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Fostering Understanding of Complex Systems in Biology Education
This book synthesizes a wealth of international research on the critical topic of ‘fostering understanding of complex systems in biology education’. Complex systems are prevalent in many scientific fields, and at all scales, from the micro scale of a single cell or molecule to complex systems at the macro scale such as ecosystems. Understanding the complexity of natural systems can be extremely challenging, though crucial for an adequate understanding of what they are and how they work. The term “systems thinking” has become synonymous with developing a coherent understanding of complex biological processes and phenomena. For researchers and educators alike, understanding how student...
Investigating Complex Phenomena: Bridging between Systems Thinking and Modeling in Science Education
Understanding the complexity of the natural world and making sense of phenomena is one of the main goals of science and science education. When investigating complex phenomena, such as climate change or pandemic outbreaks, students are expected to engage in systems thinking by considering the boundaries of the investigated system, identifying the relevant components and their interactions, and exploring system attributes such as hierarchical organization, dynamicity, feedback loops, and emergence. Scientific models are tools that support students’ reasoning and understanding of complex systems, and students are expected to develop their modeling competence and to engage in the modeling process by constructing, testing, revising, and using models to explain and predict phenomena. Computational modeling tools, for example, provide students with the opportunity to explore big data, run simulations and investigate complex systems. Therefore, both systems thinking and modeling approaches are important for science education when investigating complex phenomena.
Advances in Rasch Analyses in the Human Sciences
This volume follows the publication of Rasch Analysis in the Human Sciences. This new book presents additional topics not discussed in the previous volume. It examines key topics such as partial credit analysis of data, common person linking, computing equating constants, investigating discrimination, evaluating dimensionality, how to better utilize Wright Maps, how to design tests and surveys using Rasch theory, and many more. The book includes activities which can be used to practice the theme of each chapter and to test the reader’s understanding of Rasch techniques. Beginning and ending with a conversation between two students, each chapter provides clear step-by-step instructions as t...
Biologiedidaktische Forschung
In der Reihe BIOLOGIE lernen und lehren werden biologiedidaktische Forschungsarbeiten zum Lernen und Lehren von Biologie veröffentlicht. Der erste Band dieser Reihe führt in verschiedene biologiedidaktische Forschungsthemen ein und fasst den Forschungsstand zusammen. Ausgewiesene Biologiedidaktikerinnen und Biologiedidaktiker geben einen Überblick über aktuelle Ergebnisse und Erkenntnisse zum fachspezifischen Lernen in den vier Kompetenzbereichen Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Bewerten und Kommunikation. Weitere Beiträge nehmen aktuelle Trends in der Unterrichtsqualitätsforschung, in der Forschung zur Lehrerprofessionalisierung und zur Lehrerfortbildung sowie zum kontextorientierten ...
Lehrerfortbildung und ihre Wirksamkeit im Fach Biologie
Lehrerfortbildungen sind notwendig, damit Lehrkräfte den aktuellen gesellschaftlichen, bildungspolitischen und fachwissenschaftlichen Entwicklungen angemessen begegnen können und ihr Wissen und ihre Fähigkeiten kontinuierlich ausbauen können. Das Forschungsinteresse der vorliegenden Arbeit liegt in der Überprüfung möglicher Effekte einer Biologielehrerfortbildung auf vier Wirkungsebenen und möglicher Zusammenhänge der an der Wirksamkeit beteiligten Variablen. Die Ergebnisse der Untersuchung haben gezeigt, dass die Biologielehrerfortbildung von den teilnehmenden Lehrkräften positiv eingeschätzt wurde und dass die Lehrkräfte ihr Wissen durch die Teilnahme signifikant erweitern konn...
Konzeptuelles Wissen und Konzeptentwicklung in Biologie
Zur Entwicklung effizienter Diagnose- und Förderkonzepte sind Kenntnisse über die Fertigkeiten und Fähigkeiten von Schülerinnen und Schülern notwendig. In diesem Kontext sollten unter anderem das konzeptuelle Wissen der Lernenden zu verschiedenen Zeitpunkten sowie seine zeitliche Entwicklung in den Blick genommen werden. Dabei ist bereits bekannt, dass zwischen schulischer Leistung und soziodemographischen und affektiven Merkmalen Zusammenhänge bestehen. Unklar ist bisher allerdings für das Fach Biologie, ob und in welcher Form solche Zusammenhänge in Bezug auf Entwicklungsverläufe vorliegen. Durch die detaillierte Analyse der Konzeptentwicklung in den zentralen Domänen Blutkreisla...
