Einleitung

Gruppen- und Partnerarbeiten gehören für SchülerInnen und Lehrkräfte gleichermaßen zum Schulalltag. Sie sind eine beliebte Sozialform, um den Unterrichtsfluss anzuregen oder verschiedene Lernende miteinander zu vernetzen. Aus konstruktivistischer Sicht bieten Partner- und Gruppenarbeiten die Chance, sich mit fremden Perspektiven auseinanderzusetzen, kognitive Konflikte zu induzieren und dadurch Lernen anzuregen.

Sowohl in der Unterrichtspraxis als auch in der Theorie ist allerdings unklar, welche Konstellationen der Partner- und Gruppenarbeit das Lernen am besten unterstützen. Lernen die SchülerInnen besser zu zweit als zu dritt? Welchen Einfluss hat die Geschlechterkonstellation einer Gruppe auf das Lernen? Sind diese Fragen je nach Inhalt der Gruppenarbeit vielleicht verschieden zu beantworten? Diesen Fragen gehen Tenenbaum und KollegInnen in ihrer Metaanalyse nach.

Worum geht es in dieser Studie?

Die Metaanalyse geht der Frage nach, ob SchülerInnen, die Aufgaben in Partner- oder Gruppenarbeit bearbeiten, erfolgreicher lernen, d. h. zum Beispiel mehr Aufgaben lösen und/oder qualitativ hochwertigere Lösungen erzielen, als SchülerInnen, die die Aufgabe allein, gar nicht oder mit einer erwachsenen Person bearbeiten.

Als Datengrundlage dienen 62 Publikationen, die sich auf 71 verschiedene Stichproben mit insgesamt 7103 SchülerInnen zwischen 4 und 18 Jahren beziehen. Alle berücksichtigten Studien vergleichen den Lernerfolg von SchülerInnen, die an Partner- und Gruppenarbeiten teilnahmen, mit dem Lernerfolg von SchülerInnen aus mindestens einer der drei folgenden Vergleichsbedingungen: 1) die SchülerInnen bearbeiten die Aufgabe allein, 2) die SchülerInnen bearbeiten die Aufgabe gemeinsam mit einer erwachsenen Person oder 3) die SchülerInnen bearbeiten die Aufgabe gar nicht und warten einfach (eine sogenannte Wartekontrollgruppe). Die Aufgaben, die gelöst werden mussten, waren dabei für alle SchülerInnen der jeweiligen Primärstudie gleich – egal ob sie an der Partner- und Gruppenarbeit oder einer der drei Vergleichsbedingungen teilnahmen.

In der Metaanalyse wird außerdem untersucht, ob verschiedene Moderatorvariablen den Lernerfolg während der Partner- und Gruppenarbeit beeinflussen. Diese Variablen werden von den AutorInnen in drei Kategorien eingeteilt: Studiendesign (z. B. Häufigkeit der Partner- und Gruppenarbeit), Gruppenmerkmale (z. B. Geschlechtszusammensetzung) und Lernbereich der Aufgabe (z. B. naturwissenschaftliches Argumentieren).

Einen Überblick über alle untersuchten Moderatorvariablen in diesen drei Kategorien finden Sie in der Übersicht über alle Einzelbefunde.

Was findet diese Studie heraus?

SchülerInnen, die Aufgaben während einer Partner- bzw. Gruppenarbeit lösten, zeigten einen signifikant größeren Lernerfolg (also beispielsweise mehr gelöste Aufgaben) als SchülerInnen in den Vergleichsbedingungen. Dies spiegelt sich in dem positiven und statistisch signifikanten Gesamteffekt von g = 0.40 (Konfidenzintervall g = 0.27 bis g = 0.54) wider. Wenn man die Lernerfolge der SchülerInnen in den drei Vergleichsbedingungen jeweils getrennt mit den Lernerfolgen der SchülerInnen in Partner- bzw. Gruppenarbeiten vergleicht, zeigen sich jedoch signifikante Unterschiede: SchülerInnen, die mit Erwachsenen arbeiteten, erzielten genauso große Lernerfolge wie SchülerInnen, die die Aufgaben in Partner- bzw. Gruppenarbeit lösten. SchülerInnen, die in der Wartekontrollbedingung gar nicht oder alleine arbeiteten, erzielten allerdings geringere Lernerfolge als SchülerInnen, die in Partner- bzw. Gruppenarbeit zusammenarbeiteten.

