Fachliches Wissen Physik in der Hochschulausbildung: Konzeptualisierung, Messung, Niveaubildung
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Berlin
Logos Verlag
[2015]
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 FOKUS UND GEGENSTAND DIESER ARBEIT 2
1.2 ZENTRALE FRAGESTELLUNGEN UND ARGUMENTATIONSLINIEN 3
1.2.1 BEGRIFFLICHE KLAERUNG VON WISSENSFACETTEN 3
1.2.2 BETRACHTUNG DER KOMPETENZ VON FACHPHYSIKERN . 6
1.2.3 DIFFERENZIERTE DIAGNOSE FACHLICHEN WISSENS 7
1.2.4 TECHNISCHE ASPEKTE DER DURCHGEFUEHRTEN MESSUNG . 8
TEIL EINS
VORBEREITENDE GEDANKEN ZUM FACHLICHEN WISSEN
2 ZUM KOMPETENZBEGRIFF 13
2.1 DER KOMPETENZBEGRIFF VON WEINERT 13
2.1.1 WISSEN UND KOMPETENZ 14
2.1.2 WISSEN UND HANDLUNGEN IN SPEZIFISCHEN KONTEXTEN . . . 14
2.1.3 WISSEN UND WOLLEN 15
2.1.4 KOMPETENZERWERB 16
2.1.5 KOMPETENZ-EVALUATION 16
EXKURS 1: ANDERE KOMPETENZBEGRIFFE 17
2.2 VIER TEILKOMPETENZEN IN DER PHYSIK 18
3 FACHLICHES WISSEN VON (ANGEHENDEN) LEHRKRAEFTEN 21
3.1 FACHLICHES WISSEN ALS KOMPONENTE DES PROFESSIONSWISSENS . . 21
3.2 DIE BEDEUTUNG FACHLICHEN WISSENS FUER LEHRKRAEFTE 23
3.3 GRADUIERUNGEN ALS TEILKOMPETENZEN DES FACHWISSENS 25
3.3.1 GRADUIERUNGEN IN DER MATHEMATIK 26
3.3.2 GRADUIERUNGSKONZEPTE DER MATHEMATIK IM AMERIKANI
SCHEN RAUM 27
3.3.3 GRADUIERUNGEN IN DEN NATURWISSENSCHAFTEN 30
EXKURS 2: VERTIEFTES (SCHUL-)WISSEN VOM HOEHEREN STANDPUNKT . 31
3.4 ERKENNTNISGEWINNUNG ALS BESTANDTEIL FACHLICHEN WISSENS . 32
3.4.1 SCIENTIFIC REASONING 34
3.4.2 DAS SCIENTIFIC DISCOVERY AS DUAL SEARCH-MODELL (SDDS) . 35
I
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INHALTSVERZEICHNIS
3.4.3 PRACTICAL WORK 37
3.4.4 MODELLKOMPETENZ 39
3.4.5 EPISTEMOLOGIE 40
3.4.6 BEDEUTUNG FUER DIE LEHRERBILDUNG 42
3.5 UEBERBLICK UEBER VERSCHIEDENE STUDIEN 43
3.6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 48
4 FACHLICHES WISSEN VON (ANGEHENDEN) PHYSIKERN 49
4.1 AUSBILDUNG UND BERUFSBILD DES PHYSIKERS 50
4.1.1 PHYSIKER ALS SPEZIALISTEN 51
4.1.2 PHYSIKER ALS GENERALISTEN 52
4.2 BERUFS- UND AUSBILDUNGSBEZOGENE KOMPETENZ VON PHYSIKERN . 53
4.2.1 FACHLICHES WISSEN 54
4.2.2 PHYSIKBEZOGENE (MOTIVATIONALE) EINSTELLUNGEN 59
4.2.3 EPISTEMOLOGISCHE BELIEFS 60
4.2.4 (ERNEUTE) SPEZIALISIERUNG 62
4.3 UNTERSCHIEDE ZUR KOMPETENZ VON PHYSIK-LEHRKRAEFTEN 63
4.3.1 INNERE STRUKTUR 63
4.3.2 RELEVANZ DER KOMPETENZFACETTEN 64
4.3.3 EMPIRISCHE PRUEFUNG 65
4.4 ZUSAMMENFASSUNG 65
TEIL ZWEI
VORBEREITENDE GEDANKEN ZU
KOMPETENZMODELLIERUNG UND -MESSUNG
5 KOMPETENZMODELLIERUNG 69
5.1 FUNKTIONEN VON KOMPETENZMODELLEN 69
