Modellierung naturwissenschaftlicher Kommunikationskompetenz – ein fächerübergreifendes Modell zur Evaluation der Bildungsstandards

Communication in Science Education – a Model for the Evaluation of the Educational Standards

Zusammenfassung

In diesem Beitrag wird die standardbezogene Kompetenzmodellierung des Projektes Evaluation der Standards in den Naturwissenschaften für die Sekundarstufe I (ESNaS) für den Kompetenzbereich Kommunikation vorgestellt. Die in den Bildungsstandards formulierten Anforderungen werden auf Basis domänenübergreifender und fachdidaktischer Kommunikationsmodelle in Form eines Kompetenzstrukturmodells konkretisiert, das für die Fächer Biologie, Chemie und Physik auf der Inhaltsebene die drei Teilbereiche Informationen erschließen, Informationen weitergeben und Argumentieren differenziert. Innerhalb der Teilbereiche werden Merkmale naturwissenschaftlicher Kommunikationsprozesse durch die Aspekte Fachsprache, Darstellungsformen und Adressaten- beziehungsweise Sachbezug repräsentiert. Die Operationalisierung der im Modell enthaltenen Kompetenzanforderungen wird anhand von Beispielaufgaben erläutert. In einer Studie mit N = 3378 Schülerinnen und Schülern der 10. Jahrgangsstufe zeigten sich zufriedenstellende Reliabilitäten für die angenommenen Teilbereiche. Zur internen Validität zeigen sich widersprüchliche Ergebnisse beim Modellvergleich und der korrelativen Struktur zwischen den Teilbereichen. Die Teilbereiche werden durch eine genauere Analyse schwierigkeitserzeugender Merkmale weiter untersucht.

Abstract

This paper presents the standards-based competency assessment for communication within the project for the evaluation of the educational standards in the natural science subjects for secondary education (ESNaS). With regard to cross-domain and domainspecific models of communication the requirements formulated in the educational standards for science education are concretized in the form of an interdisciplinary competence model that describes the internal structure of scientific communication. The derived competence model for biology, chemistry and physics education differentiates the three dimensions information processing, information transfer and argumentation. Within these dimensions characteristics of scientific communication processes are represented by the aspects of science-specific language, representations and reference to subject and addressee. The operationalization is shown by means of example items. A study with N = 3378 students of 10th grade revealed satisfactory reliabilities for the presumed dimensions. Concerning the internal validity contradictory results appeared when different models and the correlative structure between the dimensions were evaluated. The dimensions are investigated more closely through analysis of difficulty-generating characteristics.

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Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3

Notes

  1. 1.

    Für eine ausführlichere Übersicht sei an dieser Stelle z. B. auf Burkart (2002) sowie Burkart und Hömberg (2015) verwiesen. In den Naturwissenschaftsdidaktiken bieten Kulgemeyer (2010) und Kobow (2015) ausführlichere Übersichten über allgemeine und fachbezogene Überlegungen zum Kommunikationsbegriff.

Literatur

  1. Ainsworth, S. (1999). The functions of multiple representations. Computers & Education, 33(2), 131–152. doi:10.1016/S0360-1315(99)00029-9.

    Article  Google Scholar 

  2. Beck, C., & Nerdel, C. (2015). Raschanalyse von biologischen Aufgaben zum Umgang mit multiplen externen Repräsentationen (MER) zur Erfassung von schwierigkeitsgenerierenden Merkmalen im biologischen Kontext. In L. von Kotzebue, A. Dittmer, A. Möller & P. Schmiemann (Hrsg.), 17. Internationale Frühjahrsschule der Fachsektion Biologiedidaktik (FDdB) im VBIO (S. 26–27). München: TU, LMU München.

    Google Scholar 

  3. Burkart, R. (2002). Kommunikationswissenschaft: Grundlagen und Problemfelder: Umrisse einer interdisziplinären Sozialwissenschaft. Wien: Böhlau.

    Google Scholar 

  4. Burkart, R., & Hömberg, W. (2015). Kommunikationstheorien: ein Textbuch zur Einführung. Wien: Braunmüller.

    Google Scholar 

  5. Erduran, S. (2008). Methodological foundations in the study of argumentation in science classrooms. In S. Erduran & M. P. Jiménez-Aleixandre (Hrsg.), Argumentation in science education: Perspectives from classroom-based research (S. 47–69). Dordrecht: Springer.

