| Inhaltsverzeichnis | 6 |
| Abkürzungsverzeichnis | 12 |
| Abbildungsverzeichnis | 16 |
| Tabellenverzeichnis | 18 |
| 1 Einleitung | 23 |
| 1.1 Relevanz des Themas | 25 |
| 1.2 Ziele der Arbeit | 28 |
| 1.3 Aufbau der Arbeit | 30 |
| 2 Theorien und Modelle zu Determinanten der Kompetenzentwicklung in schulischen Lernumgebungen | 32 |
| 2.1 Der erziehungswissenschaftliche Kompetenzbegriff | 33 |
| 2.1.1 Der mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzbegriff | 36 |
| 2.1.2 Literacy als Bezugstheorie für die empirische Schulleistungsforschung | 36 |
| 2.1.2.1 Mathematic Literacy als Zieldimension mathematischen Unterrichts | 38 |
| 2.1.2.2 Scientific Literacy als Zieldimension naturwissenschaftlichen Unterrichts | 42 |
| 2.2 Theorien und Modelle zu Individual- und Kontextfaktoren | 46 |
| 2.2.1 Bildungsökonomische Positionen zu zentralen Faktoren schulischer Wirksamkeit | 47 |
| 2.2.1.1 Humankapitaltheorie als Bezugspunkt für die Erforschung schulischer Wirksamkeit | 47 |
| 2.2.1.2 Segmentationstheorie: Vertikale Stratifizierung des Arbeitsmarktes | 49 |
| 2.2.1.3 Filtertheorie: Der Schulabschluss als Produktivitätsmaßstab | 50 |
| 2.2.2 Psychologische Perspektiven auf Faktoren schulischer Wirksamkeit | 50 |
| 2.2.2.1 Ein Angebots-Nutzungs-Modell schulischer Lernprozesse | 50 |
| 2.2.3 Soziologische Perspektiven auf Faktoren schulischer Wirksamkeit | 55 |
| 2.2.3.1 Primäre und sekundäre Herkunftseffekte im Bildungswesen | 56 |
| 2.2.4 Integrierte Modelle schulischer Wirksamkeitsfaktoren | 60 |
| 2.2.4.1 Das Modell zur Vorhersage von Schülerleistungen im Fremdsprachenunterricht | 60 |
| 2.2.4.2 Modelle aus der Schuleffektivitätsforschung | 62 |
| 2.2.4.2.1 Das Modell schulischer Produktivität nach Walberg (1984) | 63 |
| 2.2.4.2.2 Das Integrated Model of Educational Effectiveness (Scheerens, 1990) | 64 |
| 2.2.4.2.3 Das Comprehensive Model of Educational Effectiveness (Creemers, 1994) | 67 |
| 2.2.4.2.4 Das Dynamic Model of Educational Effectiveness (Creemers &Kyriakides, 2008) | 76 |
| 2.3 Zusammenschau und Diskussion | 87 |
| 3 Forschungsstand und forschungsleitende Fragestellungen | 99 |
| 3.1 Mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung | 100 |
| 3.1.1 Mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung in Schulen der Sekundarstufe | 101 |
| 3.1.1.1 Internationale Befunde zur mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung | 101 |
| 3.1.1.2 Nationale Befunde zur mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung | 103 |
| 3.1.2 Mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung im Primarbereich | 108 |
| 3.1.2.1 Internationale Befunde zur mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung | 108 |
| 3.1.2.2 Nationale Befunde zur mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung | 109 |
| 3.2 Prädiktoren mathematischer und naturwissenschaftlicher Kompetenzentwicklung | 112 |
| 3.2.1 Prädiktoren der schulischen Kompetenzentwicklung auf der Individualebene | 113 |
| 3.2.1.1 Primarbereich | 114 |
| 3.2.1.1.1 Das Geschlecht als Bedingungsfaktor für mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung im Primarbereich | 114 |
| 3.2.1.1.2 Faktoren der sozialen Herkunft und die Kompetenzentwicklung in Mathematik und Naturwissenschaft im Primarbereich | 115 |
| 3.2.1.1.3 Der Migrationshintergrund von Lernenden in der Primarstufe als Determinante für die Kompetenzentwicklung in Mathematik und Naturwissenschaften | 117 |
| 3.2.1.1.4 Das Selbstkonzept von Lernenden als Bedingungsfaktor für mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung im Primarbereich | 119 |
