Beteiligte Forschungsprojekte
- Instruktionale Erklärungen mit Machine Learning beurteilen
- Lernförderliche Einbettung von Erklärvideos
- Erklärvideos im Physikunterricht
- Erklärfähigkeit von Physiklehrkräften
- Professionswissen Lehramtsstudierende (ProfiLe-P)
Inhaltliche Schwerpunkte
In diesem Projekt wurde u.a. ein Performanztest entwickelt, der in einer standardisierten Umgebung die Erklärfähigkeit von Physiklehrkräften misst. Damit wurden (angehende) Physiklehrkräfte auf den Zusammenhang von Professionswissen und Handlungsqualität beim Erklären physikalischer Konzepte untersucht.
Für das Projekt wurde Erklären als Core Practice von Physiklehrkräften so modelliert, dass es konstruktivistisch verstehbar wird. Es kann und darf nicht verwechselt werden mit „Dozieren über die Köpfe hinweg“. Erklären in diesem Verständnis ist zentraler Teil alles Handelns im Physikunterricht und sogar für Selbstlernphasen von Schülerinnen und Schülern essentiell.
Für den Schwerpunkt Erklärvideos dieses Projekt wurde aus Kriterien für gute instruktionale Erklärungen (z.B. Wittwer & Renkl, 2008; Kulgemeyer, 2019) ein Framework abgeleitet (Deutsch und Englisch), das Gütekriterien für die Effektivität von Erklärvideos enthält (Kulgemeyer (2018) in Research in Science Education). Dieses Framework wurde in mehreren Masterarbeiten und Promotionen (Fabian Sterzing und Madeleine Hörnlein) hinsichtlich seiner Effekte untersucht.
Dabei sind auch eine Reihe von Erklärvideos entstanden, die u.a. in Seminaren der Physikdidaktik dazu dienen können, gutes Erklären zu verdeutlichen. Dazu können jeweils zwei Videos miteinander verglichen werden (optimierte Fassung und Ausgangsfassung), um einzelne Gütekriterien des Frameworks zu verdeutlichen.
Das Framework besteht aus 14 Gütekriterien, die sich unter sechs Kategorien zusammenfassen lassen.
Dazu gibt es eine kurze Anleitung zum Umgang mit Erklärvideos und dem Framework in der digitalen Lehre findet sich hier. Der Fokus liegt dabei auf einem schnellen Überblick für die vor allem universitäre Lehre der Physik (Download).
Große Drittmittelgeber in diesen Vorhaben sind und waren das BMBF sowie die Joachim-Herz-Stiftung.
Zu den zentralen Ergebnissen dieses Forschungsschwerpunktes gehören:
- Ein hohes Fachwissen kann zwar ein Hindernis dafür sein, verständlich zu erklären – es ist aber wahrscheinlich, dass fachdidaktisches Wissen es einem ermöglicht auch mit sehr hohem Fachwissen verständlich zu erklären.
- Ein empirisch überprüftes System aus 14 Qualitätskriterien, das zur Entwicklung und Identifikation effektiver Erklärvideos hilfreich ist.
- Nach Erklärungen wie Erklärvideos kann es vorkommen, dass Personen fest vom eigenen Verstehen überzeugt sind – aber in Wirklichkeit nicht viel verstanden haben (Verstehensillusion). Dann brechen sie Selbstlernprozesse ab.
- Die Fähigkeit, physikalische Konzepte erklären zu können, entwickelt sich bei angehenden Physiklehrkräften nur durch Unterrichtspraktische Erfahrung, wenn sie genügend Professionswissen (Fachwissen und fachdidaktisches Wissen) besitzen, um erfolgreich über die Praxiserfahrung reflektieren zu können.
- Es gibt keinen Zusammenhang zwischen der Erklärqualität von Erklärvideos und der Bewertung dieser Videos bei YouTube – nur inhaltsbezogene, positive Kommentare weisen häufig auf ein gutes Video hin.
- Personen, die transmissive Überzeugungen zum Lernprozess haben, erklären schlechter als Personen mit konstruktivistischen epistemologischen Beliefs. Gleichermaßen sind Personen mit transmissiven Überzeugungen häufiger der Auffassung, Erklärungen durch Lehrkräfte seien ein wichtiger Teil des Unterrichts.
- Lernaufgaben sind der wesentliche Faktor, um nachhaltige (d.h. in einem Follow up) ein konzeptuelles Verständnis aus Erklärvideos zu entwickeln. Ohne aufbauende und vertiefende Lernaufgaben sind Erklärvideos nicht effektiv.
- Auch aus schlechten Erklärvideos kann im gleichen Maße wie aus Videos mit hoher Qualität gelernt werden – aber nur wenn die Lernenden Fähigkeiten und Motivation besitzen, um mit den Erklärvideos effektiv zu arbeiten.
- Manchmal kann eine hohe Instruktionsqualität sogar hinderlich für Lernen sein: die Lernenden sind dann schneller vom eigenen Verständnis überzeugt als es gerechtfertigt ist. Lernaufgaben können die Verstehensillusion signifikant verringern.