In der Metaanalyse waren die Lernerfolge außerdem signifikant größer, wenn die Kinder und Jugendlichen angehalten wurden während der Partner- bzw. Gruppenarbeit zu einem Konsens zu kommen (g = 0.61; Konfidenzintervall g = 0.42 bis g = 0.81). Alle anderen Variablen des Studiendesigns (z. B. Häufigkeit der Partner- bzw. Gruppenarbeit) und der Gruppenmerkmale (z. B. Alter, Gruppengröße) sowie der Lernbereich der Aufgabe beeinflussten den positiven Gesamteffekt nicht signifikant. Das heißt für den Lernerfolg der SchülerInnen bei den Partner- und Gruppenarbeiten war es egal, ob die Partner- bzw. Gruppenarbeit

• nur einmal oder mehr als einmal
• mit jungen (4-10-jährigen) oder älteren (11-18-jährigen) SchülerInnen
• in gleichgeschlechtlichen oder gemischtgeschlechtlichen Paarungen bzw. Gruppen
• mit zwei oder mehr als zwei SchülerInnen
• im Lernbereich Kreativität, Moral, Argumentieren, räumliches Denken etc.

stattfand.

Wie bewertet das Clearing House Unterricht diese Studie?

Die Clearing House Unterricht Research Group bewertet die Metaanalyse anhand der folgenden fünf Fragen und orientiert sich dabei an den Abelson-Kriterien (1995):

Wie substanziell sind die Effekte?

Insgesamt kommt die Metaanalyse zu einem signifikanten positiven Gesamteffekt von g = 0.40. Die Größe dieses Effekts zeigt an, dass ca. 65% der SchülerInnen, die in Partner- bzw. Gruppenarbeit gearbeitet haben, einen größeren Lernerfolg erzielten als der Durchschnitt der SchülerInnen in den anderen drei Vergleichsbedingungen (Wartekontrollgruppe, Bearbeitung der Aufgabe allein, Bearbeitung der Aufgabe mit einer erwachsenen Person).

Der positive Gesamteffekt von g = 0.40 ist über die untersuchten Gruppenmerkmale und Lernbereiche der Aufgaben hinweg stabil, wird aber von bestimmten Merkmalen des Studiendesigns (Vergleichsbedingung, Instruktion zur Konsensfindung) beeinflusst. Das heißt, obwohl die Einzelstudien zum Teil Effekte aufweisen, die unter oder über dem Gesamteffekt liegen, ist insgesamt davon auszugehen, dass Partner- bzw. Gruppenarbeiten unter vielen Umständen das Lernen fördern können.

Der Gesamteffekt (g = 0.40) fällt im Vergleich mit zwei bestehenden Metaanalysen, bei denen es weniger um spontane Partner- und Gruppenarbeit, sondern um geübtes kooperatives bzw. kollaboratives Lernen geht (siehe Kurzreview 4 zur Wirksamkeit kooperativer Lernformen (g = 0.54) und Kurzreview 15 zur Wirksamkeit von kollaborativem Lernen mit mobilen digitalen Geräten (g = 0.52)) etwas geringer aus. Werden die SchülerInnen jedoch instruiert, während der Partner- bzw. Gruppenarbeit zu einem Konsens zu finden, übersteigt der Effekt von g = 0.61 die Gesamteffekte der beiden vergleichbaren Metaanalysen.

Erfahren Sie mehr über die Einschätzung von Effektstärken in unserem Handout.

Wie differenziert sind die Ergebnisse dargestellt?

Die Metaanalyse berichtet die Ergebnisse differenziert nach Lernbereichen der Aufgaben und Altersstufen. In der Metaanalyse werden insgesamt neun verschiedene inhaltliche Lernbereiche getrennt analysiert (z. B. naturwissenschaftliches Argumentieren und mathematisches Argumentieren). Außerdem werden die Ergebnisse differenziert für zwei Altersgruppen dargestellt, die Aufteilung entspricht dabei in etwa dem internationalen Primar- und Sekundarstufenbereich.

Innerhalb der verschiedenen Lernbereiche und über die beiden Altersgruppen hinweg finden sich keine statistisch signifikanten Unterschiede, das heißt, Partner- und Gruppenarbeiten wirken in dieser Metaanalyse über verschiedene Lernbereiche und Altersstufen hinweg ähnlich positiv. Einschränkend ist festzuhalten, dass in der Metaanalyse keine Differenzierung bezüglich der verschiedenen Erhebungsmethoden des Lernerfolgs durchgeführt wird.

