Untersuchungen zum Wissenserwerb, zur kognitiven Belastung und zu emotionalen Faktoren im experimentellen Unterricht über Grundlagen der Gentechnik im Lernort Labor unter besonderer Berücksichtigung von Schülervorstellungen (am Beispiel des Demonstrationslabors Bio-/Gentechnik der Universität Bayreuth mit Schülern der 10. Klasse Realschule)

Investigation of cognitive achievement, cognitive load and emotional factors in a hands-on lesson unit about gene technology in an out-of-school laboratory with a special focus on pupils’ alternative conceptions (using the example of the gene technology demonstration lab at the University of Bayreuth with 10th graders of the Bavarian Realschule)

Gentechnik ist ein aktuelles Thema des Biologieunterrichtes der 10. Jahrgangsstufe des Lehrplans der sechsstufigen Realschule in Bayern. Um eine praktische Auseinandersetzung mit dieser Thematik zu ermöglichen, wurde das Demonstrationslabor Bio-/ Gentechnik des Lehrstuhls Didaktik der Biologie an der Universität Bayreuth seit 2007 erstmals auch für dieses Schülerklientel zugänglich gemacht. In einem mehrstündigen Praktikumsunterricht wurden 293 Schülerinnen und Schülern aus 13 nordbayerischen ReGentechnik ist ein aktuelles Thema des Biologieunterrichtes der 10. Jahrgangsstufe des Lehrplans der sechsstufigen Realschule in Bayern. Um eine praktische Auseinandersetzung mit dieser Thematik zu ermöglichen, wurde das Demonstrationslabor Bio-/ Gentechnik des Lehrstuhls Didaktik der Biologie an der Universität Bayreuth seit 2007 erstmals auch für dieses Schülerklientel zugänglich gemacht. In einem mehrstündigen Praktikumsunterricht wurden 293 Schülerinnen und Schülern aus 13 nordbayerischen Realschulklassen Grundlagen der Gentechnik näher gebracht, indem Experimente zu den einzelnen Schritten eines Klonierungsversuchs (Restriktion und Ligation von DNA, Transformation von E. coli- Bakterien, Ausplattieren von Bakterien) durchgeführt wurden. Gleichzeitig zu den Praktika wurden drei Begleitstudien durchgeführt, deren Zweck die Evaluation des Unterrichtserfolgs war: Hierbei sollte überprüft werden, welche Auswirkungen der Praktikumsbesuch auf verschiedene kognitive Faktoren, wie den Wissenserwerb oder die geistige Anstrengung, aber auch auf affektive Faktoren, wie situationsbezogene Emotionen (z.B. Interesse und Wohlbefinden), hat. Weiterhin sollte der Frage nachgegangen werden, ob ein Konzeptwechsel in diesem Rahmen möglich ist. Ein Schwerpunkt lag dabei auf der Beobachtung der Auswirkungen einer Berücksichtigung von Schülervorstellungen im Unterricht. Zu diesem Zweck wurden die Schülerinnen und Schüler klassenweise auf zwei Interventionsgruppen (I-1, I-2) verteilt. Beide Gruppen erhielten im Demonstrationslabor denselben experimentellen Unterricht mit dem Unterschied, dass die Lernenden in I-2 zusätzlich mit Schülervorstellungen zur Gentechnik konfrontiert wurden. Dazu wurden in einer zuvor durchgeführten Studie die Vorstellungen von 144 Schülerinnen und Schülern zu acht Begriffen und Prozessen der Gentechnik erfasst und kategorisiert sowie anschließend in die Unterrichtskonzeption integriert. Die unterrichtliche Umsetzung orientierte sich dabei an einem konstruktivistischen Lehrmodell. Die Ergebnisse der drei Begleitstudien ergaben, dass sich die Behandlung von Schülervorstellungen im Unterricht in vielerlei Hinsicht positiv auf die Lernenden auswirkte: So zeigten sich die Schülerinnen und Schüler der Gruppe I-2 interessierter und fühlten sich wohler. Auch erzielten sie signifikant bessere Ergebnisse im Wissenstest, der im Anschluss an den Unterricht durchgeführt wurde, bei gleichzeitig verringerter geistiger Anstrengung. Es ist auch in dieser Gruppe gelungen, einen Konzeptwechsel zugunsten der fachwissenschaftlichen Vorstellungen zu erzielen. Hervorzuheben war die besondere Wirkung der Konfrontationsmethode auf die Schüler, die sich durch die Berücksichtigung ihrer Vorstellungen - im Gegensatz zu Schülerinnen - verstärkt angesprochen fühlten. Ausgehend von diesen positiven Ergebnissen empfiehlt es sich, die Erfassung von Schülervorstellungen auf weitere Themen auszudehnen, um es den Lehrern zu ermöglichen, in vielen Unterrichtssituationen auf diese zurückgreifen zu können.show moreshow less
