| Buchtitel | 1 |
| Impressum | 4 |
| Inhalt | 5 |
| Einleitung | 7 |
| Es herrscht Klärungsbedarf … | 8 |
| Was Sie in dieser Publikation erwartet … | 10 |
| Danksagung | 13 |
| 1. Das Experiment in den Naturwissenschaften (Andreas Schulz, Markus Wirtz und Erich Starauschek) | 15 |
| 1.1 Klärung grundlegender Merkmale von Experimenten an Anwendungsbeispielen | 16 |
| 1.1.1 Forschungsgegenstand und Experimentierfeld 1: Die Photosynthese bei der Wasserpest | 16 |
| 1.1.2 Forschungsgegenstand und Experimentierfeld 2: Borkenkäferbefall im Wald | 21 |
| 1.2 Empirische Ansätze zur Analyse von Merkmals zusammenhängen: Beobachtung, Versuch und Experiment | 24 |
| 1.2.1 Beobachtung ohne aktive Manipulation | 24 |
| 1.2.2 Versuch ohne experimentelle Kontrolle | 26 |
| 1.2.3 Experiment | 28 |
| 1.3 Unterscheidbare Ziele beim Experimentieren | 35 |
| 1.4 Fazit | 38 |
| 2. Analyse kausaler Zusammenhänge als Ziel des Experimentierens (Andreas Schulz und Markus Wirtz) | 39 |
| 2.1 Kausaler Zusammenhang | 40 |
| 2.2 Wissenschaftliche Erklärungen | 46 |
| 2.3 Wissenschaftliche Schlussfolgerungen als Argumentationsleistung im Rahmen des Experimentierens | 47 |
| 2.3.1 Deduktion | 50 |
| 2.3.2 Quantitative Induktion | 51 |
| 2.3.3 Qualitative Induktion | 52 |
| 2.3.4 Abduktion | 54 |
| 2.4 Fazit | 55 |
| 3. Modellbasierter Einsatz von Experimenten (Markus Wirtz und Andreas Schulz) | 57 |
| 3.1 Wissenschaftliche Theorien und Hypothesen | 57 |
| 3.2 Theorieorientierung als Kernmerkmal wissenschaftlichen Arbeitens | 60 |
| 3.3 Modelle zum zielgerichtetem Einsatz von Experimenten | 64 |
| 3.3.1 Scientific Discovery as Dual Search-Modell (SDDS-Modell) | 65 |
| 3.3.2 Der Forschungszyklus nach Tashakkori und Teddlie (2000) | 66 |
| 3.3.3 Der Zyklus des Experimentierens | 67 |
| 3.4 Experimentieren als Teilprozess komplexer wissenschaftlicher Erkenntnisprozesse | 71 |
| 4. Experimentelles Arbeiten in der Mathematik – ein Brückenschlag zur Naturwissenschaft mit Blick auf Peirce, Pólya und Medawar (Timo Leuders und Kathleen Philipp) | 75 |
| 1. Mathematik als experimentelle Wissenschaft? | 75 |
| 2. Typen von (mathematischen) Experimenten | 77 |
| 3. (Mathematisches) Experimentieren als Zyklus kognitiver Prozesse | 79 |
| 4. Fazit und Ausblick | 87 |
| 5. Elemente aus der Geschichte der experimentellen Praxis in den Naturwissenschaften (17.–19. Jahrhundert) (Nicolas Robin) | 89 |
| Das Experimentieren der Moderne, klassischer Empirismus und frühneuzeitlicher Rationalismus | 89 |
| Beispiele: Robert Boyle, Lazzaro Spallanzani, Stephen Hales | 93 |
| Theoretische und methodische Ansätze aus dem 19. und 20. Jahrhundert | 97 |
| Schlussfolgerung | 100 |
| 6. Das Experimentieren im Unterricht (Bärbel Barzel, Bernd Reinhoffer und Marcus Schrenk) | 103 |
| 6.1 Begründungen und Ziele für das Experimentieren im Unterricht | 103 |
| 6.2 Beobachten, Versuchen, Experimentieren im Unterricht – was ist was? | 111 |
| 6.3 Die Unterrichtsorganisation beim Experimentieren | 117 |
| 7. Befunde aus der empirischen Forschung zum Experimentieren im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht (Werner Rieß und Nicolas Robin) | 129 |
| 7.1 Studien zu individuellen Lernvoraussetzungen und Verarbeitungsprozessen der Lernenden beim Experimentieren | 133 |
| 7.2 Studien zu den fachlichen und fächerübergreifenden Zielkriterien des Experimentalunterrichts in den Naturwissenschaften | 136 |
