Experimenteller Biologieunterricht zu Aspekten der Gentechnik im Lernort Labor: empirische Untersuchung zu Akzeptanz, Wissenserwerb und Interesse

Experimental teaching in biology relating to aspects of gene technology in an out-of-school educational laboratory: empirical study with regard to acceptance, knowledge increase, and interest

Basierend auf Überlegungen im Rahmen der entwicklungsorientierten Evaluationsforschung wurde für den außerschulischen Lernort Labor ein Experimentalunterricht zu zentralen Aspekten der Gentechnik mit vier Schülerexperimenten entwickelt und im Rahmen von Projekttagen eingesetzt: - Bakterien-Transformation mit einem rekombinierten, GFP-codierenden Plasmid, - Isolierung der Plasmid-DNA aus den transformierten Bakterien, - Charakterisierung der Plasmid-DNA mit ausgewählten Restriktionsenzymen, - VisBasierend auf Überlegungen im Rahmen der entwicklungsorientierten Evaluationsforschung wurde für den außerschulischen Lernort Labor ein Experimentalunterricht zu zentralen Aspekten der Gentechnik mit vier Schülerexperimenten entwickelt und im Rahmen von Projekttagen eingesetzt: - Bakterien-Transformation mit einem rekombinierten, GFP-codierenden Plasmid, - Isolierung der Plasmid-DNA aus den transformierten Bakterien, - Charakterisierung der Plasmid-DNA mit ausgewählten Restriktionsenzymen, - Visualisierung der DNA-Proben über eine Agarose-Gelelektrophorese. Die Experimente zeigten ein hohes Maß an Authentizität und waren mit einer Reflektionsphase zu ethischen Aspekten der Gentherapie verknüpft. In einem Kontrollgruppen-Design wurden die Wirkungen der unabhängigen Variablen Lernort und selbsttätiges Experimentieren auf die Konstrukte Akzeptanz, Wissenserwerb und Interesse an gentechnischen Fragestellungen überprüft. Mögliche Testeffekte wurden über eine externe Kontroll-Gruppe ohne Intervention kontrolliert. An der Studie waren insgesamt 363 Gymnasiasten (12. Jgst.) aus 29 Biologie-Leistungskursen beteiligt. Als Erhebungsinstrument wurde ein informeller Test entwickelt und über eine Voruntersuchung an 172 Schülern (12 Kurse) optimiert. Das Erhebungsinstrument wurde in einem Prä-Posttest-Design mit Follow-up-Test eingesetzt. Aus den Testdaten wurden Kennwerte zur Akzeptanz, dem Wissenserwerb und dem Interesse berechnet und nach der quantitativen Testtheorie bzw. in Bezug auf den Wissenserwerb zusätzlich über die latente Klassenanalyse im Hinblick auf Unterschiede zwischen den Untersuchungsgruppen ausgewertet. Die beiden unabhängigen Variablen zeigten folgende Einflüsse auf die drei erfassten Konstrukte: Die aktuelle und die rückblickende Akzeptanz des Experimentalunterrichts im Lernort Labor waren insgesamt sowie auf der Ebene der beiden identifizierten Faktoren „Affektive Bewertung“ und „Bewertung des instrumentellen Handelns“ signifikant höher als die eines vergleichbaren nicht experimentellen Unterrichts, unabhängig von dessen Lernort. Inhaltlich gründete sich diese Akzeptanz primär auf die durchgeführten Experimente, während in den nicht experimentellen Gruppen fachliche, methodische und lehrerbezogene Aspekte entscheidend waren. In der Laborsituation, unabhängig vom Experimentieren, zeigten insbesondere schlechtere Schüler eine höhere Akzeptanz. Die latente Klassenanalyse differenzierte den Subtest Wissenserwerb inhaltlich in „Vorwissen-Items“ und „projektbezogene“, d.h. auf neue Lerninhalte bezogene Items und die Probanden in entsprechend unterschiedliche Lerner-Typen. Die Schüler aller Unterrichtsgruppen erwarben insgesamt und projektbezogen Wissen, vorwissenbezogen jedoch nur im Lernort Labor. Ein Teil des Wissens blieb persistent erhalten, ein anderer Teil wurde wieder vergessen. Die Förderung des Wissenserwerbs im Lernort Labor verdeutlichten zusätzlich ein signifikant höherer Lerner-Anteil gegenüber dem Lernort Schule und das Fehlen bzw. nur teilweise Vorhandensein von positiven Korrelationen von Lernleistungen im Test mit vorherigen schulischen Leistungen. Der aktuelle Lernerfolg war in der Experimentalsituation insgesamt sowie in der nicht experimentellen Laborsituation vorwissenbezogen signifikant höher als in der Schulsituation. Die besondere Bedeutung des vorhandenen Vorwissens für die Experimental-Gruppe wurde durch deren signifikant höheren Anteil an Projektwissen-Lernern und die nur für diese Gruppe feststellbaren positiven Korrelationen von Lernleistungen und der unterrichtlichen Experimentiererfahrung über Lehrerdemonstrationsexperimente sichtbar. Andererseits war das nachträgliche Vergessen insgesamt und projektbezogen in der Experimentalsituation signifikant stärker als in der Schulsituation. Die Ergebnisse deuten zum einen eine mögliche Erhöhung der Lernmotivation im Lernort Labor an, weiter gesteigert durch das Experimentieren, zum anderen stehen sie im Einklang mit der Cognitive-Load-Theorie, in dem sie auf u.U. höhere unterrichtsbezogene Belastungen der Schüler in der Experimentalsituation hinweisen. Das insgesamt schon hohe Interesse differenzierte sich inhaltlich in Interesse an „Anwendungen der Gentechnik beim Menschen“ und in der „Grünen Gentechnik“ sowie an deren „ethischen Aspekten“. Nur bei den Mädchen war in der Experimental-Gruppe die Abnahme des Gesamtinteresses signifikant gegenüber dessen Stabilität in den nicht experimentellen Gruppen (unabhängig vom Lernort). Entsprechend war in der Experimentalsituation das stabile Interesse an ethischen Aspekten signifikant gegenüber dessen Zunahme in den nicht experimentellen Gruppen. Die vermutete Interesseförderung durch das Experimentieren lässt sich nicht bestätigen. Konsequenzen im Hinblick auf den unterrichtlichen Einsatz von Lehrerdemonstrationsexperimenten, die schulische Vorbereitung von Schülerlabor-Besuchen und die Bedeutung eines unterrichtlichen Rahmens im Lernort Labor werden abgeleitet.show moreshow less