Fachsprache im Biologieunterricht:. Förderung von konzeptuellem Lernen und Textverstehen durch fachspezifisch-sprachsensible Aufgaben
Der Umgang mit Fachsprache und insbesondere mit Fachtexten ist eine der Herausforderungen beim Lernen in naturwissenschaftlichen Fächern. So hat sich vielfach gezeigt, dass Schülerinnen und Schüler Probleme beim Umgang mit der biologischen Fachsprache haben und Hilfe beim Lernen aus Fachtexten benötigen. Dies betrifft insbesondere Schülerinnen und Schüler mit Deutsch als Zweitsprache. Auf Basis eines kognitionspsychologischen Textverstehensmodells sowie der Merkmale der biologischen Fachsprache wurden in dieser Arbeit fachspezifische Unterstützungsmaßnahmen zum Lernen aus Fachtexten für den Themenbereich Immunbiologie entwickelt, evaluiert und mit fachunspezifischen Instruktionen ve...
Kompetenzerfassung in der naturwissenschaftsdidaktischen Forschung. Vorschlag eines Rahmenmodells zu relevanten Einflussfaktoren
Diese Arbeit präsentiert ein Rahmenmodell, das relevante Einflussfaktoren auf die Kompetenzerfassung bündelt und aufeinander bezieht. Das Rahmenmodell wird zunächst theoretisch hergeleitet, dessen Relevanz begründet und dessen Nutzen und Grenzen anhand Forschungsarbeiten des Autors zur Kompetenzerfassung in verschiedenen Bereichen illustriert. Aus dieser exemplarischen Analyse auf der Basis des Rahmenmodells werden Schlussfolgerungen für die naturwissenschaftsdidaktische Forschung abgeleitet und in den Kontext des Forschungsfeldes zur Kompetenzmodellierung und -erfassung eingebettet. Die Arbeit schließt mit Empfehlungen und Anregungen für weitere Forschungstätigkeiten in diesem Feld.
Biologie verstehen: Energie in anthropogenen Ökosystemen
Die Sicherstellung der Ernährung der Menschheit stellt eine globale Herausforderung dar. Nach wie vor ist Unterernährung ein Problem vieler Entwicklungsländer. In Industrienationen ist die Ernährungsweise wiederum nicht nachhaltig ausgerichtet. Dort beruht die Nahrungsmittelproduktion auf dem Einsatz begrenzter fossiler Ressourcen. Ohne Fleischerzeugung würden die Ackerflächen jedoch für die Welternährung reichen: Energetische Analysen von Lebensmittelketten belegen die Ineffizienz von Fleischproduktion. Eine vermehrt vegetarisch ausgerichtete Nahrungsmittel-produktion könnte daher eine ausreichende und nachhaltige Ernährung der Menschheit gewährleisten. Das gesellschaftlich relevante Thema ist auch für den Biologieunterricht interessant. Dazu ist es notwendig, den Energiebegriff für ökologische Kontexte neu zu denken: Energie ist als mengenartige Bilanzierungsgröße zu verstehen, mithilfe derer Prozesse in Systemen quantitativ betrachtet und auf Effizienz untersucht werden können.
Lernen mit biologischen Beispielaufgaben
Wie gelingt es, Schülerinnen und Schüler im Biologieunterricht differenziert und nachhaltig zu fördern? Beispielaufgaben haben sich für das individuelle Lernen bereits vielfach bewährt. Unklar ist jedoch, ob sich Schülerinnen und Schüler bei der partnerschaftlichen Erarbeitung von Beispielaufgaben in Dyaden (Partnerarbeit) gegenseitig unterstützen können, welchen Einfluss das Vorwissen dabei nimmt und ob sich der Lernprozess durch Selbsterklärungsimpulse zusätzlich anregen lässt. Die empirischen Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass die eingesetzten biologischen Beispielaufgaben sowohl für das individuelle Lernen als auch für das Lernen in Dyaden geeignet sind. Lernen...