| 7.3 Studien zu Wirkungen von naturwissenschaftlichem Experimentalunterricht | 141 |
| Schlussfolgerungen | 150 |
| 8. Ein (fachdidaktisches) Rahmenmodell zum Experimentieren im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht (Werner Rieß) | 153 |
| 8.1 Aufgabenfelder für eine empirische fachdidaktische Unterrichtsforschung zum Thema Experimentieren im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht | 153 |
| 8.2 Welche Gegenstände können und sollen von der fachdidaktischen empirischen Unterrichtsforschung im Hinblick auf das Thema „Experimentieren im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht“ untersucht werden? | 157 |
| 9. Verhaltensexperimente mit lebenden Tieren im Unterricht – Einfluss auf Experimentierkompetenz und motivationale Variablen – Teilprojekt 1 (Eberhard Hummel und Christoph Randler) | 165 |
| Zusammenfassung | 165 |
| 9.1 Einleitung | 165 |
| 9.2 Theoretische Grundlagen | 167 |
| 9.2.1 Bedeutung der intrinsischen Motivation nach Deci und Ryan (1985 | 1993) | 167 |
| 9.3 Forschungsfragen | 168 |
| 9.4 Forschungsdesign und Methode | 169 |
| 9.4.1 Stichprobe | 169 |
| 9.4.2 Versuchsdesign | 169 |
| 9.4.3 Treatmentgestaltung und Umsetzung | 171 |
| 9.4.4 Messinstrumente | 173 |
| 9.5 Ergebnisse | 176 |
| 9.5.1 Experimentierkompetenz: Vergleich der Treatmentgruppen mit der (Null-)Kontroll gruppe | 176 |
| 9.5.2 Experimentierkompetenz: Vergleich der Lebendtiergruppe mit der Filmgruppe | 178 |
| 9.5.3 Einfluss unterschiedlicher Intelligenzfaktoren auf die Ergebnisse in den Kompetenztests | 178 |
| 9.5.4 Variablen intrinsischer Motivation | 179 |
| 9.6 Diskussion der Ergebnisse | 180 |
| 10. Förderung „experimenteller Problemlösefähigkeit“ im problemorientierten Ökologieunterricht der 6. Klassenstufe? – Teilprojekt 2 (Frank Rösch, Werner Rieß und Josef Nerb) | 183 |
| Zusammenfassung | 183 |
| 10.1 Einleitung | 183 |
| 10.2 Theoretischer Rahmen | 184 |
| 10.2.1 Theorie und Stand der Forschung | 184 |
| 10.2.2 Fragestellungen und Hypothesen | 187 |
| 10.3 Empirischer Teil | 188 |
| 10.3.1 Methodische Grundlagen | 188 |
| 10.3.2 Ergebnisse | 194 |
| 10.4 Diskussion | 197 |
| 10.5 Zusammenfassung, Schlussfolgerungen für die Schulpraxis und Ausblick | 197 |
| 11. Fördert eigenständiges Experimentieren die Entwicklung wissenschaftsnaher Vorstellungen zum Pflanzenstoffwechsel? – Teilprojekt 3 (Tanja Steigert und Marcus Schrenk) | 199 |
| Zusammenfassung | 199 |
| 11.1 Einleitung | 199 |
| 11.2 Methodisches Vorgehen | 202 |
| 11.2.1 Design und Stichprobe | 202 |
| 11.2.2 Erhebungsinstrumente | 203 |
| 11.2.3 Unterricht | 204 |
| 11.3 Ergebnisse | 205 |
| 11.4 Zusammenfassung und Diskussion | 209 |
| 12. Wirkung von an Spielfilmen verankerten Unterrichtskonzeptionen für den Chemieunterricht auf die Motivation und den Lernerfolg – Teilprojekt 4 (Silia Fürniss und Jens Friedrich) | 213 |
| Zusammenfassung | 213 |
| 12.1 Einleitung | 213 |
| 12.1.1 Das Projekt | 214 |
| 12.1.2 Forschungstheoretischer Hintergrund – Stand der Forschung | 215 |
| 12.1.3 Hypothese | 216 |
| 12.2 Methodisches Vorgehen | 217 |
| 12.2.1 Erhebungsinstrumente | 218 |
| 12.2.1.1 Motivationsmessung | 218 |
| 12.2.1.2 Leistungsmessung | 219 |
| 12.2.2 Die Unterrichtseinheit Dante’s Peak – Implementation an der Schule | 221 |