Wie verallgemeinerbar sind die Befunde?

In der vorliegenden Metaanalyse wurden verschiedene Moderatoranalysen durchgeführt, um die Generalisierbarkeit über verschiedene Studiendesigns (z. B. Art der Vergleichsgruppe, Häufigkeit der Messung), Gruppenmerkmale (z. B. Alter, Geschlecht) und Lernbereiche hinweg zu testen. Der vorteilhafte Effekt der Partner- bzw. Gruppenarbeit ist über alle untersuchten Gruppenmerkmale (Alter, Gruppengröße, Geschlechtszusammensetzung) und Lernbereiche hinweg robust. Es ist einschränkend festzustellen, dass bei den verschiedenen Lernbereichen der Aufgaben teilweise nur sehr wenige Studien eingeflossen sind (z.B. nur zwei Studien im Lernbereich Kreativität). Außerdem enthält die Metaanalyse keinerlei Informationen zu den geografischen Regionen der Studien, was die direkte Übertragbarkeit auf den MINT-Unterricht an deutschen Schulen erschwert.

Auch wenn der positive Gesamteffekt über bestimmte Variablen des Studiendesigns (Häufigkeit und Zeitpunkt der Messung sowie Häufigkeit der Partner- bzw. Gruppenarbeit) hinweg generalisierbar ist, wird er von zwei anderen Variablen des Studiendesigns, nämlich der Art der Vergleichsgruppe sowie der Instruktion zur Konsensfindung, signifikant beeinflusst.

Was macht die Metaanalyse wissenschaftlich relevant?

Die Metaanalyse berücksichtigt zentrale Punkte aus konstruktivistischen Lerntheorien nach Jean Piaget und Lew Wygotsky: Kinder und Jugendliche profitieren in ihrer Entwicklung vom aktiven (sprachlichen) Austausch mit mind. einer anderen Person. Während Piaget annimmt, dass SchülerInnen bei der Zusammenarbeit mit Erwachsenen weniger lernen als bei der Zusammenarbeit mit Gleichaltrigen, geht Wygotsky davon aus, dass SchülerInnen sehr wohl von der Zusammenarbeit mit Erwachsenen profitieren können.

Die AutorInnen der Metaanalyse tragen diesen Überlegungen durch die Bildung ihrer Vergleichsgruppen Rechnung. So untersuchen sie den ersten Punkt, indem sie analysieren, ob SchülerInnen im aktiven (sprachlichen) Austausch mit Gleichaltrigen (Partner- bzw. Gruppenarbeit) mehr bzw. erfolgreicher lernen als SchülerInnen, die Aufgaben alleine bearbeiten (Vergleichsgruppe). Den zweiten Punkt, in dem sich Piaget und Wygotsky allerdings unterscheiden, untersuchen sie, indem sie den Lernerfolg von SchülerInnen, die Aufgaben mit Gleichaltrigen (Partner- bzw. Gruppenarbeit) bearbeiten, mit dem Lernerfolg von SchülerInnen, die Aufgaben gemeinsam mit Erwachsenen lösen, vergleichen.

Weitere wissenschaftliche Relevanz erlangt die Metaanalyse dadurch, dass sie bestehende Forschungsdesiderate aufzeigt: Es ist bislang wenig darüber bekannt, wie und ob soziale Rollen oder kognitive Voraussetzungen (z. B. Vorwissen) der SchülerInnen bei Partner- und Gruppenarbeiten zusammenwirken und den Lernerfolg beeinflussen können. Des Weiteren ist unklar, ob die konkrete Dauer der Gruppenarbeit den Lernerfolg beeinflusst.

Wie methodisch verlässlich sind die Befunde?

Die Offenlegung und Begründung des methodischen Vorgehens entspricht überwiegend den Kriterien gängiger Anforderungskataloge (z.B. APA Meta-Analysis Reporting Standards). Die Schritte bei der Auswahl der Primärstudien und der Analyse der Befunde sind weitgehend transparent. Im Bereich der Kodierung der Primärstudien wären allerdings genauere Angaben zur Messung des Lernerfolgs, zur Kodierung der jeweiligen Studienqualität sowie zum Herkunftsland der Studie wünschenswert gewesen. Weitere Informationen zur methodischen Beurteilung finden Sie in unserem Rating Sheet.

