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Bei den Grundkonzepten von Kraft und Energie, aber auch beim Arbeitsbegriff, tauchen bei Schüler*innen Lernschwierigkeiten auf. Beispielsweise wird die oft beobachtete Gleichsetzung der physikalischen Bedeutung von Kraft und Energie in der Physikdidaktischen Forschung schon seit langem diskutiert. Die Studie geht von der Vermutung aus, dass fehlentwickelte Vorstellungen auch noch bei Lehramtsstudierenden im Fach Physik auftauchen. Darüber wissen wir wenig. Um dies zu untersuchen, eignet sich der Kontext der einfachen Maschinen gut, da hier die Grundkonzepte zu Kraft und Energie aufeinandertreffen. In diesem Kontext wird im Unterricht oft auch der physikalische Arbeitsbegriff eingeführt. Die einfachen Maschinen haben im Unterricht noch immer eine Berechtigung, da deren Grundprinzipien die physikalische Basis vieler mechanischer Maschinen, Geräte und Werkzeuge darstellen, historisch betrachtet und auch noch heute. Die einfachen Maschinen ermöglichen vielfältige Lebensweltbezüge. In vielen deutschen Bundesländern und in der Schweiz sind daher die einfachen Maschinen fester Bestandteil im Curriculum der Mechanik. Die Zielgruppe der Studie sind die Lehramtsstudierenden im Fach Physik. Die vorliegende Arbeit schließt bezüglich der Stichprobe und der Vorgehenssystematik eine Forschungslücke. Häufig werden im Unterricht nur Hybride erreicht, also Vorstellungen, bei denen gewisse Aspekte der im Unterricht vermittelten wissenschaftlichen Sichtweise mit den alten Vorstellungen verwoben sind. In einer Interviewstudie mit Physiklehramtsstudierenden zu den curricularen Anwendungskontexten Flaschenzug, Hebel und Rampe (schiefe Ebene) wurden sechs bereits aus der Schüler*innenvorstellungsforschung bekannte kognitive Schemata zu den physikalischen Begriffen Kraft, Arbeit und Energie identifiziert. Diese Schemata traten somit im Kontext der einfachen Maschinen auch noch bei Physiklehramtsstudierenden auf. Ein kognitives Schema zum physikalischen Arbeitsbegriff sowie zwei Kraftschemata (diese werden in der Studie mit «Kraftverteilungsschema» und «Krafttransportschema» bezeichnet) wiesen noch nicht bekannte Facetten auf. Diese wurden mit einer zweiten Studie, einer Fragebogenstudie, validiert.

The aim of this study was to develop, implement, and evaluate an intervention program focusing on developing Grade 5 and 6 students’ functional thinking. The innovative aspect lies in addressing simultaneously various aspects of function—input–output, covariation, correspondence, and object— in terms of manipulating tasks that involve functional relationships. The program adopts promising design principles, including an inquiry-based approach, engaging students in embodied dynamic mathematics learning environments, and making connections to real-world situations. A sample of 104 students took part in the program. The results showed a significant improvement in students’ performance related to functional thinking between the pre- and post-tests. Grade 5 students’ mean value improved from 0.29 to 0.58 and Grade 6 students from 0.37 to 0.60, respectively. Analysis indicated that students with varying performance potential in developing functional thinking are likely to be significantly affected by the program. Regression analysis showed that students’ gender as well as mathematics- and functions-related self-concept and interest did not serve as predictive factors of students’ gain score magnitude. Students’ progression goes along with a significant shift in strategies used. While the dominant strategies in the pre-test relied on recursive and single variation, in the post-test, students moved to covariational and correspondence approaches. The findings indicate that upper primary school students are capable of grappling abstract facets of functions. This underscores the potential effectiveness of targeted interventions that adopt innovative design principles, particularly in light of the limitations of conventional curricula in adequately preparing students to explore functional relationships across diverse contexts.

Despite its potential to support reading and spelling development in children with or without dyslexia, research on the effectiveness of digital trainings carried out at home is scarce. This study investigated the effectiveness of a novel digital game-based spelling training for unassisted use at home (Prosodiya). The pedagogical approach differs from similar approaches as it systematically teaches orthographic knowledge in combination with syllable stress awareness. A sample of 116 German second- to fourth-grade children with mainly poor spelling skills participated in a randomized two-period, wait-list controlled field trial, in which children practiced at home over 9–10 weeks with Prosodiya. Results showed high participant engagement, as indicated by behavioral measures of student responsiveness, and they validate our novel pedagogical approach. Most importantly, results revealed significant training effects on syllable stress awareness and spelling abilities in trained and untrained domains. This training may thus expand the traditional pool of training methods.

