre Entwicklung einer wissenschaftlichen Identität hat. In dieser Studie wenden wir den Begriff des Wissenschaftskapitals auf den Chemieunterricht an, um zu untersuchen, wie Schüler das Wissenschaftskapital im Bereich Chemie nutzen. Wir definieren Chemiekapital als die Ressourcen einer Person, die ihr oder ihm helfen, auf dem Gebiet der Chemie erfolgreich zu sein ( z, Eltern kennen Chemieinhalte, gemeinsame Aktivitäten zu Hause mit Chemie, …). Wir haben 48 Schülerinnen und Schüler in Deutschland befragt und eine thematische Analyse durchgeführt. Es verrät folgendes. (i) Chemiekapital in der häuslichen Umgebung ist ungleich verteilt. Schülerinnen und Schüler, die keine Familienmitglieder haben, die sich dem Mainstream-Konzept der Chemie anschließen können, konzentrieren sich tendenziell auf Schulen mit den niedrigsten Zugangsvoraussetzungen ( Hauptschulen, Sekundarstufe I). Chemiekapital wird also tendenziell reproduziert. (ii) In den meisten Fällen wird das Chemiekapital der Familie zum individuellen Chemiekapital der Schüler. Dies zeigt sich in einer Vielzahl von Verbindungen zwischen dem Chemiekapital der Familien und dem individuellen Chemiekapital der Schüler. (iii) Die deutschen Schulstrukturen neigen dazu, die bestehenden Ungleichheiten zu verschärfen: Dies führt dazu, dass den Schülern der Hauptschulen qualifizierte Chemielehrer vorenthalten werden. (iv) In einigen Ausnahmefällen erwerben Studierende Chemiekapital unabhängig von ihrem Familienkapital. Sie tun dies entweder, indem sie chemiebezogenen YouTube-Kanälen folgen oder indem sie eine Chemieidentität als Teil einer allgemeinen Lerneridentität entwickeln. Um die bestehenden Ungleichheiten abzubauen, bedarf es dringender VorkehrungenHauptschulen in Deutschland mit qualifiziertem Lehrpersonal für Chemie. Wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, könnten Unterrichtsansätze, die sich auf Identitätsbildung konzentrieren und Schüler und ihre Eltern in einen Dialog über Chemie einbeziehen, möglicherweise fruchtbar sein.
Die Teilnahme an Naturwissenschaften ist unter den Schülern der Sekundarstufe nach Geschlecht, sozialer Schicht und ethnischer Zugehörigkeit ungleich verteilt. In der vorliegenden Studie wird der Einfluss des häuslichen Umfelds auf das Chemie-Selbstkonzept von Schülerinnen und Schülern als Erklärungsfaktor für Partizipation an Naturwissenschaften untersucht. Dazu wird die soziologische Linse des Chemiekapitals herangezogen. Eine Mixed-Methods-Studie (N=48) wurde mit quantitativen Daten zum Selbstkonzept und verwandten Variablen (Kognitionsbedürfnis, inkrementelle Theorie, Sprachwahrnehmung) und qualitativen Interviewdaten zum Chemiekapital durchgeführt. Die Daten deuten darauf hin, dass das Chemie-Selbstkonzept in quantitativer Hinsicht nicht mit dem Chemiekapital zusammenhängt. Jedoch, Die Untersuchung der qualitativen Dimensionen deutet darauf hin, dass das Chemiekapital im häuslichen Umfeld den Bezugsrahmen verändern könnte, vor dem die Schüler ihre Fähigkeiten interpretieren. Wir schlagen die Interpretation vor, dass Schüler ihre Fähigkeiten in Chemie zu Hause mit bedeutenden anderen vergleichen. Wenn Eltern über Chemiekapital verfügen, kann dies zu negativeren Bewertungen ihrer Fähigkeiten führen, die durch Vergleiche mit Klassenkameraden ausgeglichen werden können. Wenn Eltern kein Chemiekapital besitzen, könnten sich die Schüler als kompetenter wahrnehmen. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um diese Hypothese zu überprüfen. Die Ergebnisse und der integrative Mixed-Method-Ansatz werden diskutiert. Wir schlagen die Interpretation vor, dass Schüler ihre Fähigkeiten in Chemie zu Hause mit bedeutenden anderen vergleichen. Wenn Eltern über Chemiekapital verfügen, kann dies zu negativeren Bewertungen ihrer Fähigkeiten führen, die durch Vergleiche mit Klassenkameraden ausgeglichen werden können. Wenn Eltern kein Chemiekapital besitzen, könnten sich die Schüler als kompetenter wahrnehmen. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um diese Hypothese zu überprüfen. Die Ergebnisse und der integrative Mixed-Method-Ansatz werden diskutiert. Wir schlagen die Interpretation vor, dass Schüler ihre Fähigkeiten in Chemie zu Hause mit bedeutenden anderen vergleichen. Wenn Eltern über Chemiekapital verfügen, kann dies zu negativeren Bewertungen ihrer Fähigkeiten führen, die durch Vergleiche mit Klassenkameraden ausgeglichen werden können. Wenn Eltern kein Chemiekapital besitzen, könnten sich die Schüler als kompetenter wahrnehmen. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um diese Hypothese zu überprüfen. Die Ergebnisse und der integrative Mixed-Method-Ansatz werden diskutiert.