Fazit für die Unterrichtspraxis

Partner- und Gruppenarbeiten können im Unterricht schnell und variabel eingesetzt werden. Die Befunde der vorliegenden Metaanalyse können als Hinweis dafür angesehen werden, dass Partner- und Gruppenarbeiten das Lernen von SchülerInnen zwischen 4 und 18 Jahren fördern können. SchülerInnen können von der Partner- und Gruppenarbeit unabhängig von der Geschlechterzusammensetzung und der Gruppengröße profitieren. Die AutorInnen der Metaanalyse verweisen allerdings auf Forschungsergebnisse der Sozialpsychologie, wonach sowohl bei älteren SchülerInnen als auch ab einer Gruppengröße von sechs Personen das Phänomen des „sozialen Faulenzens“ wesentlich häufiger auftritt.

Um den gegenseitigen Austausch und die Perspektivübernahme, vor allem bei kontroversen Themen, weiter anzuregen, bietet es sich an, die SchülerInnen zur Konsensfindung aufzufordern. Insgesamt liefert die Metaanalyse Indizien dafür, dass die Lerneffekte beim gemeinschaftlichen Lernen scheinbar größer sind als beim Lernen allein.

Trotz dieser praktischen Erkenntnisse weisen die Ergebnisse der Metaanalyse aber auch daraufhin, dass für zuverlässige evidenzbasierte Aussagen zu spezifischen Gestaltungsmöglichkeiten (z. B. Dauer der Gruppenarbeit, Zusammensetzung der Gruppen nach Vorwissen) noch weitere Forschungsbemühungen notwendig sind.

Studienbeispiel

Schwarz und Linchevski (2007) untersuchten in ihrer Studie, ob Partnerarbeit im Vergleich zu einer Wartekontrollgruppe zu Verbesserungen beim mathematischen Argumentieren von Zehntklässlern führt. Dafür absolvierten 60 ZehntklässlerInnen aus Israel einen Prä- und Posttest mit Aufgaben zum mathematischen Argumentieren. Zwischen dem Prä- und Posttest lagen drei Wochen.

Nach dem Prätest wurden die SchülerInnen in eine Experimentalgruppe und eine Wartekontrollgruppe aufgeteilt. Die 32 SchülerInnen der Experimentalgruppe bearbeiteten in 16 randomisierten Paaren gemeinsam 3 der 9 Aufgaben aus dem Prätest, die dann nicht im Posttest vorkamen. Zentraler Punkt der Partnerarbeit war, dass die SchülerInnen sich gegenseitig ihre Lösungswege erklärten. Die 28 SchülerInnen der Kontrollgruppe warteten und bearbeiteten zwischen Prä- und Posttest keine weiteren Aufgaben.

Während die Zehntklässler, die zwischen Prä- und Posttest an der Partnerarbeit teilgenommen hatten, im Posttest einen signifikanten Zuwachs in der Anzahl und Qualität der Lösungen der Aufgaben aufwiesen, fand sich bei den Zehntklässlern, die nur Prä- und Posttest ohne Partnerarbeit absolviert hatten, kein signifikanter Zuwachs.

Ein Beispiel für die in der Studie bearbeiteten Aufgaben zum mathematischen Argumentieren:

Den SchülerInnen werden zwei Paare von Blöcken gezeigt (A, B und C, D); alle Würfel in den Blöcken A und C wiegen gleich viel, alle Würfel in B und D wiegen gleich viel. Bei allen Aufgaben bleibt die Anzahl der Würfel von Block A und Block C gleich, die Anzahl der Würfel von Block B und D variiert allerdings. Am Anfang jeder Aufgabe werden die SchülerInnen über das relative Gewicht der Blöcke A und B informiert, z. B. Block A ist schwerer als Block B. Danach sollen sie jeweils das relative Gewicht der Blöcke C und D ableiten.

Eine Beispielaufgabe

Block A besteht aus 27 Würfeln, Block C aus 30 Würfeln. Block B besteht aus 26, Block D aus 30 Würfeln. Block A und B sind gleich schwer. Ist der Block C leichter als Block D? Begründe.

Referenzen und Links

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Einleitung

Wissenschaftliches Denken ist eine Kernkompetenz für die MINT-Fächer und ein zentraler Bestandteil aktueller Bildungsstandards. Die Fähigkeit, wissenschaftlich denken zu können, unterstützt SchülerInnen dabei, ein breites Spektrum von Problemen sowohl in wissenschaftlichen als auch in alltäglichen Kontexten zu bearbeiten und zu lösen.

