Didaktik Naturwissenschaften
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Ziel der Forschungsaktivitäten ist es, die Relevanz der Naturwissenschaften als lebensweltlichen Lernbereich zu unterstreichen. Ein Lernbereich, in den die Schule nur einführen kann, der aber für das ganze Leben von Bedeutung ist. Im Zentrum stehen Kompetenzen zur naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung, die für Schüler:innen in einer naturwissenschaftlich-technisch geprägten Welt von zunehmender Bedeutung sind. Das Anliegen des naturwissenschaftlichen Unterrichts – und damit auch mittelbar der Forschung – ist es, dass junge Menschen ohne Kontaktscheu und neugierig auf Neues ihre Umwelt erleben, erforschen und bewusst mitgestalten.
Die Forschungsgruppe Didaktik Naturwissenschaften versteht die Naturwissenschaftsdidaktik als eine eigenständige Forschungsdisziplin, die sich mit ihren eigenen Theorien und Methoden ein eigenes Feld erschliesst. Zugleich nimmt sie als vermittelnde Wissenschaft notwendig Bezug zu den Erkenntnissen aus anderen akademischen Disziplinen, wie zum Beispiel Fachwissenschaften, Erziehungs- und Bildungswissenschaften oder auch Lehr-Lern-Psychologie.
Forschungsschwerpunkte
Die fachdidaktische Forschung zur Didaktik Naturwissenschaften an der PH Zürich befasst sich schwerpunktmässig mit Lehr- und Lernprozessen der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung im Unterricht (zum Beispiel Experimentieren und praktisches Arbeiten, Lehren und Beurteilen) sowie mit der Professionalisierung von Naturwissenschaftslehrpersonen (Entwicklung und Evaluation von Ausbildungsangeboten im Laufe der Erstausbildung beziehungsweise Weiterbildung, Beurteilung von Planungs- und Reflexionskompetenzen).
Diese Schwerpunkte spiegeln eine internationale Priorisierung von Forschungsinteressen wider, die sich in Folge der Einführung kompetenzorientierter Bildungsstandards für den Unterricht ergeben haben. Die dynamische Entwicklung der Naturwissenschaftsdidaktiken als Forschungsdisziplinen hat zur Folge, dass auch die an der PH Zürich gelegten Schwerpunkte entwicklungsoffen sind und bei Bedarf auf neue Herausforderungen des naturwissenschaftlichen Lehrens und Lernens reagiert werden kann.
Naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung und Experimentieren
Dieser Schwerpunkt befasst sich mit der Frage, wie sich im naturwissenschaftlichen Unterricht Kompetenzen zur Erkenntnisgewinnung so vermitteln lassen, dass Schüler:innen ihre Potenziale optimal entfalten können.
Der Schwerpunkt verfolgt dabei den Problemtypen- und den Teilprozessansatz. Ersterer geht davon aus, dass der naturwissenschaftliche Unterricht die Auseinandersetzung mit repräsentativen Problemtypen fördern soll, um so den Transfer auf ähnliche Anforderungssituationen erleichtern zu können. Wohingegen der zweitgenannte Ansatz sich auf prototypische Teilschritte fokussiert, deren Gesamtprozess einen Idealtypus naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung repräsentiert und somit zur Grundlegung einer Kompetenz geeignet sind.
Professionalisierung, Professionswissen und Transferforschung
In diesem Forschungsschwerpunkt werden fachdidaktische Planungs-, Unterrichts-, und Reflexionskompetenz sowie das fachdidaktische Wissen angehender Lehrpersonen mit Hilfe von Interviews und Unterrichtsvideos untersucht. Aspekte der Gendersensibilisierung zur Erhebung von und zum Umgang mit Studierenden- und Schüler:innenvorstellungen sowie zum Experimentieren im Unterricht werden betrachtet. Die Wirksamkeitsforschung von Lehrpersonenweiterbildungen wird in verschiedenen Projekten bezüglich unterschiedlicher Outcomevariablen untersucht (zum Beispiel Fachwissen, fachdidaktisches Wissen, Unterrichtshandeln, Entwicklung von Auffassungen zum Unterrichten).
