Development of Competencies in Physics during the First Year at University
Final Report Abstract
Die Evaluation der Wirksamkeit der Ausbildung an deutschen Hochschulen stellt ein wichtiges Ziel der aktuellen fachdidaktischen Forschung dar. In diesem Zuge zeigen sich im Fach Physik sowohl in den Lehramts- als auch in den Fach-Studiengängen eine Reihe von Problemen: Wie in allen MINT-Fächern liegt die Studienabbruch- und Schwundquote übermäßig hoch, wobei Leistungsprobleme und nicht bestandene Prüfungsleistungen häufig als Gründe genannt werden. Hier scheint insbesondere die Studieneingangsphase einen kritischen Zeitraum darzustellen. Studien im Lehramts-Bereich zeigen im Laufe des Studiums immer größer werdende Leistungsdisparität zwischen unterschiedlich fähigen Studierendengruppen. Für das fachliche Wissen zeigt sich, dass auch nach angemessener Studiendauer bis zu einem Drittel der Studierenden einen problematischen Wissensstand aufweisen. Maßnahmen zur Verbesserung der Situation sind bisher vor allem normativ begründet und stützen sich nur in wenigen Fällen auf empirische Erkenntnisse. An diesem Punkt setzt das vorliegende Projekt mit zwei Modulen an: Das im ersten Studienjahr zu erwerbende physikalische Fachwissen wird im Hinblick auf seine Komplexität modelliert und zu drei Testzeitpunkten mit einem vorhandenen Testinstrument erhoben. Aus den gewonnenen Daten mit 565 Probanden können belastbare Erkenntnisse über Eingangsvoraussetzungen und Entwicklungen sowohl im schulischen als auch im universitären Wissen gewonnen werden. Hier zeigt sich ein Vorwissen auf niedrigen Niveaus und eine insgesamt relativ langsame Entwicklung im betrachteten Zeitraum. Höhere Zuwächse zeigen Personen mit besseren mathematischen Kenntnissen, niedrige oder keine Zuwächse zeigen Personen mit geringerer sozialer Integration in die Studierendenschaft. Als Pendant zum Fachwissen wurden im zweiten Modul Problemlösefähigkeiten modelliert und einer qualitativen Erhebung zugänglich gemacht. Theoretisch können hier – basierend auf dem Modell des wissenszentrierten Problemlösens – Problemschemata als weitere zentrale Ressource identifiziert werden. Als Erhebungsinstrument wird ein Problemlösesetting, welches sich an der realen Situation des Übungszettels orientiert, mit lautem Denken und anschließendem Interview eingesetzt. Es wurde durch eine gezielte Nutzung realer Aufgaben sowie durch Befragung von Studierenden und Lehrenden validiert. Die Ergebnisse von bisher 38 Probanden zeigen zwei gut voneinander abgrenzbare Gruppen erfolgreicher bzw. wenig erfolgreicher Problemlöser. Diese Gruppen erscheinen zeitlich relativ stabil und können durch die Verfügbarkeit bzw. den Erwerb von Problemschemata gut charakterisiert werden. Unabhängig davon zeigen fast alle Probanden eine Reihe von spezifischen Schwierigkeiten im Problemlöseprozess, die die Problemrepräsentation, das Ausarbeiten eines Vorgehens für die Lösung ebenso wie fachliche und mathematische Kenntnisse umfassen. Das Projekt liefert aus Theorie und Empirie eine Reihe von Anlässen zur Verbesserung von curricularen und extracurricularen Lehrangeboten in der Studieneingangsphase. Im Rahmen der Paderborner Studieneingangsphase Physik (PSΦ) wurden eine Reihe dieser Anregungen, wie komplexitätsgestaffelte Übungszettel und Präsenzübungen, bereits umgesetzt und können u. a. mit den hier erarbeiteten Instrumenten laufend evaluiert werden.
Publications
- (2019). Erfolgreicher Wissenserwerb im ersten Semester Physik: Analyse mithilfe eines Niveaumodells. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 25 (1)
Woitkowski, D.
(See online at https://doi.org/10.1007/s40573-019-00094-7) - (2019). Erhebung der Problemlösefähigkeit im Physikstudium: Vorstellung eines Erhebungsverfahrens. In C. Maurer (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Bildung als Grundlage für berufliche und gesellschaftliche Teilhabe (S. 492–495). Regensburg: Universität Regensburg
Woitkowski, D.
- (2020). Komplexitätsgestaffelte Übungsaufgaben zur Unterstützung im ersten Semester Physik. PhyDid B – Didaktik der Physik – Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung Bonn, 85–90
Woitkowski, D.
- (2020). Ressourcen zur Problemlösung: Problemschemata. In S. Habig (Hrsg.), Naturwissenschaftliche Kompetenzen in der Gesellschaft von morgen (S. 373–376). Duisburg-Essen: Universität Duisburg-Essen
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- (2020). Surveying University Students’ Problem Solving Skills in Realistic Settings. In O. Levrini & G. Tasquier (Eds.), Electronic Proceedings of the ESERA 2019 Conference.: The Beauty and Pleasure of Understanding: Engaging With Contemporary Challenges Through Science Education (S. 2008–2014). Bologna: University of Bologna
Woitkowski, D.
- (2020). Tracing Physics Content Knowledge Gains Using Content Complexity Levels. International Journal of Science Education, 42
Woitkowski, D.
(See online at https://doi.org/10.1080/09500693.2020.1772520)
