Schweizer MINT Studie
Wie können wir die Schülerinnen und Schüler besser auf zukünftiges Lernen vorbereiten?
Um den naturwissenschaftlichen Unterricht auf der Grundlage der Lehr- und Lernforschung zu optimieren, führt das Institut für Verhaltenswissenschaften der ETH Zürich unter der Leitung von Prof. Dr. Elsbeth Stern gemeinsam mit dem MINT-Lernzentrum der ETH Zürich eine Längsschnittstudie mit ausgewählten Schulen in der Schweiz durch. In dieser Studie werden Ergebnisse der Lehr- und Lernforschung im Unterricht umgesetzt. Es wird untersucht, wie sich dieser Unterricht auf verschiedene Aspekte des Lernens und der geistigen Entwicklung der Schülerinnen und Schüler im Einzelnen auswirkt.
In diesem Forschungsprojekt arbeiten wir mit engagierten Lehrpersonen und Primarschulen zusammen, die gemeinsam mit uns naturwissenschaftliche Unterrichtseinheiten einsetzen, die auf der Grundlage von Ergebnissen der Lehr- und Lernforschung entwickelt wurden. In der ersten Phase dieser Studie wurden die von Prof. Dr. Kornelia Möller und ihren Kollegen von der Universität Münster entwickelten KiNT-Kisten zu den Themen "Luft und Luftdruck", "Schall", "Schwimmen und Sinken" sowie "Brücken – und was sie stabil macht" in der Primarschule eingesetzt. Die KiNT-Kisten sind in ihrer Lernwirksamkeit bewährt und mehrfach wissenschaftlich geprüft. Sie umfassen neben sehr ansprechend gestalteten Experimentiermaterialien für die Schülerinnen und Schüler auch sehr gut ausgearbeitete Ordner mit Anleitungen und Hilfestellungen für die Lehrpersonen.
In den darauffolgenden Phasen dieser Studie werden Unterrichtsmaterialien des MINT Lernzentrums eingesetzt, um zu untersuchen, ob die Schülerinnen und Schüler mit KiNT Vorbereitung auf der Sek 1 und Sek 2 von neuen Unterrichtsangeboten stärker profitieren als Schülerinnen und Schüler, die zuvor herkömmlichen Unterricht erhalten haben.
In order to optimize science teaching through learning and instruction research, the Institute of Behavioral Sciences, together with the MINT Learning Center, is conducting a longitudinal study with selected schools in Switzerland. In this study, findings from learning and instruction research are being implemented in science education. The study is investigating in detail how this teaching approach affects various aspects of learning and pupils’ mental development, including academic achievement, subject-specific knowledge, knowledge transfer, development of interest and motivation, as well as self-concept of ability.
We attracted dedicated teachers and primary schools, which, in collaboration with us, were willing to implement science teaching units that have been developed based on findings in learning and instruction research. In the first phase of the study, the KiNT boxes, as developed by Prof. Kornelia Möller and colleagues at the University of Münster, were used in primary school. The boxes address the following topics:
• Air and air pressure
• Sound
• Floating and sinking
• Bridges, and what makes them stable
The KiNT boxes have been scientifically tested numerous times and their learning efficacy proven. Beside the appealingly designed experimental material for pupils, they also contain well-developed documentation with instructions and support for teachers.
Publizierte Artikel zur Studie
Neuerscheinung zum Wissenstransfer (August 2024)
Download Zum Artikel (PDF, 3.4 MB)
Um Experimente beurteilen und gestalten zu können, muss man das Prinzip der Variablenkontrolle verstehen. Demnach darf in Experimenten nur derjenige Faktor verändert werden, der Gegenstand der Untersuchung ist. Bei diesem Verständnis handelt es sich um eine bereichsübergreifende Kompetenz, deren Entwicklung in der Primarschule beginnt – und häufig im Erwachsenenalter noch nicht abgeschlossen ist. Es wird vermutet, dass sich der Aufbau von naturwissenschaftlichem Wissen und das Verständnis der Variablenkontrolle gegenseitig beeinflussen. Denn zum einen ist es plausibel anzunehmen, dass ein gutes Verständnis der Variablenkontrolle den Aufbau von neuem Wissen erleichtert, indem es den Schülerinnen und Schülern hilft, die Ergebnisse von Experimenten zu beurteilen. Zum anderen könnte Unterricht mit gut strukturierten Experimenten Lerngelegenheiten bieten, um durch Abstraktion das Verständnis der Variablenkontrolle zu erwerben. Im Rahmen der Schweizer MINT-Studie wurden bislang die folgenden drei Untersuchungen zu diesem Themenbereich veröffentlicht:
In der ersten Studie (Edelsbrunner et al., 2018) geht es darum, welchen Einfluss das spezifische Inhaltswissen sowie das Verständnis der Variablenkontrolle auf das Lernen haben. Es zeigte sich, dass beim forschenden Lernen zum Thema «Schwimmen und Sinken» das Vorwissen vom Verständnis der Variablenkontrolle deutlich übertroffen wurde.
Download pdf / Edelsbrunner et al., 2018 (PDF, 1.8 MB)
In der zweiten Studie (Schalk et al., 2019) konnte gezeigt werden, dass das Verständnis der Variablenkontrolle auch durch beiläufiges Lernen gefördert werden kann, wenn die Schülerinnen und Schüler Gelegenheit haben, beim forschenden Lernen viel auf korrekte Weise zu experimentieren. Die Kinder konnten die gut strukturierten Experimente nutzen, um durch Abstraktion beiläufig ein besseres Verständnis der Variablenkontrolle aufzubauen.
Download pdf / Schalk et al., 2019 (PDF, 1.4 MB)
Die dritte Studie befasst sich damit, wie das Verständnis der Variablenkontrolle gezielt trainiert werden kann. Es zeigte sich, dass insbesondere anspruchsvolle Kompetenzen wie die Fähigkeit zur Planung kontrollierter Experimente und das Verständnis der Uneindeutigkeit konfundierter Experimente von diesem Training profitiert haben.
Download pdf / Peteranderl et al., 2023 (PDF, 3.3 MB)
Langfristiger Transfer von Physikwissen
Guter Unterricht hat das Ziel, dass sich das Gelernte auf neue Situationen übertragen lässt. Der empirische Nachweis eines solchen Wissenstransfers ist allerdings nicht trivial. In der Lehr- und Lernforschung konnten meist nur geringe Transfereffekte über kurze Zeiträume nachgewiesen werden. In der von Elsbeth Stern und Ralph Schumacher geleiteten Schweizer MINT-Studie ist es gelungen, den Transfer von Physikwissen über mehrere Jahre zu belegen. Schülerinnen und Schüler haben in der Primarschule mit optimierten Materialien Unterricht zum Archimedischen Prinzip erhalten. Dieses Wissen konnten sie Jahre später im Physikunterricht in der Sekundarstufe I zur Bewältigung neuer Anforderungen nutzen. Sie haben von diesem Unterricht deutlich stärker profitiert als ihre Mitschülerinnen und Mitschüler, die in der Primarschule herkömmlichen Unterricht erhalten hatten. Wer früh anfängt, der kommt also tatsächlich weiter!
Die Durchführung dieser Längsschnittstudie wurde von 2011 bis 2014 durch die grosszügige finanzielle Unterstützung der externe Seite Jacobs Foundation ermöglicht.