Im Nebenfachpraktikum ergab eine quantitative Bedarfs- und Problemanalyse,
dass Vorbereitungsinstanzen auf praktische Versuchsteile fehlen. Ebenso ergab
sich, dass die eingesetzten Aufgaben iim Praktikum zwar motivierend wirken,
aber stark überarbeitungsbedürftig sind. Ein dritter Befund bezieht sich auf
die zu hohe Arbeitsbelastung und den Erfolgsdruck der Studierenden.
Orientierend an diesen Befunden und der bisherigen Interventionslandschaft in
Praktika kann eine multimediale Intervention erfolgen, die mehreren Befunden
und Perspektiven Rechnung trägt. Eine Übertragbarkeit der Befunde auf andere
Praktika erscheint möglich

Mühlenbruch (geb. Gutzler), Tobias

Nordmeier, Volkhard

Rehfeldt, Daniel

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Didaktik der Physik   Frühjahrstagung – Frankfurt 2014  1 TSL: Quantitative Bedarfs- und Problemanalyse  im Physikalischen Praktikum für NaturwissenschaftlerInnen Daniel Rehfeldt, Tobias Mühlenbruch (geb. Gutzler), Volkhard Nordmeier Freie Universität Berlin, Fachbereich Physik, Didaktik der Physik, Arnimallee 14, 14195 Berlin daniel.rehfeldt@fu-berlin.de, tobias.muehlenbruch@fu-berlin.de, volkhard.nordmeier@fu-berlin.de  Kurzfassung Im Nebenfachpraktikum ergab eine quantitative Bedarfs- und Problemanalyse, dass Vorberei-tungsinstanzen auf praktische Versuchsteile fehlen. Ebenso ergab sich, dass die eingesetzten Auf-gaben im Praktikum zwar motivierend wirken, aber stark überarbeitungsbedürftig sind. Ein dritter Befund bezieht sich auf die zu hohe Arbeitsbelastung und den Erfolgsdruck der Studierenden. Ori-entierend an diesen Befunden und der bisherigen Interventionslandschaft in Praktika kann eine multimediale Intervention erfolgen, die mehreren Befunden und Perspektiven Rechnung trägt. Ei-ne Übertragbarkeit der Befunde auf andere Praktika erscheint möglich.  1.  Einleitung: TSL-Projekt Das Projekt Technology SUPPORTed Labs (TSL) verfolgt die Verbesserung naturwissenschaftlicher Experimentalpraktika durch Einsatz multimedialer Elemente. Dies geschieht an der Freien Universität Berlin mit dem Fokus der gezielten Unterstützung dieser experimentierbezogenen Lehrveranstaltungs-form. Zu diesem Zweck haben sich Multimediaele-mente bewährt, die den Studierenden bereits früh erste Eindrücke von der Experimentiersituation verschaffen können. Allerdings sollten multimediale Elemente nicht Selbstzweck sein, sondern bedarfs-gerecht eingesetzt werden. Daher wurde ein syste-matisches Vorgehen gewählt, bei dem zunächst eine Bedarfs- bzw. Problemanalyse zu jedem Praktikum durchgeführt wird. (In Bezug auf den daraus resul-tierenden Handlungsbedarf und die Ableitung mög-licher Interventionen in den Praktika sprechen wir im Folgenden verkürzt von Problemanalyse.)  Erste Station des Projekts ist das Physikalische Prak-tikum für NaturwissenschaftlerInnen (NP), das Stu-dierende im zweiten Fachsemester im Nebenfach besuchen. Es ist ein klassisches „Grundpraktikum“ bzw. „Anfängerpraktikum“ (Rehfeldt, Mühlenbruch, & Nordmeier, in Druck).  2.  