5.2 TYPISIERUNG VON KOMPETENZMODELLEN 71
5.2.1 DESKRIPTIVE UND NORMATIVE MODELLE 71
5.2.2 STRUKTUR-, NIVEAU-UND ENTWICKLUNGSMODELLE 72
5.3 ANFORDERUNGSMERKMALE IN KOMPETENZMODELLEN 73
5.3.1 INHALT 75
5.3.2 ANFORDERUNGSSTUFE 76
5.3.3 GRADUIERUNG 77
5.3.4 KOMPETENZBEREICH 78
5.3.5 WISSENSCHAFTSBEZOGENE ELABORATION 78
5.3.6 KOGNITIVE STUFUNG 78
5.3.7 KONTEXT 79
II
INHALTSVERZEICHNIS
5.3.8 KOMPLEXITAET 79
5.4 ZUSAMMENFASSUNG 83
6 TESTTHEORIE 85
6.1 KLASSISCHE TESTTHEORIE 86
6.1.1 AXIOMATISCHE GRUNDLAGEN 86
6.1.2 ANWENDBARKEIT 87
6.1.3 ITEMSCHWIERIGKEIT 88
6.1.4 UMGANG MIT MEHRDIMENSIONALITAET 89
6.2 PROBABILISTISCHE TESTTHEORIE 89
6.2.1 AXIOMATISCHE GRUNDLAGEN 89
6.2.2 ANWENDBARKEIT 91
6.2.3 ITEMSCHWIERIGKEIT 91
6.2.4 UMGANG MIT MEHRDIMENSIONALITAET 92
EXKURS 3: MESSMODELLE DER IRT IM VERGLEICH 93
6.3 DAS ITEMFORMAT 95
6.3.1 GESCHLOSSENE FORMATE 96
6.3.2 OFFENE FORMATE 97
6.4 ZUSAMMENFASSUNG 97
7 GUETEKRITERIEN IN DER KOMPETENZMESSUNG 99
7.1 OBJEKTIVITAET 99
7.1.1 DURCHFUEHRUNGSOBJEKTIVITAET 99
7.1.2 AUSWERTUNGSOBJEKTIVITAET 100
7.1.3 INTERPRETATIONSOBJEKTIVITAET 100
7.2 RELIABILITAET 100
7.2.1 ALLGEMEINE DEFINITION 101
7.2.2 BESTIMMUNG DER RELIABILITAET 101
7.3 VALIDITAET 102
7.3.1 KRITERIUMSVALIDITAET 103
7.3.2 KONSTRUKTVALIDITAET 103
7.3.3 INHALTSVALIDITAET 104
7.3.4 ARGUMENTBASIERTE VALIDITAETSBEGRIFFE 105
EXKURS 4: EIN GEMEINSAMER BLICK AUF RELIABILITAET UND VALIDITAET . 106
7.4 VALIDIERUNG VON KOMPETENZMODELLEN 1 07
7.5 ZUSAMMENFASSUNG UND UMSETZUNG 109
III
INHALTSVERZEICHNIS
TEIL DREI
ZIELE UND THEORETISCHE GRUNDLAGEN
DES PROJEKTES
8 PROJEKTZIELE 113
8.1 ENTWICKLUNG EINES KOMPETENZMODELLS 113
8.2 ENTWICKLUNG UND ERPROBUNG EINES TESTINSTRUMENTES 114
8.3 EINSATZ DES TESTINSTRUMENTES UND AUSWERTUNG 116
8.4 ENTWICKLUNG EINES NIVEAUMODELLS FACHLICHEN WISSENS 118
9 STRUKTURMODELL DES FACHLICHEN WISSENS 119
9.1 RAHMENMODELL 120
9.2 TEILMODELL NUTZUNG VON FACHWISSEN 122
9.2.1 FACH-STUFE 123
9.2.2 INHALTSBEREICH 127
9.2.3 HIERARCHISCHE KOMPLEXITAET 128
9.3 TEILMODELL NUTZUNG VON EXPERIMENTEN UND MODELLEN . 130
9.3.1 AUSWAHL DER BESCHRIEBENEN ANFORDERUNGEN 131
9.3.2 SDDS-SUCHRAEUME 132
9.4 MOEGLICHE MODELLERWEITERUNGEN 132
9.5 ZUSAMMENFASSUNG 134
10 HYPOTHESEN 135
10.1 SCHWIERIGKEITSERZEUGENDE AUFGABENMERKMALE 135
10.2 WISSENSERWERB 136
TEIL VIER
DAS TESTINSTRUMENT
11 ZUSAMMENSTELLUNG DES TESTINSTRUMENTS 141
11.1 AUSWAHL DER TESTTHEORIE UND DES MESSMODELLS 141
EXKURS 5: ABGRENZUNG VON KOMPETENZ-UND WISSENSTESTS 142
1 1.2 ZUSAMMENSTELLUNG DES TESTINSTRUMENTES 144
