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Modellierung und Analyse des Professionswissens von Physiklehrkräften

Kirschner, Sophie

Das Professionswissen von Lehrkräften gilt als Grundlage für erfolgreichen Unterricht, obwohl weder Konsens über das Konstrukt besteht, noch der Zusammenhang zu Lehrerhandeln und Schülerleistung und –motivation geklärt ist. Erstes Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung des Professionswissens, die Umsetzung des Modells in ein Testinstrument und die empirische Absicherung des Modells. Zweites Ziel ist die Untersuchung des Zusammenhangs des Professionswis-sens von Physiklehrkräften und ihrem demographischen Hintergrund, sowie der Vergleich des Professionswissens von Lehramtsstudierenden der Physik, Physik-lehrkräften im Vorbereitungsdienst und Physiklehrkräften. Das Modell des Professionswissens beinhaltet folgende aus der Literatur abgeleitete Aspekte: (a) Die Dimensionen CK (Fachwissen), PCK (fachdidaktisches Wissen) und PK (pädagogisches Wissen), wobei PCK zwischen CK und PK steht; (b) Die PCK-Facetten Wissen über Schülervorstellungen, Konzepte und Experimente; (c) Die PK-Facetten Wissen über Klassenführung, Unterrichtsmethoden, Lernprozesse und Leistungsbeurteilung; (d) Die CK-Wissensstufen Schulwissen und vertieftes Schulwissen; (e) Den Schwerpunkt Mechanik, der die Tests fach- und themenabhängig macht; (f) Die Wissensbereiche deklaratives, prozedurales und konditionales Wis-sen in allen drei Dimensionen. Die Inhaltsvalidität wurde durch den Abgleich mit Curricula und Fachliteratur, Expertenbefragungen und durch die Testentwicklung anhand des Modells gewährleistet. Bevor weitere Analysen durchgeführt wurden, wurde sichergestellt, dass sich die Items objektiv kodieren lassen (Gamma>.7, ICC2,2 (unjustiert)>.7). Zunächst wurde in einer mehrdimensionalen Rasch-Analyse untersucht, ob die angenommene Aufteilung in CK, PCK und PK empirisch nachgewiesen werden kann. Der PK-Test besteht aus einem deklarativen und einen konditional-prozeduralen Teil, PKD und PKKP, allerdings ist der PKKP-Test nicht Rasch-konform und wird daher nicht weiter untersucht. Das Modell mit den drei Dimensionen CK, PCK und PKD passt signifikant (p<.001) besser zu den Daten, als die möglichen ein- oder zweidimensionalen Modelle. Daher können die drei Dimensionen für sich untersucht werden. Die Reliabilität ist zufriedenstellend, die EAP/PV-Reliabilität liegt in der Gruppe der Physiklehrkräfte der Hautstudie, die alle drei Tests ausgefüllt haben, bei .86 für den CK-Test, bei .77 für den PCK-Test und bei .71 für den PKD-Test. Nach dem Ver-gleich des Wissens von Lehrkräften anderer Fächer (N=31), von Physiklehrkräften verschiedener Schulformen (216 Gymnasiallehrkräfte vs. 62 Lehrkräfte anderer Schulformen) und von Diplom-Physikerinnen und Physikern (N=22) kann die Konstruktvalidität überwiegend bestätigt werden. Die Kriteriumsvalidität wird nach einem Vergleich der Korrelationen zwischen CK, PCK und PK als vorwiegend erfüllt angesehen. Da alle drei Dimensionen reliabel sind und als valide betrachtet wer-den können, wird mit den Personenfähigkeiten weiter gearbeitet. Allerdings muss bedacht werden, dass CK, PCK und PK das darstellen, was die modellbasierten Tests gemessen haben und insbesondere PCK nur auf die oben genannten drei Facetten fokussiert. Um die fachspezifischen Bereiche des Professionswissens näher zu beleuchten, wird der Zusammenhang von CK und PCK zu den demographischen Variablen der Physiklehrkräfte (N=279) untersucht. Werden nur die drei Dimensionen in einer Regression betrachtet, klärt CK mehr als doppelt so viel PCK auf wie PK (R²=.27, F=34, BetaCK=0.46, BetaPK=0.19). In Regressionen, deren Ergebnisse auf andere Populationen übertragbar sein sollten, haben die Variablen Geschlecht, fachfremder Unterricht und Unterricht am Gymnasium einen signifikanten Einfluss auf CK und die Variablen CK, Alter und Unterricht am Gymnasium einen signifikanten Einfluss auf PCK. Es ist zu bedenken, dass aufgrund der Stichprobengröße nur eine Auswahl der unabhängigen Variablen in die Regression einbezogen werden konnte und eine andere Auswahl vermutlich zu anderen Ergebnissen geführt hätte. Des Weiteren wird analysiert, wie sich CK und PCK und ihr Zusammenhang zwischen Lehramtsstudierenden, Lehrkräften im Vorbereitungsdienst und Lehrkräften unterscheiden. Es ist festzustellen, dass nur in der Teilstichprobe, die ein gymnasiales Lehramt studiert oder studiert hat, signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen auftreten: Studierende des Physik-Lehramts (N=43) schneiden in CK und PCK signifikant schlechter ab als Physiklehrkräfte im Vorbereitungsdienst (N=37) und Physiklehrkräfte (N=71). Zwischen den entsprechenden Gruppen des nicht-gymnasialen Lehramts (N=71) sind keine signifikanten Unterschiede zu finden. Die Korrelation zwischen CK und PCK unterscheidet sich nicht signifikant zwischen Studierenden, Lehrkräften im Vorbereitungsdienst und Lehrkräften. Die Dimensionalität des Professionswissens wurde empirisch bestätigt, indem ein modellbasiertes Testinstrument entwickelt wurde, das für weitere Studien zur Verfügung steht. Mit Hilfe des Instruments konnte untersucht werden, welche Lehrer-variablen besonders eng mit CK und PCK zusammenhängen und die Entwicklung von CK und PCK konnte quasi-längsschnittlich betrachtet werden.

