Lehrstuhl für Grundschulpädagogik und -didaktik
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Die Bedeutung von Phänomen(un)ähnlichkeiten für den Aufbau von konzeptuellem Verständnis im naturwissenschaftlichen Lernen der Grundschule

Projektleitung
Prof. Dr. Katrin Lohrmann1, Prof. Dr. Andreas Hartinger2

Projektteam
Dr. Veronika Kainz, geb. Schwelle3 (Projektmitarbeiterin 2010–2014), Dr. Heiko Oberfell4 (Projektmitarbeiter 2016–2019)

1Lehrstuhl für Grundschulpädagogik und Grundschuldidaktik der Ludwig-Maximilians-Universität
2Lehrstuhl für Grundschulpädagogik und Grundschuldidaktik der Universität Augsburg
3Albert-Schweitzer-Grundschule Ettringen
4Zentrum für Schulpraktische Studien an der Pädagogischen Hochschule Freiburg

Finanzierung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (2010–2012, LO 1706/1-1)

Laufzeit des Projekts
seit 2010

Informationen zum Projekt
Eine wesentliche Aufgabe der Grundschule besteht darin, das überwiegend alltagsbezogene Vorwissen von Kindern aufzugreifen und im Rahmen schulischer Lernprozesse zu ergänzen, zu abstrahieren und zu systematisieren. Auf der Grundlage konkreter Erfahrungen sollen Schüler:innen Wissensrepräsentationen aufbauen und an Symbolsysteme herangeführt werden. Lernprozesse von Grundschulkindern bewegen sich daher in besonderer Weise zwischen Konkretionen einerseits und Abstraktionen andererseits. Die Herausforderung für Lehrkräfte besteht darin, Übergänge zwischen Konkretionen und Abstraktionen didaktisch zu gestalten (Lohrmann 2014).
Besondere Bedeutung im Unterricht kommt hierbei der Arbeit mit Beispielen zu. Sowohl aus Sicht der Allgemeinen Didaktik (Klafki 1985), der Fachdidaktik (für die Didaktik des Sachunterrichts: Spreckelsen 1997) als auch der Lehr-Lernforschung (Lipowsky 2020) wird es als sinnvoll angesehen, Lernumgebungen basierend auf Konkretionen zu gestalten (vgl. zsf. Lohrmann et al. 2013). Forschungsbefunde zeigen, dass der explizite Vergleich von multiplen Konkretionen im Lernprozess den Aufbau flexibler Wissensstrukturen anregt (Alfieri et al. 2013; Lipowsky et al. 2019). Dabei stellt das sog. Analoge Enkodieren eine didaktische Umsetzungsmöglichkeit für das Arbeiten mit multiplen Konkretionen dar (Gentner et al. 2003). Der Grundgedanke ist hier, dass die Lernenden gleichzeitig mit zwei vorher nicht durchgearbeiteten Konkretionen zu einem Funktionsprinzip konfrontiert werden. Dadurch sollen wechselseitige Vergleichsprozesse zwischen den Konkretionen angeregt werden. Durch den strukturellen Abgleich der Konkretionen werden die Lernenden angeregt, den Blick von Oberflächenmerkmalen der Konkretionen zu lösen und die gemeinsame Tiefenstruktur zu entdecken. Forschungsbefunde zeigen, dass sich Analoges Enkodieren positiv auf den Wissenserwerb auswirkt (Gentner et al. 2004). Bezogen auf die Auswahlkriterien der multiplen Konkretionen gibt es jedoch ambivalente Befunde – v.a. bezüglich der Frage, ob sich Phänomene eines Funktionsprinzips auf der Oberflächenebene ähneln sollen oder nicht (Rittle-Johnson & Star 2009).

Deshalb wurde in einer ersten, quasi-experimentell angelegten Unterrichtsstudie zum naturwissenschaftlichen Sachunterricht bei Schüler:innen der 3. Jahrgangsstufe untersucht, wie sich die (Un-)Ähnlichkeit zwischen Konkretionen auf den Aufbau (N=397) (Lohrmann et al. 2014; Schwelle 2016) und die spätere Anwendung von Wissen (N=367) (Lohrmann et al. 2018) auswirken. Zu einem physikalischen Gesetz (Hebelgesetz) wurden Unterrichtssequenzen entwickelt, die sich hinsichtlich der (Un-)Ähnlichkeit der Konkretionen unterscheiden: In der ersten Versuchsgruppe setzten sich die Kinder mit ähnlichen Phänomenen auseinander, in der zweiten Versuchsgruppe mit unähnlichen. In Form einer Interventionsstudie (Prä-Post-Follow-Up-Design) wurde der Ertrag für den Aufbau und die Anwendung von Wissen durch inhaltsspezifische Leistungstests überprüft.