Forschungsstand Nebenfachpraktika Bevor eine Problemanalyse im NP adäquat erfolgen kann, sollte sich vorher den Forschungsergebnissen in Nebenfachpraktika gewidmet werden. Unter ei-nem Nebenfach werden hier Chemie, Biologie, Ge-owissenschaften, Mathematik, Informatik, Medizin und vergleichbare Studiengänge subsummiert, die ein physikalisches Praktikum absolvieren. Zu den physikalischen Praktika liegen Forschungs-ergebnisse vor allem für die Medizinstudierenden vor (Plomer, 2011; Theyßen, 1999). Es mangelt aber an einer umfassenden Problemanalyse in anderen Nebenfachpraktika (Chemie, Biochemie, Geowis-senschaften etc.), in der nicht Interventionsbedürf-nisse durch die Forschenden festgelegt sind oder durch subjektive Erfahrungen desselben festgelegt werden. Im Nebenfachpraktikum wurden zudem noch nie beide Seiten der Lehre erfasst, also die Sichtweisen sowohl der Betreuenden als auch der Teilnehmen-den. Nach Gollwitzer & Jäger (2009, S. 141ff.) ist dies aber für eine objektive Erfassung der Probleme wichtig, da so ein valides Maß der tatsächlichen Lage ermöglicht werden kann. 3.  Forschungsfrage & Hypothesen  Das Projekt TSL wird wissenschaftlich begleitet, und die zentrale Forschungsfrage der Begleitstudie bezieht sich auf eine Einschätzung der didaktischen und medialen Probleme des physikalischen Prakti-kums für Naturwissenschaftler: Welche Probleme des NP sind sowohl für die TeilnehmerInnen als auch für die BetreuerInnen besonders relevant? Eine qualitative Vorerhebung (Gutzler, Rehfeldt, & Nordmeier, in Druck) lieferte acht Befunde zur quantitativen Analyse. Zugleich sind dies die For-schungshypothesen H1–H8 der Begleitstudie: H1: Die TeilnehmerInnen weisen ein zu geringes physikalisches Vorwissen auf. H2: Die TeilnehmerInnen weisen zu geringe Expe-rimentier- und Gerätekenntnisse auf. H3: Die Vorbereitung bereitet zu wenig auf den praktischen Teil des Versuchs vor. H4: Der Kurztest  ist motivierend für die Theorieer-arbeitung, aber überarbeitungsbedürftig. H5: Der Kurztest bewirkt einen erhöhten Erfolgs-druck. H6: Die Arbeitsbelastung im NP ist zu hoch. H7: Die Betreuung während der Versuchsdurchfüh-rung ist unzureichend. H8: PC-geschriebene Protokolle sind fachlich schlechter (Anm.: Daher vorrangig Einsatz von handgeschriebenen Protokollen). Rehfeldt, et al. 2  Abb. 1: Befunde zu H1–H8 mit zugehörigen Skalen und Items (blau) & Kontrollvariablen (grün). Die Abschwächung bei H3 ist ein Kontrollitem. Für alle Kontrollvariablen wurden Effekte auf die Analyse der Befunde kontrolliert.  4.  Fragebogenkonstruktion Es wurde eine multimethodische, multiperspektivi-sche Problemanalyse nach Gollwitzer & Jäger (2009, S. 141ff.) angestrebt, um die latenten Kon-strukte hinter den didaktischen Problembereichen des Praktikums valider erfassen zu können. Dazu diente die qulitative Vorerhebung (multimethodisch: qualitativ). Zudem sollten sowohl TeilnehmerInnen als auch BetreuerInnen des NP über Selbsteinschät-zungen befragt werden, um die Wahrnehmung bei allen Beteiligten erfassen zu können. Dies musste bereits bei der Fragebogenkonstruktion (multime-thodisch: quantitativ) berücksichtigt werden. Als inhaltliche Grundlage für die Fragebogenkon-struktion dienten eben jene Befunde aus der qualita-tiven Erhebung. Um die Befunde in Konstrukte bzw. dann auch Skalen abbilden zu können, wurden zu-nächst etablierte Skalen aus der Psychologie und Didaktik in Betracht gezogen (z. B. Arbeitsbelas-tung, Erfolgsdruck, intrinsische Motivation). Weite-re Konstrukte mussten mit neu zu konstruierenden Skalen erfasst werden (vgl. Abb. 1). In einer Pilotie-rung wurden diese neuen Skalen faktoriell validiert (z. B. Skala Experimentierkenntnis; vgl. auch Abb. 1 für einen Überblick über die Skalen; s > .72). Es wurde für die multiperspektivische Erhebung mit parallel formulieren Items gearbeitet. Allerdings gibt es einige Bereiche, die ausschließlich die Teilneh-merInnen valide bewerten können, z. B. die Wahr-nehmung der Arbeitsbelastung. Wie angekündigt, wurde mit den Betreuenden und Teilnehmenden des Praktikums ein Zwei-Phasen-Pretest (kognitive Interviews & empirischer Pretest; Prüfer & Rexroth, 2000) durchgeführt. Mittels Think-Aloud-Technik wurden die Itemformulierun-gen verbessert. Der empirische Pretest diente der faktoriellen Validierung (Itemanalyse über Trenn-schärfe und explorative Faktorenanalyse). 