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Nicht nur Schulwissen auffrischen: Vorkurse in Chemie

Von Maike Busker, Mareike Klostermann, Stefanie Herzog, Angelika Huber, Ilka Parchmann

Die Abbruchquoten in mathematisch-naturwissenschaftlichen Studiengänge sind hoch: Im Jahr 2006 gaben 28 Prozent der Studierenden ihr Studium auf. Rechnet man Fachwechsel mit ein, sind die Zahlen noch dramatischer: Nur etwa jeder zweite Studierende der Chemie beendet sein Studium mit einem Abschluss. Sind Studienanfänger ausreichend auf ein Chemiestudium vorbereitet?

Nicht nur Schulwissen auffrischen: Vorkurse in Chemie© scavenger - Photocase.comDer Vorkurs gibt den Studierenden die Chance Aufgaben und Lehrbuchtexte aus Schule und Studium zu vergleichen
Die Schule allein leistet die Vorbereitung auf ein naturwissenschaftliches Studium kaum mehr. Gerade für Fächer wie Chemie, die nur ein sehr geringer Prozentsatz der Abiturienten studiert, hat die Schule in den letzten Jahren den Allgemeinbildungsanspruch (zurecht) betont.3) Lässt sich dieser Anspruch mit einer ausreichenden Vorbereitung auf ein Studium verknüpfen? Sowohl Tests wie Pisa4) als auch Rückmeldungen aus der Universität weisen auf ein mangelndes Konzeptverständnis der Lernenden hin. Lehrkräfte an Schule und Universität beklagen ebenso eine nachlassende Bereitschaft bei Schülern wie bei Studierenden, sich über einen längeren Zeitraum vertieft mit einem Sachgebiet oder einer Frage zu beschäftigen. Beides sind jedoch Grundlagen sowohl für einen kritisch reflektierten Umgang im Alltag als auch für ein erfolgreiches Studium.

An der Universität sind Strukturen und Methoden notwendig, die den Studierenden helfen, die inhaltliche Fülle des Lernstoffs zu bewältigen, aber auch mit Frustrationen und Belastungen umzugehen. Diese Anforderungen sind zwar nicht neu - die zeitlichen und strukturellen Vorgaben der Bachelor- und Masterstudiengänge führen jedoch mehr und mehr dazu, dass die Studierenden auf die Prüfungen am Ende jeden Semesters hin lernen und Chemie weniger als Wissenschaft durchdringen. Diesen Trend können Vorkurse sicher nicht aufhalten, womöglich aber abschwächen. Fachdidaktiker des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) haben zusammen mit der Universität zu Kiel zu Beginn des Wintersemesters 2010/11 für die Fächer Chemie und Mathematik einen Vorkurs konzipiert und erprobt, der eine Brücke zwischen schulischem und universitärem Lernen und Arbeiten bauen sollte. Ziel war es, Hilfestellungen zum eigenaktiven Überprüfen, Strukturieren und Erweitern des Wissens zu geben, eine erste reflektierte Begegnung mit der akademischen Lernund Fachkultur zu ermöglichen und auf Schwierigkeiten gerade zu Studienbeginn vorzubereiten. Zudem wurde der Vorkurs dafür genutzt, Vorkenntnisse und Erwartungen der Studierenden zu erheben, um Instrumente, Rückmeldeformate und Tutorien zu entwickeln. Der Vorkurs war ein Angebot für Studienanfänger, an dem sie freiwillig teilnehmen konnten und auf das sie die Infobroschüre der Universität aufmerksam machte. Insgesamt nahmen in der Chemie 130 von 168 Anfängern daran teil. Lediglich bei den Zwei-Fächer-Studierenden (Lehramt) gab es zeitliche Überschneidungen mit anderen Vorkursen, so dass diese Gruppe leicht unterrepräsentiert war.

Konzeption des Vorkurses

Nicht nur Schulwissen auffrischen: Vorkurse in Chemie
Der Vorkurs wurde für die Bachelorstudiengänge Chemie, Wirtschaftschemie, Biochemie und Lehramt Chemie (Zwei-Fächer-Bachelor) angeboten. Lehrende des ersten Semesters sowie Vertreter der Fachschaft Chemie waren in die Planung einbezogen. Insgesamt dauerte der Vorkurs vier Tage, von denen jeder einen eigenen thematischen Schwerpunkt hatte:

  • 1. Tag: Chemie studieren: Unterschiede zwischen Chemie in Schule und Universität,
  • 2. Tag: Chemie studieren: Einblicke in den Studienalltag,
  • 3. Tag: Mathematik im Chemiestudium: Erwartungen und Bedeutung,
  • 4. Tag: Stress im Chemiestudium: typische Probleme und Möglichkeiten, diesen zu begegnen.

Der erste Tag betonte den Wechsel vom Chemieunterricht an der Schule zum universitären Chemiestudium. Dazu stellte ein einführender Vortrag zentrale Inhaltsgebiete aus Schule und Studium gegenüber und wies auf das unterschiedliche Maß an Vorstrukturierung und zeitlicher Abfolge hin. In Übungsgruppen hatten die Studierenden anschließend nicht nur Gelegenheit, ihre zukünftigen Kommilitonen kennen zu lernen, sondern exemplarisch Aufgaben und Lehrbuchtexte aus Schule und Studium zu vergleichen und so erste Einblicke in Fachbücher und (Prüfungs-)Aufgaben der Universität zu erhalten.