Interdisziplinäre Fachdidaktik und Transferforschung
Die Entwicklung der Fachdidaktiken zu eigenständigen akademischen Lehr- und Forschungsdisziplinen führt zu immer differenzierteren Erkenntnissen über Wirkweisen im Fachunterricht. Die Forschung hat dabei einen Stand erreicht, der die Frage aufwirft, inwieweit die Einzeldidaktiken bezüglich Forschungsmethodik und Theoriebildung voneinander lernen können. In der Zusammenarbeit zwischen fachdidaktischen Masterstudiengängen an der PH Zürich (Deutschdidaktik, Mathematikdidaktik, Naturwissenschaftsdidaktik, Netzwerk Religionen, Kulturen, Ethik) und der Pädagogischen Hochschule Luzern (Geschichtsdidaktik, NMG-BE) wurden zu bestimmten Themen (zum Beispiel Argumentieren in den Fächern) erste Theoriearbeiten zu einer interdisziplinären Fachdidaktik gemacht.
Weitere Projekte
Publikationen
2025
Emden, Markus und Christina Colberg (2025) Die naturwissenschaftsbezogenen Arbeitsweisen im Lehrplan 21.
Progress in Science Education (PriSE) 8(2): 19–36.
Emden, Markus, Arne Bewersdorff und Armin Baur (2025) Assessing Professional Development on Experimentation as a Method of Inquiry-Based Science Teaching: Framework and Principal Results.
Science Education 109: 1257–86.
Furrer, Florian, Christoph Gut, Knut Neumann, Annabel Oehen, Josiane Tardent und Markus Wilhelm (2025) Beurteilung der Dimensionalität und strukturellen Stabilität der Reflexionsfähigkeit angehender Naturwissenschaftslehrkräfte.
Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften 31(12).
Gut, Christoph und Josiane Tardent (2025) Analytisches Argumentieren im Naturwissenschaftsunterricht.
Plus Lucis 2: 17–21.
Murer, Livia, Susanne Metzger, Andreas Vorholzer, Angela Bonetti und Christoph Gut (2025) Vergleich verschiedener Erhebungsmethoden zur Erfassung von Kompetenzen im Bereich des naturwissenschaftlichen Messens bei Tests mit Realexperimenten.
Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften 31(8).
2024
Colberg, Christina, Andras Müller, Josiane Tardent Kuster, Lars-Jochen Thoms und Matthias von Arx (2024) Positionspapier zu naturwissenschaftlicher Bildung und Lehrpersonenausbildung.
Progress in Science Education 7 (2): 31–63.
Emden, Markus, Frank Hannich, Armin Duff, Tania Kaya, Lara Leuschen und David Nef (2024) Ausserschulisches Lernen mit dem Regelunterricht verknüpfen? Zur Entwicklung einer Lehrpersonenweiterbildung zwischen Fachdidaktik, Customer Management und Science Center.
BzL – Beiträge zur Lehrerinnen- und Lehrerbildung 42 (2): 216–31.
Fleischmann, Jürg Josef (2024) Vorstellungen von Physiklehramtsstudierenden zur Physik der einfachen Maschinen.
Dissertation, Pädagogische Hochschule Ludwigsburg.
Lanka, Judith, Pitt Hild und Anna Beniermann (2024) Fit to Teach Evolution? Pre- and in-Service Teachers’ Knowledge and Acceptance of Evolution.
International Journal of Science Education: 1–26.
Martarelli, Corinna, Josua Dubach, Natalie Schelleis, Trix Cacchione und Sebastian Tempelmann (2024) Virtual reality in primary science education: improving knowledge of the water cycle.
Educational Technology Research and Development: 1–26.
Tardent, Josiane und Christoph Gut (2024) Professionswissen zur Gendersensibilisierung – Konzeption eines Messinstruments und exemplarische Ergebnisse von Studierenden der Pädagogischen Hochschule Zürich.
In: Gendersensibilisierung in der Ausbildung von Natur- und Techniklehrpersonen, hrsg. v. Dorothee Brovelli, Matthias Hoesli und Melanie Elderton, 74–94. Bern: Hep-Verlag.
2023
Gut, Christoph und Josiane Tardent (2023) Naturwissenschaftlich-Technisches Handeln. Kompetenzmodell und praktische Lernaufgaben für die Sekundarstufe I.
Bern: Hep-Verlag.
Detken, Franziska (2023) Young children’s ideas of energy compared with the scientific energy concept: Results of a video study with interviews about children’s own drawings.