Ein fundamentales Anliegen wissenschaftlichen Denkens ist es, gültige Erklärungen – beispielsweise in Form von Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen – für verschiedenste Phänomene zu finden sowie stichhaltig begründen und belegen zu können. Dafür müssen geeignete Bedingungen erkannt oder gezielt hergestellt werden, die möglichst eindeutige Schlussfolgerungen über Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zulassen. Das heißt, dass in einem Experiment oder einer Serie von Experimenten möglichst alle potenziellen Erklärungen nacheinander ausgeschlossen werden, bis nur noch nachweislich kausale Erklärungen für ein Phänomen in Frage kommen (siehe Beispiel). Dieses experimentelle Vorgehen ist als Strategie der Variablenkontrolle oder Variablenkontrollstrategie (VKS) bekannt.

Die Variablenkontrollstrategie spielt eine zentrale Rolle in Forschung und Wissenschaft und steht im Zusammenhang mit der stärkeren Betonung von wissenschaftlichem Denken und Arbeiten in Bildungsstandards und Lehrplänen als Unterrichtsziel im Fokus. Dabei geht es nicht nur darum, dass SchülerInnen kausale Nachweise mithilfe von Experimenten selbst erzeugen können, sondern auch darum, dass sie durch das Verständnis zugrundliegender wissenschaftlicher Strategien lernen, angebotene Erklärungen auf wissenschaftliche Weise zu hinterfragen und zu argumentieren.

Die Frage, ob und wie die Variablenkontrollstrategie effektiv gefördert werden kann, ist seit Jahrzehnten Gegenstand zahlreicher Studien. Die vorliegende Metaanalyse fasst diesen Forschungstand zusammen und liefert wichtige Anhaltpunkte, wie Unterricht in diesem Zusammenhang optimal gestaltet werden kann.

Die Variablenkontrollstrategie: Beispiel

Um herauszufinden, welche Rolle die Bewässerung für das Wachstum von Pflanzen spielt, werden in entsprechenden Experimenten identische Bedingungen für zwei Pflanzen geschaffen: Gleiche Pflanzen, gleiches Licht, gleiche Erde, gleicher Dünger, etc. Nur die zugegebene Wassermenge variiert. Das heißt, alle möglichen und bekannten Variablen bis auf die Wassermenge werden kontrolliert. Wächst nun die eine Pflanze mehr oder weniger als die andere, ist dies eindeutig mit der unterschiedlichen Wasserzugabe zu erklären. Dadurch lässt sich die Annahme, dass die Bewässerung einen Einfluss auf das Pflanzenwachstum hat, experimentell untermauern.

Worum geht es in dieser Studie?

Zur Förderung der Variablenkontrollstrategie erschien bereits 1988 eine erste Metaanalyse (Ross, 1988). In der Zwischenzeit ist eine Vielzahl neuer Studien erschienen, auf die Schwichow und KollegInnen nun zugreifen können. Die Menge an verfügbaren Studien und die weiterentwickelten metaanalytischen Verfahren erlauben es ihnen, detailliert zu ergründen, unter welchen Bedingungen wissenschaftliches Denken bzw. die Variablenkontrollstrategie besonders effektiv gefördert werden kann. Dazu erfassen und untersuchen sie eine Vielzahl von Einflussfaktoren, sogenannten Moderatoren: Ein erster Fragenblock beschäftigt sich mit bestimmten Eigenschaften der SchülerInnen – z.B. Alter –, ein zweiter mit Gestaltungsmerkmalen des Unterrichts (siehe Tabelle 1) und ein dritter untersucht, wie die Art der Testung das Ergebnis beeinflusst.

Für ihre Analysen können Schwichow und KollegInnen auf insgesamt 226 Effektstärken aus 72 Einzelstudien mit experimentellem oder quasi-experimentellem Design zurückgreifen. Sie wurden im Zeitraum von 1972 bis 2012 veröffentlicht. Acht der Studien wurden in Deutschland durchgeführt, der Rest überwiegend in den USA oder weiteren europäischen, asiatischen und amerikanischen Ländern. Insgesamt nahmen an den Studien 5.355 SchülerInnen teil.

Was findet diese Studie heraus?

Wissenschaftliches Denken kann durch Unterricht gefördert werden: Schwichow und KollegInnen replizieren den Befund von Ross (1988) und ermitteln einen mittleren Effekt von g = 0.61 (mittelgroßer Effekt). Aus den Moderatoranalysen zu den Gestaltungsmerkmalen des Unterrichts ergeben sich einige interessante Erkenntnisse (vgl. auch Tabelle 1):

Unterrichtsfokus. Die Analyse zeigt, dass es für den Lernerfolg keinen entscheidenden Unterschied macht, ob sich der Unterricht ausschließlich auf die Vermittlung der Variablenkontrollstrategie konzentriert oder die Lehrkraft gleichzeitig auch noch andere Ziele verfolgt, wie die Vermittlung von Faktenwissen.