5.  Erhebung Die Erhebung wurde als Vollerhebung der Lehrver-anstaltung (Stichprobe bestehend aus TeilnehmerIn-nen und BetreuerInnen) durchgeführt. Die Befra-gung wurde innerhalb der Praktikumszeit auf mobi-len Endgeräten realisiert. 121 von 131 Teilnehme-rInnen und 18 von 23 BetreuerInnen  nahmen so an der Befragung teil.  Soziodemographie: Es handelte sich bei den Teil-nehmerInnen in der Regel um Studierende des zwei-ten Fachsemesters in einem der Studiengänge Che-mie, Biochemie oder Geowissenschaften. Betreuen-de waren allesamt Studierende der Physik bzw. der Physik im Lehramt jenseits des vierten Semesters. 6.  Auswertung Für die Entscheidung, ob die Ausprägungen der Probanden in den jeweiligen Skalen einen besonde-ren Handlungsbedarf im Praktikum indizieren, wur-de ein statistisches Kriterium definiert. Definition besonders relevante Skala/Item: Eine Skala wird dann als ‚besonders relevant’ definiert, wenn eine statistisch signifikante Abweichung des Mittelwerts vom Wert 3.5 hypothesenkonform ge-richtet vorliegt.  Definition besonders relevanter Befund: Ein Befund (zu H1–8) wird dann als ‚besonders relevant’ defi-niert, wenn die zugehörigen Skalen/Items folgende Eigenschaften aufweisen:  TSL: Quantitative Problemanalyse im physikalischen Nebenfachpraktikum 3 (a) Mindestens die Hälfte der Skalen/Items sind ‚besonders relevant’.  (b) Die zugehörigen Effektstärken sind im Mittel mindestens mittelgroß (r ≥ .3, Bortz, 2010, S. 165). (c) Es gibt keine entgegengesetzten Effekte, die dem Befund widersprechen. (d) Die Punkte a bis c gelten für beide Perspektiven, also sowohl für BetreuerIn-nen, als auch für TeilnehmerInnen. 7.  Ergebnisse Aus den Befunden zu H1–H8 konnten drei beson-ders relevante lokalisiert werden. Dies sind die Be-funde zu H3, H4 und H6 (vgl. Tab. 1). Es lag jeweils ein Signifikanzniveau von von p < .001 vor. Der Begriff ‚tendenziell’ kennzeichnet Skalen, die sich unter der BONFERRONI-Korrektur nicht von 3.5 unterscheiden.  H3 zeigt in den Skalen eine mittelgroße mittlere Effektstärke in beiden Perspektiven (vgl. Abb. 2). Die Ergebnisse zu H4 ergeben aus BetreuerInnen-sicht sogar starke Effekte (vgl. Abb. 3). H6 konnte nur aus Studierendensicht bewertet werden. Auch hier liegen große Effektstärken vor.  Abb. 2: Ausschnitt aus den Ergebnissen der quantitativen Analyse. Dargestellt sind Mittelwerte inklusive Konfiden-zintervall je Skala (Skriptqualität, ) bzw. je Item. Diese gehören zur Hypothese H3: „Die Vorbereitung bereitet zu wenig auf den praktischen Teil des Versuchs vor.“ Dem multimethodischen Vorgehen folgend können die Studie-renden (links) mit den Betreuenden (rechts) verglichen werden. Es zeigen sich vor allem Unterschiede in der Wahr-nehmung der Fragehäufigkeiten. Gemäß Auswertekriterium liegt indes ein besonders relevanter Befund vor, da in mindestens der Hälfte der Skalen/Items Zustimmung signifikant oberhalb der Skalenmitte zu verzeichnen ist.  