- Erklärvideos sind nicht lernwirksamer als schriftliche Erklärungen in Lehrbuchtexten. Lehrbücher können sogar zu einer höheren Verstehensillusion führen, wenn sie nicht in Unterricht eingebettet werden: vermutlich liegt es daran, dass sie Lernenden verlässlicher erscheinen, da sie nur in formalen Lernkontexten auftauchen während Erklärvideos auch in informellen Kontexten und der Freizeit eine Rolle spielen. Dies kann als „inverse Shallowing Hypothesis“ interpretiert werden.
- Erklärvideos, die typische alltagsnahe Fehlkonzepte (d.h. gängige Vorurteile über physikalische Konzepte) als Alternativerklärungen anbieten, werden von Lernenden als fachlich korrekt und gut erklärt wahrgenommen: sie führen zu einer höheren Verstehensillusion als fachlich korrekte Videos. Dies beeinflusst wahrscheinlich den Bewertungsprozess auf Plattformen wie YouTube. Solche „Videos mit Vorurteilen“ stellen unzulässige Vereinfachungen dar, erscheinen aber alltagsnäher und verständlicher. Dies könnte dazu führen, dass sie bei YouTube besser bewertet werden und Lernenden, die solche Videos konsumieren, in Folgeunterricht nur schwer kognitiv zu aktivieren sind, da sie diesen als redundant empfinden.
Zentrale Publikationen (Auswahl)
Kulgemeyer, C. (2020). Erklären im Physikunterricht. In E. Kircher, R. Girwidz & H. E. Fischer: Physikdidaktik | Grundlagen (S. 403–426). Berlin: Springer.
Kulgemeyer, C. (2021). Towards a Culture of Explaining in Science Teaching. How Pre-Service Physics Teachers‘ Beliefs Impact the Quality of Their Instructional Explanations.. In O. Kramer & M. Gottschling: Recontextualized Knowledge. Rhetoric – Situation – Science Communication. (S. 183–197). Berlin: De Gruyter.
Kulgemeyer, C. & Geelan, D. (2022). Instructional Explanations in Physics Teaching. In H. Fischer & R. Girwidz: Physics Education (S. 337–360). Heidelberg: Springer
Bitzenbauer, P., Höfler, S., Veith, J. M., Winkler, B. et al. (2023). Exploring the Relationship Between Surface Features and Explaining Quality of YouTube Explanatory Videos. International Journal of Science and Mathematics Education, 1–24
Bartels, H. & Kulgemeyer, C. (2018). Explaining physics: an online test for self-assessment and instructor training. European Journal of Physics, 1–6.
Bartels, H., Geelan, D. & Kulgemeyer, C. (2019). Developing an approach to the performance-oriented testing of science teachers? action-related competencies. International Journal of Science Education, 41(14), 2024–2048.
Kulgemeyer, C. & Peters, C. (2016). Exploring the explaining quality of physics online explanatory videos. European Journal of Physics, (6), 1–14
Kulgemeyer, C., Borowski, A., Buschhüter, D., Enkrott, P. et al. (2020). Professional knowledge affects action-related skills: The development of preservice physics teachers‘ explaining skills during a field experience. Journal of Research in Science Teaching, 57(10), 1554–1582
Kulgemeyer, C. & Wittwer, J. (2022). Misconceptions in Physics Explainer Videos and the Illusion of Understanding: an Experimental Study. International Journal of Science and Mathematics Education, 1–21.
Kulgemeyer, C., Hörnlein, M. & Sterzing, F. (2022). Exploring the effects of physics explainer videos and written explanations on declarative knowledge and the illusion of understanding. International Journal of Science Education, 1–21.
Kulgemeyer, C. (2019). Towards a framework for effective instructional explanations in science teaching. Studies in Science Education, 1–31.
Kulgemeyer, C. & Riese, J. (2018). From professional knowledge to professional performance: The impact of CK and PCK on teaching quality in explaining situations. Journal of Research in Science Teaching, 10–1002
Bartels, H. & Kulgemeyer, C. (2018). Explaining physics: an online test for self-assessment and instructor training. European Journal of Physics, 1–7.
Kulgemeyer, C. (2018). A Framework of Effective Science Explanation Videos Informed by Criteria for Instructional Explanations. Research in Science Education, 1–22.
Kulgemeyer, C. (2016). Impact of Secondary Students‘ Content Knowledge on Their Communication Skills in Science. International Journal of Science and Mathematics Education
Kulgemeyer, C. & Tomczyszyn, E. (2015). Physik erklären – Messung der Erklärensfähigkeit angehender Physiklehrkräfte in einer simulierten Unterrichtssituation. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften.
Kulgemeyer, C. & Schecker, H. (2013). Students explaining science – assessment of science communication competence. Research in Science Education, 2235–2256.
Kulgemeyer, C. & Schecker, H. (2012). Physikalische Kommunikationskompetenz – Empirische Validierung eines normativen Modells. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 29–54.
Kulgemeyer, C. & Schecker, H. (2009). Kommunikationskompetenz in der Physik: Zur Entwicklung eines domänenspezifischen Kommunikationsbegriffs. Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften 15, 131–153.