In einer sich anschließenden, qualitativ angelegten Studie wurde untersucht, wie Schüler:innen didaktisch initiierte Vergleichsprozesse in Lern- und in Transfersituationen nutzen und wie ihnen dabei das In-Beziehung-Setzen von tiefenstrukturell relevanten Merkmalen (Mapping) zwischen den Beispielen gelingt (Oberfell 2021, Oberfell & Lohrmann 2023, Oberfell et al. 2023). Dazu wurde mit 26 Kindern der zweiten Jahrgangsstufe ein halbstrukturiertes Einzelinterview durchgeführt. Dieses beinhaltete eine Lern- und eine Transfersituation; in jeder Situation dienten zwei Phänomene zum Hebelgesetz als Beispiele. Das Interview wurde videografiert, um sprachliche und gestische Handlungen der Kinder zu erfassen. Die Äußerungen der Kinder zu einem offenen Impuls sowie zu anschließenden fokussierten Impulsen wurden transkribiert und sowohl entlang deduktiv angelegter als auch induktiv entwickelter Kategorien mithilfe der inhaltlich strukturierenden Inhaltsanalyse ausgewertet. Die Befunde zeigen, dass der Mehrzahl der Schüler:innen bereits bei einem offenen Impuls das Mapping auf tiefenstruktureller Ebene gelingt. Auch gelingt es den meisten, in einer auf die Lernsituation folgenden Transferaufgabe gemeinsame Elemente zwischen den Beispielen zu benennen bzw. einen Distraktor als solchen zu erkennen. Die Daten zeigen zudem, dass die Qualität des Mappings durch gezielte Impulse verbessert werden kann.

Weiterführende Informationen
In den Dissertationsprojekten VuKiSU-K und VuKiSU-T werden diese Forschungen – nun unter zusätzlichem Einbezug von Kontrastbeispielen – an einem anderen Inhalt aus der naturwissenschaftlichen Perspektive des Sachunterrichts (Angepasstheit von Lebewesen an den Lebensraum Gewässer) weitergeführt.

