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Original PaPer

Eingegangen: 12. Februar 2014 / Angenommen: 5. Mai 2014© Gesellschaft für Didaktik der Physik und Chemie (GDCP) 2014

Welche Wirkungen erzielt ein naturwissenschaftlicher Anfangsunterricht?Befunde einer Untersuchung zum Projekt NaWi-aktiv im Zuge der Einführung des Nawi-Unterrichts an nicht-gymnasialen Schulen in Schleswig-Holstein

Tim N. Höffler · Frank Lüthjohann · Ilka Parchmann

ZfDNDOI 10.1007/s40573-014-0009-1

Schlüsselwörter Naturwissenschaftlicher fächerübergreifender Anfangsunterricht · Extracurriculäres Projekt · Längsschnittstudie · Interesse · Selbstkonzept · Naturwissenschaftliche Arbeitsweisen

What is the Impact of Integrated Science in Grades 5 and 6?

Results of Analyzing the Project “NaWi-aktiv” in the Course of the Implementation of Science in Schools in Schleswig-Holstein

Abstract Results of a longitudinal study focusing on the effects of integrated science in grades 5 and 6 are report-ed. Originally, the project investigated the impact of an extracurricular project (“NaWi-aktiv”) on science with a control-group design. However, changes in the educational system in the state of Schleswig-Holstein gave the oppor-tunity for this longitudinal study. In accordance with other studies, a statistically significant—albeit moderate—de-cline of interest in scientific topics and science as school subject was found. On the other hand, science self-concept and knowledge of scientific methods increased significant-ly. Moreover, there was some evidence for a raised inter-est in experimenting. Concerning nature of science, a ceil-ing effect prevented finding significant changes over time. Lastly, there are some hints as to an effect of a science workgroup in addition to regular science lessons. The re-sults are analyzed and discussed in respect of current dis-cussions about integrated science.

Keywords Integrated science · Extracurricular project · Longitudinal study · Interest · Self-concept · Knowledge of scientific methods

Zusammenfassung In diesem Beitrag werden Ergebnis-se einer längsschnittlichen Untersuchung der Effekte des naturwissenschaftlichen Anfangsunterrichts in den Jahr-gängen 5 und 6 an nicht-gymnasialen Schulen in Schles-wig-Holstein berichtet. Ursprünglich als Untersuchung eines extracurriculären Projekts („NaWi-aktiv“) im Kon-trollgruppendesign angelegt, boten die bildungspolitischen Veränderungen in Schleswig-Holstein Gelegenheit zu die-ser Längsschnittsstudie. Im Einklang mit anderen Studien wurde ein signifikanter, wenn auch moderater Interessens-abfall an naturwissenschaftlichen Sachthemen und am na-turwissenschaftlichen Fach festgestellt. Dafür konnte ein Anstieg des naturwissenschaftlichen Selbstkonzepts ver-zeichnet werden, ebenso eine signifikante Zunahme des Wissens um naturwissenschaftliche Arbeitsweisen. Auch für ein gesteigertes Interesse am Experimentieren finden sich Belege. Hinsichtlich Nature of Science konnten auf-grund eines Deckeneffekts keine Veränderungen über die Zeit hinweg festgestellt werden. Schließlich gibt es Hin-weise für einen Effekt einer zusätzlichen Naturwissen-schafts-Arbeitsgemeinschaft neben dem Regelunterricht. Die Ergebnisse werden im Lichte aktueller Diskussionen um fächerübergreifenden naturwissenschaftlichen Unter-richt analysiert und diskutiert.

T. N. Höffler () · F. Lüthjohann · I. ParchmannIPN – Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik,Olshausenstr. 62,24098 Kiel, DeutschlandE-Mail: hoeffler@ipn.uni.kiel.de

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T. N. Höffler et al.

Einleitung

Vom Sachunterricht in den Biologieunterricht, nach und nach dazu Physik und Chemie – so sah lange Zeit die natur-wissenschaftliche Bildung in Deutschland aus. In den letz-ten zehn Jahren führten jedoch immer mehr Bundesländer eine Brücke dazwischen ein: den naturwissenschaftlichen oder naturwissenschaftlich-technischen Anfangsunter-richt (kurz „Nawi“) in den Jahrgängen 5 und 6. Ein Grund dafür war die Forderung nach einem früheren Einsetzen des naturwissenschaftlichen Unterrichts, um Interessen im MINT-Bereich früher zu wecken und möglichst nachhaltig zu verankern. Doch werden diese Ziele erreicht? Insgesamt ist wenig über die Wirkungen eines Nawi-Anfangsunter-richts bekannt (Klos 2008). Ein Grund dafür ist vermutlich die für vergleichende Untersuchungen sehr unterschiedliche Gestaltung des naturwissenschaftlichen Anfangsunterrichts in den verschiedenen (Bundes-)Ländern, die auch eine Interpretation der vorhandenen Literatur deutlich erschwert. So können vorhandene Ergebnisse nicht verallgemeinert als Resultate „des“ Nawi-Unterrichts betrachtet werden. Ein Trend wird jedoch für Formen eines fächerübergreifenden Nawi-Unterrichts ebenso beschrieben wie für projekt- oder kontextbasierte Konzeptionen: Es zeigen sich positive Wir-kungen in affektiven Bereichen wie dem Interesse (Bennett et al. 2007; Fechner 2009; Hansen und Klinger 1998), wäh-rend die kognitiven Lernergebnisse ambivalent sind und verschiedene Trends aufweisen (Bennett et al. 2007; Fech-ner 2009; Witte 1997).

Eine Bewertung des Erfolgs des Nawi-Anfangsunter-richts verlangt explizite Formulierungen von Zielsetzungen, an denen Resultate gemessen werden können (Parchmann 2013). Diese werden zum Beispiel in der grundlegenden Einführung naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitswei-sen gesehen. Mit diesem Schwerpunkt startete auch das die-sem Beitrag zugrunde liegende Projekt „NaWi-aktiv“, das zunächst als Ersatz, später als Ergänzung des Regelunter-richts an nicht-gymnasialen Schulen konzipiert wurde. In Schleswig-Holstein war Nawi bis zum Schuljahr 2008/09 kein Bestandteil des Regelunterrichts in den fünften und sechsten Jahrgängen, so dass 2007 von Reinhard Demuth das Projekt NaWi-aktiv initiiert wurde. Dieses Projekt, das von der Deutschen Post AG sowie dem Ministerium für Bildung und Wissenschaft Schleswig-Holstein unterstützt und vom Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwis-senschaften und Mathematik (IPN) geplant, durchgeführt und evaluiert wurde (Höffler et al. 2011), hatte zum Ziel, an insgesamt fünf Pilotschulen in Schleswig-Holstein mittels einer wöchentlichen Naturwissenschafts-AG sowie eines einwöchigen Forschercamps in den Sommerferien das Inte-resse von Schülerinnen und Schülern an Naturwissenschaf-ten durch einen kontextbasierten Ansatz zu wecken und erste Lernfortschritte zu bewirken. In einer vergleichenden Stu-

die über mehrere Jahre hinweg in verschiedenen Kohorten sollten die Wirkungen dieses Ansatzes untersucht werden. Dieses Vorhaben musste aufgrund einer bildungspolitischen Entwicklung verändert werden: Zum Herbst 2009 wurde auch in Schleswig-Holstein an allen nicht-gymnasialen Schulen ein Nawi-Anfangsunterricht eingeführt. Anstelle des geplanten Experimental-Kontrollgruppen-Designs ergab sich damit die Möglichkeit einer längsschnittlichen Untersuchung, die im Folgenden dokumentiert wird. Der mögliche zusätzliche Einfluss der AG wird ebenfalls ana-lysiert. Zuvor werden für die Einordnung und Bewertung der Ergebnisse die konkrete Situation in Schleswig-Hol-stein sowie der Stand der Forschung zum Nawi-Unterricht sowie zu den fokussierten Konstrukten zusammenfassend erläutert.