11.2.1 ALLGEMEINES VORGEHEN 144
11.2.2 TESTITEMS ZUM FACHLICHEN WISSEN 145
11.2.3 SIGNIERUNG UND DICHOTOMISIERUNG 148
11.3 UEBERNAHME WEITERER TESTTEILE 151
11.3.1 NATUR DER NATURWISSENSCHAFTEN UND EPISTEMOLOGISCHE
BELIEFS 151
IV
INHALTSVERZEICHNIS
11.3.2 MOTIVATIONALE ASPEKTE 152
11.4 TESTHEFTDESIGN 152
11.4.1 PILOTSTUDIE 153
11.4.2 HAUPTSTUDIE 153
EXKURS 6: VERSCHIEDENE TESTHEFTDESIGNS IM VERGLEICH 154
12 HERSTELLUNG EINER INHALTSVALIDEN ITEM-MODELL-ZUORDNUNG 159
12.1 MOEGLICHE VERFAHREN 159
12.1.1 LAUTES DENKEN 159
12.1.2 EXPERTENBEFRAGUNGEN 160
12.2 ERSTE EXPERTENBEFRAGUNG 161
12.2.1 AUSWAHL DER EXPERTEN 161
12.2.2 VORGEHEN UND ERGEBNISSE 162
12.3 ZWEITE EXPERTENBEFRAGUNG 164
12.4 EVALUATION DES ENTSCHEIDUNGSBAUMES 164
12.4.1 AUFGABE A7, KURVENRADIUS 164
12.4.2 AUFGABE 52, STAHLKUGEL 166
12.4.3 DISKUSSION 168
12.5 FESTLEGUNG DER ITEM-MODELL-ZUORDNUNG 169
12.6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 170
13 PILOTSTUDIE 171
13.1 ZIELE, VORGEHEN UND STICHPROBE 171
13.2 ERSTE PILOTRUNDE: QUALITATIVE UEBERARBEITUNG 172
13.3 ZWEITE PILOTRUNDE: ERSTE STATISTISCHE ANALYSE 173
13.3.1 TRENNBARKEIT DER DIMENSIONEN 173
EXKURS 7: MODELLVERGLEICHE MIT AIC, B1C UND X
Z_
TEST 174
13.3.2 ITEM-FIT UND SKALENGUETE 176
EXKURS 8: FIT-STATISTIKEN IM RASCH-MODELL 177
13.3.3 GRUPPENVERGLEICHE UND REGRESSION 179
13.4 ZUSAMMENFASSUNG 180
V
INHALTSVERZEICHNIS
TEIL FUENF
EMPIRISCHE RESULTATE
14 DATENERHEBUNG, STICHPROBE UND SKALENBILDUNG 183
14.1 TESTDURCHFUEHRUNG 183
14.2 STICHPROBE 185
14.3 SIGNIERUNG 188
14.4 SKALENBILDUNG IM FACHLICHEN WISSEN 189
14.4.1 TRENNUNG DES FACHLICHEN WISSENS NACH TEILMODELLEN . . 189
14.4.2 NUTZUNG VON FACHWISSEN 190
14.4.3 NUTZUNG VON EXPERIMENTEN UND MODELLEN 194
14.5 NATURE OF SCIENCE 195
14.6 BELIEFS UND MOTIVATIONALE ORIENTIERUNGEN 196
14.6.1 IHR BILD VON DER WISSENSCHAFT PHYSIK (A-SKALEN) . 197
14.6.2 LERNEN VON PHYSIK IN DER SCHULE (B-SKALEN) 198
14.6.3 MOTIVATION IN LERN- UND LEISTUNGSBEZOGENEN SITUATIONEN
(C-SKALEN) 199
14.7 VORWISSEN UND HOBBYS 200
14.7.1 SCHULNOTEN UND OBERSTUFENKURSWAHL 200
14.7.2 PROBLEME MIT DER MATHEMATIK 201
14.7.3 PHYSIK IN SCHULE UND STUDIUM 202
14.7.4 PHYSIKAFFINE HOBBYS 204
14.8 ZUSAMMENFASSUNG 206
15 EMPIRISCHE CHARAKTERISIERUNG DER ERFASSTEN WISSENSFACETTEN 209
15.1 MOEGLICHE PRAEDIKTOREN DES WISSENSERWERBS 209
EXKURS 9: PRINZIP DER REGRESSIONSANALYSE 212
15.2 VORGEHEN BEI DER GENERIERUNG VON REGRESSIONSMODELLEN . 215
15.3 ERGEBNISSE 216
15.3.1 FW-GESAMTSKALA 218
15.3.2 SCHUL-SKALA 219
15.3.3 UNI-SKALA 219