Vorträge zum Projekt

  • Lohrmann, K. & Oberfell, H. (2019, 09. März). Mapping und Konzepte von Grundschulkindern zum Hebel. 28. GDSU-Tagung, Lüneburg.
  • Lohrmann, K., Hartinger, A. & Groß Ohoff, J. (2018, 26. September). Analoges Enkodieren und die Fähigkeit zum Transfer im naturwissenschaftlichen Sachunterricht. 27. Jahrestagung Grundschulforschung, Frankfurt.
  • Oberfell, H. & Lohrmann, K. (2018, 25. September). Vergleichen von Phänomenen im naturwissenschaftlichen Sachunterricht: Einzelinterviews zu Hebeln mit Zweitklässler/innen. 27. Jahrestagung Grundschulforschung, Frankfurt.
  • Hartinger, A. & Lohrmann, K. (2018, 10. Januar). Exemplarisches Lernen als spezifisches Moment von Schule. Tagung Unterrichten wir das 'Richtige'? Die Frage nach zeitgemäßen Inhalten in der Schule, München.
  • Lohrmann, K., Hartinger, A. & Schwelle, V. (2017, 31. Juli). Similarity and Dissimilarity in Analogical Encoding: A Classroom Study on the Law of the Lever. 4th Analogy Conference, Paris.
  • Lohrmann, K. (2017, 11. Mai). Analogical Encoding in The Classroom: Conceptual Knowledge on The Law of The Lever. Forschungskolloquium von Prof. Dr. Dedre Gentner und Prof. Dr. David Uttal, Department of Psychology, Northwestern University, USA.
  • Lohrmann, K. (2016, 12. Oktober). Bedingungen gelingender Lernprozesse im Sachunterricht. Konferenz der Seminarrektoren der Grund- und Mittelschule in Oberfranken, Bad Alexandersbad.
  • Lohrmann, K. (2016, 12. Oktober). Entdecken und Verstehen im Sachunterricht fördern. Konferenz der Seminarrektoren der Grund- und Mittelschule in Oberfranken, Bad Alexandersbad.
  • Lohrmann, K. (2016, 09. Juni). Die Bedeutung von Phänomen(un)ähnlichkeiten für den Aufbau von konzeptuellem Wissen im naturwissenschaftlichen Unterricht der Grundschule. Einladung des Zentralinstituts für Lehr-Lernforschung (ZiLL), Prof. Dr. Stephan Kröner, Erlangen-Nürnberg.
  • Schwelle, V., Lohrmann, K. & Hartinger, A. (2014, 30. September). Vorwissen und kognitive Grundfähigkeiten. Welche Rolle spielen individuelle Schülervoraussetzungen für den Aufbau von konzeptuellem Wissen? 23. Jahrestagung Grundschulforschung, Leipzig.
  • Schwelle, V., Lohrmann, K. & Hartinger, A. (2014, 05. März). Vorwissen und kognitive Grundfähigkeiten als Einflussfaktoren auf den Aufbau von konzeptuellen Wissensstrukturen. Symposium Kognitiv anspruchsvolle Lernprozesse im Sachunterricht der Grundschule. 2. GEBF-Tagung, Frankfurt.
  • Schwelle, V. & Lohrmann, K. (2013, 01. Oktober). Veränderung konzeptueller Wissensstrukturen von Drittklässlern zum Hebelgesetz. 22. Jahrestagung Grundschulforschung, Braunschweig.
  • Schwelle, V., Lohrmann, K. & Hartinger, A. (2013, 08. März). Die Bedeutung von Phänomen(un)ähnlichkeit für den Aufbau von konzeptuellem Wissen im naturwissenschaftlichen Lernen der Grundschule. Symposium Modellierung und kognitive Aktivierung im naturwissenschaftlichen Sachunterricht. 22. GDSU-Tagung, Solothurn.
  • Schwelle, V., Lohrmann, K. & Hartinger, A. (2012, 22. September). Die Bedeutung von Phänomen(un)ähnlichkeit für den Aufbau von konzeptuellem Wissen im naturwissenschaftlichen Lernen der Grundschule. Symposium Individuelles und gemeinsames Lernen – Modellierung und kognitive Aktivierung im naturwissenschaftlichen Sachunterricht. 21. Jahrestagung Grundschulforschung, Nürnberg.
  • Lohrmann, K., Schwelle, V., Hartinger, A. & Groß Ophoff, J. (2012, 24. Februar). "Ein Nussknacker ist aus Metall und deshalb stärker als die Hand." Präkonzepte von Drittklässlern zum Hebelgesetz. 21. GDSU-Tagung, Berlin.
  • Lohrmann, K., Schwelle, V. & Hartinger, A. (2011, 28. September). Trägem Wissen vorbeugen? Anregung konzeptueller Lernprozesse durch unterschiedliche Aufgabentypen. DGfE-Tagung Schulforschung und Didaktik, Freiburg.
  • Lohrmann, K., Schwelle, V. & Hartinger, A. (2011, 11. März). Woran machen Kinder Gemeinsamkeiten zwischen Phänomenen fest? Prozedurales und konzeptuelles Wissen von Drittklässlern zu Hebeln. 20. GDSU-Tagung, Bamberg.
  • Lohrmann, K. (2010, 18. Juni). Abstrahierungsprozesse beim Lernen mit Phänomenkreisen. Symposium Theorieorientierte und anwendungsorientierte Grundschulforschung. Einladung anlässlich des 65. Geburtstags von Prof. Dr. Wolfgang Einsiedler, Erlangen-Nürnberg.
  • Lohrmann, K. (2010, 28. Januar). Welche Gemeinsamkeiten erkennen Grundschülerinnen und Grundschüler zwischen naturwissenschaftlichen Phänomenen? Ergebnisse aus Interviewstudien zum Analogieerkennen. Einladung im Rahmen der DFG-Forschergruppe und des DFG-Graduiertenkollegs Naturwissenschaftlicher Unterricht (nwu), Duisburg-Essen.
  • Lohrmann, K. (2009, 22. September). Situieren und Abstrahieren im Unterricht der Grundschule. Unterrichtsforschung am Beispiel des naturwissenschaftlichen Lernens. 18. Jahrestagung Grundschulforschung, Hildesheim.
  • Lohrmann, K. (2009, 13. März). Phänomenkreise und Transferdistanzen. 18. GDSU-Tagung, Berlin.