    Google Scholar 

  6. Erduran, S., Osborne, J., & Simon, S. (2005). The role of argumentation in developing scientific literacy. In K. Boernsma, M. Goedhart, O. De Jong & H. Eijkelhof (Hrsg.), Research and the quality of science education (S. 381–394). Dordrecht: Springer.

    Google Scholar 

  7. Faistauer, R. (2001). Zur Rolle der Fertigkeiten. In G. Helbig, L. Götze, G. Henrici & H.-J. Krumm (Hrsg.), Deutsch als Fremdsprache (S. 864–871). Berlin, New York: de Gruyter.

    Google Scholar 

  8. Frey, A., Hartig, J., & Rupp, A. A. (2009). An NCME instructional module on booklet designs in large-scale assessments of student achievement: theory and practice. Educational Measurement: Issues and Practice, 28(3), 39–53. doi:10.1111/j.1745-3992.2009.00154.x.

    Article  Google Scholar 

  9. Harms, U., & Kattmann, U. (2013). Kommunikation biologischer Phänomene und Erkenntnisse. In H. Gropengießer, U. Harms & U. Kattmann (Hrsg.), Fachdidaktik Biologie (S. 62–77). Hallbergmoos: Aulis.

    Google Scholar 

  10. Heitmann, P., Hecht, M., Schwanewedel, J., & Schipolowski, S. (2014). Students’ argumentative writing skills in science and first-language education: Commonalities and differences. International Journal of Science Education (IJSE), 36(18), 3148–3170. doi:10.1080/09500693.2014.962644.

    Article  Google Scholar 

  11. Hofer, M. (2003). Argumentieren. In T. Hermann & J. Grabowski (Hrsg.), Enzyklopädie der Psychologie: Psychologie der Sprachproduktion (S. 801–824). Göttingen: Hogrefe.

    Google Scholar 

  12. Hostenbach, J. (2011). Entwicklung und Prüfung eines Modells zur Beschreibung der Bewertungskompetenz im Chemieunterricht. Berlin: Logos.

    Google Scholar 

  13. Hostenbach, J., Fischer, H. E., Kauertz, A., Mayer, J., Sumfleth, E., & Walpuski, M. (2011). Modellierung der Bewertungskompetenz in den Naturwissenschaften zur Evaluation der Nationalen Bildungsstandards. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 17, 261–288.

    Google Scholar 

  14. Jiménez Aleixandre, M. P., López Rodríguez, R., & Erduran, S. (2005). Argumentative quality and intellectual ecology: a case study in primary school. Paper presented at the annual conference of the National Association for Research in Science Teaching, Dallas.

  15. Jude, N. (2008). Zur Struktur von Sprachkompetenz. http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/files/6694/Jude_Zur_Struktur_von_Sprachkompetenz.pdf.

    Google Scholar 

  16. Kauertz, A. (2008). Schwierigkeitserzeugende Merkmale physikalischer Leistungstestaufgaben. Berlin: Logos.

    Google Scholar 

  17. Kauertz, A., Fischer, H. E., Mayer, J., Sumfleth, E., & Walpuski, M. (2010). Standardbezogene Kompetenzmodellierung in den Naturwissenschaften der Sekundarstufe I. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 16, 135–153.

    Google Scholar 

  18. KMK = Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (2005a). Bildungsstandards im Fach Biologie für den Mittleren Schulabschluss. Beschluss vom 16.12.2004. München, Neuwied: Luchterhand.

    Google Scholar 

  19. KMK = Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (2005b). Bildungsstandards im Fach Chemie für den Mittleren Schulabschluss. Beschluss vom 16.12.2004. München, Neuwied: Luchterhand.

    Google Scholar 

  20. KMK = Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (2005c). Bildungsstandards im Fach Physik für den Mittleren Schulabschluss. Beschluss vom 16.12.2004. München, Neuwied: Luchterhand.

    Google Scholar 

  21. Kobow, I. (2015). Entwicklung und Validierung eines Testinstrumentes zur Erfassung der Kommunikationskompetenz im Fach Chemie. Berlin: Logos.

    Google Scholar 

  22. Kozma, R., & Russell, J. (2005). Students becoming chemists: developing representational competence. In J. K. Gilbert (Hrsg.), Visualization in science education (S. 121–145). Dordrecht: Springer.