Redoxreaktionen auf Gold- und Silber-Siebdruckelektroden (SPE) können elektrochemisch mit zyklischer Voltammetrie (CV) und spektroskopisch mit elektrochemischer Chemilumineszenz (ECL) verfolgt werden. Neben konventioneller anionischer ECL wird auch kathionische ECL mit in-situ erzeugtem, fein dispergiertem Au als Co-Reagenz vorgestellt. Die Raman-Spektroskopie ist eine leistungsstarke Technik, die zum Nachweis ultraniedriger Konzentrationen eingesetzt werden kann, wenn sie durch eine Verstärkung des Streuprozesses gefördert wird. Eine einfache elektrochemische Modifikation der Elektrode in situ führt zu oberflächenverstärkten Raman-Intensitäten.
Females and students of non-dominant ethnicity are less likely to aspire to science careers. However, overcoming discrimination in science and chemistry is a challenging task, especially in vocational orientation. Thus, there is a need for strategies to support young women in their identity formation in science and chemistry. This article presents a scheme for supporting young women’s science identity formation in conversations about vocational orientation. The goal is to support young women in developing a positive attitude towards careers in chemistry. This attitude is part of cultural chemistry capital. The scheme was developed based on a study conducted as part of the project DiSenSu. Here, coachings for vocational orientation for young women in science and chemistry are provided, following the idea of Science in Public. In the coaching, the attitudes towards science and chemistry were determined using quantitative data. Based on these results, coaches conducted conversations with the participants. Qualitative analysis of 11 conversations revealed strategies coaches used to support young women in their vocational orientation. The study shows how the participants’ attitude towards careers in chemistry is used as a starting point for coachings. Also, it provides strategies that can be used to promote young women’s cultural chemistry capital.
Redoxreaktionen auf Goldsiebdruckelektroden (SPE) können elektrochemisch mit zyklischer Voltammetrie (Cyclovoltammetrie, CV) und spektroskopisch mit der optischen und der Ramanspektroskopie gemessen werden. Die Kombination aus CV und optischer oder Raman Spektroskopie, die sog. Absorpto- oder Ramanvoltammetrie, bietet neben elektrochemischen Informationen über Redoxreaktionen an Elektroden auch Informationen über die Änderung der optischen und Schwingungseigenschaften der beteiligten Stoffe. Der didaktische Hintergrund der Arbeit ist die Hypothese, dass die Kombination der beiden unterschiedlichen Gebiete der physikalischen Chemie dazu beitragen kann, Elektrodenreaktionen besser zu verstehen. Die Ramanspektroskopie ist eine leistungsfähige Technik zum Nachweis von sehr geringen Konzentrationen des Analyten auf Elektroden (im Bereich von Picomol), wenn diese durch elektrochemische Maßnahmen oder durch Verwendung von entsprechenden Nanoteilchen modifiziert werden. Eine einfache elektrochemische in-situ Modifikation führt zum oberflächenverstärkten Ramaneffekt (EC-SERS). Damit können chemische Reaktionen anhand der Änderung von Schwingungszuständen charakterisiert werden, ohne die manchmal langwierige Herstellung von Metall-Nanopartikeln als Substrat für SERS.
Die Kultusministerkonferenz, Hochschullehrende und Studierende fordern den Einsatz digitaler Medien in der Hochschulbildung. Die vielfältigen Potentiale digitaler Technologien sollen genutzt werden, um die Lehre weiterzuentwickeln sowie den aktuellen und zukünftigen Herausforderungen von Hochschulen entgegenzuwirken. Beschleunigt durch die Covid-19-Pandemie ist der Einsatz digitaler Technologien in Bildungsinstitutionen in Deutschland eines der aktuell bedeutendsten Themen der Hochschul- und Schulentwicklung. In Bezug auf die Ausbildung von Lehramtsstudierenden fordert die Kultusministerkonferenz (KMK) (2017) eine systematische Herangehensweise, damit zukünftige LehrerInnen relevante digitale Kompetenzen erlangen, um erfolgreich digitale Technologien in der Schule einsetzen zu können.