| 3.2.1.1.5 Die Selbstwirksamkeit von Grundschülerinnen und Grundschülern als Determinante der mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung | 121 |
| 3.2.1.1.6 Die Persönlichkeitsmerkmale von Lernenden in der Grundschule als Prädiktoren der mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung | 122 |
| 3.2.1.1.7 Das Vorwissen von Grundschülerinnen und Grundschülern als Prädiktor ihrer mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung | 123 |
| 3.2.1.2 Sekundarbereich | 124 |
| 3.2.1.2.1 Das Geschlecht als Bedingungsfaktor für mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung im Sekundarbereich | 124 |
| 3.2.1.2.2 Faktoren der sozialen Herkunft und die Kompetenzentwicklung in Mathematik und Naturwissenschaft im Sekundarbereich | 126 |
| 3.2.1.2.3 Der Migrationshintergrund von Lernenden in der Sekundarstufe als Determinante für die Kompetenzentwicklung in Mathematik und Naturwissenschaften | 127 |
| 3.2.1.2.4 Das Selbstkonzept von Lernenden als Bedingungsfaktor für mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung im Sekundarbereich | 129 |
| 3.2.1.2.5 Die Selbstwirksamkeit von Lernenden der Sekundarstufe als Determinante der mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung | 130 |
| 3.2.1.2.6 Die Persönlichkeitsmerkmale von Lernenden in der Sekundarstufe als Prädiktoren der mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung | 130 |
| 3.2.1.2.7 Das Vorwissen von Sekundarstufenschülerinnen und Sekundarstufenschülern als Prädiktor ihrer mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung | 132 |
| 3.2.2 Prädiktoren auf der Klassenebene | 132 |
| 3.2.2.1 Primarbereich | 132 |
| 3.2.2.1.1 Die Klassenführungskompetenz von Lehrkräften im Primarbereich und die mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung ihrer Schülerinnen und Schüler | 133 |
| 3.2.2.1.2 Der Zusammenhang zwischen den Erwartungen von Grundschullehrkräften und der mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung von Lernenden | 134 |
| 3.2.2.1.3 Die Strukturierungskompetenz von Lehrkräften in der Primarstufe und der Zusammenhang mit der Kompetenzentwicklung der Schülerinnen und Schüler | 135 |
| 3.2.2.1.4 Kompositionseffekte: Zum Zusammenhang sozialer und leistungsbezogener Klassenzusammensetzung als Determinante mathematischer und naturwissenschaftlicher Kompetenzentwicklung im Primarbereich | 137 |
| 3.2.2.2 Sekundarbereich | 139 |
| 3.2.2.2.1 Die Klassenführungskompetenz von Lehrkräften im Sekundarbereich und die mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung ihrer Schülerinnen und Schüler | 139 |
| 3.2.2.2.2 Der Zusammenhang zwischen den Erwartungen von Sekundarstufenlehrkräften und der mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung von Lernenden | 140 |
| 3.2.2.2.3 Die Strukturierungskompetenz von Lehrkräften in der Sekundarstufe und der Zusammenhang mit der mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzentwicklung der Schülerinnen und Schüler | 141 |
| 3.2.2.2.4 Kompositionseffekte: Zum Zusammenhang sozialer und leistungsbezogener Klassenzusammensetzung als Determinante mathematischer und naturwissenschaftlicher Kompetenzentwicklung im Sekundarbereich | 142 |
| 3.2.3 Prädiktoren auf der Schulebene | 143 |
| 3.2.3.1 Primarbereich | 143 |
| 3.2.3.1.1 Zum Zusammenhang der sozialen und leistungsbezogenen Komposition von Grundschulen und der mathematischen und naturwissenschaftlichen Lernentwicklung von Lernenden | 143 |
| 3.2.3.1.2 Schulformunterschiede | 147 |
| 3.2.3.2 Sekundarbereich | 148 |