Abb. 3: Skalenauswertung zur Hypothese H4: „Der Kurztest ist motivierend für die Theorieerarbeitung, aber überar-beitungsbedürftig.“ Studierende (links) und Betreuende (rechts) zeigen vor allem Unterschiede in der Wahrnehmung der Bekanntheit der Kurztest-Fragen.   Rehfeldt, et al. 4  Problem schwerwiegend aus TN-Perspektive? ࢘ schwerwiegend aus BETR-Perspektive? ࢘ H1: geringes Vorwissen Nein . Ja . H2: geringe Gerätekenntnisse Ja . Nein . H3: schlechte Vorbereitung auf Praxisteil insgesamt Ja: 3 von 4 Skalen .28 Ja: 2 von 4 Skalen .38 H4: Kurztest: motivierend, aber überar-beitungsbedürftig Ja: 2 von 3 Skalen .47 Ja: 2 von 2 Skalen .74 H5: Kurztest: hoher Erfolgsdruck Ja: tendenziell . nicht erfasst . H6: hohe Arbeitsbelastung & Erfolgs-druck insgesamt Ja: 2 von 2 Skalen .69 nicht erfasst . H7: schlechte Betreuung Nein . Nein (Kontrollitems) . H8: schlechte PC-Protokolle Nein . Nein (Kontrollitems) . Legende: TN – TeilnehmerInnen, BETR – BetreuerInnen  Tab. 1: Ergebnisse der Problemanalyse  8.  Fazit Durch das multimethodische und multiperspektivische Vorgehen bei der Bedarfs- und Problemanalyse im Nebenfachpraktikum konnte eine breite Lokalisation von Befunden realisiert werden. Diese wurden in der vorgestellten quantitativen Analyse auf ihre tatsächli-che Relevanz hin untersucht. Folgende Befunde können auf Grund der Daten als besonders relevant angenom-men werden: 1. Die Vorbereitung bereitet zu wenig auf den prakti-schen Teil des Versuchs vor. 2. Der Kurztest ist motivierend für die Erarbeitung der Theorie, aber überarbeitungsbedürftig. 3. Die Arbeitsbelastung im NP ist zu hoch. Nachdem nun die Ausgangslage geklärt und die relevan-ten Befunde empirisch untersucht sind, kann eine geeig-nete Intervention im Nebenfachpraktikum konzipiert werden, die den Befunden gerecht wird. Dabei lohnt sich ein Blick auf die bisherige Interventionslandschaft in Praktika. Exemplarisch sei hier zunächst auf Zastrow (2001) verwiesen, die über interaktive Experimentieran-leitungen und das damit einhergehende Kennenlernen der neuen Geräte eine Steigerung der experimentellen Fähigkeiten ihrer Studierenden erreichte. Dies könnte ein Beitrag in Richtung Befund H3 sein. Im Rahmen des Kurztests (H4) gibt es keine vergleich-baren Befunde in der bisherigen Forschung zu Praktika. Indes gab es aber bereits Bestrebungen, Lernaufgaben im Praktikum zu etablieren. Diese können – adäquat ange-boten – zu höheren Lerneffekten im Praktikum führen (Fricke & Schecker, 2011; Kreiten, 2012). Gegen die Arbeitsbelastung bzw. den Erfolgsdruck könnte eine Reduzierung von Stress und Prüfungsdruck das richtige Mittel sein. Eine Transparenz der Anforde-rungen, die auch im Vorbereitungsmaterial verankert werden kann, wird hierbei als nützlich angesehen (Krei-ten, 2012). Für die Realisierung eines Gesamtkonzeptes für die Intervention durch den Einsatz multimedialer Elemente kann auf diesen Befunden aufgebaut werden. So ist eine Skriptoptimierung geplant, die Lernaufgaben beinhaltet und über interaktive Elemente praktische Anteile des Versuchs bereits in der Vorbereitung beinhaltet. Zudem soll über eine didaktische Aufbereitung der Arbeitsauf-wand für die Nebenfachstudierenden verringert werden, nebst der ohnehin schon erfolgten strukturellen Anpas-sungen im Praktikum (vgl. Abb. 4). Abb. 4: Beispielhafte Umsetzung der Befunde aus der Problemanalyse in eine Intervention. Die multimediale Oberfläche ermöglicht ein interaktives Skript mit feed-backgebenden Lernaufgaben und direkter Bedienung interaktiver Bildschirmexperimente zur Vorbereitung auf die experimentelle Praxis (vgl. Mühlenbruch et al.). Das Projekt TSL wird im Rahmen des Programms SUPPORT der Freien Universität Berlin durch das BMBF gefördert. 