Bildungstheoretischer Hintergrund

Der naturwissenschaftliche Unterricht in Schleswig Hol-stein hat in den letzten Jahren zahlreiche Erneuerungen erfahren (Ministerium für Bildung und Wissenschaft des Landes Schleswig-Holstein 2011). Ab dem Schuljahr 2008 wurden alle bestehenden Haupt- und Realschulen zu soge-nannten Regional- und Gemeinschaftsschulen zusammen-gefasst. Zukünftig, dies stellt eine weitere Neuerung ab 2014 dar, wird es neben dem Gymnasium, das nach acht Jahren zum Abitur führt, nur noch die Gemeinschaftsschule geben, die den Lernenden die Möglichkeit bietet, das Abi-tur nach neun Jahren zu erreichen. An den Gemeinschafts-schulen soll Schülerinnen und Schülern der Weg zu allen drei Bildungsgängen (Hauptschulabschluss, Mittlere Reife, Abitur) möglichst lange offenstehen. Erst ab der 7. Klas-senstufe können in einigen Fächern leistungsdifferenzierte Kurse angeboten werden. Binnendifferenzierung ist in die-ser Schulform folglich unverzichtbar.

An fast allen Haupt- und Realschulen des Landes fand bis zur Einführung der Regional- und Gemeinschaftsschu-len ein nach Fächern differenzierter naturwissenschaftlicher Unterricht statt. Dabei beschränkten sich die naturwissen-schaftlichen Inhalte im Anfangsunterricht in beiden Schul-formen auf das Fach Biologie. Mit der Einführung der Regional- und Gemeinschaftsschulen wurde es den Schulen zunächst freigestellt, wie diese den naturwissenschaftlichen Unterricht organisieren. Viele Schulen entschieden sich, im 5. Jahrgang für fachübergreifende Naturwissenschaften (Nawi). Andere setzten weiter auf differenzierten Fach-unterricht, wobei die Fächer Physik und Chemie jetzt oft-mals bereits ab Klassenstufe 5 angeboten wurden. Ab dem Schuljahr 2014/15 muss in allen Gemeinschaftsschulen bis zur Klasse 7 das Fach Naturwissenschaft fachübergreifend angeboten werden. Eine Differenzierung in die Fächer ist erst ab der 8. Jahrgangsstufe möglich, wobei gemeinsame

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dessen jedoch eine längsschnittliche Untersuchung in allen beteiligten Schulen.

Im Folgenden werden nun der Stand der Forschung einerseits zum fächerübergreifenden naturwissenschaft-lichen Unterricht sowie andererseits zu den in der Unter-suchung vorrangig fokussierten Konstrukten Interesse und Selbstkonzept dargestellt.

Stand der Forschung zum Nawi-Unterricht sowie zu den in der Untersuchung fokussierten Konstrukten

Nawi-Unterricht

Da es kaum Untersuchungen spezifisch zum naturwissen-schaftlichen Anfangsunterricht (Klos 2008) gibt, werden im Folgenden Befunde zum Nawi-Unterricht breiter ausgeführt. Ein fächerübergreifender oder integrierter Unterricht in den Naturwissenschaften ist wiederkehrend Anlass zur Dis-kussion, etwa im Zusammenhang mit der Einführung von Gesamtschulen in den 70er Jahren wie auch in den letzten Jahrzehnten als mögliche Antwort auf mangelnde Leistun-gen in der TIMS- und den PISA-Studien. Trotzdem hat sich dieser, anders als prophezeit (Demuth 2005), in Deutsch-land bislang kaum durchsetzen können, anders als beispiels-weise in der Schweiz. Vorbehalte betreffen eine mögliche Vernachlässigung fachlicher Ziele, die zu hohe Komplexi-tät fächerübergreifender Themen, die häufige Bevorzugung biologischer Themen im fächerübergreifenden Unterricht, die ungenügende, nicht interdisziplinäre Ausbildung der Lehrkräfte sowie die Gefahr der Stundenreduktion in den naturwissenschaftlichen Schulfächern (Labudde und Möller 2012). Auf der anderen Seite stehen viele mögliche Vorteile, jedoch häufig ohne Erbringung eines empirischen Nachwei-ses. Dazu zählen u. a. (nach Czerniak 2007):

● ein besserer alltagsweltlicher Bezug, ● bessere Möglichkeiten zum Problemlösen, ● Unterstützung selbständigen Lernens, ● mehr Gelegenheiten für Schülerinnen und Schüler, das

Curriculum mitzugestalten, ● Gestattung des intensiveren, mehr in die Tiefe gehenden

Lernens, ● effektivere Ausnutzung von Vorwissen, ● mehr konkrete Erfahrungen möglich für langsamere Ler-

ner wie auch mehr Fördermöglichkeiten für Hochleister.

Im Vergleich zum traditionellen Fachunterricht hätte somit der fächerübergreifende Unterricht das Potential, besonders die guten Möglichkeiten eines kontextuellen und selbstge-steuerten Ansatzes mit breiterem Alltagsbezug auszunutzen. Dies könnte konkrete Auswirkungen vor allem auf das Ver-ständnis naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen haben.

Fachanforderungen für alle drei Fächer1 die zu erwerbenden Fähigkeiten ausweisen werden.

Eine quantitative Aufwertung des naturwissenschaftli-chen Anfangsunterrichts lässt sich an der Kontingentstun-dentafel ablesen. Während an den Haupt- und Realschulen nur vier Stunden naturwissenschaftlichen Unterrichts in den Jahrgängen 5 und 6 vorgesehen waren (und zwar aus-schließlich Biologie), hat sich diese Zahl mit Einführung der Gemeinschaftsschule auf acht Unterrichtsstunden verdoppelt.

Das Projekt NaWi-aktiv (http://www.nawi-aktiv.de), das zu der im Folgenden beschriebenen Studie geführt hat, wurde zunächst als AG unabhängig vom Anfangsunterricht Nawi konzipiert, wurde durch die zuvor dargestellten bildungs-politischen Änderungen jedoch eine Ergänzung desselben. Das organisatorische Rahmenkonzept von NaWi-aktiv hatte zum Ziel, den regulären Unterricht durch eine wöchentliche, zweistündige naturwissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft, in der insbesondere leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler handlungsorientiert naturwissenschaftliche Phä-nomene erarbeiten können, zu ergänzen. Hinzu kam ein jeweils einwöchiges Forschercamp am Ende des Schuljah-res (vgl. Höffler et al. 2011).

Mit dem Projekt sollten die folgenden Zielsetzungen ver-folgt und begleitend untersucht werden:

● Die Kinder/Jugendlichen sollen naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen kennen lernen und möglichst eigenständig umsetzen und anwenden können.

● Auswahl und Struktur der Inhalte sollen das Vergleichen und Erkennen von Strukturen fördern, um eine Basis für spätere fachsystematische Kategorisierungen (bspw. von Stoffklassen oder Organismen) zu legen.

● Teambildung und Verantwortung sollen durch die Über-nahme von Aufgaben in der AG, aber auch durch die Unterstützung anderer Kinder im Regelunterricht ange-regt werden. Das damit verbundene Ziel ist nicht nur die Förderung sozialer Fähigkeiten, sondern auch die Stär-kung des eigenen Selbstkonzepts der Jugendlichen.

Damit beinhaltete das Projekt ein Konzept, das durchaus Gemeinsamkeiten mit dem später implementierten Nawi-Regelunterricht aufweist (beispielsweise den Fokus auf naturwissenschaftliche Arbeitsweisen sowie der kontext-orientierte und fächerübergreifende Ansatz). Nach Einfüh-rung des Nawi-Regelunterrichts haben Lehrkräfte diese Anregungen und Materialien aus NaWi-aktiv daher auch zur Gestaltung dieses Unterrichts genutzt. Eine verglei-chende Kontrollstudie war somit nicht mehr möglich, statt-

1 Diese Fachanforderungen Naturwissenschaften Sekundarstufe I befinden sich zurzeit in der Diskussion und werden ab dem Schuljahr 2014/15 verbindlich gelten. Eine Anhörungsversion ist bereits unter http://www.lehrplan.lernnetz.de abrufbar.