Studien zeigen jedoch, dass die Möglichkeiten der Digitalisierung bisher nur unzureichend in der Lehre an den Hochschulen in Deutschland (Dittler & Kreidl, 2018; Gilch et al., 2019; Schmid et al., 2017) und speziell in der Lehramtsausbildung (Maxton-Küchenmeister & Meßinger-Koppelt, 2020) realisiert wurden. Dies überrascht, da die Forschung Konzepten und Lernmedien mit digitalen Technologien großes Potential einräumt (z. B. Hillmayr et al., 2017; Ma et al., 2014). Konzepte wie das flipped classroom (Al-Samarraie et al., 2019) oder die Interaktivität (Sosa et al., 2011) können großen Einfluss auf den Lernerfolg von Studierenden haben. Insgesamt kann die Nutzung von digitalen Technologien die Hochschullehre individualisierter, attraktiver, effektiver und flexibler machen (Arnold et al., 2015; Dittler & Kreidl, 2018; Issing & Klimsa, 2009; Popp & Ciolau, 2017; Wachter et al., 2016; Xu & Xu, 2019).
Basierend auf diesen Forderungen und Forschungsergebnissen ist das zentrale Ziel dieser Dissertation die nötige Weiterentwicklung der Hochschullehre von Lehramtsstudierenden der Naturwissenschaften durch die Nutzung digitaler Technologien, um die digitalen Kompetenzen der Lehramtsstudierenden zu stärken. Diese Weiterentwicklung ist in diesem Projekt durch das Modell der Partizipativen Aktionsforschung für die Hochschullehre organisiert (Tolsdorf & Markic, 2018). Mit dem Modell werden neue Lehrkonzepte und digitale Medien in zyklischen Prozessen entwickelt, erprobt, evaluiert und verbessert. Damit die geplanten Neuentwicklungen jedoch lernförderlich für die Studierenden sein können, werden als Teil der Diagnostik, die Lehramtsstudierenden der Naturwissenschaften im Hinblick auf ihr Wissen, ihren Einstellungen und Lernausgangsbedingungen bezüglich digitaler Technologien, beforscht. Konkret werden die Student Readiness for Online Learning (Martin et al., 2020a), das Technological Pedagogical and Content Knowledge (TPACK) (Koehler & Mishra, 2008) und die Überzeugungen von Lehramtsstudierenden bezüglich digitaler Technologien (Admiraal et al., 2017) untersucht, da diese das Lernen und auch das zukünftige Unterrichten von Studierenden mit digitalen Medien beeinflussen (Ertmer & Ottenbreit-Leftwich, 2010; Guzey & Roehrig, 2009). Diese Erkenntnisse werden im Rahmen dieser Arbeit für die Weiterentwicklung der Lehrkonzepte und der digitalen Medien genutzt, sie sind jedoch auch von allgemeinem Forschungsinteresse. Resultierend aus diesen Zielvorgaben, konstituiert sich dieses Dissertationsprojekt in einen Forschungs- und einen Entwicklungsteil.
Im Forschungsteil werden dementsprechend die Student Readiness for Online Learning, das TPACK und die Beliefs der Lehramtsstudierenden der Naturwissenschaften gegenüber digitalen Technologien in quantitativen Forschungsdesigns untersucht. Die Forschungsergebnisse bezüglich der Student Readiness for Online Learning zeigen, dass Lehramtsstudierenden der Naturwissenschaften grundsätzlich bereit sind mit digitalen Medien zu lernen. Sie schätzen die nötigen Fähigkeiten als generell wichtig für ihr eigenes Lernen ein, sind sich jedoch unsicher, ob sie diese Fähigkeiten erwerben können. Bei der Erforschung der Beliefs der Lehramtsstudierenden zeigt sich, dass sie digitale Medien als etwas bis relativ wichtig und unterstützend in ihrem Lernen und zukünftigem Unterrichten ansehen. Die Untersuchung des TPACKs zeigt, dass Studierende unentschieden sind, inwieweit sie das relevante Wissen zur Nutzung digitaler Medien in ihrem zukünftigen Unterricht haben. Durchgeführte Vergleichsstudien mit den USA dokumentieren, dass Lehramtsstudierende in Deutschland signifikant weniger bereit sind mit digitalen Medien zu lernen und diese als erheblich weniger wichtig und unterstützend für ihr Lernen und zukünftiges Unterrichten einschätzen. Außerdem sehen sich deutsche Lehramtsstudierende als signifikant weniger kompetent an, relevante Fähigkeiten zu erwerben und mit digitalen Technologien zu unterrichten.