Art der Vermittlung. Hier gibt es eine lange Diskussion, ob die Vermittlung eines expliziten Merksatzes zur Variablenkontrollstrategie (langfristig) zu besseren Lernerfolgen führt als wenn Schülerinnen und Schüler die VKS beim Experimentieren selber „entdecken“. So ein Merksatz könnte beispielsweise lauten: „Variiere immer nur eine Variable zu einem Zeitpunkt.“ Aus der entsprechenden Moderatoranalyse lässt sich keine klare Präferenz ableiten: Es gibt also auch gute Möglichkeiten, Variablenkontrollstrategie zu unterrichten, ohne einen expliziten Merksatz zu formulieren.

Übungsgelegenheiten. Der bisherige Stand der Forschung legt die Vermutung nahe, dass Übungsgelegenheiten, bei denen die SchülerInnen selbst aktiv experimentieren können, positive Effekte auf die Aneignung der Variablenkontrollstrategie haben. Die Moderatoranalyse jedoch zeigt, dass es keine bedeutende Rolle spielt, ob es derartige Gelegenheiten gibt. Die AutorInnen erklären diesen Befund damit, dass Variablenkontrollstrategie in erster Linie eine kognitive Strategie ist: Die Beschäftigung mit der konkreten Durchführung von Experimenten – real oder in Computersimulationen – lenkt möglicherweise eher von den wesentlichen Merkmalen der Gestaltung des Experiments und der experimentellen Strategie ab, oder erbringt zumindest keinen Mehrwert. Das könnte auch erklären, warum es keine Rolle spielt, ob SchülerInnen Feedback (schriftlich oder mündlich) auf die Durchführung ihrer Experimente bekommen.*

Tabelle 1. Untersuchte Gestaltungsmerkmale des Unterrichts.

Demonstrationen. Demonstrationen von korrekt durchgeführten Experimenten bieten hingegen den Vorteil, dass SchülerInnen sich – im Gegensatz zum eigenständigen Durchführen von Experimenten, bei denen sie sich um viele technische und handwerkliche Aspekte kümmern müssen – komplett auf das Verständnis der zentralen (Design-)Merkmale des Experiments und der experimentellen Strategie konzentrieren können. Die Moderatoranalyse zeigt, dass dieses Element tatsächlich einen entscheidenden Unterschied macht.

Kognitiver Konflikt. Insbesondere in Kombination mit Demonstrationen wirkt sich das Erzeugen von kognitiven Konflikten positiv auf den Lernerfolg aus. Ein kognitiver Konflikt findet dann statt, wenn das Ergebnis eines Experiments nicht mit den Erwartungen der SchülerInnen übereinstimmt. Er lässt sich zum Beispiel dadurch erzeugen, dass Forschende demonstriert werden, die sich nicht an die Variablenkontrollstrategie halten und in ihren Experimenten uneindeutige und/oder erwartungswidrige Ergebnisse erhalten. Entsprechend umgesetzt können kognitive Konflikte die Effektivität des Lernens steigern: Der kognitive Konflikt muss dabei von der Lehrkraft verdeutlicht werden, indem sie die Erwartungen der SchülerInnen vor der Demonstration zunächst abfragt. Wenn die SchülerInnen anschließend angeleitet werden, sich mit Erklärungen für das unerwartete Ergebnis und den eigenen – unter Umständen fehlerhaften – Überzeugungen auseinanderzusetzen, wird dadurch ein weitergehendes Verständnis von Zusammenhängen möglich. (Siehe auch Studienbeispiel & Fazit für die Unterrichtspraxis.)

Unterrichtskontext. Eine bislang nicht explizit überprüfte Annahme ist, dass SchülerInnen sich für außerschulische Kontexte stärker begeistern können und die Variablenkontrollstrategie in solchen Kontexten entsprechend besser lernen. Die Analyse zum Unterrichtskontext konnte diese Vermutung jedoch nicht bestätigen: SchülerInnen lernen die Variablenkontrollstrategie in schulischen wie auch außerschulischen Kontexten ähnlich erfolgreich.