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den Klassenstufen 5 und 6 integriert unterrichtet wurde, mit einer, die in Klasse 5 in Biologie und in Klasse 6 zusätz-lich in Physik differenzierten Unterricht bekam. Sie fand keine Unterschiede im Fachtest Chemie, dafür aber einen geringen Vorteil des differenzierten Ansatzes hinsichtlich prozessbezogener Kompetenzen. Außerdem hatten die Schülerinnen und Schüler ein höheres physikalisches Selbst-konzept. Auf der anderen Seite stand ein positiver Einfluss des integrierten Ansatzes auf das Verständnis naturwissen-schaftlicher Arbeitsweisen von Mädchen sowie ein höheres Fachinteresse als beim differenzierten Ansatz sowie keine Geschlechterunterschiede beim Interesse. Auf internatio-naler Ebene haben Bennett et al. (2007) eine Metaanalyse vorliegender Studien zum STS-Ansatz (Science-Techno-logy-Society) durchgeführt, wie er insbesondere in Nord-amerika verbreitet ist. Sie fanden Hinweise dafür, dass das Verständnis von Naturwissenschaften mit dem STS-An-satz ebenso gut gefördert wird wie mit konventionellen Ansätzen. Die Einstellung gegenüber Naturwissenschaften wird offenbar deutlich besser gefördert als auf konventio-nelle Weise und scheint zugleich Geschlechtsunterschiede ein Stück weit auszugleichen. Allerdings geben die Auto-ren zu bedenken, dass die Primärstudien oft methodische Mängel aufwiesen, so dass die Ergebnisse insgesamt unter Vorbehalt stehen müssen. Trotzdem deuten die empiri-schen Ergebnisse insgesamt eher auf einen positiven Effekt fächerübergreifenden naturwissenschaftlichen Unterrichts hin, der aber noch dringend weiter bestätigt werden müsste.

Ausgewählte Konstrukte für Untersuchungen

Die dokumentierten Unterschiede zwischen fächerübergrei-fendem und nach Fächern getrenntem Unterricht betreffen insbesondere das Interesse an sowie Einstellung gegenüber Naturwissenschaften. Dementsprechend standen das Inte-resse und das naturwissenschaftliche Selbstkonzept neben dem Verständnis naturwissenschaftlicher Arbeitsweisen im Zentrum der hier vorgestellten Untersuchung.

Interesse ist eine mehrdimensionale Variable, die als dynamisches Verhältnis zwischen einer Person und einem Gegenstand verstanden wird (Krapp und Prenzel 2011). Dabei wird zwischen situationalem und individuellem Interesse differenziert. Situationales Interesse wird als ein momentaner Zustand der Interessiertheit an bestimmten Gegenständen oder Situationen verstanden, während das individuelle Interesse eine dispositionale und somit anhal-tende Eigenschaft darstellt (Krapp et al. 1992). Letzteres kann durch systematische Förderung aus einem zunächst situationalen Interesse hervorgehen und in einem lang anhal-tenden Interesse nicht nur am spezifischen Lerngegenstand, sondern auch am entsprechenden Schulfach resultieren (Hidi und Renninger 2006). Im Kontext von Schülerdaten-erhebungen unterscheidet man häufig zwischen Sach- und

Labudde (2006) ergänzt hierzu noch die besseren Mög-lichkeiten gendergerechten Unterrichts, des nichtlinearen Lernens sowie des Erreichens überfachlicher Schlüsselkom-petenzen. Befunde, die zeigen, dass der naturwissenschaftli-che Unterricht in seiner in Deutschland traditionellen Form scheinbar wenig dazu führt, das Interesse der Jugendlichen zu wecken und aufrecht zu erhalten (z. B. Daniels 2008; Schön 2004), sind ein oftmals vorgebrachtes Argument für einen stärker an die Lebenswelt der Kinder und Jugend-lichen angebundenen Nawi-Unterricht. Für die besonders starke Abnahme des Interesses an naturwissenschaftlichen Fächern (die über die generelle Abnahme des Interesses, die mit natürlichen Interessensdiversifizierungen und Entwick-lungsvorgängen in der Pubertät erklärt wird (Todt 1987), hinausgeht) wird vielfach die mangelnde Anknüpfung an Alltagserfahrungen als Ursache herangezogen (Häußler und Hoffmann 1995; Demuth et al. 2008). Bethge und Schecker (1998) konstatierten dem naturwissenschaftlichen, nach Disziplinen getrennten Unterricht eine Akzeptanz- (Natur-wissenschaften würden als „schwierig“ und „unattraktiv“ empfunden), Methoden- und Inhaltskrise (Inhalte seien zu abstrakt und zu wenig alltagsbezüglich). Demgegenüber wird als Begründung für den fächerübergreifenden Unter-richt der Ansatz des situierten Lernens (vgl. Mandl et al. 1997) angeführt, in dem die fachlichen Inhalte in die lebens-weltlichen Erfahrungen der Lernenden eingebettet werden (Parchmann et al. 2011; Reinhold und Bünder 2001).

Rehm et al. (2008) begründen aus bildungs- und wis-senschaftstheoretischer Sicht, weshalb ein fächerübergrei-fender naturwissenschaftlicher Unterricht eine legitime Variante darstelle, die a) international sehr anerkannt und verbreitet ist, b) gesellschaftliche und kulturelle Teilhabe sicherstellt und damit eher modernen Bildungstheorien (vgl. Klafki 2003) entspreche als leistungsorientierter domänen-spezifischer Unterricht nach den Bildungsstandards, und c) prinzipiell in der Lage ist, Naturwissenschaften einheitlich darzustellen, ohne dabei die spezifischen Herangehenswei-sen und Charakteristika der einzelnen Domänen zu vernach-lässigen (sondern ausdrücklich zu thematisieren).

Hinsichtlich konkreter Evidenzen für die Wirksamkeit oder gar Überlegenheit eines fächerübergreifenden natur-wissenschaftlichen Ansatzes ist die Sachlage allerdings wenig klar. Bünder und Wimber (1997) sowie Hansen und Klinger (1998) berichten etwa für den PING-Ansatz von einer in mehreren Untersuchungen festgestellten Erhö-hung des Interesses an Naturwissenschaften. Allgemein ist bekannt, dass thematisch organisierte und lebenswelt-orientierte Unterrichtsabschnitte besonders die Interessen der Schülerinnen und Schüler fördern können (vgl. Aiken-head 1994; Reinhold und Bünder 2001). Das Fachwissen wurde im Vergleich zum differenzierten Unterricht mit dem PING-Ansatz signifikant weniger gefördert (Witte 1997). Klos (2008) verglich eine gymnasiale Schülergruppe, die in

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esse an naturwissenschaftlichen Themen beginnen wer-den. Zumeist ist in den Folgejahren eine signifikante Abnahme zu verzeichnen, so dass bereits eine Aufrecht-erhaltung auf hohem Niveau als Erfolg zu bezeichnen wäre.

● Wie verändert sich das (naturwissenschaftliche) Selbst-konzept über die Zeit? Das naturwissenschaftliche Selbstkonzept ist oft eng mit dem Interesse gekop-pelt (Hannover 1998). Gerade ein fächerübergreifen-der Unterricht könnte aber mit dessen Anspruch, mehr konkrete Lernerfahrungen auch für langsame Lerner zu bieten (vgl. Czerniak 2007), positiven Einfluss auf das naturwissenschaftliche Selbstkonzept haben.

● Wie entwickelt sich das Verständnis naturwissenschaftli-cher Arbeitsweisen im naturwissenschaftlichen Anfangs-unterricht? Im Einklang mit Klos (2008) kann hier ein signifikanter Verständniszuwachs durch den naturwis-senschaftlichen Anfangsunterricht erwartet werden, der insbesondere bei den Mädchen auffällig sein dürfte.

● Zeigen sich darüber hinaus Zusatzeffekte durch die Teilnahme an einer wöchentlichen Nawi-Arbeits-gemeinschaft? Die zusätzliche Teilnahme an der Arbeitsgemeinschaft sollte in erster Linie das naturwis-senschaftliche Selbstkonzept sowie das Interesse beein-flussen können.

Methode und Design

Stichprobe

Insgesamt wurden für die Studie über einen Zeitraum von vier Jahren 1.102 Schülerinnen und Schüler des fünften Jahrgangs längsschnittlich befragt. Die Jugendlichen kamen aus fünf unterschiedlichen Schulen. Die erste Pilotschule startete im Schuljahr 2007/08 mit einer Arbeitsgemeinschaft im fünften Jahrgang, die im sechsten Jahrgang fortgesetzt wurde. Es wurde jeweils der gesamte Jahrgang untersucht. Im folgenden Jahrgang startete die zweite Pilotschule eben-falls mit einer AG, während die erste Schule eine weitere AG in den fünften Klassen anbot. 2009/10 kam eine dritte Schule hinzu, 2011/12 schließlich zwei weitere Schulen. Tabelle 1 veranschaulicht die Genese der Projektbeteiligung der Schulen und Stichprobenziehung mit den jeweiligen Stichproben- und Klassengrößen.

