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Untersuchung der Wirksamkeit der Schülerlabore an der Technischen Universität Berlin

Derda, Mareen

FG Fluidsystemdynamik - Strömungstechnik in Maschinen und Anlagen

Die vorliegende publikationsbasierte Dissertation beinhaltet vier Aufsätze, die entweder bereits angenommen und im Druck sind oder derzeit in Peer-Review-Verfahren begutachtet werden. Diese vier Manuskripte, die teils ähnliche teils thematisch verwandte Forschungsfragen behandeln, werden von einer Einführung in das Thema der Arbeit und einer Gesamtdiskussion gerahmt. Das Dissertationsprojekt untersucht verschiedene Schülerlabore der Technischen Universität Berlin (TU Berlin) mit dem Ziel, allgemeine Handlungsempfehlungen für Schülerlabore zu entwickeln. Hierbei stehen sowohl Betreibende und Mitarbeitende der Schülerlaborprojekte als auch begleitende Lehrkräfte und teilnehmende Schülerinnen und Schüler im Blickfeld der Analysen. Die Einleitung stellt den Forschungsstand und die Forschungslücke zu Schülerlaboren dar, gibt einen Überblick über die der Arbeit zugrundeliegenden theoretischen Annahmen und erläutert die Forschungsfragen der Studien. Die Wirksamkeit außerschulischer Experimentiereinrichtungen, wie Schülerlabore, stand bereits bei einigen Arbeiten im Zentrum der Forschungsbemühungen, wie ein Überblick in Kapitel 1 zeigt. Die bisherigen Ergebnisse hinsichtlich kurz- und langfristiger Effekte auf die Entwicklung des Interesses an Naturwissenschaften, des Interesses am Experimentieren und des Fähigkeitsselbstkonzeptes sind jedoch widersprüchlich und teilweise aufgrund methodischer Mängel nicht eindeutig. Studie 1 untersucht mittels eines Pre-Post-Follow-Up-Designs unter Anwendung von Multilevelanalysen, welche die hierarchische Struktur der Daten berücksichtigen, die Entwicklung des Interesses an Naturwissenschaften, des Interesses am Experimentieren und des naturwissenschaftlich-technischen Fähigkeitsselbstkonzeptes der Schülerinnen und Schüler sowohl in der Zeit des Laborbesuches als auch in der Zeit nach dem Laborbesuch (9-12 Wochen). Die Ergebnisse zeigen das Potential der Schülerlabore der TU Berlin, das Interesse an Naturwissenschaften und das Fähigkeitsselbstkonzept sowohl kurz- als auch längerfristig signifikant zu fördern, das Interesse am Experimentieren konnte hingegen nur kurzfristig gefördert werden. Als förderlich für die kurzfristige Entwicklung der Variablen erwiesen sich die Labormerkmale Alltagsbezug, Autonomie und Instruktionsqualität. Die zweite Studie untersucht die Unterrichtseinbindung und Erwartungen bzw. die Erwartungserfüllung und wendet hierzu sowohl quantitative (die vormals erwähnte Fragebogenerhebung) als auch qualitative Methoden (leitfadengestützte Interviews) an. Zu den wesentlichen Ergebnissen gehört, dass die begleitenden Lehrkräfte mit dem Laborbesuch eine berufliche Orientierung und thematische Ergänzung des Unterrichts verbinden und die Unterrichtseinbindung neben Lehrplanvorgaben unter anderem von persönlichen Einstellungen abhängt. Die Schülerinnen und Schüler erwarten vor allem experimentelles und praktisches Arbeiten, aber auch einen Wissenszuwachs, während sie auf zu viel Theorie keine Lust haben. Sowohl die ausreichende Unterrichtsvorbereitung als auch die Erwartungserfüllung erwiesen sich in den Multilevelanalysen als signifikante Prädiktoren mit einem positiven Effekt auf die kurzfristige Entwicklung des Interesses und Fähigkeitsselbstkonzeptes. Studie 3 beleuchtet die Sichtweise der Laborbetreibenden und Mitarbeitenden auf die Ziele und Gestaltungsmittel ihrer Angebote und die Zusammenarbeit mit den Lehrkräften und diskutiert die Ergebnisse der vorangegangenen Untersuchungen hinsichtlich der Ableitung von allgemeinen Handlungsempfehlungen. Problematisch fielen in den Interviews Schwierigkeiten, Ziele genau zu definieren und Gestaltungsmittel zielorientiert zu hinterfragen, sowie uneinheitliche Zielvorstellungen und subjektive Geschlechtertheorien auf. Des Weiteren setzte nur ein Labor die Unterrichtseinbindung des Projektes voraus, bei den anderen herrschte teilweise Nachholbedarf hinsichtlich der Zusammenarbeit mit den begleitenden Lehrkräften, um eine Unterrichtseinbindung zu ermöglichen. Zusammenfassend ergab die Studie fünf allgemeine Handlungsempfehlungen für Schülerlabore: 1. Ziele des Labors definieren und Gestaltungsmittel hinterfragen, 2. Immanente subjektive Geschlechtertheorien hinterfragen, 3. Erwartungen der Schülerinnen und Schüler berücksichtigen, 4. Mit begleitenden Lehrkräften zusammenarbeiten und eine Unterrichtseinbindung ermöglichen, 5. Stärkung der Labormerkmale Alltagsbezug, Autonomie und Instruktionsqualität. Die Dissertation schließt mit einer Gesamtdiskussion. Diese stellt die Studien im Überblick mit ihren zentralen Befunden dar, benennt Grenzen der Untersuchungen und Implikationen für die weitere Forschung. Im Anhang befinden sich weitere Analysen sowie die Befragungsinstrumente.