| 3.2.3.2.1 Zum Zusammenhang der sozialen und leistungsbezogenen Komposition von Sekundarschulen und der mathematischen und naturwissenschaftlichen Lernentwicklung von Lernenden | 148 |
| 3.2.3.2.2 Schulformunterschiede | 150 |
| 3.3 Zusammenschau und Forschungslücken | 151 |
| 3.4 Forschungsleitende Fragestellungen und Hypothesen | 157 |
| 4 Anlage und Durchführung der Untersuchung | 162 |
| 4.1 Methodische Herausforderungen | 163 |
| 4.2 Design und Anbindung an die ESF ADDITION-Studie | 167 |
| 4.2.1 Das Rahmenkonzept der ESF ADDITION-Studie | 167 |
| 4.2.1.1 Die Operationalisierung mathematischer und naturwissenschaftlicher Kompetenzen im ADDITION-Projekt | 169 |
| 4.2.1.1.1 Das Rahmenkonzept zur Operationalisierung mathematischer Kompetenzen in TIMSS und ADDITION | 169 |
| 4.2.1.1.2 Das Rahmenkonzept zur Operationalisierung naturwissenschaftlicher Kompetenzen in TIMSS und ADDITION | 172 |
| 4.2.1.2 Stichprobe und Schülerpopulation | 176 |
| 4.2.1.3 Instrumentierung und Ablauf der Testsitzungen | 179 |
| 4.2.1.4 Erfassung von Kontextmerkmalen | 182 |
| 4.2.1.5 Aufbereitung der Leistungsdaten | 185 |
| 4.3 Rückläufe aus der Leistungsmessung und Fragebogenerhebung | 186 |
| 4.4 Längsschnittskalierung und Verankerung an TIMSS 2011 | 187 |
| 4.4.1 Die Skalierung mathematischer und naturwissenschaftlicher Kompetenzen in ADDITION | 190 |
| 4.4.2 Gewichtung der Leistungsdaten in ADDITION | 192 |
| 4.5 Die Analyse hierarchisch geschichteter Daten | 193 |
| 4.5.1 Hierarchisch lineare Regressionsmodelle | 193 |
| 4.5.1.1 Varianzerlegung und Intraklassenkorrelation | 194 |
| 4.5.1.2 Mit hierarchisch linearen Analysen modellierbare Effekte | 196 |
| 4.5.1.3 Zentrierung von Parametern | 197 |
| 4.5.1.4 Vergleich der Modellgüte | 198 |
| 4.5.2 Stukturgleichungsmodelle für hierarchisch strukturierte Daten | 198 |
| 4.6 Analysestrategien und Verwendung hierarchisch linearer Modelle | 201 |
| 4.6.1 Entwicklung eines Analysemodells | 202 |
| 4.6.2 Zum Thema der Messinvarianz | 206 |
| 4.6.3 Umgang mit fehlenden Daten | 209 |
| 4.6.3.1 Klassifikation fehlender Werte in der Sozialwissenschaft | 209 |
| 4.6.3.2 Verfahren zur Kompensation fehlender Werte | 211 |
| 4.6.3.3 Vorgehen im Rahmen dieser Arbeit | 213 |
| 4.6.4 Umsetzung hierarchisch linearer Modelle in dieser Arbeit | 214 |
| 4.6.5 Analyseschritte | 218 |
| 4.6.5.1 Forschungsteilfrage I: Messinvarianz der Erhebungsinstrumente | 218 |
| 4.6.5.2 Forschungsteilfrage II: Determinanten individueller Kompetenzentwicklung in Mathematik und Naturwissenschaft | 219 |
| 4.6.5.3 Forschungsteilfrage III: Die Relevanz der individuellen Faktoren im Vergleich (HLM) | 219 |
| 4.6.5.4 Forschungsteilfrage IV: Kompetenzentwicklung an Schulen | 220 |
| 4.6.5.5 Forschungsteilfrage V: Individual- und Kompositionseffekte im Vergleich (HLM) | 220 |
| 4.6.5.6 Forschungsfrage VI: Direkte vs. indirekte Effekte der Schulkomposition auf die Leistungsentwicklung der Schülerinnen und Schüler | 221 |
| 5 Ergebnisse | 222 |
| 5.1 Analysen zur Messinvarianz der eingesetzten Erhebungsinstrumente | 222 |
| 5.1.1 TIMSS-Test zur Erfassung mathematischer Kompetenzen | 223 |
| 5.1.2 TIMSS-Test zur Erfassung naturwissenschaftlicher Kompetenzen | 225 |
| 5.2 Deskriptiva zur Entwicklung in Mathematik und Naturwissenschaft | 226 |
| 5.2.1 Individuelle Leistungsentwicklung in Abhängigkeit zentraler Schülermerkmale | 226 |
| 5.2.1.1 Mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung in Abhängigkeit des Geschlechts der Lernenden | 226 |
