Empirische Forschung im Erlanger SchülerForschungsZentrum ESFZ - Erste Ergebnisse einer explorativen Fragebogenstudie

Seit etwas mehr als 10 Jahren gibt es das Erlanger SchülerForschungsZentrum ESFZ (https://esfz.nat.uni-erlangen.de/), verortet am Department Physik der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg. Schülerinnen und Schüler, die Lust und Spaß am Forschen und Tüfteln an eigenen Projektideen aus dem Bereich Naturwissenschaft und Technik haben, finden hier Unterstützung in einem wissenschaftlich-professionellen Rahmen: In einwöchigen Forschungscamps nutzen bis zu 25 Jugendliche die zur Verfügung gestellte Infrastruktur, um über den Unterricht hinaus unter Betreuung von studentischen Tutor*innen und Wissenschaftler*innen an eigenen Projektideen aus Naturwissenschaft und Technik zu forschen.Im Rahmen einer explorativen Fragebogenstudie soll erhoben werden, wie Schülerinnen und Schüler, die bereits an ESFZ-Forschungscamps teilgenommen haben, die Betreuung in den Camps erlebt haben, wie sehr sie sich in das Forschungsleben eingebunden fühlten, und welche Fähigkeiten und Fertigkeiten ihrer Meinung nach in den Camps erlernt und gefördert wurden. Im Beitrag werden der für die Erhebung konzipierte Online-Fragebogen und auch die Modalitäten der Durchführung vorgestellt. Die Ergebnisse einer ersten Pilotstudie werden präsentiert, und es werden auch mögliche Forschungsfragen für daran anknüpfende Untersuchungen im Rahmen der empirischen Begleitforschung zum Erlanger SchülerForschungsZentrum diskutiert.

Teacher identity von MINT-Lehrkräften: Explorative Studie zur Selbst- und Fremdwahrnehmung

Die Unterrichtspraxis in allen Fächern wird maßgeblich durch das Selbstverständnis und die Persönlichkeit von Lehrkräften bestimmt. Mit dem Begriff teacher identity ist der Versuch verbunden, diese beiden Aspekte zusammenzuführen, allerdings existiert eine anhaltende Debatte über eine praxistaugliche Definition dieses Begriffs. Wir greifen diese Problematik auf und leiten aus der Literatur eine mögliche Operationalisierung des Konstrukts ab und zwar durch Unterscheidung verschiedener Narrative, die die Selbst- und Fremdwahrnehmung von Lehrkräften betreffen. Die Ergebnisse einer ersten explorativen Studie mit N = 89 Lehrkräften an fünf Gymnasien zur Selbst- und Fremdwahrnehmung von MINT-Lehrkräften deuten darauf hin, dass die Definition des Konstrukts teacher identity via Selbst- und Fremdwahrnehmungen, für zukünftige empirische Forschung in diesem Bereich fruchtbar sein kann

Von Koinzidenzen zu Wesenszügen der Quantenphysik: Erste Ergebnisse einer summativen Evaluation des Erlanger Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik

Mit dem Erlanger Unterrichtskonzept zur Quantenoptik wird das Ziel verfolgt, eine moderne Sichtweise auf die Quantenphysik zu vermitteln. Lernende sollen anschlussfähiges Wissen bis hin zu den Wesenszügen der Quantenphysik aufbauen. Im Rahmen einer summativen Evaluation mit Schülerinnen und Schülern der gymnasialen Oberstufe wird das Konzept evaluiert. Ein mixed-methods-Ansatz wurde gewählt, um verschiedene Perspektiven auf die Lernprozesse nachzeichnen zu können. Erste Ergebnisse aus einem Fragebogen zum deklarativen Wissen in Quantenoptik im Prä-Post-Follow-Up-Testdesign sowie einem Vorstellungsfragebogen zur Quantenphysik werden vorgestellt. Es zeigt sich: Lernende gelangen zu einem angemessenen Begriffsverständnis zur Quantenoptik und bauen ein überwiegend adäquates Verständnis der Wesenszüge auf, aber eine Teilchenvorstellung von Photonen scheint stabil zu sein