Professional knowledge is said to be a basis for effective teaching, however there is neither consensus about the construct in general nor scientific agreement on the relationship between teachers’ actions and students’ outcomes. The first aim of this thesis is three-tiered: to model professional knowledge, to transform the model into a test and to support the model empirically. The second goal is to analyse the relationship between physics teachers’ professional knowledge and their demographic variables and to compare pre-service and in-service physics teachers’ professional knowledge. The model of professional knowledge includes the following literature-based as-pects: (a) the dimensions of content knowledge (CK), pedagogical content knowledge (PCK) and pedagogical knowledge (PK) with PCK connecting to CK and PK; (b) the PCK facets knowledge about students’ preconceptions, experiments and concepts; (c) the PK facets knowledge about classroom management, teaching methods, individual learning processes and assessment of performance; (d) the CK knowledge steps school subject knowledge and advanced school knowledge; (e) a focus on mechanics; (f) knowledge areas – declarative, procedural and conditional knowledge - in all three dimensions. Content validity was ensured by aligning content with curricula and literature, by consulting with experts and developing a model-based test. Before further analysis was conducted, the objective coding of the items was investigated (Gamma>.7, ICC2,2 (not adjusted)>.7). The distinction in CK, PCK and PK was empirically analysed as a start. The PK test consists of a declarative and a procedural-conditional part, PKD and PKKP. Because the PKKP test is not Rasch-conformed, it won’t be analysed in this thesis. The three dimensional model fits the data significantly better (p<.001) in a multi dimensional Rasch analysis than possible one or two dimensional models. Therefore the dimensions can be analysed separately. The reliability of all dimensions is satisfying. The EAP/PV reliability for physics teachers who finished all three tests in the main study is .86 for the CK test, .77 for the PCK test and .71 for the PKD test. Teachers of other subjects than physics (N=31), teachers of different school types (N=216 at a gymnasium, N=62 at other school types) and physicists (N=22) were tested to confirm the construct validity. To check criteria validity, the correlations between CK, PCK and PK were compared. Since all three dimensions are reliable and valid, the calculated personal abilities for CK, PCK and PK can be dealt with. However, keep in mind that CK, PCK and PK only represent the model-based tests, not the whole construct. To explore CK and PCK in more detail, the relationship between teachers’ demographic variables and their CK and PCK is examined (N=279). If only CK, PCK and PK are considered in one regression, CK explains twice as much of PCK than PK does (R²=.27, F=34, BetaCK=0.46, BetaPK=0.19). In two regressions, which were considered to be generalizable to other populations, the variables gender, out-of-field teaching and teaching at a gymnasium have a significant impact on CK. For PCK the high-impact variables are CK, age and teaching at a gymnasium. Keep in mind that only a selection of independent variables could be considered in the regression because of the sample size. A different selection of variables may have led to dif-ferent results. Furthermore, the knowledge of pre-service teachers at university (N=43) and at school (N=37) and of in-service teachers (N=71) is compared. This affects differences in CK and PCK and the connection between CK and PCK. Significant differences were only found in the group who went to university classes preparing for teaching at a gymnasium: Pre-service physics teachers at university (N=43) per-formed significantly worse than the more experienced pre-service physics teachers at school (N=37) and in-service physics teachers (N=71). No significant differences were found between the corresponding groups at other school types than the gymnasium. The correlation between CK and PCK is not significantly different for pre-service teachers at university, at school and for in-service teachers. The dimensions of professional knowledge were confirmed empirically by develop-ing a model-based test instrument which can be adopted in further studies. This study analysed which teacher variables have a strong relationship with CK and PCK and observed changes in CK and PCK at the different steps of teacher education.

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Kirschner, Sophie: Modellierung und Analyse des Professionswissens von Physiklehrkräften. 2013.

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