In der Stichprobe fanden sich 40,4 % Mädchen wieder, was etwas weniger ist als nach dem Bundesdurchschnitt von Schülerinnen an Hauptschulen zu erwarten wäre (2010/11: 45,9 %; Baumann et al. 2012). Die Schülerinnen und Schü-ler waren zu Beginn im Durchschnitt 11 Jahre alt. 20,3 % gaben an, dass bei ihnen zu Haus vorrangig eine andere Sprache als deutsch gesprochen würde.

Fachinteresse (Klos 2008): Fachinteresse als individuelles, überdauerndes Interesse am Fach und Sachinteresse als Interesse an bestimmten inhaltlichen Fragestellungen, das lediglich situationale Interessiertheit kennzeichnen kann, aber ggf. auch Äußerung eines individuellen Interesses sein kann.

Das Selbstkonzept wird generell als Struktur des dekla-rativen Gedächtnisses verstanden, die aus selbstbezogenen kognitiven Informationen besteht, darunter das Wissen um eigene Stärken, Vorlieben und Einstellungen. Nach Shavel-son, Hubner und Stanton (1976) lassen sich verschiedene Ebenen des Selbstkonzepts differenzieren: Unter der Ebene des allgemeinen Selbstkonzepts findet sich neben dem sozi-alen Selbstkonzept das akademische Selbstkonzept, das Wissen um akademisches (Schul-)Wissen darstellt. Auf der darunter liegenden Ebene werden nach dem I/E frame of reference model (Marsh 1986) verschiedene Fähigkeits-Selbstkonzepte für verschiedene Wissensteilbereiche bzw. Schulfächer angenommen, so zum Beispiel ein naturwis-senschaftliches Selbstkonzept, das auch in der vorliegenden Untersuchung gemessen wurde. Es existieren zahlreiche Belege für einen positiven Zusammenhang zwischen posi-tivem Selbstkonzept und (Schul-)Leistung (z. B. Köller et al. 2006; Krapp 1997). Zudem ist das Selbstkonzept eng mit dem Interesse korreliert (Daniels 2008); fachspezifische Selbstkonzepte beeinflussen die Entwicklung von Interesse maßgeblich (vgl. Marsh et al. 2005). Die Entwicklung des Selbstkonzepts ist unmittelbar mit Bezugsgruppeneffekten verknüpft, etwa bei Schulwechseln (Jerusalem 1993).

Ziele und Forschungsfragen

Die Studie untersuchte die Entwicklungen von Schülerin-nen und Schülern verschiedener Hauptschulen (später Regi-onal- und Gemeinschaftsschulen) Schleswig-Holsteins vom Anfang des fünften bis zum Ende des sechsten Jahrgangs (in einem Teil der Stichprobe bis zum Ende des siebten Jahr-gangs) hinsichtlich ihres Interesses an Naturwissenschaften, ihres naturwissenschaftlichen Selbstkonzepts sowie ausge-wählter kognitiver Variablen wie dem Verständnis natur-wissenschaftlicher Arbeitsweisen. Darüber hinaus wurden mögliche ergänzende Wirkungen des NaWi-aktiv-Projekts analysiert.

Die Untersuchung verfolgte damit die folgenden Forschungsfragen:

● Gelingt es dem naturwissenschaftlichen Anfangsunter-richt, das Fach- und Sachinteresse von Jugendlichen zwischen dem 5. und 7. Jahrgang aufrecht zu erhalten oder sogar zu steigern? Aus Studien wie IGLU, TIMSS und der IPN-Interessenstudie ist zu erwarten, dass die Schülerinnen und Schüler mit einem sehr hohen Inter-

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Instrumente

Erfasst wurde erstens das Interesse der Schülerinnen und Schüler an naturwissenschaftlichen Fragestellungen. Dieses wurde mittels verschiedener Skalen zum Sachinteresse an chemischen, physikalischen und biologischen Fragestellun-gen (jeweils vier bis sechs Items) nach Klos (2008) erhoben. Die Schülerinnen und Schüler gaben auf vierstufigen Likert-Skalen (von „interessiert mich sehr“ bis „interessiert mich gar nicht“) ihre Haltung zu dem betreffenden Gegenstand ab. Gleiches galt für fünf Items zum Interesse am naturwis-senschaftlichen Fach (z. B. „Was wir in der Schule in NaWi gemacht haben, halte ich für interessant“).

Weiterhin wurde auf das naturwissenschaftliche Selbst-konzept fokussiert. Vier Likert-skalierte Items in Anleh-nung an Köller et al. (2000) maßen diese Facette.

Zudem spielt das Konstrukt „Nature of Science“ (Hötte-cke 2004; Lederman 1992) eine wichtige Rolle. Nature of Science (NoS) stellt einen Teilbereich der Scientific Lite-racy dar (vgl. Neumann und Kremer 2013) und umfasst die den Naturwissenschaften „innewohnenden“ Werte und Annahmen, wie zum Beispiel das Wissen um die Vorläu-figkeit von scheinbar gesicherten Erkenntnissen sowie die Notwendigkeit zur Kreativität bei der Bildung von Hypothe-sen. Das Verständnis von NoS wurde darum in Form eines Fragebogens (nach Urhahne et al. 2008) mittels 15 Items erfasst. Eng mit diesem Konstrukt verknüpft, aber stärker auf die praktische Umsetzung des Wissens um den natur-wissenschaftlichen Erkenntnisweg fokussiert, ist der eben-

Durchführung

Jeweils zu Beginn des fünften und Ende dieses und der fol-genden Schuljahre wurden Befragungen mit dem gesamten Jahrgang durchgeführt. Das Längsschnittdesign (vgl. auch Tab. 1) beinhaltet damit Messungen zu Beginn des fünften Schuljahrs, am Ende des fünften Schuljahrs, am Ende des sechsten Schuljahrs sowie am Ende des siebten/ zu Beginn des achten Schuljahres. Aufgrund der schrittweisen Ein-führung des Konzepts an verschiedenen Schulen über die Jahre hinweg sowie aufgrund verschiedener Probleme bei der Datenerhebung (so verlegte eine Schule die Codetabel-len, was eine Follow-up Erhebung unmöglich machte) lie-gen allerdings nur von einem sehr kleinen Teil Daten für alle Messzeitpunkte vor. So stiegen beispielsweise 2010 zwei Schulen mit großer Schülerschaft in das Projekt ein, bei denen aber natürlich bis zum Abschluss der Erhebun-gen 2012 nur zwei bis drei Messzeitpunkte realisiert werden konnten. Dennoch liegen für viele der abhängigen Variablen Daten von über 700 Schülerinnen und Schülern mindestens der Vorerhebung sowie eines weiteren Messzeitpunkts vor.

Die Testungen waren jeweils für zwei Schulstunden angesetzt, wobei die Testung am Ende des fünften Schul-jahrs eine verringerte Variante darstellte und nur eine Schulstunde umfasste. Die Schulklassen wurden geteilt und bearbeiteten die Tests und Fragebögen unter Aufsicht jeweils im halben Klassenverbund.