Inhaltsvalidität eines Testinstruments zur Erfassung deklarativen Wissens zur Quantenoptik

In der empirischen Unterrichtsforschung wird im Kontext von Testentwicklung oft von der Validierung  eines Testinstruments gesprochen. Die Debatte über das Testgütekriterium Validität führte zu einer Verschiebung der Auffassung von Validität. Heute ist weniger von der Validität als Eigenschaft eines Tests die Rede. Vielmehr steht eine valide Testwertinterpretation im Zentrum der Sicherung von Testqualität. Dass ein Testverfahren valide Testwertinterpretation erlaubt, muss argumentativ abgeleitet werden. Die erforderlichen Argumentationsstränge sind dabei nicht standardisierbar. Insbesondere für Forschungsbereiche, in denen es nur wenig belastbare theoretische Vorarbeiten gibt, birgt das Hürden. Hier setzt dieser Artikel an: anhand eines „best-practice“-Beispiels aus der Didaktik der Quantenphysik wird aufgezeigt, wie ein solcher argumentativer Prozess methodisch erfolgen kann. Zunächst wird der Bedarf einer Neuentwicklung eines Testinstruments für die summative Evaluation eines Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik begründet. Die Testentwicklung wird beschrieben. Inwiefern eine valide Testwertinterpretation möglich ist, wird argumentativ abgeleitet: Die Ergebnisse von einer Studie zum Lauten Denkens, sowie einer Expertenbefragung werden mit Ergebnissen einer quantitativen Pilotstudie kombiniert

Inhaltsvalidität eines Testinstruments zur Erfassung deklarativen Wissens zur Quantenoptik

In der empirischen Unterrichtsforschung wird im Kontext von Testentwicklung oft von der Validierung  eines Testinstruments gesprochen. Die Debatte über das Testgütekriterium Validität führte zu einer Verschiebung der Auffassung von Validität. Heute ist weniger von der Validität als Eigenschaft eines Tests die Rede. Vielmehr steht eine valide Testwertinterpretation im Zentrum der Sicherung von Testqualität. Dass ein Testverfahren valide Testwertinterpretation erlaubt, muss argumentativ abgeleitet werden. Die erforderlichen Argumentationsstränge sind dabei nicht standardisierbar. Insbesondere für Forschungsbereiche, in denen es nur wenig belastbare theoretische Vorarbeiten gibt, birgt das Hürden. Hier setzt dieser Artikel an: anhand eines „best-practice“-Beispiels aus der Didaktik der Quantenphysik wird aufgezeigt, wie ein solcher argumentativer Prozess methodisch erfolgen kann. Zunächst wird der Bedarf einer Neuentwicklung eines Testinstruments für die summative Evaluation eines Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik begründet. Die Testentwicklung wird beschrieben. Inwiefern eine valide Testwertinterpretation möglich ist, wird argumentativ abgeleitet: Die Ergebnisse von einer Studie zum Lauten Denkens, sowie einer Expertenbefragung werden mit Ergebnissen einer quantitativen Pilotstudie kombiniert

Von Schnee- und Elektronenlawinen: Entwicklung eines Erklärvideos zu Einzelphotonendetektoren

Analogiebildung ist ein methodisches Werkzeug zur Förderung naturwissenschaftlicher Lernprozesse. Für das Erlanger Unterrichtskonzept zur Quantenoptik wurde zur Vermittlung des Lernbereichs Einzelphotonendetektoren eine Analogie erarbeitet. Die Funktionsweise der Einzelphotonendetektoren wird dabei mit dem Entstehen und Abgehen von Schneelawinen verglichen. Mittels eines für die Vermittlung dieser Analogie konzipierten Erklärvideos werden die Schülerinnen und Schülern im Rahmen einer Unterrichtssequenz schrittweise durch die funktionalen Zusammenhänge und Entsprechungen geführt. Die Akzeptanz der Analogie als Lernhilfe wurde in Akzeptanzbefragungen mit Schülerinnen und Schülern der gymnasialen Oberstufe evaluiert

