Das Experiment als Lerngelegenheit : vom interkulturellen Vergleich des Physikunterrichts zu Merkmalen seiner Qualität

Die vorliegende Arbeit ist Teil der Videostudie "Quality of Instruction in Physics" (QuIP), welche Merkmale gelingenden Physikunterrichts in den Ländern Deutschland, Finnland und der Schweiz untersucht. Die Studie verfolgt die Hauptziele: 1. Die Identifikation von Qualitätsaspekten des Physikunterrichts sowie 2. Die Erklärung der Leistungsunterschiede zwischen deutschen, finnischen und Schweizer Schülerinnen und Schüler auf der Unterrichtsebene (vgl. OECD, 2004, 2007, 2010).
Es wurden 99 Doppelstunden in Klassen des 9. und 10. Schuljahres aller Schultypen zum Thema "Zusammenhang zwischen elektrischer Energie und Leistung" videographiert. Zur Erhebung des Leistungszuwachses sowie der Veränderung der affektiven Variablen kamen Testinstrumente zum Einsatz (Pre­Posttest­Design). Die theoretische Basis bildet ein systemisches Modell des Unterrichts, welches Einflussgrössen, wie das pädagogische, fachliche Wissen der Lehrperson und den sozioökonomischen Hintergrund der Schülerinnen und Schüler kontrolliert (Lipowsky et al., 2005, Neumann et al., 2009, 2010).
Das experimentelle Handeln als charakteristisches Merkmal des Physikunterrichts bildet den Schwerpunkt des vorliegenden Teils der Studie. In einem ersten Analysedurchgang des Videomaterials wurden Sichtstrukturmerkmale experimentellen Handelns, wie die Vorbereitung des Experiments, die Durchführung und die Nachbereitung identifiziert. Das hierfür eingesetzte Kategoriensystem adaptierte man von Tesch (2005). Ein weiterer Analysedurchgang galt der Bewertung der zuvor identifizierten Experimentiereinheiten anhand von Qualitätskriterien (Tiefenstruktur). Diese sind aus dem Verständnis experimentellen Handelns als kontextorientierte, reflexive und theoriegeleitete Aktivität abgeleitet (Hodson, 1993, Millar et al., 1999) und bilden die Grundlage des eingesetzten, hoch­inferenten Ratingsystems.
Die Sichtstrukturanalyse experimentellen Handelns fördert signifikante Unterschiede zwischen den Ländern zutage: In Deutschland stehen zwei Drittel, in der Schweiz die Hälfte und in Finnland ein Drittel der Unterrichtszeit im Kontext experimentellen Handelns. Im deutschen Unterricht waren quantitative Experimente mehr als doppelt so häufig vertreten wie qualitative, wogegen in der Schweizer Stichprobe beide Arten des Experiments etwa gleich häufig auftraten. Im finnischen Unterricht überwogen qualitative Experimente leicht.
Eine Teilstichprobe von je 15 videographierten Doppelstunden pro Land wurde bezüglich seiner Tiefenstrukturmerkmale untersucht. Die Analyse zeigt, dass das experimentelle Handeln im Unterricht kaum dem Verständnis einer kontextorientierten, reflexiven und theoriegeleiteten Aktivität entspricht. So sind die Experimentiereinheiten bei einer Mehrheit der untersuchten Doppelstunden nur teilweise eingebettet oder zielklar aufgebaut. Qualitative Vorstellungen zum Experiment werden selten thematisiert. Es dominiert die Erarbeitung quantitativer Zusammenhänge als Ziel experimentellen Handelns. In nur vier (von 68) Experimentiereinheiten hatten Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit einzelne Aspekte des Experiments selbst zu gestalten.
In Fallanalysen wurden Lehrertranskripte der Experimentiereinheiten von vier Doppelstunden untersucht, welche sich durch hohe Qualität auszeichneten. Die Fallanalysen verfolgten das Ziel, die Ergebnisse der Tiefenstrukturanalyse exemplarisch zu illustrieren und das Ratinginstrument zu validieren. Folgende Gemeinsamkeiten konnten zwischen den vier Fällen hoher Qualität identifiziert werden. 1. Das Herstellen von Bezügen und Analogien, 2. Das Sichtbarmachen von Prozessen, 3. Die Auseinandersetzung mit Schülerbeiträgen sowie 4. Die Orientierung an Vorstellungen. Die Befunde der Fallanalysen decken sich überwiegend mit den Ergebnissen der Tiefenstrukturanalyse.