Communication in chemistry – and thus understanding the scientific language and using it appropriately – is one competency to acquire in chemistry class and essential for the acquisition of Scientific Literacy (Bybee, 2015; Roberts & Bybee, 2014). The fact that learning the scientific language of chemistry, the Chemish (Markic & Childs, 2016), is to be seen as an objective of chemistry teaching is stated both nationally in the resolutions of the Conference of Ministers of Education (Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland, 2005) and is anchored in the curricula of the federal states in Germany (e.g., Freie und Hansestadt Hamburg: Behörde für Schule und Berufsbildung, 2014; Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg, 2016a, 2016b). And also internationally in other countries’ curricula as well (e.g., National Research Council, 2012; NGSS Lead States, 2013; Tang & Danielsson, 2018). Thus, one task of chemistry teachers is to support students in the acquisition and use of Chemish. This requires a special kind of teacher knowledge that overlaps with Pedagogical Content Knowledge (PCK) (Shulman, 1987) and is related to learning and teaching Chemish: Pedagogical Scientific Language Knowledge (PSLK) (Markic, 2017). However, as studies show, teachers are not always aware of the characteristics of scientific language and often use it unreflectively (e.g., Carrier & Grifenhagen, 2020; Tang & Rappa, 2021), which can lead to misunderstandings and problems in learning scientific content on the part of students. So far, little is known about the (successful) practice of teaching scientific language in chemistry classes (Kelly, 2014). Therefore, this work aims to systematize chemistry teachers’ PSLK and implement the findings into pre-service chemistry teacher training. At first, it is investigated through a qualitative approach what level of knowledge of Chemish and its teaching and learning pre-service chemistry teachers already possess during their studies (Article 1 (Mönch & Markic, 2022a)). As turns out, pre-service chemistry teachers (N = 41) are hardly aware of the characteristics of the Chemish and thus the resulting challenges for students. Since the PSLK has so far been a purely theoretical construct but due to the lack of pre-service chemistry teachers’ PSLK there emerges a need to know what PSLK consists of, the next step is to investigate PSLK more closely. Studies on Pedagogical Content Knowledge (PCK) show that teachers develop it mainly in practice (Grossman, 1990; Kind, 2009; van Driel et al., 1998). Thus, initial findings on science teachers’ PSLK are obtained with the help of a systematic review (Article 2 (Mönch & Markic, 2022b)). The results are systematized along the framework of the Refined Consensus Model of Pedagogical Content Knowledge (RCM) (Carlson & Daehler, 2019) and thus a model of PSLK is developed. Through the systematic review, it becomes clear that PSLK is influenced by all teacher professional knowledge bases identified within the RCM, more specifically (i) content knowledge, (ii) pedagogical knowledge, (iii) assessment knowledge, (iv) knowledge of students, and (v) curricular knowledge (Carlson & Daehler, 2019). Further, both the learning context and the teacher’s amplifiers and filters have an impact on PSLK. In the systematic review, the following elements of PSLK are identified: knowledge of (i) scientific language role models, (ii) the development of the concept before the development of the scientific language, (iii) making scientific terms and language explicit, (iv) providing a discursive classroom, (v) providing multiple resources and representations, (vi) providing scaffolds for scientific language development, (vii) communicating expectations clearly, and (viii) specific methods and tools for teaching and learning the scientific language. However, since the findings drawn from the systematic review are mainly based on case studies and focus generally on scientific language but not on the more specific characteristics of Chemish, it is of interest to gain deeper insights into the elements of PSLK identified within the systematic review and with a special focus on Chemish. Therefore, an interview study with German chemistry teachers (N = 19) is conducted (Article 3 (Mönch & Markic, 2024)). Since there is little previous knowledge about chemistry teachers’ PSLK, the interviews are analyzed both inductively according to Grounded Theory (Strauss & Corbin, 1996) and deductively based on the elements already identified within the systematic review. Through the interviews, the model of PSLK that resulted from the systematic review can be validated and deeper insights into the elements influencing and constituting PSLK can be gained, more specifically into the teacher professional knowledge bases, the learning context, teacher’s amplifiers and filters, as well as the already identified elements of PSLK. Even two new elements of PSLK are identified: (ix) the knowledge of the motivation when