Im Entwicklungsteil dieser Dissertation werden diese umfangreichen Erkenntnisse in der Entwicklung der Lehrkonzepte und Medien berücksichtigt. So konnten sowohl zwei erfolgreiche Lehrveranstaltungen, die das flipped classroom-Konzept gewinnbringend einsetzen, als auch interaktive Lernmedien entwickelt werden. Die Mixed-Methods-Begleitforschung zeigt, dass die interaktiven Lernmedien die Studierenden unterstützen und zu einem erfolgreichen Lehrkonzept mit digitalen Medien in der Hochschullehre beitragen können. Weiter konnte durch die entwickelten Lehrveranstaltungen das TPACK der Lehramtsstudierenden positiv beeinflusst werden. Die Beliefs der Lehramtsstudierenden der Naturwissenschaften verändern sich hingegen kaum, jedoch wurde eine selektive Veränderung der Beliefs in Bezug auf einzelne digitale Technologien durch die Covid-19-Pandemie nachgewiesen.
Auf Grundlage dieser Forschungs- und Evaluationsergebnisse wurde das Ziel der Weiterentwicklung der Hochschullehre mit digitalen Medien erfolgreich erreicht. Dabei erwies sich das Modell der Partizipativen Aktionsforschung für die Hochschullehre (Tolsdorf & Markic, 2018) basierend auf den wertvollen Resultaten und der Professionalisierung der Beteiligten, als geeignet für dieses Entwicklung- und Forschungsprojekt. Besonders die Zusammenarbeit mit den Lehramtsstudierenden war gewinnbringend für die Weiterentwicklung der Hochschullehre, da die Studierenden das Entwickelte vielfältig und tiefgehend bewerten und auf dieser Grundlage profunde Verbesserungen möglich waren. Die vielfach erprobten, evaluierten und somit abgesicherten Lehrkonzepte und Lernmedien können als innovative Beispiele von Hochschullehrenden der Fachdidaktik der Naturwissenschaften oder auch darüber hinaus genutzt werden. Dadurch könnte die Weiterentwicklung der Lehre von Hochschullehrenden vereinfacht werden. Die gewonnenen vielfältigen Erkenntnisse der Studien des Forschungsteils können auch außerhalb dieser Dissertation als wertvoll für die fachdidaktische Forschung der Naturwissenschaften angesehen werden. Die erlangten Ergebnisse geben wichtige Hinweise in Bezug auf Lehramtsstudierende und ihre potentielle Nutzung von digitalen Medien in ihrem zukünftigen Unterricht. Die entwickelten Lehrkonzepte und besonders die Lernmedien sind als Open Educational Ressource (OER) im Sinne der Nachhaltigkeit auf der selbst entwickelten Plattform nw-didaktik-digital.de bereitgestellt. Auf diese Weise kann das Entwickelte von Hochschullehrenden der Naturwissenschaften in der Lehramtsausbildung für die Innovation der Lehre einen relevanten Beitrag leisten.
Der Artikel stellt nicht nur eine praktische Idee für ein gegenständliches, dreidimensionales Teilchenmodell (hier am Beispiel der Luft) dar, sondern nennt auch grundlegende Aspekte in Bezug auf das Zusammenspiel von naturwissenschaftlichem Unterricht und Teilchenmodellen. Ferner wird im Artikel die didaktische Einbettung in den naturwissenschaftlichen Sachunterricht sowie die Erfahrung des Autors aus der Unterrichtspraxis betrachtet. Das Modell wurde in erster Linie für die Anwendung im Primarbereich entwickelt und eignet sich zudem auch für den naturwissenschaftlichen Unterricht zu Beginn der Sekundarstufe I.
Durch das einfache Teilchenmodell, das auf chemisch-physikalischen Grundlagen basiert, werden die Schüler*innen schon frühzeitig an die interessante Welt der Naturwissenschaften herangeführt, was die Durchführung des Autors erahnen ließ. Das entwickelte Modell stellt eine anregende Idee für Lehrer*innen, Student*innen und Referendar*innen dar, da es einen nachhaltigen Lernerfolg vermuten lässt.
Die zweidimensionale Spektroelektrochemie von elektrochromen und elektrolumineszierenden Substanzen zeigt eine direkte Korrelation auf zwischen den Elektrodenreaktionen und Änderungen der Absorption oder Lumineszenz. Dies wird anhand der beiden Substanzen N,N,N’,N’-Tetramethyl-p-phenylendiamin (Wurster's Blau) und Tris(2,2’-bipyridyl)rutheniumchlorid [Ru(bpy)3]Cl2 demonstriert. In diesem Artikel werden vornehmlich Hochschulexperimente vorgestellt. Zusätzlich wird an zwei Beispielen aufgezeigt, dass auch mit einfacheren schulischen Mitteln das Prinzip der Spektroelektrochemie experimentell erfasst werden kann.