Design and effectiveness of professional learning programs to support teachers in promoting students' scientific reasoning competencies

Promoting students’ scientific reasoning competencies constitutes a crucial goal of science education. However, studies show that students’ scientific reasoning competencies develop only slightly over the course of their school career. Professional learning programs are recognized as an essential way to support teachers in developing their teaching of scientific reasoning. This doctoral project addressed several gaps in research with regard to professional learning programs focused on scientific reasoning: 1) A systematic review was conducted to summarize the relevant design features of professional learning programs related to scientific reasoning. A total of 21 design features were identified, providing a substantive basis for designing effective professional learning programs to support teachers in promoting students’ scientific reasoning competencies. 2) An intervention was designed and implemented to investigate the effects on secondary science teachers’ knowledge and beliefs, their classroom practice, and students’ competencies related to scientific reasoning. The professional learning program led to varying effects on individual teachers’ knowledge and beliefs, their classroom practice and students’ competencies related to scientific reasoning. 3) Interviews were conducted with teachers that showed very different trajectories during and after the professional learning program to examine in what ways contextual factors influenced their progression. A wide range of contextual factors were identified that allow to better understand the different effects of professional learning programs on individual teachers, and to derive implications for more targeted support in professional learning. Finally, a conceptual framework is presented that brings together the design features, effects, and influencing contextual factors and that can serve as foundation for future research in this direction.

Die Förderung von Kompetenzen im naturwissenschaftlichen Denken stellt ein zentrales Ziel naturwissenschaftlicher Bildung dar. Studien zeigen jedoch, dass sich das naturwissenschaftliche Denken bei Schülerinnen und Schülern nur geringfügig entwickelt. Lehrkräftefortbildungen gelten als ein wichtiges Instrument, um Lehrkräfte bei der Weiterentwicklung ihres Unterrichts zu unterstützen. Dieses Promotionsprojekt adressiert mehrere Forschungsdesiderate im Bereich von Lehrkräftefortbildungen mit Schwerpunkt auf naturwissenschaftlichem Denken: 1) Ein systematisches Review wurde durchgeführt, um die relevanten Gestaltungsmerkmale von Lehrkräftefortbildungen zusammenzufassen. Insgesamt wurden 21 Gestaltungsmerkmale identifiziert. 2) Eine Intervention wurde konzipiert und mit Lehrkräften für Naturwissenschaften in der Sekundarstufe durchgeführt. Die Teilnahme an der Lehrkräftefortbildung führte bei den Lehrkräften zu heterogenen Entwicklungsverläufen im Hinblick auf ihr Wissen und ihre Überzeugungen, ihre Unterrichtspraxis und die Kompetenzen ihrer Schülerinnen und Schüler im wissenschaftlichen Denken. 3) Interviews wurden mit Lehrkräften geführt, die während und nach der Teilnahme stark divergierende Verläufe zeigten. Auf diese Weise konnte untersucht werden, inwiefern Kontextfaktoren ihre Entwicklung beeinflusst haben. Es wurde eine Vielzahl von Kontextfaktoren identifiziert, die ein differenzierteres Verständnis über die unterschiedlichen Auswirkungen von Lehrkräftefortbildungen auf einzelne Lehrkräfte ermöglichen und Rückschlüsse für eine gezieltere Unterstützung zulassen. Abschließend wird ein konzeptioneller Rahmen vorgestellt, der Gestaltungsmerkmale, Effekte und Kontextfaktoren integriert und der als Grundlage für zukünftige Forschung dienen kann.

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