| 12.2.3 Verankerung von Fachinhalten an Filmszenen | 222 |
| 12.3 Ergebnisse | 223 |
| 12.3.1 Ergebnisse ausgewählter Skalen der Motivationserfassung | 223 |
| 12.3.2 Ausgewählte Ergebnisse der Leistungserfassung | 225 |
| 12.3.3 Rückmeldungen aus Schülerinterviews | 227 |
| 12.4 Diskussion | 228 |
| 13. Schülervorstellungen im Chemieunterricht – Untersuchung der Wirkung einer direkten Konfrontation mit Schülervorstellungen auf den Lernprozess – Teilprojekt 5 (Daniela Fanta, Leena Bröll und Marco Oetken) | 231 |
| Zusammenfassung | 231 |
| 13.1 Einleitung | 231 |
| 13.2 Anbindung an den Forschungsstand | 233 |
| 13.2.1 Umgang mit Schülervorstellungen im Chemieunterricht | 233 |
| 13.2.2 Concept Maps als Instrument zur Wissensdiagnose | 235 |
| 13.3 Fragestellung | 235 |
| 13.4 Methodischer Teil | 236 |
| 13.4.1 Unterrichtseinheiten der Experimental- und Kontrollgruppe | 236 |
| 13.4.2 Instrumente zur Datenerhebung | 238 |
| 13.4.3 Auswertungsmethoden für die eingesetzten Erhebungsinstrumente | 240 |
| 13.5 Erste Tendenzen | 241 |
| 13.5.1 Quantitative Ergebnisse der betrachteten psychometrischen Daten | 241 |
| 13.5.2 Lernerfolg | 242 |
| 13.5.3 Ergebnisse der Concept Maps | 243 |
| 13.5.4 Schülerinterviews | 244 |
| 13.6 Diskussion | 245 |
| 14. Eigenständigkeit, Motivation und Lernerfolg im Physikunterricht – Ergebnisse einer Mehrebenenanalyse – Teilprojekt 6 (Angelika Wolf, Matthias Laukenmann und Markus Wirtz) | 247 |
| Zusammenfassung | 247 |
| 14.1 Stand der Forschung und Forschungsfragen | 247 |
| 14.2 Methodischer Teil | 249 |
| 14.3 Ergebnisse | 254 |
| 14.4 Zusammenfassung und Diskussion: | 261 |
| 15. Experimentell zum Funktionalen Denken: Eine empirische Untersuchung zur Wirkung von Schülerexperimenten als Ausgangspunkt mathematischer Begriffsbildung – Teilprojekt 7 (Sandra Ganter und Bärbel Barzel) | 265 |
| Zusammenfassung | 265 |
| 15.1 Einleitung | 265 |
| 15.1.1 Zur Klärung des Begriff s „Funktionales Denken“ | 265 |
| 15.1.2 Funktionales Denken im Mathematikunterricht – Status Quo und Ziele | 266 |
| 15.2 Methodischer Teil | 270 |
| 15.2.1 Forschungsfragen und Design | 270 |
| 15.2.2 Auswahl der Stichprobe | 271 |
| 15.2.3 Entwicklung der Intervention | 271 |
| 15.2.4 Erhebungsmethoden | 273 |
| 15.2.5 Qualitative Auswertungsmethoden | 273 |
| 15.2.6 Quantitative Auswertungsmethoden | 274 |
| 15.3 Ergebnisse | 274 |
| 15.3.1 Deskriptive Analysen | 275 |
| 15.3.2 Förderwirkungen der Intervention | 275 |
| 15.3.3 Qualitative Analyse | 278 |
| 15.4 Zusammenfassung und Diskussion | 281 |
| 16. Innermathematisches Experimentieren – empiriegestützte Entwicklung eines Kompetenzmodells und Evaluation eines Förderkonzepts – Teilprojekt 8 (Kathleen Philipp und Timo Leuders) | 285 |
| Zusammenfassung | 285 |
| 16.1 Einleitung | 285 |
| 16.2 Methode der qualitativen Videostudie | 287 |
| 16.2.1 Auswahl der Stichprobe | 287 |
| 16.2.2 Auswahl der Aufgaben | 288 |
| 16.2.3 Auswahl der Methoden | 289 |
| 16.2.4 Auswertung | 290 |
| 16.3 Ergebnisse der qualitativen Videostudie | 291 |
| 16.4 Methode der Interventionsstudie | 293 |
| 16.4.1 Die Intervention | 293 |
| 16.4.2 Testinstrument | 295 |
| 16.5 Ergebnisse der Interventionsstudie | 296 |
| 16.6 Zusammenfassung und Diskussion | 298 |
| 17. Beeinflusst der Sachunterricht der Primarstufe den physikalischen Wissenserwerb von Schülerinnen und Schülern? – Teilprojekt 9 (Pia Altenburger, Erich Starauschek und Markus Wirtz) | 301 |