Frontiers in Education 8: 1–17.
Eberz, Sarah, Sandra Lang, Petra Breitenmoser und Kai Niebert (2023) Taking the Lead into Sustainability: Decision Makers’ Competencies for a Greener Future.
Sustainability 15: 49–86.
Gut, Christoph (2023) Perspektiven einer die Schulsprachdidaktik und die Naturwissenschaftsdidaktik verknüpfenden Lehr- und Lernforschung – ein theoriebildender Essay.
Beiträge zur Lehrerinnen- und Lehrerbildung 41 (2): 216–30.
Haltenberger, Melanie, Inga Gryl, Karin Huser, Julia Wiedmann, Jana Pokraka und Thomas Jekel (2023) Die geographische Perspektive im Perspektivrahmen Sachunterricht der GDSU.
Zeitschrift GW-Unterricht 170: 33–37.
Huser, Karin und Roger Keller (2023) Nachhaltige Landschaftsentwicklungen an Hoch-/Schulen fördern. Ein Umsetzungsbeispiel im Studiengang Primarstufe.
PriSE – Professionalisierung von Lehrpersonen für die Umsetzung von Bildung für Nachhaltige Entwicklung (BNE) 6 (3): 36–51.
Lampert, Irene, Kai Niebert und Markus Wilhelm (2023) Instructional guidelines based on conceptions of students and scientists about economic and population growth within planetary boundaries.
International Journal of Science and Mathematics Education 20: 1315–36.
Reuschenbach, Monika, Tobias M. Schifferle und Pascal Tschudi (2023) Projekt «GeoDigIT»: Digitale Medienkompetenzen in der Geografieausbildung an der PH Zürich.
Geoagenda 20 (1): 26–29.
Gut, Christoph, Josiane Tardent und Markus Wilhelm (2023) Fachdidaktisches Rahmenmodell der Erkenntnisgewinnung für das Naturwissenschaftlich-Technische Handeln (NTH).
In: Naturwissenschaftlich-Technisches Handeln. Kompetenzmodell und praktische Lernaufgaben für die Sekundarstufe I, hrsg. v. Christoph Gut und Josiane Tardent, 15–63. Bern: hep Verlag.
Gut, Christoph, Josiane Tardent und Markus Wilhelm (2023) Zur Lernwirksamkeit des praktischen Arbeitens im Naturwissenschaftsunterricht.
In: Naturwissenschaftlich-Technisches Handeln. Kompetenzmodell und praktische Lernaufgaben für die Sekundarstufe I, hrsg. v. Christoph Gut und Josiane Tardent, 64–89. Bern: hep Verlag.
Gut, Christoph, Josiane Tardent und Markus Wilhelm (2023) Planung und Gestaltung praktischer Lernaufgaben.
In: Naturwissenschaftlich-Technisches Handeln. Kompetenzmodell und praktische Lernaufgaben für die Sekundarstufe I, hrsg. v. Christoph Gut und Josiane Tardent, 90–120. Bern: hep Verlag.
2022
Schreiber, Nico und Christoph Gut (2022)
Die Validierungspraxis bei hands-on Experimentiertests in der naturwissenschaftsdidaktischen Forschung - Ein Review auf Basis eines allgemeinen Ordnungssystems für Validierungsstudien.
Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 28, 8.
2021
Emden, Markus (2021) Reintroducing «the» Scientific Method to introduce scientific inquiry in schools? A cautioning plea not to throw out the baby with the bathwater.
Science & Education, 30(5), 1037–1073.
Gut, Christoph und Josiane Tardent (2021) Argumentieren im Naturwissenschaftsunterricht – Förderung und Beurteilung einer Basiskompetenz für die Erkenntnisgewinnung.
In: H. Lötscher, M. Naas & M. Roos (Hrsg.), Kompetenzorientiert beurteilen (S. 324–355). Bern: hep.
Wilhelm, Markus, Dorothee Brovelli, Josiane Tardent und Christoph Gut (2021) Masterarbeiten als Teil naturwissenschaftsdidaktischer Forschungsprojekte - eine vielversprechende Möglichkeit, um Forschung und Lehre zu verbinden.
Beiträge zur Lehrerinnen- und Lehrerbildung, 39(2). 208–221.
2020
Baur, Armin und Markus Emden (2020) How to open inquiry teaching? An alternative scaffold to foster students’ inquiry skills.