Tab. 1 Stichprobenziehung an den verschiedenen Projektstandorten (I bis V) zu den jeweiligen Testzeitpunkten. Angegeben sind die jeweiligen Stichprobengrößen der erfassten Jahrgänge insgesamt sowie zu den jeweiligen Messzeitpunkten

Zeitpunkt der TestungStandort/Jahrgang

Sommer 2008

Herbst 2008

Sommer 2009

Herbst 2009

Sommer 2010

Herbst 2010 Sommer 2011

Herbst 2011 Sommer 2012

I 07/08 n = 45 Post5 n = 23 Post6 n = 40 FU n = 32I 08/09 n = 38 Prä5 n = 23 Post5 n = 36 Post6 n = 29I 09/10 n = 116 Prä5 n = 99 Post5 n = 95 Post6 n = 79 FU n = 97I 10/11 n = 109 Prä5 n = 92 Post5 n = 99 Post6 n = 95II 07/08 n = 37 Prä6 n = 30 Post6 n = 23

Schule hat Codetabellen verloren.II 08/09 n = 43 Prä5 n = 36 Post5 n = 27 Post6 n = 31II 09/10 n = 72 Prä5 n = 61 Post5 n = 62II 10/11 n = 50 Prä5 n = 49III 09/10 n = 68 Prä5 n = 59 Post5 n = 59 Post6 n = 58 FU n = 60III 10/11 n = 46 Prä5 n = 41 Post5 n = 43 Post6 n = 65IV 10/11 n = 66 Prä5n = 62 Post5 n = 66 Post6 n = 60IV 11/12 n = 66 Prä5 n = 66 Post5 n = 63V 10/11 n = 141 Prä5 n = 134 Post5 n = 99 Post6 n = 134V 11/12 n = 124 Prä5 n = 124 Post5 n = 110N = 1102Prä5 Prätestung im fünften Jahrgang, Prä6 Vortestung im sechsten Jahrgang (Ausnahme an einem Standort zu einem Zeitpunkt), Post5 Nachtestung am Ende der fünften Klasse, Post6 Nachtestung am Ende der 6. Klasse, FU Follow-up Untersuchung am Ende der siebten/zu Beginn der achten Klasse

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täten resultierte und die Aussagekraft dieser Skala erheblich einschränkt.

Ergebnisse

Wie bereits erwähnt, liegen designbedingt von einer großen Anzahl von Probanden nicht die Daten aller vier Messzeit-punkte vor. Es wurde jedoch festgestellt, dass keinerlei sta-tistisch signifikante Unterschiede zwischen dem zeitlichen Verlauf der Entwicklung innerhalb eines oder mehrerer Jahre bestehen. Beispielhaft ist dies für den Bereich des Inte-resses am naturwissenschaftlichen Fach im Folgenden dar-gestellt, wurde aber für nahezu alle gemessenen Konstrukte nachgewiesen: Bei der Durchführung einer Varianzanalyse mit Messwiederholung, bei der der Unterschied zwischen Prä- und jeweiligem Postwert den Innersubjektfaktor dar-stellt und die Dauer zwischen Prä- und Postmessung (ein, zwei oder drei Schuljahre) den Zwischensubjektfaktor, war der WITHIN-Faktor erwartungsgemäß signifikant (F (1,699) = 33.17, p < .001, part. η2 = 0.045), der BETWEEN-Faktor hingegen nicht (F (2,699) = 1.28, p = .28), d. h. es gibt keine signifikanten Unterschiede in der Entwicklung des Interesses am naturwissenschaftlichen Fach hinsichtlich der Dauer zwischen Prä- und Postmessung. Ob der Unterschied im Interesse am naturwissenschaftlichen Fach mit ein, zwei oder drei Jahren Differenz zwischen Vor- und Nachtestung gemessen wird, spielt offensichtlich keine statistisch signi-fikante Rolle. Die Interaktion war ebenfalls statistisch nicht signifikant (F (2,699) = 1.75, p = .18). Eine einzige Aus-nahme stellt das Interesse an physikalischen Sachthemen dar, bei dem bei der dreijährigen Messung ein signifikant niedrigerer Verlauf festgestellt wurde (F (2,739) = 3.16, p < .05, part. η2 = 0.008), d. h. in diesem Fall scheint das

falls eingesetzte „NAW-C 5/6-Test“, eine computerbasierte Adaption des „Naturwissenschaftliche ArbeitsWeisen-Tests“ (Hübinger 2008; Klos et al. 2008; Walpuski 2006), mit dem der naturwissenschaftliche Problemlöseprozess erfasst werden sollte. Dieser Test stellte die Schülerinnen und Schüler vor die Aufgabe, anhand einer Fragestellung aus dem Alltag (Nichtfunktionieren eines elektronischen Gegenstands) Hypothesen über die Ursachen aufzustel-len sowie Vorschläge zur experimentellen Überprüfung zu machen. Zwei Rater beurteilten die Lösungen der Schü-lerinnen und Schüler anhand eines Kategoriensystems (Hübinger 2008) und vergaben Punkte (mittleres Cohens Kappa = 0,63). Dieser Test wurde lediglich am Anfang der fünften und Ende der sechsten Klasse eingesetzt, um Erin-nerungseffekten hinsichtlich der anzuwendenden Strategien und richtigen Lösungen vorzubeugen.

Weiter auf der Kompetenzebene standen schließlich noch die Schulnoten sowie verbale, nonverbale und quan-titative Kompetenzen (mit Skalen aus dem Kognitiven Fähigkeitstest, KFT; Heller und Perleth 2000) im Fokus der Untersuchungen.

Im Laufe der Studie wurden zur weiteren Ausschärfung noch Skalen hinzugefügt. Dazu zählten das akademische Selbstkonzept (drei Items; adaptiert nach Schöne et al. 2002), selbstkonstruierte Skalen zum spezifischen Interesse am Erklären (drei Items) und am Experimentieren (vier Items; für Beispiele siehe jeweils Tab. 2) sowie allgemeines Feedback zur Arbeitsgemeinschaft (vier Items bezüglich des Spaßes an der AG sowie der Nützlichkeit für den Unter-richt und die eigene Person).

Die eingesetzten Skalen erreichten zumeist zufrieden-stellende bis gute Reliabilitäten (Tab. 2); lediglich beim Sachinteresse an Chemie konnte keine adäquat homogene Skala konstruiert werden, was in ungenügenden Reliabili-

Tab. 2 Reliabilitäten der eingesetzten nonkognitiven Skalen mit Beispielitems zu vier Messzeitpunkten (MZP). In Klammern sind die jeweiligen Stichprobengrößen angegebenSkala Beispielitem Cronbachs

α 1. MZPCronbachs α 2. MZP

Cronbachs α 3. MZP

Cronbachs α 4. MZP

Sachinteresse Physik Wie funktioniert ein Computer? .72 (174)a .70 (693) .74 (425) .70 (152)Sachinteresse Biologie Warum friert ein Eisbär im Schnee nicht? .82 (172)a .71 (696) .71 (423) .75 (149)Sachinteresse Chemie Woraus bestehen die Arzneimittel, die ein Arzt

verschreibt?.58 (174)a .63 (697) .60 (486) .57 (180)

Fachinteresse Nawi Was wir in Nawi gemacht haben, halte ich für interessant. .88 (794) .86 (777) .86 (502) .83 (181)Naturwissenschaft-liches Selbstkonzept

Ich bin in Naturwissenschaften begabt. .65 (808) .71 (801) .72 (515) .76 (177)

Akademisches Selbstkonzept In der Schule bin ich gut. .59 (170) .77 (470) .73 (383) .77 (177)Interesse am Experimentieren Experimentieren finde ich interessant. .59 (166) .82 (471) .81 (389) .80 (183)Interesse am Erklären Es macht mir Spaß, anderen etwas zu erklären. .61 (174) .71 (487) .72 (389) .71 (178)Nature of science Es ist wichtig, Experimente mehr als einmal

durchzuführen, um Ergebnisse abzusichern..86 (525) .87 (642) .82 (502) .83 (170)

aDie an diesen Stellen relativ niedrigen Fallzahlen ergeben sich aus dem Umstand, dass in den ersten Jahrgängen beim Vortest noch mit jeweils lediglich drei Items gemessen wurde. Diese Anzahl wurde dann im späteren Verlauf und bei den Nachtests erhöht. Um die Vergleichbarkeit zu gewährleisten, sind hier nur die Werte für die vollständigen Interessensskalen angegeben

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T. N. Höffler et al.

Für die Sachinteressen an chemischen, physikalischen und biologischen Fragestellungen wurde Vergleichbares gefunden (vgl. Tab. 2), mit dem Unterschied, dass an phy-sikalischen Fragestellungen die Jungen mehr interessiert waren (F (1,737) = 227.85, p < .001, part. η2 = 0.236), an biologischen (F (1,737) = 85.11, p < .001, part. η2 = 0.104) und chemischen die Mädchen (F (1,733) = 5.87, p < .05, part. η2 = 0.008). Es muss jedoch beachtet werden, dass es im Falle des chemischen Sachinteresses nicht gelang, eine zufriedenstellend reliable Skala zu konstruieren, so dass die Ergebnisse nur unter Vorbehalt gelten können.