15.3.4 VERTIEFT-SKALA 220
15.3.5 EM-SKALA 221
15.4 ZUSAMMENFASSUNG 222
16 DIFFERENTIELLE STUDIENGANGSANALYSE 225
16.1 DIFFERENTIELLE STUDIENGANGSANALYSE MITTELS LINEARER REGRESSION 225
16.1.1 NUTZUNG VON FACHWISSEN 227
16.1.2 NUTZUNG VON EXPERIMENTEN UND MODELLEN 229
VI
INHALTSVERZEICHNIS
16.2 DIFFERENTIELLE STUDIENGANGSANALYSE MITTELS DIF 229
16.2.1 VORGEHEN 229
16.2.2 UMFANG UND AUSMASS DER DIFS 230
16.3 ZUSAMMENFASSUNG UND WARNHINWEIS 234
17 BILDUNG UND ANALYSE VON NIVEAUS DES FACHLICHEN WISSENS 237
EXKURS 10: VERFAHREN ZUR NIVEAUBILDUNG AUS DER LITERATUR 237
17.1 ALLGEMEINES VORGEHEN 240
17.2 NIVEAUS IN DER NUTZUNG VON FACHWISSEN (GESAMTSKALA) . 242
17.2.1 LOESUNG OHNE FACH-STUFEN 243
17.2.2 LOESUNG MIT FACH-STUFEN 243
17.2.3 AUSWAHL DER NIVEAUS 245
17.3 NIVEAUS IN DEN TEILSKALEN DES FACHWISSENS 246
17.3.1 NIVEAUS IN DER NUTZUNG SCHULISCHEN WISSENS 247
17.3.2 NIVEAUS IN DER NUTZUNG VERTIEFTEN WISSENS 248
17.3.3 NIVEAUS IN DER NUTZUNG UNIVERSITAEREN WISSENS 249
17.4 NIVEAUS IN DER NUTZUNG VON EXPERIMENTEN UND MODELLEN . . . 252
17.5 ANALYSE DER NIVEAUS 254
17.5.1 INHALTLICHE ANALYSE 254
EXKURS 11: STATUS DER GEFUNDENEN NIVEAUS 264
17.5.2 PROBANDENVERTEILUNG 266
17.5.3 CHARAKTERISTIKA VON STUDENTEN AUF NIEDRIGEN NIVEAUS . 269
17.6 ZUSAMMENFASSUNG 274
TEIL SECHS
SCHLUSS
18 FAZIT 279
18.1 BETRACHTUNGEN ZUR GUETE DER DURCHGEFUEHRTEN MESSUNG 279
18.1.1 OBJEKTIVITAET UND RELIABILITAET 279
18.1.2 VALIDE ERFASSUNG VON FACETTEN DES FACHLICHEN WISSENS . 280
18.1.3 ZUSAMMENFASSUNG 283
18.2 PRUEFUNG FORMULIERTER PROJEKTZIELE UND HYPOTHESEN 283
18.3 RESUEMEE DER ZENTRALEN ARGUMENTATIONSSTRAENGE 287
18.3.1 BEGRIFFLICHE KLAERUNG VON WISSENSFACETTEN 287
18.3.2 BETRACHTUNG DER KOMPETENZ VON FACHPHYSIKERN . 289
18.3.3 DIFFERENZIERTE DIAGNOSE FACHLICHEN WISSENS 290
18.3.4 TECHNISCHE ASPEKTE DER DURCHGEFUEHRTEN MESSUNG . . . 291
18.4 AUSBLICK 292
VII
INHALTSVERZEICHNIS
ANHANG
A TESTHEFTE 297
A.L TITELBLATT 298
A.2 DEMOGRAPHIE 299
A.3 TESTITEMS EM UND NOS/NOS1 303
A.4 TESTITEMS FW 328
A.5 BELIEFS UND MOTIVATIONALE ORIENTIERUNGEN 362
B ENTSCHEIDUNGSBAUM 367
B.L INHALTSBEREICH 367
B.2 TEILMODELL UND SUCHRAUM 368
B.3 FACH-STUFE 370
B.4 KOMPLEXITAET 372
C ITEM-MODELL-ZUORDNUNG 377
D ITEMUEBERARBEITUNGEN NACH DER PILOTSTUDIE 381
E ITEMFIT 387
F UEBERBLICK UEBER WEITERE SKALEN DES TESTHEFTS 391
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 399
TABELLENVERZEICHNIS 401
STICHWORTVERZEICHNIS 405
LITERATURVERZEICHNIS 415
VIII |
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