Das Verständnis von Sternen bei Schülern in der Sekundarstufe
Diese Studie untersucht, wie sich die Ansichten der Schüler über Sterne während der Sekundarstufe verändern.
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Inhaltsverzeichnis
Für Schüler kann es schwierig sein, über Sterne zu lernen. Viele haben kein klares Verständnis und halten an falschen Ideen fest, wie Sterne entstehen, ihre Grössen und wie sie mit Planeten und anderen Objekten im Weltraum zusammenhängen. Diese Missverständnisse können lange bestehen bleiben und kommen bei Schülern jeden Alters vor. In diesem Artikel schauen wir uns an, wie Schüler in der Sekundarstufe über Sterne denken und wie sich ihre Ansichten während ihrer Ausbildung ändern.
Studienüberblick
Um zu verstehen, wie Schüler über Sterne denken, haben wir ein spezielles Werkzeug entwickelt, um ihre Ansichten zu messen. Dieses Werkzeug deckt fünf Hauptbereiche ab:
- Sterne und das Sonnensystem
- Entstehung und Evolution von Sternen
- Eigenschaften von Sternen
- (Sub-) stellare Objekte
- Spektrale Aspekte
Wir haben einen sorgfältigen Prozess durchlaufen, um dieses Werkzeug zu entwickeln, einschliesslich der Analyse vorheriger Forschungen, dem Einholen von Feedback von Experten und der Durchführung einer Teststudie mit Schülern. Danach haben wir das Werkzeug in einer grösseren Studie mit verschiedenen Schülergruppen eingesetzt.
Forschungshintergrund
Schlüsselkonzepte in der Astronomie-Pädagogik
Es gab viel Forschung in der Astronomie-Pädagogik, die sich hauptsächlich darauf konzentriert, wie Schüler über Objekte wie die Sonne, den Mond und die Erde lernen. Diese Studien haben gängige Missverständnisse aufgezeigt, wie Schüler über die Jahreszeiten oder den Tag-Nacht-Zyklus denken. Allerdings gab es nicht so viel Forschung zu komplexeren Ideen über Sterne. Sterne sind in den Nachrichten sichtbarer geworden, besonders mit den jüngsten Entdeckungen in der Astrophysik, und das Interesse an Sternen unter Schülern wächst.
Herausforderungen beim Lernen über Sterne
Viele Schüler haben keine direkten Erfahrungen mit Sternen, was es ihnen erschwert, klare Ideen zu entwickeln. Sie denken vielleicht, dass Sterne feste Positionen haben oder dass alle Sterne gleich gross sind. Ihre Ansichten können durch die Art und Weise, wie Astronomie in Schulen unterrichtet wird, beeinflusst werden, wo der Fokus möglicherweise immer noch auf grundlegenden Konzepten liegt, anstatt auf den Komplexitäten von Sternen.
Forschungsdefizite
Frühere Studien haben sich hauptsächlich mit bestimmten Ideen über Sterne beschäftigt und lassen Lücken im Verständnis ihres gesamten Spektrums an Ansichten. Wir brauchen mehr Werkzeuge, um zu bewerten, wie Schüler über Sterne denken, wobei wir über grundlegende Eigenschaften hinausgehen.
Forschungsfragen
Diese Studie hatte zum Ziel, zwei Hauptfragen zu beantworten:
- Wie können wir ein zuverlässiges Werkzeug entwickeln, um zu bewerten, wie Schüler über verschiedene Aspekte von Sternen denken?
- Wie verändern sich die Ansichten von Schülern über Sterne, während sie die Sekundarstufe durchlaufen?
Werkzeugdesign und -bewertung
Gestaltung des Werkzeugs
Wir konzentrierten uns auf Schüler der Sekundarstufe für unsere Forschung. Um umfassende Daten zu sammeln, verwendeten wir Bewertungsgegenstände, bei denen die Schüler ihre Zustimmung oder Ablehnung zu Aussagen über Sterne ausdrücken konnten. Wir gaben ihnen die Möglichkeit, nicht zu antworten, wenn sie sich unsicher waren.
Wir kategorisierten die Antworten in drei Gruppen:
- Im Einklang mit der wissenschaftlichen Sicht
- Gegenteil der wissenschaftlichen Sicht
- Enthielt sich der Stimme
So konnten wir eine Vielzahl von Schülermeinungen über Sterne erfassen und gleichzeitig anerkennen, dass ihr Verständnis variieren kann.
Abgedeckte Inhaltsbereiche
Unser Werkzeug wurde so entworfen, dass es alle wichtigen Aspekte von Sternen umfasst, die für die Sekundarstufe relevant sind, basierend auf Lehrplänen und wissenschaftlicher Literatur. Wir identifizierten fünf Schlüsselaspekte:
- Sterne und Sonnensystem: Beziehungen zwischen Erde, Sonne und Mond.