* Ergänzender Befund: In einer experimentellen Studie untersuchten die AutorInnen die Wirkung von aktiv durchgeführten Experimenten beim Erlernen der VKS im Vergleich zu Arbeitsblättern. Die Ergebnisse zeigen, dass sich aktiv durchgeführte Experimente positiv auf die Durchführung von realen Experimenten auswirken während sich Arbeitsblätter positiv auf das Bewerten schriftlich dargestellter Experimente auswirken. Dieser Effekt trat nur auf, wenn die Inhalte der Übungs- und Testmaterialen gleich waren. Bei Transferaufgaben mit anderen Inhalten unterschieden sich die SchülerInnen beider Gruppen nicht (Schwichow et al., 2016).

Wie bewertet das Clearing House Unterricht diese Studie?

Die Clearing House Unterricht Research Group bewertet die Metaanalyse anhand der folgenden fünf Fragen und orientiert sich dabei an den Abelson-Kriterien (1995):

Wie substanziell sind die Effekte?

Die durchschnittliche Effektstärke liegt nach der üblichen Einteilung nach Cohen (1988) im mittleren Bereich (g = 0.61). Dieser Effekt zeigt sich als sehr stabil gegenüber Variablen, die in anderen Metaanalysen häufig einflussreich sind (z.B. Alter oder methodische Faktoren) und wurde auf der Basis valider Primärstudiendesigns gewonnen. Teilweise wurden die SchülerInnen in den Kontrollgruppen zum selben Thema, aber ohne Fokus auf die Variablenkontrollstrategie unterrichtet. Damit handelt es sich um äußerst faire und strenge Vergleichsbedingungen. Es zeigt sich ferner, dass durch den Einsatz von kognitivem Konflikt der Effekt sogar zu einem großen Effekt (g = 0.80;) ausgebaut werden kann. Dieser große Effekt bedeutet, dass knapp 80 % der SchülerInnen in der Experimentalgruppe höhere Leistungen beim wissenschaftlichen Denken aufweisen als der Durchschnitt der Kontrollgruppe.

Wie differenziert sind die Ergebnisse dargestellt?

Die Differenziertheit der berichteten Effekte wird anhand der Bereiche Schulfächer, Jahrgangsstufen und des Erfolgskriteriums eingeschätzt. Spezifische Schulfächer wurden in dieser Metaanalyse nicht untersucht, da wissenschaftliches Denken über die Fächergrenzen hinweg betrachtet wird. Die Ergebnisse werden für verschiedene Altersgruppen differenziert berichtet; allerdings zeigen sich hier keine Unterschiede. Als Erfolgskriterium wurden ausschließlich Leistungen beim wissenschaftlichen Denken mit Fokus auf die Variablenkontrolle untersucht. 

Wie verallgemeinerbar sind die Befunde?

In der Metaanalyse wurden zahlreiche Moderatoren überprüft; bei vielen zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den untersuchten (Unterrichts-) Varianten. Insofern ist der berichtete durchschnittliche Effekt des Unterrichtens der Variablenkontrollstrategie für einige Moderatoren verallgemeinerbar. Dazu gehören das Alter der SchülerInnen, die Durchführung der Studie im Schulunterricht (vs. im Labor), die Art der Publikation sowie eine Vielzahl von Parametern der Testung (z.B. Anzahl der veränderbaren Variablen, Hervorhebung der einflussreichsten Variablen, Urheber der Tests, Zeitspanne zwischen Unterricht und Testung).

Erwähnenswert ist darüber hinaus, dass es keine Rolle zu spielen scheint, ob die Leistungstests mit anderen Inhalten durchgeführt werden als im Unterricht. Wenn SchülerInnen die Variablenkontrollstrategie in einer spezifischen Unterrichtssituation erlernen, können sie ihr Wissen auch auf vergleichbare Experimente mit anderen Inhalten übertragen.

Das Testformat, also die technische Umsetzung der Testung, erweist sich als signifikante Einflussgröße. Die Gültigkeit des Gesamteffekts ist in dieser Hinsicht nicht uneingeschränkt verallgemeinerbar.

Was macht die Metaanalyse wissenschaftlich relevant?