Das naturwissenschaftliche Selbstkonzept hingegen wuchs im Mittel über die Zeit hinweg (F (1,728) = 10.56, p = .001, part. η2 = 0.014). Wie Abb. 1 illustriert, scheint dies besonders für Jungen zu gelten, die zu Beginn des fünften Schuljahres noch ein signifikant niedrigeres naturwissen-schaftliches Selbstkonzept aufwiesen (t (829) = 2.12, p < .05, d = 0.15), diesen Rückstand dann jedoch wettmachen. Der Interaktionseffekt verfehlt allerdings das Signifikanzniveau knapp (F (1,728) = 3.18, p = .08).

Interesse nach Beendigung des sechsten Schuljahres noch-mals stark abzufallen. Es muss allerdings berücksichtigt werden, dass dies nur eine kleine Teilstichprobe von n = 89 betrifft.

Der nicht signifikante Einfluss des Zeitraums zwischen der Prä- und Posttestung rechtfertigt die Entscheidung, für die weitere Auswertung die Daten all jener Schülerinnen und Schüler einzubeziehen, für die neben dem Wert der Prätestung zumindest ein weiterer Wert vorlag. D. h., wann immer möglich, wurde der Wert der Nachtestung am Ende der sechsten Klasse als Vergleichswert genommen (dies war in mehr als 50 % der Fälle möglich). Lag dieser nicht vor, wurde auf den Follow-up-Wert der Testung am Ende der 7. Klasse ausgewichen. Fehlte auch dieser, wurde der Wert der Testung am Ende der 5. Klasse genutzt. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, dass keine klaren Aussagen darüber getroffen werden können, in welchem Zeitraum die berich-teten Änderungen stattgefunden haben. Dafür aber können, wie angestrebt, zumindest generelle Effekte der Entwick-lung von Schülerinnen und Schülern zwischen dem 5. und 7. Jahrgang anhand einer möglichst großen Stichprobe zufriedenstellend dargestellt werden. Das Verfahren hat den Vorteil, dass es nicht zu großem Datenverlust kommt und weist gegenüber Imputationsverfahren den weiteren Vorteil auf, dass nur tatsächlich gemessene Werte genutzt werden. Gegenüber Schätzungsverfahren besteht der Vorteil der grö-ßeren Flexibilität in den anschließenden Analyseverfahren.

Für die Berechnung der Entwicklung der Schülerin-nen und Schüler wurden Varianzanalysen mit Messwie-derholung berechnet. Weitere Einflussfaktoren wurden gegebenenfalls hinzugezogen. Auf die Modellierung von Mehrebenenmodellen wurde aufgrund sehr niedriger Intra-klassenkorrelationskoeffizienten (ICC < 0,02) und deutlich zu geringer Anzahl von Klassen verzichtet.

Für das Interesse am naturwissenschaftlichen Fach-unterricht wurde, wie auch in anderen Untersuchungen, ein moderater, aber signifikanter Abfall festgestellt. Dabei ist allerdings zu beachten, dass der absolute Mittelwert auch zum zweiten Zeitpunkt mit M = 2.94 immer noch im posi-tiven Bereich des „interessiert mich ziemlich“ liegt. Die Entwicklung gilt für Mädchen wie Jungen gleichermaßen, wobei Mädchen jederzeit ein signifikant höheres Interesse aufweisen (F (1,697) = 19.21, p < .001, part. η2 = 0.027), vgl. Tab. 3.

Tab. 3 Mittelwerte und Standardabweichungen der verschiedenen Interessenskonstrukte bei Mädchen und Jungen über die ZeitInteressenskonstrukt Mittelwert (Standardabweichung)

Gesamt Mädchen JungenPrä Post Prä Post Prä Post

Fachinteresse Nawi (N = 699) 3.13 (0.82) 2.95 (0.75) 3.27 (0.72) 3.06 (0.65) 3.03 (0.87) 2.88 (0.83)Sachinteresse Biologie (N = 739) 2.79 (0.80) 2.58 (0.76) 3.04 (0.69) 2.80 (0.67) 2.58 (0.83) 2.41 (0.79)Sachinteresse Physik (N = 739) 2.83 (0.74) 2.74 (0.73) 2.51 (0.67) 2.42 (0.66) 3.09 (0.69) 3.01 (0.67)Sachinteresse Chemie (N = 735) 2.88 (0.71) 2.65 (0.67) 2.95 (0.70) 2.70 (0.65) 2.83 (0.73) 2.61 (0.69)

Abb. 1 Entwicklung des naturwissenschaftlichen Selbstkonzepts bei Jungen und Mädchen über die Zeit hinweg

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Welche Wirkungen erzielt ein naturwissenschaftlicher Anfangsunterricht?

den neben dem Selbstkonzept des ersten Messzeitpunkts (β = .31) das Fachinteresse Nawi (β = .13) sowie die Vornote im Sachunterricht der 4. Klasse (β = − .10) identifiziert, was 19 % der Varianz aufklärte.

Zur Bestimmung eines möglichen Einflusses der NaWi-aktiv-AG wurden dieselben Regressionsanalysen für die AG-Gruppe separat gerechnet. Tatsächlich zeigt sich ein anderes Bild: So können 30 % der Varianz des Interesses am naturwissenschaftlichen Fach zum zweiten Messzeitpunkt durch die Prädiktoren Vorinteresse (β = .37), Vornote im Sachunterricht (β = − .16), Geschlecht (β = .18) und Beginn vor oder nach der Einführung des Nawi-Regelunterrichts (β = − .27) erklärt werden. Das Interesse der AG-Teilneh-merinnen und -Teilnehmer der ersten Kohorten ohne Nawi-Regelunterricht ist demnach höher als das derjenigen mit zusätzlichem Nawi-Regelunterricht. Interessensaufrecht-erhaltende Effekte der AG werden also, wie gemutmaßt, teil-weise vom Regelunterricht verdeckt. D. h. solange die AG das einzige fächerübergreifende Nawi-Angebot war, war dessen positiver Effekt auf das Interesse messbar. Ab dem Moment, in dem genereller fächerübergreifender Nawi-Un-terricht eingeführt wurde, ist kein zusätzlicher signifikanter Einfluss der AG mehr zu finden. Zudem ist nennenswert, dass in dieser Gruppe das Geschlecht (zugunsten der Mäd-chen) einen stärkeren Einfluss hat (β = .18 vs. β = .08).

Deskriptiv lassen sich schließlich Befunde anführen, die vom subjektiven Empfinden der Projektteilnehmenden berichten. So hatten nach eigener Aussage 76,3 % derje-

Hinsichtlich der Skala zu Nature of Science konnten keine Effekte über die Zeit festgestellt werden. Der Mittelwert blieb konstant auf demselben hohen Niveau (Mprä = 3.12, SD = 0.36; Mpost = 3.10, SD = 0.41), der Unterschied war nicht signifikant (F (1,735) = 1.89, p = .17). Hier muss dem-nach schon zu Beginn der Testung ein Deckeneffekt kon-statiert werden. Mädchen weisen bei diesem Test konstant bessere Werte auf als Jungen (F (1,732) = 4.73, p < .05, part. η2 = 0.006), wenn auch mit kleinem Effekt.

Der Test zu naturwissenschaftlichen Arbeitsweisen wurde lediglich am Anfang der 5. sowie am Ende der 6. Klasse durchgeführt, deshalb ist die Datenbasis hier kleiner (N = 394). Darin zeigte sich, dass sich das Wissen um natur-wissenschaftliche Arbeitsweisen innerhalb von zwei Schul-jahren im Mittel um 29,72 % verbesserte (F (1,390) = 79.08, p < .001, part. η2 = 0.169). Mädchen wiesen zu beiden Zeitpunkten einen höheren NAW-Score auf (Mwprä = 7.35, SD = 3.53, Mmprä = 6.45, SD = 3.50; Mwpost = 9.51, SD = 3.97, Mmpost = 8.42, SD = 4.16; F (1,390) = 10.37, p < .001, part. η2 = 0.026).