| 5.2.1.2 Der Migrationshintergrund von Lernenden in der Grundschule und ihre mathematische und naturwissenschaftliche Kompetenzentwicklung | 228 |
| 5.2.1.3 Soziale Lage: Kulturelles Kapital (Bücher im Haushalt) | 231 |
| 5.2.1.4 Soziale Lage: Kulturelle Praxis | 233 |
| 5.2.1.5 Sozioökonomischer Status: Erwerbsstatus der Eltern | 237 |
| 5.2.1.6 Mathematisches und naturwissenschaftliches Vorwissen | 241 |
| 5.2.2 Zusammenschau der deskriptiven Befunde | 244 |
| 5.3 Analysen zu den Prädiktoren auf der Individualebene | 248 |
| 5.3.1 Varianzzerlegung ohne Prädiktoren: One-Way ANOVAs with Random Effects (Nullmodelle) | 249 |
| 5.3.2.2 Naturwissenschaftliche Kompetenzen: Random-Intercept-Modelle | 259 |
| 5.4 Schulspezifische Leistungsentwicklung | 264 |
| 5.4.1 Allgemeine mittlere Kompetenzentwicklung an Schulen | 264 |
| 5.4.2 Migrationshintergrund: Anteil der Schülerinnen und Schüler mit mindestens einem im Ausland geborenen Elternteil | 265 |
| 5.4.3 Kulturelles Kapital: Anteil der Schülerinnen und Schüler mit mehr als 100 Büchern | 266 |
| 5.4.4 Sozioökonomischer Status: Anteil der Schülerinnen und Schüler, deren höchster Berufsstatus der Eltern durch eine Vollzeitbeschäftigung charakterisiert ist | 268 |
| 5.4.5 Kulturelle Praxis: Anteil der Schülerinnen und Schüler, deren Familie eine hohe Ausprägung auf dem Index zur Erfassung der kulturellen Praxis zeigt | 269 |
| 5.4.6 Vertiefende Analysen zum Zusammenhang schulischer Merkmale und den mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzen | 270 |
| 5.4.6.1 Mathematische Kompetenzen am Ende der vierten Klasse und zentrale Merkmale von Schulen | 272 |
| 5.4.6.2 Naturwissenschaftliche Kompetenzen am Ende der vierten Klasse und zentrale Merkmale von Schulen | 279 |
| 5.5 Individual- und Kompositionseffekte im Vergleich | 286 |
| 5.5.1 Mathematische Kompetenzen | 286 |
| 5.5.2 Naturwissenschaftliche Kompetenzen | 292 |
| 5.6 Mehrebenenpfadanalysen zu Mediation der Leistungskomposition | 296 |
| 5.6.1 Leistungskomposition in Mathematik und Moderationseffekte der Unterrichtsqualität | 297 |
| 5.6.2 Leistungskomposition in Naturwissenschaft und Moderationseffekte der Unterrichtsqualität | 299 |
| 5.7 Zusammenschau der multivariaten Befunde | 300 |
| 5.7.1 Prädiktoren auf der Individualebene schulischen Lernens | 300 |
| 5.7.2 Merkmale von Klassen bzw. Schulen als Prädiktoren für die mathematischen und naturwissenschaftlichen Kompetenzen | 302 |
| 5.7.3 Gemeinsame Modellierung individueller, kompositioneller und qualitätsbezogener Indikatoren | 304 |
| 5.7.4 Mehrebenenanalysen zur Mediation des Effektes der Leistungskomposition | 306 |
| 6 Diskussion der Ergebnisse | 307 |
| 6.1 Kurzüberblick über die Arbeit | 307 |
| 6.2 Beantwortung der Forschungsteilfragestellungen | 309 |
| 6.2.1 Forschungsteilfragestellung II: Individuelle Lernentwicklung | 309 |
| 6.2.2 Forschungsteilfragestellung III: Schulische Lernentwicklung | 313 |
| 6.2.3 Forschungsteilfragestellung IV: Relevanz individueller Faktoren | 315 |
| 6.2.4 Forschungsteilfragestellung V: Kompositionseffekte und Effekte der individuellen Merkmale im Vergleich | 316 |
| 6.2.5 Forschungsteilfragestellung VI: Direkte oder indirekte Effekte der Leistungskomposition? | 317 |
| 6.3 Mögliche Implikationen | 317 |
| 6.3.1 Theoretische Implikationen | 317 |
| 6.3.2 Praktische Implikationen | 318 |
| 6.3.3 Bildungspolitische Implikationen | 320 |
| 6.3.4 Methodische Herausforderungen und weiterführende Forschungsfragestellungen | 321 |
| Literaturverzeichnis | 324 |
| Anhang A: Weiterführende Tabellen | 363 |
| Anhang B: Dokumentation der Erhebungsinstrumente | 370 |