Publikationen zum Projekt

  • Oberfell, H., Lohrmann, K. & Hartinger, A. (2023). Lernen aus Beispielen – eine Studie zu Vergleichsprozessen von Schülerinnen und Schülern zum Hebelgesetz. Zeitschrift für Grundschulforschung 16 (2), 427-447. doi 10.1007/s42278-023-00174-1
  • Oberfell, H. & Lohrmann, K. (2023). Förderung der Entwicklung des Gleichgewichtskonzepts durch Vergleichen. GDSU Journal 12 (14), 47–57.
  • Oberfell, H. (2021). Analoges Enkodieren im naturwissenschaftlichen Sachunterricht [Dissertation]. Pädagogische Hochschule Freiburg.
  • Oberfell, H. & Lohrmann, K. (2020). Adaptives Lernen durch Mapping. In N. Skorsetz, M. Bonanati & D. Kucharz (Hrsg.), Diversität und soziale Ungleichheit – Herausforderungen an die Integrationsleistung der Grundschule (S. 234-238). Wiesbaden: Springer.
  • Lohrmann, K., Groß Ophoff, J. & Hartinger, A. (2018). Analoges Enkodieren und die Fähigkeit zum Transfer im naturwissenschaftlichen Sachunterricht. Zeitschrift für Grundschulforschung 11(2), 365-381.
  • Schwelle, V. (2016). Lernen mit (un-)ähnlichen Beispielen. Zur Bedeutung der Oberflächenstruktur von Beispielen im naturwissenschaftlichen Sachunterricht. Münster: Waxmann Verlag, Reihe Empirische Erziehungswissenschaft, Band 62.
  • Schwelle, V., Lohrmann, K. & Hartinger, A. (2015). Anders und doch gleich: Arbeiten mit unähnlichen Beispielen. Grundschule Sachunterricht 65, 26-33.
  • Lohrmann, K., Hartinger, A., Schwelle, V. & Hartig, J. (2014). Die Bedeutung der (Un-)Ähnlichkeit von Beispielen für den Aufbau von konzeptuellem Wissen. Zeitschrift für Grundschulforschung 7(2), 60-73.
  • Schwelle, V., Lohrmann, K. & Hartinger, A. (2014). Interne Strukturen in einem Wissenstest zum Hebelgesetz. In H.-J. Fischer, H. Giest und M. Peschel (Hrsg.), Lernsituationen und Aufgabenkultur im Sachunterricht (S. 181-188). Bad Heilbrunn: Klinkhardt.
  • Lohrmann, K. (2014). Kontextualisierung und Dekontextualisierung im Unterricht der Grundschule. In W. Einsiedler, M. Götz, A. Hartinger, F. Heinzel, J. Kahlert & U. Sandfuchs (Hrsg.), Handbuch Grundschulpädagogik und Grundschuldidaktik (S. 414-418). 4. Auflage. Bad Heilbrunn: Klinkhardt.
  • Lohrmann, K., Hartinger, A. & Schwelle, V. (2013). Exemplarisches Lehren und Lernen durch das Arbeiten mit Beispielen – theoretische Bezüge zwischen Allgemeiner Didaktik, Fachdidaktik und Lehr-Lernforschung. Zeitschrift für Grundschulforschung 1(6), 158-171.
  • Schwelle, V., Hartinger, A., Lohrmann, K. & Groß Ophoff, J. (2013). „Ein Nussknacker ist aus Metall und deshalb stärker als die Hand“. Präkonzepte von Drittklässlern zum Hebelgesetz. In H.-J. Fischer, H. Giest & D. Pech (Hrsg.), Der Sachunterricht und seine Didaktik. Bestände prüfen und Perspektiven entwickeln (S. 129-136). Bad Heilbrunn: Klinkhardt.
  • Schwelle, V., Lohrmann, K. & Hartinger, A. (2012). Woran machen Kinder Gemeinsamkeiten zwischen Phänomenen fest? Prozedurales und konzeptuelles Wissen von Drittklässlern zu Hebeln. In H. Giest, E. Heran-Dörr & C. Archie (Hrsg.), Lernen und Lehren im Sachunterricht. Zum Verhältnis von Konstruktion und Instruktion (S. 119-126). Bad Heilbrunn: Klinkhardt.
  • Lohrmann, K. & Hartinger, A. (2012). Kindliche Präkonzepte im Sachunterricht. Empirische Forschung und ihr praktischer Nutzen. Grundschulzeitschrift, 26(252/253), 16-21.
  • Hartinger, A., Lohrmann, K., Rank, A. & Fölling-Albers, M. (2011). Situiertes Lernen. In E. Kiel & K. Zierer (Hrsg.), Basiswissen Unterrichtsgestaltung. Band 2: Unterrichtsgestaltung als Gegenstand der Wissenschaft (S. 77-85). Hohengehren: Schneider.