    Google Scholar 

  23. Kramer, G. (2009). Entwicklung und Überprüfung eines Strukturmodells der fachlichen Kommunikationskompetenz im Biologieunterricht. Doctoral dissertation, Christian-Albrechts-Universität Kiel.

  24. Kulgemeyer, C. (2010). Physikalische Kommunikationskompetenz – Modellierung und Diagnostik. Berlin: Logos.

    Google Scholar 

  25. Kulgemeyer, C., & Schecker, H. (2009). Kommunikationskompetenz in der Physik: Zur Entwicklung eines domänenspezifischen Kommunikationsbegriffs. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 15, 131–153.

    Google Scholar 

  26. Kulgemeyer, C., & Schecker, H. (2013). Students explaining science – assessment of science communication competence. Research in Science Education, 43(6), 2235–2256. doi:10.1007/s11165-013-9354-1.

    Article  Google Scholar 

  27. Lachmayer, S. (2008). Entwicklung und Überprüfung eines Strukturmodells der Diagrammkompetenz für den Biologieunterricht. Doctoral dissertation, Christian-Albrechts-Universität Kiel.

  28. Lachmayer, S., Nerdel, C., & Prechtl, H. (2007). Modellierung kognitiver Fähigkeiten beim Umgang mit Diagrammen im naturwissenschaftlichen Unterricht. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 13, 145–160.

    Google Scholar 

  29. Lemke, J. L. (1998). Teaching all the languages of science: Words, gestures, images, and actions. Paper presented at the Paper presented at the International Conference on Ideas for a Scientific Culture, Barcelona. http://academic.brooklyn.cuny.edu/education/jlemke/papers/barcelon.htm.

    Google Scholar 

  30. Merten, K. (1977). Kommunikation: eine Begriffs- und Prozessanalyse. Opladen: Westdeutscher Verlag.

    Book  Google Scholar 

  31. Merzyn, G. (1996). A comparison of some linguistic variables in fifteen science texts. In G. Welford, J. Osborne & P. Scott (Hrsg.), Research in science education in europe: current issues and themes (S. 361–369). London: The Falmer Press.

    Google Scholar 

  32. Messick, S. (1995). Validity of psychological assessment: validation of inferences from persons’ responses and performances as scientific inquiry into score meaning. American Psychologist, 50(9), 741–749.

    Article  Google Scholar 

  33. Nitz, S., Nerdel, C., & Prechtl, H. (2012). Entwicklung eines Erhebungsinstruments zur Erfassung der Verwendung von Fachsprache im Biologieunterricht. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 18, 117–139.

    Google Scholar 

  34. Norris, S. P., & Phillips, L. M. (2003). How literacy in its fundamental sense is central to scientific literacy. Science Education, 87(2), 224–240.

    Article  Google Scholar 

  35. Oyoo, S. O. (2012). Language in science classrooms: an analysis of physics teachers’ use of and beliefs about language. Research in Science Education, 42(5), 849–873. doi:10.1007/s11165-011-9228-3.

    Article  Google Scholar 

  36. Rauch, D., & Hartig, J. (2008). Interpretation von Testwerten in der IRT. In H. Moosbrugger & A. Kelava (Hrsg.), Testtheorie und Fragebogenkonstruktion (S. 240–250). Berlin: Springer.

    Google Scholar 

  37. Riemeier, T., von Aufschnaiter, C., Fleischhauer, J., & Rogge, C. (2012). Argumentationen von Schülern prozessbasiert analysieren: Ansatz, Vorgehen, Befunde und Implikationen. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 18, 141–180.

    Google Scholar 

  38. Ropohl, M. (2010). Modellierung von Schülerkompetenzen im Basiskonzept Chemische Reaktion. Berlin: Logos.

    Google Scholar 

  39. Rost, J. (2004). Lehrbuch Testtheorie – Testkonstruktion. Bern: Huber.

    Google Scholar 

  40. Sampson, V., & Clark, D. B. (2008). Assessment of the ways students generate arguments in science education: current perspectives and recommendations for future directions. Science Education, 92(3), 447–472. doi:10.1002/sce.20276.

    Article  Google Scholar 

  41. Toulmin, S. (1958). The uses of argument. Cambridge: Cambridge University Press.

    Google Scholar 

  42. Walpuski, M., Kampa, N., Kauertz, A., & Wellnitz, N. (2008). Evaluation der Bildungsstandards in den Naturwissenschaften. MNU, 61(6), 323–326.