Die Metaanalyse ist aus zwei Gründen als sehr bedeutsam einzustufen: Erstens repliziert und erweitert sie den bisherigen Stand der Forschung und trägt damit zur Aktualisierung der Befundlage bei. Zweitens erreicht sie durch die Fokussierung auf die Variablenkontrollstrategie eine eindrucksvolle Spezifität und Konkretheit. Die Art und Weise, wie die detaillierten Moderatoranalysen zur Aufklärung der aufgefundenen Unterschiede in den berichteten Effekten durchgeführt werden, hat exemplarischen Charakter. Durch die theoretisch sowie empirisch gut begründete Wahl der Moderatoren trägt die Metaanalyse substanziell dazu bei, die Theorie zur Instruktion der Variablenkontrollstrategie weiterzuentwickeln.

Wie methodisch verlässlich sind die Befunde?

Die Transparenz und Begründung des methodischen Vorgehens entspricht vorbildlich den Kriterien gängiger Anforderungskataloge (z.B. APA Metaanalysis Reporting Standards). Die Schritte bei der Suche, Auswahl und Analyse erfüllen alle Ansprüche. Weitere Informationen zur Beurteilung des methodischen Vorgehens finden Sie in unserem Rating Sheet.

Fazit für die Unterrichtspraxis

Die Befunde von Schwichow und KollegInnen haben eine hohe Relevanz für den Unterrichtsalltag: In allen eingehenden Befunden wurden schulrelevante Inhalte vermittelt, alle beschriebenen Maßnahmen für eine höhere Effektivität des Unterrichts sind ohne großen Aufwand umsetzbar. Die Metaanalyse beinhaltet auch einige Studien mit zahlreichen Effektstärken aus Deutschland. Insgesamt erweisen sich die berichteten Effekte als sehr stabil. Die Fokussierung der Metaanalyse auf die Variablenkontrollstrategie ermöglicht das Herausarbeiten von Details. Auf dieser Grundlage können konkrete Hinweise für mögliche Entscheidungsoptionen bei der Planung und Gestaltung von Unterricht abgeleitet werden.

An erster Stelle zeigt die Metaanalyse, dass viele hypothetisch einflussreiche Parameter beim Unterrichten der Variablenkontrollstrategie keine so bedeutsame Rolle spielen wie angenommen. Die AutorInnen identifizieren jedoch zwei entscheidende Stellschrauben für das effektive Unterrichten von wissenschaftlichem Denken:

• Demonstrationen sollten unbedingt zum Unterrichtsstandard gehören.
• Kognitive Konflikte können die Effektivität des Unterrichts deutlich steigern.

Insbesondere in der Kombination dieser beiden Maßnahmen sehen die AutorInnen ein großes Potenzial – z.B. indem SchülerInnen dazu angeleitet werden, sich mit den in der Demonstration fehlerhaft gestalteten Experimenten auseinanderzusetzen. Wenn SchülerInnen sich auf die Anlage von Experimenten und damit auf die experimentelle Strategie konzentrieren können, ohne von technischen Details der Durchführung abgelenkt zu werden, scheint darin ein Schlüssel zur effektiven Aneignung der Variablenkontrollstrategie und damit einer Kernkomponente des wissenschaftlichen Denkens zu liegen.

Studienbeispiel

In ihrer experimentellen Feldstudie ermitteln Strand-Cary und Klahr (2008) einen besonders großen Effekt von Demonstrationen in Kombination mit dabei erzeugten kognitiven Konflikten auf das Wissenschaftliche Denken. Die 72 neun- bis zwölfjährigen SchülerInnen experimentierten in zwei verschiedenen Gruppen (Experimental- vs. Kontrollgruppe) mit jeweils zwei Holzrampen und Bällen. Dabei sollten sie herausfinden, ob eine bestimmte Eigenschaft der Rampe (Variablen: Steilheit, Länge, Oberfläche der Rampe) beeinflusst, wie weit der Ball rollt – also ob es einen kausalen Zusammenhang gibt.

In der Kontrollgruppe konnten die SchülerInnen selbstständig Experimente mit den Rampen durchführen. In der Experimentalgruppe wurden die SchülerInnen explizit angeleitet, mit der Variablenkontrollstrategie zu arbeiten: Sie führten zunächst ein eigenes Experiment durch, dann wurde ihnen eine Im Sinne der Variablenkontrollstrategie fehlerhafte und eine korrekte Version des Experiments vorgeführt (Demonstration), wobei die SchülerInnen klären sollten, warum im fehlerhaften Experiment ihre Erwartungen nicht erfüllt wurden (kognitiver Konflikt). In der Experimentalgruppe lernten wesentlich mehr SchülerInnen die Variablenkontrollstrategie zu beherrschen als in der Kontrollgruppe (Unterschied d = 2.0).

Referenzen und Links

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