Die folgenden Skalen (akademisches Selbstkonzept; Interesse am Experimentieren; Interesse am Erklären) wurden erst im späteren Verlauf des Projekts in die Erhe-bungen aufgenommen, weshalb die Datenbasis mit zwei Datenpunkten hier nochmals kleiner ist und keinerlei Anspruch auf Repräsentativität mehr erhebt (zwei Schulen; N = 153). Das akademische Selbstkonzept blieb in dieser Gruppe auf demselben (recht hohen) Niveau (Mprä = 2.90, SD = 0.70; Mpost = 2.84, SD = 0.70), der Unterschied war nicht signifikant (F < 1). Das Interesse am Experimentieren stieg über die Zeit hinweg an (F (1,150) = 10.97, p = .001, part. η2 = 0.068), wobei interessant ist, dass dieser Unter-schied exklusiv auf die Mädchen zurückzuführen ist, die zu Beginn des fünften Schuljahres noch deutlich weniger Inte-resse am Experimentieren aufwiesen, was sich aber deut-lich änderte, wie man am signifikanten Interaktionseffekt ablesen kann (F (1,150) = 11.73, p = .001, part. η2 = 0.073; vgl. Abb. 2). Das Interesse, anderen etwas zu erklären, sank hingegen bei beiden Geschlechtern über die Zeit hin-weg deutlich (Mprä = 3.06, SD = 0.66; Mpost = 2.67, SD = 0.74; F (1,148) = 40.89, p  < .001, part. η2 = 0.216).

Neben den Effekten über die Zeit wurde mittels regres-sionsanalytischer Methoden geprüft, welche Faktoren das Interesse am naturwissenschaftlichen Fach am zweiten Messzeitpunkt prädiktiv beeinflussen. Als signifikante Prä-diktoren konnten allerdings lediglich das zuvor bestehende Interesse (β = .37) sowie das Geschlecht (β = .08) identi-fiziert werden, die 15 % der Varianz aufklären. Das natur-wissenschaftliche Selbstkonzept hätte zwar auch prädiktive Wirkung, erbrachte aber aufgrund seiner Korreliertheit zum Vorinteresse (r = .610) keinen signifikanten Zuwachs in der Vorhersagekraft. Zur Vorhersage des naturwissenschaft-lichen Selbstkonzepts am zweiten Messzeitpunkt wur-

Abb. 2 Entwicklung des Interesses am Experimentieren bei Jungen und Mädchen über die Zeit hinweg. Die Interaktion ist statistisch signifikant

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womöglich auf den hohen Anteil eines handlungsorientier-ten, experimentell-forschenden Lernens zurückzuführen sein, die zumindest mit dem NaWi-aktiv-Konzept angelegt waren; Belege dafür sind aus den Daten jedoch nicht zu generieren.

Positiv zu bewerten ist das gesteigerte naturwissen-schaftliche Selbstkonzept von Jungen und Mädchen zum zweiten Messzeitpunkt, insbesondere vor dem Hintergrund der an anderen Stellen wie dem Länderbericht 2013 des IQB aufgezeigten niedrigen Selbstkonzeptwerten sogar für leis-tungsstarke Schülerinnen (auch wenn sich diese Befunde auf eine andere Altersstufe bezogen). Aufgrund der Literatur (z. B. Daniels 2008; Möller 2013) wäre eher eine Abnahme des naturwissenschaftlichen Selbstkonzepts analog zur Inte-ressensabnahme zu erwarten gewesen, zumal generell beide Konzepte eng miteinander verknüpft sind (Hannover 1998). Den Zusammenhang zwischen Interesse und Selbstkon-zept verdeutlichte auch das Ergebnis der regressionsanaly-tischen Auswertung, das ergab, dass das Fachinteresse an Naturwissenschaften zu Beginn des fünften Jahrgangs ein signifikanter Prädiktor für das Selbstkonzept am zweiten Messzeitpunkt war. Der Anstieg des Selbstkonzepts über die Zeit sowie die insgesamt niedrige Varianzaufklärung der Regressionsanalyse zeigen aber auch, dass weitere Einflüsse eine Rolle spielen müssen, also kein reiner Matthäus-Effekt im Sinne von „wer [ein hohes Fähigkeitsselbstkonzept] hat, dem wird gegeben [der entwickelt zusätzliches Fachinter-esse]“ vorlag. Welche Faktoren der Unterrichtsgestaltung hier verantwortlich sind, kann aufgrund des nicht mehr möglichen Kontrolldesigns nicht nachgewiesen werden. Ein möglicher positiver Einfluss einer starken Betonung der Handlungsorientierung in den Nawi-Lehrplänen wie in den NaWi-aktiv-Anregungen ist jedoch wiederum konsistent zu vorab genannten Befunden.

Ebenfalls positiv fielen die Ergebnisse zum Naturwis-senschaftliche-Arbeitsweisen-Test aus, womit eines der wesentlichen Ziele des Anfangsunterrichts erreicht worden ist. Innerhalb von zwei Schuljahren verbesserten sich die Schülerinnen und Schüler um knapp 30 %, hatten also ein deutlich verbessertes Verständnis von Hypothesentesten und Variablenkontrolle. Auch dieser Befund lässt mangels Kontrollgruppe keine kausalen Aussagen über Ansätze der Unterrichtsgestaltung zu. Er ist jedoch wiederum konsistent zu Zielen und Befunden in der Literatur, die gerade der Ver-besserung naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitswei-sen als Ziel des Nawi-Unterrichts herausstellen (Reinhold und Bünder 2001) und es damit als erreichbar ausweisen. Klos (2008) fand besonders große Vorteile von Mädchen gegenüber Jungen im NAW-Test bei einer integrierten Unterrichtsform. Dieser Befund wurde in unserer Unter-suchung bestätigt, zu beiden Testzeitpunkten erzielten die Mädchen bessere Werte als die Jungen.

nigen, die regulär zwei Jahre im Projekt waren, Spaß am Projekt. 94,3 % beurteilten das Projekt als sehr interessant oder etwas interessant. 87,1 % bestätigten die Aussage, dass sie die Erkenntnisse, die sie im Projekt gewonnen hatten, im regulären Unterricht viel oder etwas einsetzen konnten. 73,4 % schließlich hatten den Eindruck, sie seien durch das Projekt im regulären Unterricht viel oder etwas besser geworden.

Diskussion und Schlussfolgerungen

Diskussion

Die dargestellte Längsschnittanalyse erlaubt es, die Entwick-lung des naturwissenschaftlichen Interesses, des Selbstkon-zepts sowie weiterer Variablen von Fünft- bis Siebtklässlern an Hauptschulen (bzw. Regional- und Gemeinschaftsschu-len) nachzuvollziehen und zu interpretieren. Zunächst ist auffällig, dass es offenbar keinen Unterschied macht, ob der Nachtest am Ende der fünften, sechsten oder siebten Klasse durchgeführt wurde. Dies ließe sich so interpretieren, dass der prägende Effekt die Wahrnehmung im Anfangsunter-richt im Vergleich zu den Vorerwartungen ist, die sich wei-terführend bis zur Klasse sieben nicht mehr entscheidend zu verändern scheint (vgl. auch Möller 2013).

Weiterhin kann auch hier konstatiert werden, dass das fachliche wie sachliche Interesse an den Naturwissen-schaften und deren Inhalten zu Beginn der fünften Klasse sehr hoch ist. Dies repliziert Befunde aus der IGLU, der TIMS- sowie der IPN-Interessensstudie (Hoffmann et al. 1998) und belegt einmal mehr die prinzipiell hohe Offen-heit, die Schülerinnen und Schüler den Naturwissenschaften entgegen bringen, bevor sie mit der Materie tiefergehend im Nawi- oder Fachunterricht konfrontiert werden. Auch in unserer Studie zeigte sich nachfolgend wie in anderen Untersuchungen ein signifikanter Interessensabfall. Dieser ist mit kleinen bis mittleren Effektstärken (z. B. Fachinter-esse Nawi: part. η2 = 0.045) und dem Verharren im Bereich des „interessiert mich ziemlich“ zum zweiten Messzeit-punkt jedoch als moderat zu bezeichnen. Gottfried, Fleming und Gottfried (2001) etwa stellten – allerdings im Verlaufe von acht Jahren – einen Abfall im Bereich der intrinsischen Motivation, sich mit Naturwissenschaften zu beschäftigen, mit einem großen Effekt fest (part. η2 = 0.18). Leider feh-len in anderen Studien die Angaben zur Effektstärke (z. B. Hoffmann et al. 1998), so dass hier kein klarer Vergleich möglich ist. Der Nawi-Anfangsunterricht stößt demnach auf ein hohes Eingangsinteresse, das zwar auch weiterhin posi-tiv, aber nicht gleichermaßen hoch verbleibt. Dieser Effekt ist zudem hauptsächlich auf ein abnehmendes Interesse der Jungen zurückzuführen. Das insgesamt aber weiterhin positive Interesse kann nach Befunden von Möller (2013)

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Welche Wirkungen erzielt ein naturwissenschaftlicher Anfangsunterricht?

heit) sehr positiv ausfällt. Die positive Einschätzung der Nützlichkeit auch für den Regelunterricht lässt beispiels-weise eine positive Bestärkung des naturwissenschaftlichen Selbstkonzepts annehmen. Inwieweit eine solche Teilnahme mögliche nachhaltige Entwicklungen unterstützen kann, kann auf der Basis der Daten nicht ausgesagt werden.