9.  Literatur [1] Fricke, A., & Schecker, H. (2011). Computer-gestützte Vor- und Nachbereitung des physika-lischen Praktikums. In D. Höttecke (Ed.), Na-turwissenschaftliche Bildung als Beitrag zur Gestaltung partizipativer Demokratie: Gesell-schaft für Didaktik der Chemie und Physik (pp. 528–530). Münster: LIT. [2] Gollwitzer, M., & Jäger, R. S. (2009). Evalua-tion kompakt (1st ed.). Weinheim: Beltz. TSL: Quantitative Problemanalyse im physikalischen Nebenfachpraktikum 5 [3] Kreiten, M. (2012). Chancen und Potenziale web-basierter Aufgaben im physikalischen Praktikum. Universität zu Köln, Köln. Retrie-ved from http://kups.ub.uni-koeln.de/4719/ [4] Mühlenbruch, T., Rehfeldt, D., & Nordmeier, V. (dieser Tagungsband). TSL: Bedarfsanalyse im physikalischen Praktikum für Naturwissen-schaftler: GRAFCET: Ein “neues” Werkzeug zur Strukturerfassung von Lehrveranstaltungen. In Berlin-Brandenburger Beiträge zur Bil-dungsforschung. Berlin. [5] Plomer, M. (2011). Physik physiologisch pas-send Praktiziert: Eine Studie zur Lernwirksam-keit von traditionellen und adressatenspezifi-schen Physikpraktika für die Physiologie. Ber-lin: Logos. [6] Prüfer, P., & Rexroth, M. (2000). Zwei – Pha-sen – Pretesting. Mannheim: Zentrum für Um-fragen, Methoden und Analysen. Retrieved from http://www.gesis.org/fileadmin/upload/forschung/publikationen/gesis_reihen/zuma_arbeitsberichte/00_08.pdf [7] Rehfeldt, D., Mühlenbruch, T., & Nordmeier, V. (in Druck). TSL: Bedarfsanalyse im physi-kalischen Praktikum für Naturwissenschaftler: GRAFCET: Ein “neues” Werkzeug zur Struk-turerfassung von Lehrveranstaltungen. In Ber-lin-Brandenburger Beiträge zur Bildungsfor-schung. Berlin. [8] Reinmann, G. (2005). Innovation ohne For-schung? Ein Plädoyer für den Design-Based Research-Ansatz in der Lehr-Lernforschung. Unterrichtswissenschaft, 33(1), 52–69. [9] Theyßen, H. (1999). Ein Physikpraktikum für Studierende der Medizin: Darstellung der Ent-wicklung und Evaluation eines adressatenspezi-fischen Praktikums nach dem Modell der didak-tischen Rekonstruktion (Vol. Bd. 9). Berlin: Logos-Verl. [10] Zastrow, M. U. (2001). Interaktive Experimen-tieranleitungen. Berlin: Logos.   

TSL: Quantitative Bedarfs- und Problemanalyse im Physikalischen Praktikum für
NaturwissenschaftlerInnen

Im Nebenfachpraktikum ergab eine quantitative Bedarfs- und Problemanalyse, dass Vorbereitungsinstanzen auf praktische Versuchsteile fehlen. Ebenso ergab sich, dass die eingesetzten Aufgaben im Praktikum zwar motivierend wirken, aber stark überarbeitungsbedürftig sind. Ein dritter Befund bezieht sich auf die zu hohe Arbeitsbelastung und den Erfolgsdruck der Studierenden. Orientierend an diesen Befunden und der bisherigen Interventionslandschaft in Praktika kann eine multimediale Intervention erfolgen, die mehreren Befunden und Perspektiven Rechnung trägt. Eine Übertragbarkeit der Befunde auf andere Praktika erscheint möglich

Mühlenbruch, Tobias

PhyDid - Zeitschriften (FU Berlin)

TSL: Quantitative Bedarfs- und Problemanalyse  im Physikalischen Praktikum für NaturwissenschaftlerInnen

PhyDid - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule (E-Journal, FU Berlin)

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