Chemistry Teacher International, 2, 1–12.
Baur, Armin, Markus Emden und Arne Bewersdorff (2020) Welche Unterrichtsprinzipien sollten für den Aufbau von Kompetenzen zum Experimentieren Beachtung finden? Eine Ableitung auf Basis multiperspektivisch begründeter Unterrichtsziele.
Zeitschrift für Biologiedidaktik, 23, 10–24.
Bewersdorff, Arne, Armin Baur und Markus Emden (2020) Analyse von Unterrichtskonzepten zum Experimentieren hinsichtlich theoretisch begründeter Unterrichtsprinzipien. Bestandsaufnahme und kriteriale Gegenüberstellung.
Zeitschrift für Biologiedidaktik, 24, 108–130.
Emden, Markus, Arne Bewersdorff und Armin Baur (2020) Professional Development in the School Institute «Discovery Experimentation». Framework and First Results.
Progress in Science Education, 3(2), 1–9.
Emden, Markus und Mario Gerwig (2020) Can The Chemical History of a Candle Inform the Teaching of Experimentation? An Hermeneutic Approach Regarding the Potentials for Scientific Inquiry in a Proven Historical Exemplar.
Science & Education, 29(3), 589–616.
Gut, Christoph, Josiane Tardent und Michael Prusse (2020) Der Joint-Masterstudiengang Fachdidaktik Naturwissenschaften der Pädagogischen Hochschule Zürich, der ETH Zürich und der Universität Zürich.
In: P. Breitenmoser, C. Mathis & S. Tempelmann (Hrsg.), Natur, Mensch, Gesellschaft (NMG). Standortbestimmung zu den sachunterrichtsdidaktischen Studiengängen der Schweiz (S. 203–213). Baltmannsweiler: Schneider-Verlag Hohengehren.
Hild, Pitt, Alex Buff, Christoph Gut und Ilka Parchmann (2020) Adaptives kompetenzbezogenes Feedback beim selbstständigen praktisch-naturwissenschaftlichen Arbeiten.
Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 31(1).
Tardent, Josiane, Markus Wilhelm und Christoph Gut (2020) Qualitätsvolle Unterrichtsplanung von angehenden Lehrpersonen zum experimentellen Handeln - auch eine Frage des Planungsmodells?
Beiträge zur Lehrerinnen- und Lehrerbildung, 38(2), 198–212.
Tardent Kuster, Josiane (2020) Unterrichtsplanungen von angehenden Lehrpersonen zum experimentellen Handeln.
Heidelberg: Pädagogische Hochschule Heidelberg.
2019
Emden, Markus, Arne Bewersdorff und Armin Baur (2019) Kann Experimentieren in der Schule bilden? Ein Beitrag zur Legitimation eines selbstverständlichen Gegenstandes des Naturwissenschaftsunterrichts.
Zeitschrift für Pädagogik, 65 (5), 710–729.
Hild, Pitt, Christoph Gut und Maja Brückmann (2019) Validating performance assessments. Measures that may help to evaluate students’ expertise in «doing science».
Research in Science & Technological Education, 37(4), 419–445.
Promotionsarbeiten
Experimentelle Kompetenzen in den Naturwissenschaften (ExKoNawi)
Promotionsarbeit von: Angela Bonetti
Thema: Im Rahmen des Forschungsprojekts wird untersucht, inwiefern mit einem hands-on Experimentiertest drei Problemtypen des naturwissenschaftlich-technischen Handelns valide gemessen und dimensional unterschieden werden können.
Finanzierung: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
Betreuer:in: Christoph Gut-Glanzmann, Maik Walpuski (Universität Duisburg-Essen)
Planen, Unterrichten und Reflektieren in den Naturwissenschaften (Purpur)
Promotionsarbeit von: Florian Furrer
Thema: Im Rahmen des Forschungsprojekts wird untersucht, wie sich bei angehenden Lehrpersonen die Kompetenz, den eigenen Unterricht zu reflektieren, durch «Wiederholung des Unterrichts» mit gleichem Lerninhalt (Experimentieren), aber mit anderem Kontextthema verändert und wie diese Kompetenz von personalen Variablen abhängt.
Finanzierung: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
Betreuer:in: Christoph Gut-Glanzmann, Knut Neumann (Universität Kiel)