    Google Scholar 

  43. Walpuski, M., Kauertz, A., Kampa, N., Fischer, H. E., Mayer, J., Sumfleth, E., & Wellnitz, N. (2010). ESNaS – Evaluation der Standards für die Naturwissenschaften in der Sekundarstufe I. In A. Gehrmann, U. Hericks & M. Lüders (Hrsg.), Bildungsstandards und Kompetenzmodelle: Beiträge zu einer aktuellen Diskussion über Schule, Lehrerbildung und Unterricht (S. 171–184). Bad Heilbrunn: Klinkhardt.

    Google Scholar 

  44. Wellnitz, N., Hecht, M., Heitmann, P., Kauertz, A., Mayer, J., Sumfleth, E., & Walpuski, M. (2017). Modellierung des Kompetenzteilbereichs naturwissenschaftliche Untersuchungen. Zeitschrift für Erziehungswissenschaft, 1–29. doi:10.1007/s11618-016-0721-3

    Google Scholar 

  45. Wellnitz, N., Fischer, H. E., Kauertz, A., Mayer, J., Neumann, I., Pant, H. A., Walpuski, M., et al. (2012). Evaluation der Bildungsstandards – eine fächerübergreifende Testkonzeption für den Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung. Zeitschrift für Didaktik Der Naturwissenschaften, 18, 261–291.

    Google Scholar 

  46. Wellnitz, N., & Mayer, J. (2013). Erkenntnismethoden in der Biologie – Entwicklung und Evaluation eines Kompetenzmodells. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 19, 315–345.

    Google Scholar 

  47. Wu, H.-K. & Puntambekar, S. (2012). Pedagogical Affordances of Multiple External Representations in Scientific Processes. Journal of Science Education and Technology 21(6), 754–767. doi:10.1007/s10956-011-9363-7.

  48. Wu, M. L., Adams, R. J., Wilson, M. R., & Haldane, S. A. (2007). Acer conquest. version 2.0. Generalised item response modelling software. Camberwell: Australian Council for Educational Research.

    Google Scholar 

  49. Yore, L. D., & Treagust, D. F. (2006). Current realities and future possibilities: language and science literacy – empowering research and informing instruction. International Journal of Science Education, 28(2), 291–314. doi:10.1080/09500690500336973.

    Article  Google Scholar 

  50. Yore, L. D., Pimm, D., & Tuan, H. L. (2007). The literacy component of mathematical and scientific literacy. International Journal of Science and Mathematics Education, 5(4), 559–589. doi:10.1007/s10763-007-9089-4.

    Article  Google Scholar 

  51. Ziepprecht, K. (2015). Strategien und Kompetenzen von Lernenden beim Erschließen von biologischen Informationen aus unterschiedlichen Repräsentationen. Doctoral dissertation, Universität Kassel.

  52. Ziepprecht, K., Schwanewedel, J., & Mayer, J. (2015). Strategien und Fähigkeiten von Lernenden beim Erschließen von biologischen Informationen aus Texten, Bildern und Bild-Text-Kombinationen. In M. Hammann, J. Mayer & N. Wellnitz (Hrsg.), Theorie, Empirie und Praxis. Innsbruck: Studienverlag.

    Google Scholar 

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Correspondence to Julia Schwanewedel.

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K. Ziepprecht und J. Schwanewedel haben gleichermaßen zu dieser Publikation beigetragen (geteilte Erstautorenschaft).

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Tab. 7 Zuordnung der Bildungsstandards zu den Teilbereichen

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Ziepprecht, K., Schwanewedel, J., Heitmann, P. et al. Modellierung naturwissenschaftlicher Kommunikationskompetenz – ein fächerübergreifendes Modell zur Evaluation der Bildungsstandards. ZfDN 23, 113–125 (2017). https://doi.org/10.1007/s40573-017-0061-8

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Schlüsselwörter

  • Bildungsstandards
  • Kompetenzmodell
  • Kommunikationskompetenz
  • Informationen erschließen
  • Informationen weitergeben
  • Argumentieren
  • Raschanalyse

Keywords

  • Educational standards
  • Competence model
  • Communication competence
  • Information processing
  • Information transfer
  • Argumentation
  • Rasch analysis