  • Lohrmann, K. (2010). (Un)ähnlichkeit zwischen naturwissenschaftlichen Phänomenen aus der Sicht von Grundschulkindern. Interviewstudien zum Structural Alignment. Empirische Pädagogik 24(3), 264-285.
  • Lohrmann, K. (2010). Hebel. In M. Haider & A. Hartinger (Hrsg.), Experimentieren im Sachunterricht (S. 26-29). Berlin: Cornelsen.
Zitierte Literatur
  • Alfieri, L., Nokes-Malach, T. J. & Schunn, C. D. (2013). Learning through case comparisons: A meta-analytic review. Educational Psychologist, 48(2), 87–113.
  • Gentner, D., Loewenstein, J., Thompson L. (2003). Learning and transfer: A general role for analogical encoding. Journal of Educational Psychology, 95(2), 393–408.
  • Gentner, D., Loewenstein, J. & Thompson, L. (2004). Analogical encoding: Facilitating knowledge transfer and integration. Proceedings of the twenty-sixth annual meeting of the cognitive science society. In K. Forbus, D. Gentner & T. Regier (Eds.) (2005), Proceedings of the twenty-sixth annual meeting of the cognitive science society (pp. 452–457). Mahwah, New Jersey: Lawrence Erlbaum Associates.]
  • Klafki, W. (1985/2007). Neue Studien zur Bildungstheorie und Didaktik. Zeitgemäße Allgemeinbildung und kritisch-konstruktive Didaktik. Weinheim: Beltz.
  • Lipowsky, F. (2020). Unterricht. In E. Wild & J. Möller (Hrsg.), Pädagogische Psychologie (3. Aufl., S. 69–118). Heidelberg: Springer.
  • Lipowsky, F., Hess, M., Arend, J., Böhnert, A., Hirstein, A. & Rzejak, D. (2019). Lernen durch Kontrastieren und Vergleichen: Ein Forschungsüberblick zu wirkmächtigen Prinzipien eines verständnisorientierten und kognitiv aktivierenden Unterrichts. In U. Steffens & R. Messner (Hrsg.), Beiträge zur Schulentwicklung: Bd. 3. Unterrichtsqualität: Konzepte und Bilanzen gelingenden Lehrens und Lernens. Grundlagen der Qualität von Schule 3 (S. 373–402). Waxmann.
  • Lohrmann, K. (2014). Kontextualisierung und Dekontextualisierung im Unterricht der Grundschule. In W. Einsiedler, M. Götz, A. Hartinger, F. Heinzel, J. Kahlert & U. Sandfuchs (Hrsg.), Handbuch Grundschulpädagogik und Grundschul-didaktik (4. Aufl., S. 414–418). Bad Heilbrunn: Klinkhardt.
  • Lohrmann, K., Groß Ophoff, J. & Hartinger, A. (2018). Analoges Enkodieren und die Fähigkeit zum Transfer im naturwissenschaftlichen Sachunterricht. Zeitschrift für Grundschulforschung, 11(2), 365–381.
  • Lohrmann, K., Hartinger, A., Schwelle, V. (2013). Exemplarisches Lehren und Lernen durch das Arbeiten mit Beispielen - theoretische Bezüge zwischen Allgemeiner Didaktik, Fachdidaktik und Lehr-Lernforschung. Zeitschrift für Grundschulforschung 1(6), 158–171.
  • Lohrmann, K., Hartinger, A., Schwelle, V. & Hartig, J. (2014). Die Bedeutung der (Un-)Ähnlichkeit von Beispielen für den Aufbau von konzeptuellem Wissen. Zeitschrift für Grundschulforschung, 7(2), 60–73.
  • Oberfell, H. (2021). Analoges Enkodieren im naturwissenschaftlichen Sachunterricht [Dissertation]. Pädagogische Hochschule Freiburg.
  • Rittle-Johnson, B. & Star, J. R. (2009). Compared with what? The effects of different comparisons on conceptual knowledge and procedural flexibility for equation solving. Journal of Educational Psychology, 101(3), 529–544.
  • Schwelle, V. (2016). Lernen mit (un-)ähnlichen Beispielen. Zur Bedeutung der Oberflächenstruktur von Beispielen im naturwissenschaftlichen Sachunterricht. Münster: Waxmann.
  • Spreckelsen, K. (1997). Phänomenkreise als Verstehenshilfen. In W. Köhnlein, B. Marquardt-Mau H. & Schreier (Hrsg.), Kinder auf dem Weg zum Verstehen der Welt (S. 111–127). Bad Heilbrunn: Klinkhardt.
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