Gene technology is part of the official 10th grade syllabus of the 6-stage “Realschule” in Bavaria (i.e. medium achieving high school students). Within the Gene-technology Demonstration Laboratory of the University of Bayreuth 293 male and female students from 13 North-Bavarian classes attended the intervention programme. The educational module included an understanding of the basics of gene technology in a practical lesson unit; the involved experiments dealt with restriction and ligation of DNGene technology is part of the official 10th grade syllabus of the 6-stage “Realschule” in Bavaria (i.e. medium achieving high school students). Within the Gene-technology Demonstration Laboratory of the University of Bayreuth 293 male and female students from 13 North-Bavarian classes attended the intervention programme. The educational module included an understanding of the basics of gene technology in a practical lesson unit; the involved experiments dealt with restriction and ligation of DNA, transformation of E. coli-bacteria, as well as an inoculation of the bacterial samples on agar plates. Three empirical studies supported the evaluation of the teaching success of these experimental lessons: The study examined the effects on different cognitive factors, such as knowledge acquisition or mental effort, but also on affective factors, such as state-emotions (e.g., interest and well-being), as well as possible conceptual change. A main focus was laid on effects when students’ alternative conceptions were considered as bases to build upon the lesson unit. For this purpose, the students were split into two intervention groups (I-1, I-2). Both groups received the same experimental lessons in the Demonstration Laboratory with one difference: students in I-2 were additionally confronted with alternative conceptions of gene technology. These conceptions about eight concepts and processes of gene technology of 144 students had initially been collected and categorized in another study. The inclusion of these conceptions was realised on the basis of a constructivist teaching model. The results of all three empirical studies proved that dealing with students’ alternative conceptions in those lessons affected the learners positively in various ways: male and female students of I-2 (“alternative conceptions”) were more interested and showed a higher well-being than those in I-1. They also achieved significantly better results in the knowledge-tests conducted after the lessons, while they showed a lowered mental effort. Additionally, the students of this group replaced alternative conceptions with the specialised scientific conceptions. The special effect of the confrontation method on the male students has to be emphasised: In contrast to female students, they felt increasingly encouraged by a consideration of their conceptions in the lessons. Taking all these positive results together, an expansion of the capture of students’ alternative conceptions about other subjects is advisable in order to support the teaching situations.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Biologie
Author: Gaitano Franke
Advisor:Prof. Dr. Franz X. Bogner
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:14.02.2011
Year of Completion:2010
SWD-Keyword:Experiment; Gentechnologie; Realschule; Schülerversuch; Wissenserwerb
Tag:Kognitive Belastung; Konzeptwechsel; Schülervorstellungen; situationsbezogene Emotionen
Alternative conceptions; cognitive load; conceptual change; situational emotions
Dewey Decimal Classification:570 Biowissenschaften; Biologie
RVK - Regensburg Classification:WB 4053
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-8444
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):18.04.2011