learning scientific language as well as (x) the knowledge of lesson preparation and follow-up. Based on the named results, the last part of this thesis involves the integration of the systematized PSLK into pre-service chemistry teacher training at Ludwigsburg University of Education (Article 4 (Mönch & Markic, 2023)). Therefore, in the framework of Participatory Action Research in University Chemistry Teacher Training (Tolsdorf & Markic, 2018), the first development cycle of a seminar unit on PSLK is carried out. The aim is to investigate how a seminar unit for the promotion of pre-service chemistry teachers’ PSLK can be designed. In doing so, the seminar unit is planned by a multi-professional team, implemented in a pre-service chemistry education seminar at Ludwigsburg University of Education, and subsequently evaluated in a mixed-methods design. Summing up, this research project advances the field of chemistry education in two regards: (i) it provides insights into chemistry teachers’ PSLK and thus the knowledge is made accessible through its systematization, and (ii) starts the development of a pre-service chemistry teacher education unit for fostering PSLK to better train chemistry teachers to make chemistry more accessible to students and therefore achieve the goal of scientific literacy for all (OECD, 2017). Moreover, the systematized PSLK can serve as a starting point for the development of in-service teacher training as well as instruments measuring chemistry teachers’ PSLK. Kommunikation ist eine der Kompetenzen, die im Chemieunterricht erworben werden sollen und wesentlich für den Erwerb von Scientific Literacy (Bybee, 2015; Roberts & Bybee, 2014). Einen großen Teil der Kommunikation im Chemieunterricht macht die chemische Fachsprache, das Chemish (Markic & Childs, 2016), aus. Chemish zu verstehen und es adressat:innengerecht anzuwenden ist deshalb ein Ziel des Chemieunterrichts. Dies ist sowohl national in den Beschlüssen der Kultusministerkonferenz festgehalten (Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland, 2005) und in den Bildungsplänen der einzelnen Bundesländer verankert (bspw. Freie und Hansestadt Hamburg: Behörde für Schule und Berufsbildung, 2014; Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg, 2016a, 2016b), als auch international in den Curricula anderer Länder festgehalten (bspw. National Research Council, 2012; NGSS Lead States, 2013; Tang & Danielsson, 2018). Daraus ergibt sich die Aufgabe für Chemielehrkräfte, Schüler:innen beim Erwerb und der Verwendung von Chemish zu unterstützen. Diese Aufgabe setzt auf Seiten der Chemielehrkräfte ein spezielles Professionswissens voraus, welches Überschneidungen mit dem fachdidaktischen Wissen (Pedagogical Content Knowlegde (PCK) (Shulman, 1987)) aufweist und in Verbindung mit dem Lernen und Lehren des Chemish steht: das Pedagogical Scientific Language Knowledge (PSLK) (Markic, 2017). Wie Studien jedoch zeigen, sind sich Lehrkräfte der Charakteristika der Fachsprache nicht immer bewusst und verwenden diese oft unreflektiert (bspw. Carrier & Grifenhagen, 2020; Tang & Rappa, 2021), was zu Missverständnissen und Problemen beim Lernen fachlicher Inhalte auf Seiten der Schüler:innen führen kann. Bisher ist wenig über die (erfolgreiche) Praxis des Lehrens von Fachsprache im Chemieunterricht bekannt (Kelly, 2014). Deshalb hat es sich diese Arbeit zum Ziel gemacht, das PSLK von Chemielehrkräften zu systematisieren und die gewonnenen Erkenntnisse in die Ausbildung von Chemielehramtsstudierenden zu implementieren, um die angehenden Chemielehrkräfte auf das Unterrichten von Chemish vorzubereiten. Dazu wird im Rahmen dieser Dissertation in einem ersten Schritt anhand eines qualitativen Ansatzes untersucht, welches Wissen über Chemish im allgemeinen und das Lehren und Lernen von diesem im speziellen Chemielehramtsstudierende bereits während ihres Studiums aufweisen (Article 1 (Mönch & Markic, 2022a)). Wie sich zeigt, sind sich die Chemielehramtsstudierenden (N = 41) der Eigenheiten des Chemish und den daraus resultierenden Herausforderungen für die Schüler:innen kaum bewusst. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, das PSLK der angehenden Chemielehrkräfte zu fördern. Da PSLK bis dato allerdings ein theoretisches Konstrukt ist, gilt es zunächst herauszufinden, was es ausmacht und woraus es besteht. Deshalb wird das PSLK im nächsten Schritt genauer untersucht. Wie sich in Studien zum Pedagogical Content Knowledge (PCK) zeigt, entwickeln Lehrkräfte dieses v.a. in der Praxis (Grossman, 1990; Kind, 2009; van Driel et al., 1998). Deshalb werden im ersten Schritt mithilfe eines Systematic Reviews erste Erkenntnisse zum PSLK von Naturwissenschaftslehrkräften gewonnen (Article 2 (Mönch & Markic, 2022b)). Die Ergebnisse werden entlang des Refined Consensus Model of Pedagogical Content Knowledge (RCM) (Carlson & Daehler, 2019) systematisiert und ein Modell zum PSLK entwickelt. Durch das Systematic Review wird deutlich, dass das PSLK von allen Teacher Professional Knowledge