- Entstehung und Evolution von Sternen: Wie Sterne entstehen, sich verändern und ihre Lebenszyklen enden.
- Eigenschaften von Sternen: Wichtige Merkmale wie Grösse und Helligkeit.
- (Sub-) stellare Objekte: Umfasst Doppelsterne und andere stellare Überreste.
- Spektrale Aspekte: Behandelt die Farben von Sternen und wie sie Licht aussenden.
Nachdem wir eine erste Gruppe von Gegenständen entwickelt hatten, verfeinerten wir sie basierend auf dem Feedback von Astronomie-Experten, was zu einer finalen Gruppe von 55 Gegenständen führte.
Testen des Werkzeugs
Wir testeten das Werkzeug an einer Stichprobe von Schülern der Sekundarstufe. Durch die Analyse ihrer Antworten konnten wir die Zuverlässigkeit des Werkzeugs bewerten und Einblicke gewinnen, wie sich ihre Ansichten je nach Klassenstufe unterscheiden könnten.
Studiendesign und Stichprobe
Wir führten eine Altersvergleichsstudie durch, was bedeutet, dass wir verschiedene Gruppen von Schülern aus verschiedenen Klassenstufen betrachteten, um zu sehen, wie sich ihr Verständnis von Sternen im Laufe der Zeit entwickelte.
Teilnehmer
Die Stichprobe umfasste Schüler aus drei verschiedenen Klassenstufen:
- Unterstufenschüler (Alter 13-14)
- Mittelstufenschüler (Alter 15-16)
- Oberstufenschüler (Alter 17-18)
Die Teilnahme war freiwillig und umfasste Schüler, die keinen zusätzlichen Unterricht ausserhalb ihres regulären Unterrichts erhalten hatten.
Datensammlung
Wir sammelten Daten am Ende des Schuljahres und verwendeten ein Papier-und-Bleistift-Format für das Werkzeug. Die Ergebnisse wurden dann analysiert, um zu sehen, wie gut die Schüler verschiedene Aspekte von Sternen verstanden.
Datenanalyse
Analyse der Schülerantworten
Um zu sehen, ob es Unterschiede zwischen den drei Schülergruppen gab, verwendeten wir statistische Methoden wie ANOVA. Dies half uns zu verstehen, ob und wie sich die Ansichten der Schüler während ihrer Schulzeit verändert haben.
Wir kategorisierten die Schüleransichten in die drei zuvor genannten Gruppen und berechneten den Anteil jeder Antwortart über die verschiedenen Klassenstufen hinweg.
Ergebnisse
Überblick über die Ergebnisse
Unsere Analyse zeigte, dass sich die Ansichten der Schüler über Sterne verbesserten, je weiter sie in der Schule vorankamen. Dieser Trend war in allen Bereichen, die wir untersucht haben, konsistent und deutet auf eine allmähliche Angleichung an wissenschaftliche Auffassungen von Sternen hin.
Detaillierte Ergebnisse nach Bereich
Sterne und Sonnensystem
Im Bereich Sterne und Sonnensystem zeigten Schüler der Unterstufe einen prozentualen Anteil von 48,4% wissenschaftlich korrekter Antworten, der auf 72,6% bei Oberstufenschülern anstieg.
Gängige Missverständnisse beinhalteten die Vorstellung, dass es Hunderte von Sternen in unserem Sonnensystem gibt, wo viele Schüler dieser falschen Aussage zustimmten.
Entstehung und Evolution von Sternen
Für die Entstehung und Evolution von Sternen wurden ähnliche Verbesserungen festgestellt, wobei die wissenschaftlich korrekten Antworten von 42,9% bei jüngeren Schülern auf 65,4% bei älteren Schülern stiegen.
Dennoch glaubten viele Schüler, dass Sterne ihre Farbe nicht ändern oder dass sie dauerhafte Objekte am Himmel sind.
Eigenschaften von Sternen
Was die Eigenschaften betrifft, sahen wir einen ähnlichen positiven Trend. Viele Schüler hielten jedoch immer noch die Überzeugung, dass Sterne keine Gravitationskraft ausüben oder dass die hellsten Sterne die nächsten sind.
(Sub-) stellare Objekte
In diesem Bereich gab es den niedrigsten Prozentsatz wissenschaftlich korrekter Antworten, insbesondere bei Schülern der Unter- und Mittelstufe. Dies deutet auf einen Mangel an Fokus auf (sub-)stellare Objekte im Lehrplan hin.