Based on theories of development-orientated evaluation research, an experimental module was developed relating to aspects of gene technology. It was offered to classes as an experimental workshop in an out-of-school educational laboratory. The day-long teaching unit consisted of four authentic experiments: (i) transformation of bacteria with a recombinant plasmid coding for GFP; (ii) isolation and restriction analysis of the plasmid and (iii) visualization of the results by agarose gel electrophBased on theories of development-orientated evaluation research, an experimental module was developed relating to aspects of gene technology. It was offered to classes as an experimental workshop in an out-of-school educational laboratory. The day-long teaching unit consisted of four authentic experiments: (i) transformation of bacteria with a recombinant plasmid coding for GFP; (ii) isolation and restriction analysis of the plasmid and (iii) visualization of the results by agarose gel electrophoresis. Experimental work was coupled with an ethical reflection unit regarding gene therapy. The study was of a quasi-experimental design, with one group doing experiments and two control groups doing no experiments (one at school, one at the lab). An additional external control group without any intervention was also included in order to survey potential pre-test effects or other external influences. Altogether, 363 12th graders (secondary school, 29 A-level courses) were assessed with regard to acceptance, increase in knowledge, and interest in gene technology. To this end a questionnaire was developed and tested in a pilot study (172 pupils, 12 courses). A pre-, a post- and a retention test were done. Scores for acceptance, increase in knowledge, and interest were calculated and evaluated as regards differences between the groups using the quantitative test theory and, in the case of increase in knowledge, by additionally applying latent class analysis. The two independent variables (learning location, experimental work) revealed the following influences on the three constructs tested: Current and retrospective acceptance of teaching with experiments in the out-of-school lab showed significantly higher scores in comparison with non-experimental instruction on the same themes, independent of the learning location. “Affective rating” and “rating of lesson related actions” could be identified as significant acceptance factors. Acceptance of the experimental unit is based primarily on the hands-on activities, while acceptance of the non-experimental lessons depends on aspects such as content, instructional methods, and the teacher as a person. The subtest knowledge increase was divided into two parts by means of latent class analysis: “prior knowledge” items and “project-oriented” items relating to new themes. The pupils were divided correspondingly into learner types. Pupils of all groups increased their knowledge either as a whole or in relation to the project, while an improvement in “prior knowledge” items was revealed only in the lab independently of whether experiments were done. Part of the pupils’ knowledge persisted, another part was forgotten. Additionally, the stimulation of knowledge increase in the lab situation is shown by a significantly higher proportion of learners in comparison with learning at school and the lack, or, as the case may be, the only partial existence of positive correlations between achievement in learning variables and prior achievement at school. Actual learning success was significantly higher in the group which performed experiments as regards knowledge acquisition as a whole, and in the non-experiment lab group as regards the actualisation of prior knowledge, both of these in comparison to the school group. The special importance of prior knowledge in the experiment group was revealed by their significantly higher proportion of project-related learners as well as by positive correlations - only shown in this group - between achievement in learning performance and experience of demonstration-experiments (by teachers) in school. On the other hand, in the experiment group the score for overall and project-related forgetting was significantly higher than in the school group. The results suggest, on the one hand, a possible increase in learning motivation in the lab, furthered by the performance of experiments, and on the other hand, they comply with the cognitive load theory in that they possibly indicate a higher extraneous load for the pupils in the experimental situation. The high interest in aspects of gene technology is differentiated into interest in “human applications” and applications in “Green gene technology” as well as its “ethical aspects”. Results showed changes in interest only in the girls. In the experiment group the decrease of interest as a whole was significant in comparison to stability of interest in both non-experiment groups. Similarly, in the experiment group the stability of interest in ethical aspects was significant in comparison to the corresponding increase in the groups without any experiments. The expected stimulation of interest through the performance of experiments cannot be confirmed. Additionally, consequences for the teaching of science were derived with regard to demonstration-experiments at school, preparation of pupils for a visit to an out-of school lab and such experimentation as part of a teaching framework in the lab.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Biologie
Author: Franz-Josef Scharfenberg
Advisor:Prof. Dr. Siegfried Klautke
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:27.07.2005
Year of Completion:2005
SWD-Keyword:Experiment / Unterricht; Gentechnologie; Interesse; Lernort; Wissenserwerb
Tag:Akzeptanz
acceptance; gene technology; interest; learning; science education
Dewey Decimal Classification:570 Biowissenschaften; Biologie
RVK - Regensburg Classification:WB 4049
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-1766
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):01.09.2005