Bases, die im RCM identifiziert werden, genauer (i) dem Fachwissen, (ii) dem pädagogischen Wissen, (iii) dem Bewertungswissen, (iv) dem Wissen über Schüler:innen sowie (v) dem curriculare Wissen (Carlson & Daehler, 2019) beeinflusst wird. Außerdem haben sowohl der Learning Context als auch die Teacher’s Amplifiers and Filters einen Einfluss auf das PSLK. Anhand des Systematic Reviews können zudem folgende Elemente des PSLK identifiziert werden: das Wissen über (i) fachsprachliche Vorbilder, (ii) Methoden und Werkzeuge, (iii) das Anbieten einer diskursiven Umgebung, (iv) das klare Kommunizieren von Erwartungen, (v) Scaffolds für das Lernen der Fachsprache, (vi) Ressourcen und Repräsentationen, (vii) das Explizieren der Fachsprache und (viii) die Entwicklung des Konzepts vor der Fachsprache (Begriffsbildung). Da die aus dem Systematic Review gewonnenen Erkenntnisse vor allem auf Fallstudien beruhen und sich allgemein auf Fachsprache in den Naturwissenschaften, nicht jedoch auf die Charakteristika des Chemish konzentrieren, ist es von Interesse, das entwickelte Modell zu validieren und tiefere Einblicke in die im Systematic Review identifizierten Elemente des PSLK im Hinblick auf das Chemish zu gewinnen. Zu diesem Zweck wird im nächsten Schritt eine Interviewstudie mit Chemielehrkräften aus Deutschland (N = 19) durchgeführt (Article 3 (Mönch & Markic, 2024)). Nachdem kaum Erkenntnisse zum PSLK von Chemielehrkräften vorliegen, werden die Interviews sowohl induktiv nach der Grounded Theory (Strauss & Corbin, 1996), als auch deduktiv anhand der durch das Systematic Review bereits identifizierten Elemente ausgewertet. Durch die Interviews können schließlich das im Systematic Review entwickelte Modell von PSLK validiert und tiefere Einblicke in die Teacher Professional Knowledge Bases, den Learning Context als auch die Teacher’s Amplifiers and Filters gewonnen werden. Des Weiteren können die einzelnen Elemente des PSLK genauer beschrieben werden und zwei neue Elemente identifiziert werden: (ix) das Wissen über Motivation beim und zum Erlernen der Fachsprache und (x) das Wissen über Unterrichtsvor- und -nachbereitung. Basierend auf den Ergebnisse der genannten Studien umfasst der letzte Teil dieser Arbeit die Einbindung des systematisierten PSLK in die Chemielehrer:innenausbildung an der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg (Article 4 (Mönch & Markic, 2023)). Im Zuge des ersten Entwicklungszyklus im Rahmen der Partizipativen Fachdidaktischen Aktionsforschung für die Entwicklung der Hochschullehre (Tolsdorf & Markic, 2018) wurde untersucht, wie eine Seminareinheit zur Förderung des PSLK angehender Chemielehrkräfte gestaltet werden kann. Dabei wurde die Seminareinheit von einem multiprofessionellen Team geplant, in einem Chemiedidaktikseminar an der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg implementiert und anschließend anhand eines Mixed-Methods-Designs evaluiert. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das vorliegende Forschungsprojekt die naturwissenschafts- und chemiedidaktische Forschung in zweierlei Hinsicht voranbringt: (i) es liefert Einblicke in das Wissen von Chemielehrkräften über das Lehren und Lernen von Chemisch und systematisiert das PSLK, mit dessen Hilfe dann (ii) ein erster Entwicklungszyklus einer Einheit zur Förderung des PSLK angehender Chemielehrkräfte im Rahmen ihres Studiums durchgeführt werden konnte, mit dem Ziel, sie für die Nutzung und das Erlernen von Chemish zu sensibilisieren und sie für ihre spätere Unterrichtspraxis vorzubereiten. Dadurch kann Chemish und somit auch Chemie im allgemeinen für Schüler:innen zugänglicher gemacht werden und Scientific Literacy (OECD, 2017) gefördert werden. Darüber hinaus kann das systematisierte PSLK als Ausgangspunkt für die Entwicklung von Lehrkräftefortbildungen sowie von Instrumenten zur Messung des PSLK von Chemielehrkräften dienen.

Research has identified 10 high-leverage teaching practices (HLTPs) that can impact student learning of a foreign language. While acknowledging the importance of this work, more research is needed to inform the preparation of novice teachers to enact these practices. In response, the researchers conducted a case study involving two foreign language teacher preparation programs in the United States and Germany, to better understand how the two very different programs prepare their candidates to implement HLTPs, which HLTPs are emphasized, and how successful they are at preparing their aspiring teachers to implement one practice that has been identified in the research as particularly important (facilitating target language comprehensibility). Survey, teaching observation, and interview data collected from teacher candidates and their instructors suggested the critical nature of select HLTPs, that some of the subcomponents of one of these practices may be more challenging for novice teachers to master than others, and that there may be multiple approaches to preparing foreign language teachers to implement HLTPs.