The Future Quantum Workforce: Competences, Requirements and Forecasts

With the increasing industrial relevance of new quantum technologies, a well educated quantum workforce becomes increasingly crucial. The foreseeable lack of workforce raises important questions. What are the expectations regarding the future relevance of second generation quantum technologies? What are the requirements for the workforce in the coming quantum industry? Which competences, knowledge and skills should the future employees have? In this paper, we report the results of our study that was aimed at mapping requirements and forecasts for the future quantum workforce. Our study consisted of three consecutive survey rounds. In total, we gathered $188$ responses from industry and academic experts across Europe. Our study results served as an input for the development of the European Competence Framework for Quantum Technologies, delivered by the project QTEdu CSA for the European Quantum Flagship. In addition, we will discuss predictions from experts related to the future quantum workforce, including the expected industrial relevance of the main areas of quantum technologies, the need for educational efforts, and the expected influence of quantum technologies on everyday life.Comment: 19 pages, 10 figures; reviewed version to be published in Phys. Rev. Phys. Educ. Re

Von Schnee- und Elektronenlawinen: Entwicklung eines Erklärvideos zu Einzelphotonendetektoren

Analogiebildung ist ein methodisches Werkzeug zur Förderung naturwissenschaftlicher Lernprozesse. Für das Erlanger Unterrichtskonzept zur Quantenoptik wurde zur Vermittlung des Lernbereichs Einzelphotonendetektoren eine Analogie erarbeitet. Die Funktionsweise der Einzelphotonendetektoren wird dabei mit dem Entstehen und Abgehen von Schneelawinen verglichen. Mittels eines für die Vermittlung dieser Analogie konzipierten Erklärvideos werden die Schülerinnen und Schülern im Rahmen einer Unterrichtssequenz schrittweise durch die funktionalen Zusammenhänge und Entsprechungen geführt. Die Akzeptanz der Analogie als Lernhilfe wurde in Akzeptanzbefragungen mit Schülerinnen und Schülern der gymnasialen Oberstufe evaluiert

Quantum science in a nutshell: fostering students' functional understanding of models

Fostering students' understanding of models is a challenge. However, in particular for learning quantum physics an elaborate understanding of models is required. We investigated activities to foster students' functional thinking about (quantum) models in a synchronous online course. The results of an evaluation study (N = 59) showed that the participants improved in their quantum physical thinking about photons and had slightly improved their understanding of physics models in general. A correlation analysis indicates that there are no significant correlations between the students' general understanding of models in physics and their functional understanding of quantum models. Implications of our findings for both teaching and future research with regard to quantum physics education are discussed

Quantum Awareness im Ingenieurwesen: Welche Kompetenzen werden in der Industrie von morgen gebraucht?

Quantentechnologien gewinnen rasant an Bedeutung und „Quantum Awareness“ wird auch im Ingenieurwesen immer wichtiger. Damit ergeben sich in der universitären Lehre neue Herausforderungen zur Ausbildung von „Quantum Engineers“. Hier setzt das Projekt an: Es werden Kenntnisse und Kompetenzen im Bereich der Quanteninformationstechnologien identifiziert, die teilweise schon jetzt, vor allem aber in Zukunft, in der Wirtschaft benötigt werden. Diese werden strukturiert, um schließlich messbare Kompetenzstufen abzuleiten.Mit einer Delphi-Studie soll eine Prognose des Bedarfs von und den Anforderungen an „Quantum Engineers“ ermittelt werden. Die Ergebnisse bilden dann die Basis zur Entwicklung eines Kompetenzmodells oder Rahmenkonzeptes. Der Vortrag thematisiert das methodische Vorgehen und den aktuellen Stand der Studie