The present cumulative dissertation contains four essays which are either already accepted and in print or currently peer-reviewed. These four manuscripts are framed by an introduction to the subject of the thesis and an overall discussion. This research project examines various out-of-school laboratories at the Technische Universität Berlin (TU Berlin) aiming to develop general recommendations for out-of-school laboratories. Therefore, the focus of the investigation lies on operators and employees of the out-of-school laboratories as well as accompanying teachers and participating school students. The introduction presents the state of research and the research gap to out-of-school laboratories, provides an overview of the theoretical assumptions underlying the work, and explains the research questions of the study. The effectiveness of out-of-school experimental facilities such as out-of-school laboratories has been investigated in some former research projects as an overview in Chapter 1 shows. However, the results with regard to short- and long-term effects on the development of the interest in science, the interest in experimentation and the science self-concept are contradictory and partly ambiguous due to methodological shortcomings. Study 1 uses a questionnaire survey in pre, post, follow-up design conducting multilevel analyzes that take into account the hierarchical structure of the data to investigate the development of interest in science, interest in experimentation, and science self-concept during the laboratory visit as well as in the time after the visit (9-12 weeks). The study revealed that out-of-school laboratories promote a long-term interest in science and science self-concept, but for interest in experimentation only short-term effects were found. Regarding the laboratory features, the perception of relevance especially supports interest and self-concept. Furthermore, the perception of autonomy proved to be important for the development of science self-concept and the quality of instruction for the development of interest in experimentation. The second study examines the pre and post work of the laboratory visit at school, the expectations of accompanying teachers and participating school students as well as the fulfillment of students` expectations, applying both quantitative (the previously mentioned questionnaire survey) and qualitative methods (guideline-based interviews). One of the main findings is that the accompanying teachers visit the out-of-school laboratory with their students for a vocational orientation as well as a thematic supplement to the lesson and that pre and post work depends on personal attitudes in addition to curriculum requirements. The school students expect above all experimental and practical work, but also an increase in knowledge. Despite of that they do not like to much theory. Both, a sufficient pre work at school and the fulfillment of expectations proved to be significant predictors in the multilevel analyzes with a positive effect on the short-term development of interest and self-concept. The third study sheds light on the views of laboratory operators and employees on the aims and tools of their offerings and collaboration with teachers, and discusses the findings of the three studies to create general recommendations for out-of-school laboratories. Difficulties in defining aims precisely and questioning design tools in a goal-oriented manner as well as different aspirations and subjective gender theories were problematic in the interviews. Furthermore, only one laboratory required a pre and post work at school while the others partially have some pent-up demand to enable the accompanying teachers to prepare and follow up on a laboratory visit at school. In summary, the study results in five general recommendations for out-of-school laboratories: 1. Define the objectives of the laboratory and question the means of design, 2. Question subjective gender theories, 3. Consider students' expectations, 4. Work together with accompanying teachers and facilitate pre and post work at school, 5. Enhance the laboratory features relevance, autonomy and quality of instruction. The thesis ends with an overall discussion. This provides an overview of the studies with their central findings, defines the limits of the examinations and implications for further research.The appendix contains further analyzes as well as the survey instruments.