Spektrale Aspekte
Die positivsten Ergebnisse wurden in diesem Bereich gefunden, mit Prozentsätzen, die von 58,9% auf 78,9% für Oberstufenschüler anstiegen. Viele Schüler hatten jedoch immer noch Missverständnisse, wie etwa die Vorstellung, dass Sterne funkeln, weil sie ihre Helligkeit ändern.
Diskussion
Verbindung zu früheren Forschungen
Unsere Studie stimmt mit früheren Ergebnissen überein, die darauf hinweisen, dass sich die Ansichten der Schüler über astronomische Konzepte allgemein verbessern, je weiter sie in ihrer Ausbildung vorankommen.
Einige hartnäckige Missverständnisse bleiben jedoch bestehen, insbesondere bei komplexeren Konzepten im Zusammenhang mit Sternen.
Implikationen für die Bildung
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass es zwar eine allgemeine Verbesserung im Verständnis der Schüler für Sterne gibt, aber Bereiche der Verwirrung weiterhin existieren. Das spiegelt die Notwendigkeit wider, gezielte Lehrstrategien in der Astronomie-Pädagogik zu entwickeln, die diese Missverständnisse ansprechen.
Bildungsmaterialien, die die dynamische Natur und die Eigenschaften von Sternen präsentieren, können helfen, das Verständnis und das Interesse der Schüler zu steigern.
Einschränkungen
Unsere Studie hat einige Einschränkungen. Erstens verwendet sie ein Altersvergleichsdesign, was bedeutet, dass wir den Fortschritt einzelner Schüler im Laufe der Zeit nicht verfolgen können. Zweitens könnte die begrenzte Zeit, die in Lehrplänen auf Astronomie verwendet wird, die Ergebnisse beeinflusst haben.
Ausserdem könnte die kleinere Stichprobengrösse in der Oberstufe die Ansichten der Schüler auf diesem Niveau nicht vollständig repräsentieren. Schliesslich könnte die Verwendung fester Aussagen die Fähigkeit der Schüler eingeschränkt haben, ihre wahren Gedanken über Sterne auszudrücken.
Fazit
Zusammenfassend zeigt diese Studie einen Trend zur zunehmenden Angleichung zwischen den Ideen der Schüler über Sterne und wissenschaftlichen Auffassungen, während sie die Sekundarstufe durchlaufen. Dennoch bleiben viele Missverständnisse bestehen, insbesondere bei komplexen Themen wie der Entstehung und dem Verhalten von Sternen.
Zukünftige Forschungen sollten die Ursachen hinter diesen Verbesserungen untersuchen und erforschen, wie verschiedene Bildungspraktiken das Verständnis der Schüler für Sterne beeinflussen. Durch eine Verbesserung des Unterrichts in Astronomie können wir den Schülern helfen, eine klarere, genauere Sicht auf die Sterne und ihre Rolle im Universum zu gewinnen.
Titel: A cross-age study on secondary school students' views of stars
Zusammenfassung: Research in astronomy education has uncovered that many learners possess limited and fragmented understanding of stars. The corresponding misconceptions manifest in various areas such as star formation, size, the relationship between stars and planets, and their position in space and have been shown to persist across different age groups and educational settings, highlighting the need for further investigation. This paper presents the findings of an empirical study that examines secondary students' views of stars and their evolution throughout their secondary school careers. Therefore, we designed and evaluated an instrument for assessing students' views of stars in five domains. The instrument creation process involved several steps, including literature-based item development, an expert survey with faculty members, and a quantitative pilot study with a sample of 390 secondary school and college students. This process led to a final version of the instrument that exhibits good psychometric properties. We used this new instrument in a cross-age study to investigate the alignment of secondary students' ideas about stars with scientific views across different stages of secondary education. The sample of this main study comprised a total of 366 learners, from lower, middle and upper secondary school. Our study findings reveal a progressive development of students' perspectives on star-related topics throughout their school career: We observed a statistically significant increase in the proportion of responses aligning with scientific views across all aspects of stars examined in this study, as students progressed from lower secondary to upper secondary levels. We further report on widely held views of stars among our study participants that oppose the scientific views, and discuss the implications of our findings for both educational research and practice.
Autoren: Philipp Bitzenbauer, Sarah Navarrete, Fabian Hennig, Malte S. Ubben, Joaquin M. Veith
Letzte Aktualisierung: 2023-06-23 00:00:00
Sprache: English
Quell-URL: https://arxiv.org/abs/2306.13728
Quell-PDF: https://arxiv.org/pdf/2306.13728
Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Änderungen: Diese Zusammenfassung wurde mit Unterstützung von AI erstellt und kann Ungenauigkeiten enthalten. Genaue Informationen entnehmen Sie bitte den hier verlinkten Originaldokumenten.
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