| Zusammenfassung | 301 |
| 17.1 Einleitung | 301 |
| 17.1.1 Stand der Forschung | 301 |
| 17.1.2 Fragestellung und Hypothesen | 304 |
| 17.2 Methodischer Teil | 306 |
| 17.2.1 Stichprobe | 306 |
| 17.2.2 Untersuchungsdesign und Erhebungsinstrumente | 307 |
| 17.2.3 Hierarchische Datenstruktur und Mehrebenen-Regressionanalyse | 308 |
| 17.2.4 Umgang mit fehlenden Werten | 310 |
| 17.3 Ergebnisse | 312 |
| 17.4 Zusammenfassung und Diskussion | 317 |
| 18. Sichtweisen von Lehrpersonen auf Lehrer-Schüler-Gespräche beim Experimentieren im naturwissenschaftlichen Sachunterricht – Teilprojekt 10 (Simone Halder und Bernd Reinhoffer) | 319 |
| Zusammenfassung | 319 |
| 18.1 Der naturwissenschaftliche Erkenntnisprozess | 319 |
| 18.1.1 Naturwissenschaftliches Lernen aus konstruktivistischer Sicht | 319 |
| 18.1.2 Die Bedeutung der Lehrperson im naturwissenschaftlichen Unterricht | 320 |
| 18.1.3 Die besondere Bedeutung von Gesprächen im naturwissenschaftlichen Unterricht | 321 |
| 18.2 Fragestellung | 322 |
| 18.3 Studiendesign | 323 |
| 18.4 Samplingstrategie | 323 |
| 18.5 Beschreibung des Samples | 324 |
| 18.6 Instrumente der Datenerhebung | 325 |
| 18.7 Datenaufb ereitung und Instrumente der Datenanalyse | 328 |
| 18.8 Ergebnisse der Teilstudie | 329 |
| 18.9 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse | 331 |
| 19. Schüler planen Experimente und testen Hypothesen – Diagnose von Experimentierkompetenzen und mehrebenenanalytischer Klassenstufen- und Schulartenvergleich – Teilprojekt 11 (Andreas Schulz, Enrico Prinz und Markus Wirtz) | 333 |
| Zusammenhang | 333 |
| 19.1 Theoretischer Hintergrund | 333 |
| 19.2 Methodik | 335 |
| 19.2.1 Itemgrundlage und Datenerhebung | 335 |
| 19.2.2 Prüfung der Gültigkeit der Annahmen des dichotomen Raschmodells | 338 |
| 19.3 Ergebnisse | 340 |
| 19.3.1 Skalierung von Items und Antworten mit dem dichotomen Raschmodell | 340 |
| 19.3.2 Analyse des Differential-Item-Functioning | 344 |
| 19.3.3 Analyse der konvergenten und divergenten Validität | 346 |
| 19.3.4 Mehrebenenanalytischer Vergleich von Klassenstufen und Schularten | 346 |
| 19.4 Zusammenfassung und Diskussion | 350 |
| 20. Integration der theoretischen und empirischen Befunde zum Experimentieren im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht (Werner Rieß, Markus Wirtz, Andreas Schulz und Bärbel Barzel) | 353 |
| 20.1 Zusammenfassung der Inhalte der Einzelkapitel | 354 |
| 20.2 Befunde aus Untersuchungen zur Ziel-Mittel-Relation (= Hauptaufgabe I) | 358 |
| 20.3 Befunde aus Untersuchungen zu Schülermerkmalen und deren Einfluss auf den Lernerfolg (= Hauptaufgabe II) | 360 |
| 20.4 Befunde aus Untersuchungen zum Wissen von Lehrer (und dessen Auswirkungen auf den Lernerfolg) (= Hauptaufgabe III) | 361 |
| 20.5 Perspektiven für zukünftige Untersuchungen zum Experimentieren im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht | 362 |
| 21. Sicherstellung forschungsmethodischer Qualität im Promotionskolleg exMNU (Markus Wirtz und Andreas Schulz) | 365 |
| 21.1 Entwicklung und Förderung forschungsorientierter und forschungsmethodischer Kompetenzen | 366 |
| 12.2 Besondere forschungsmethodische Standards in Projekten zur empirischen Bildungs- und Unterrichtsforschung | 370 |
| Literatur | 377 |