Limitationen

Eine Limitation dieser Studie ist natürlich die durch die politische Entwicklung bedingte fehlende Kontrollgruppe. Es lassen sich keinerlei Aussagen darüber machen, ob sich die Interessen von Schülerinnen und Schüler vergleichbarer Schulen ohne fächerübergreifenden Unterricht ähnlich ent-wickelt hätten. Zudem gibt es designbedingt und aufgrund weiterer Ursachen eine große Menge fehlender Werte. Um diesem Mangel zu begegnen, wurde eine Methode bemüht, die zwar meistmögliche Originalwerte berücksichtigt und keine Werte schätzte (und zudem eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Auswertungsmethoden bewahrte), aber dafür den Mangel aufweist, keine klaren Aussagen über den genauen Zeitraum der Entwicklung treffen zu können. Lediglich „zwischen dem Anfang der fünften Klasse und dem zweiten Messzeitpunkt“, also zwischen ein und drei Jahren später, lassen sich Aussagen treffen. Wir sind aller-dings der Überzeugung, das Vorgehen ausreichend statis-tisch begründet und abgesichert zu haben, auch wenn die Datenlage alles andere als ideal ist. Außerdem gelang es nicht, hinsichtlich des Sachinteresses Chemie eine hinrei-chend reliable Skala zu bilden. Erste Untersuchungen deu-teten auf eine adäquat reliable Skala hin, deshalb wurden hier im Verlaufe der Evaluation keine Änderungen vorge-nommen. Die Skala, wie sie jetzt ist, kann allerdings nicht als reliabel bezeichnet werden, und damit sind auch deren Ergebnisse nicht sinnvoll interpretierbar. Schließlich muss konstatiert werden, dass die Interrater-Übereinstimmung beim NAW-Test mit Kappa = 0,63 eher suboptimal war. Dies liegt vermutlich in einer unzureichenden Beurteiler-schulung begründet, spiegelt aber auch das recht komplexe Kategoriensystem wider. Die Schulung sollte in Folgestu-dien verbessert werden. Auf die Aussagekraft der Ergebnisse des NAW-Tests hat dies allerdings keine Auswirkungen, da im Zweifelsfalle immer eine Einigung bezüglich der jeweils angemessenen Kategorie erzielt wurde.

Implikationen

Die Ergebnisse weisen eine Reihe von positiven Effekten aus, die nach unserer Einschätzung eine deutliche Argu-mentation für ein Einsetzen des fächerübergreifenden naturwissenschaftlichen Anfangsunterrichts im Jahrgang 5 sind. Inwiefern dieser Vor- und Nachteile gegenüber einem fächerdifferenzierten Anfangsunterricht ausweist, kann auf-

Hinsichtlich der Nature of Science-Skala ergab sich bereits aufgrund der hohen Anfangswerte (M = 3.12) ein Deckeneffekt, so dass kaum Raum für Verbesserungen vorlag. Dieser Befund ist durchaus erstaunlich vor dem Hintergrund eines oftmals berichteten geringen Verständ-nisses von Nature of Science bei älteren Schülerinnen und Schülern (vgl. Höttecke 2004). Andererseits fand Neumann (2011) eine signifikante Überlegenheit deutscher Zehnt-klässler hinsichtlich NoS gegenüber US-amerikanischen Schülerinnen und Schülern. Zu fragen wäre, inwieweit ein geringes NoS-Verständnis bei älteren Schülerinnen und Schülern Ausdruck eines durch Unterricht geprägten ver-einfachten Bildes ist, das im Anfangsunterricht vermutlich noch weniger schulisch beeinflusst ist.

Die weiteren Ergebnisse fußen, wie bereits erwähnt, auf einer deutlich schmaleren Datenbasis aus zwei Schulen und haben deshalb weniger allgemeingültigen Charakter. Dass sich das akademische Selbstkonzept nicht verändert, ist nicht sonderlich überraschend und korrespondiert mit Ergebnissen von Aust, Watermann und Grube (2010). Dem-nach verhält sich das akademische Selbstkonzept über einen längeren Zeitraum, sofern keine Schulwechsel anstehen, in einer gleichbleibenden Gruppe relativ stabil.

Interessanter sind die Befunde zum Interesse am Expe-rimentieren, das zum zweiten Messzeitpunkt hin besonders bei den Mädchen deutlich gestiegen ist und sich damit mut-maßlich auf das weiterhin positive Interesse insgesamt aus-wirkt. Hier scheint der Unterricht eindeutig dazu beigetragen haben, das Experimentieren den Schülerinnen (und Schü-lern) schmackhaft zu machen, was sicherlich eine wesent-liche Voraussetzung für weitergehendes Interesse an den Naturwissenschaften ist. Somit wurden zumindest in dieser Stichprobe zwei Kernforderungen des fächerübergreifen-den Unterrichts erfüllt, nämlich zum einen das Thematisie-ren des Experimentierens als Erkenntnismethode (Reinhold und Bünder 2001) sowie zum anderen den besseren Einbe-zug von Mädchen (Labudde 2006). Weniger erfreulich ist das signifikante Absinken des Interesses, anderen etwas zu erklären, was allerdings ohne weitere Untersuchungen nicht unmittelbar erklärt werden kann.

Die zunächst avisierten Wirkungen der AG konnten auf-grund der bildungspolitischen Entwicklungen nicht kont-rolliert untersucht werden. Die Ausprägungen der erfassten Konstrukte sind bei den an der AG teilnehmenden Schülern nicht höher, hier sind die Wirkungen des Regelunterrichts offenbar dominanter. Es konnte jedoch eine andere Wirk-struktur nachgewiesen werden; in der AG scheint etwa besonders das Interesse von Mädchen gefördert worden zu sein, zumindest war dort der Effekt des Geschlechts größer als in der Gesamtstichprobe. Darüber hinaus bieten die offe-nen Antworten der Teilnehmerinnen und Teilnehmer Einbli-cke in die Wahrnehmung des zusätzlichen Angebots, das insgesamt (sicherlich beeinflusst von sozialer Erwünscht-

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grund der fehlenden Vergleichsmöglichkeit natürlich nicht ausgesagt werden.

Die an den Schulen genutzten Konzepte und Materialien aus dem Projekt NaWi-aktiv weisen einen starken Kontext-, Handlungs- und experimentellen Schwerpunkt aus. Die positiven Ergebnisse bezüglich des Selbstkonzepts und des Interesses am Experimentieren insbesondere bei den Mäd-chen bieten Ansätze für nachfolgende Projekte und Unter-suchungen, die eine genauere Aussage über Ursachen und Wirkungen erlauben.

Die Ziele, im Anfangsunterricht vor allem das Verständ-nis naturwissenschaftlicher Arbeitsweisen und der besonde-ren Merkmale der Naturwissenschaften anzubahnen, lassen sich unseren Ergebnissen zufolge erreichen (siehe auch Klos 2008); auch hier wären Replikationsstudien im Feld sicherlich wünschenswert, um Projekte zur Curriculument-wicklung von der Grundschule bis in den Fachunterricht weiter empirisch zu fundieren.

Danksagung Die Autoren bedanken sich bei allen beteiligten Schü-lerinnen und Schülern, Lehrkräften und Schulleitungen der beteiligten Projektschulen für die langjährige und hochmotivierte Mitarbeit am Projekt. Darüber hinaus gilt unser Dank dem Ministerium für Bildung und Wissenschaft des Landes Schleswig-Holstein für die Unterstüt-zung und der Deutschen Post AG für die großzügige Finanzierung des Projekts.

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