Der zweite Tag begann mit einer beispielhaften Vorlesung in anorganischer Chemie, die den Studierenden den Aufbau sowie die zeitliche Struktur zeigte. Nachfolgend verglichen die Studierenden, wiederum in Kleingruppen, die Mitschriften und hatten Gelegenheit, Techniken für die Nacharbeitung einer Vorlesung und zur Strukturierung des Lernstoffs auszuprobieren. Einblicke in die Verknüpfung von Vorlesung, Übung und Praktikum erhielten sie ebenfalls. Der dritte Tag nahm die Bedeutung der Mathematik im Chemiestudium in den Blick, da dieses Nebenfach für viele Studienanfänger eine große Hürde ist. Eine einführende Vorlesung zeigte, welches mathematische Verständnis die Universität voraussetzt und in welchen Bereichen der Chemie Mathematik erforderlich ist. Anschließend konnten die Studierenden wiederum Aufgaben selbst bearbeiten und wurden dabei von Tutoren begleitet. Am vierten Tag berichteten Dozenten der Chemie und Studierende aus höheren Semestern über ihre Erfahrungen aus dem Chemiestudium sowie über Schwierigkeiten, die auftraten, und beantworteten Fragen der Studienanfänger. Dabei ging es sowohl um inhaltliche als auch um zeitliche und organisatorische Hürden.

Das erste Feedback und Ansätze zur Weiterentwicklung

Nicht nur Schulwissen auffrischen: Vorkurse in Chemie
Vor dem Vorkurs füllten die Studierenden einen Fragebogen zu Interessen, Vorstellungen und Erwartungen an das Chemiestudium aus und schätzen ihre Kenntnisse und Fähigkeiten im Fach ein (Selbstkonzept, s. Tabelle).5-7) Zudem absolvierten sie einen Fachwissenstest Chemie5) sowie einen Test zu den mathematischen Fertigkeiten8,9) die für die Chemie von Bedeutung sind. Im direkten Anschluss an den Kurs wurden die Studierenden gebeten, diesen auf einem Fragebogen zu beurteilen. Nach dem ersten Semester wurden wiederum ausgewählte Aspekte zu Interessen und Selbstkonzept erfasst. Ergänzend wurden die Studierenden gebeten, der anonymisierten Weitergabe der Klausurergebnisse zuzustimmen, um diese mit den Ergebnissen aus dem Vorkurs zu vergleichen. Insgesamt waren die Studierenden sehr zufrieden mit dem Vorkurs (Abbildung 2). Die Befragung zeigte jedoch auch Ansatzpunkte, das Angebot weiter zu entwickeln: Die Studierenden bewerteten insbesondere die Beispielvorlesung, den Überblick über die Erwartungen an die mathematischen Kenntnisse und die Diskussion möglicher Schwierigkeiten und Frustrationen sehr positiv. Der explizite Vergleich zwischen dem (bekannten) Lernen in der Schule und dem (neuen) Arbeiten an der Universität hätte dagegen zugunsten weiterer studienorganisatorischer Aspekte kürzer ausfallen können. Nachfolgend werden einige Ergebnisse der Fragebögen und Eingangstests dargestellt.

Vorstellungen und Erwartungen

Vor Studienbeginn interessierten sich die Anfänger sehr für alle erfragten Bereiche der Chemie, also für Theorie, Experimente und Anwendungsgebiete. Den Studierenden war bewusst, dass eine hohe Eigeninitiative sowie Lernen über einen längeren Zeitraum hinweg von ihnen erwartet würde und dass gute Vorkenntnisse in Mathematik und Physik notwendig sein würden. Zudem gingen viele davon aus, viel Faktenwissen zu benötigen, viel auswendig lernen zu müssen und eine Ähnlichkeit zur Schule vorzufinden, bei der lediglich die Komplexität zunimmt. Sie erwarteten außerdem, in ihrem Studium Einblick in chemische Berufe und Forschung zu erhalten. Die Nacherhebung erfasste erneut das Interesse an Phänomenen, Experimenten, Theorien und Erklärungen sowie das Selbstkonzept. Signifikant ging nur das Interesse an Theorien und Erklärungen (Abbildung 3) zurück, insgesamt aber war die Bewertung nach wie vor sehr positiv.

Vorwissen in Chemie und Mathematik

Nicht nur Schulwissen auffrischen: Vorkurse in Chemie
Die Studierenden verfügten über sehr unterschiedliche Vorkenntnisse in Chemie und Mathematik. So erkannten 105 der 128 Studierenden die räumliche Struktur eines Methanmoleküls aus vier vorgegebenen Strukturen. Hingegen konnten lediglich 46 die richtige Stoffmenge von 100 g Wasser mit den Auswahlmöglichkeiten a) 0,18 g·mol-1, b) 2,94 g·mol-1 und c) 5,56 g·mol-1 bestimmen. Das Ergebnis über den gesamten Eingangstest Chemie war nicht zufriedenstellend. Es gab - wie zu erwarten war - signifikante Unterschiede zwischen Studierenden, die Chemie in der Oberstufe als Grundkurs belegt hatten, und denjenigen, die einen Leistungskurs belegt hatten. Die Wahlmöglichkeiten in der Schule führen demnach zu unterschiedlichen Startbedingungen; darauf sollten beispielsweise Hochschulinformationsveranstaltungen verstärkt hinweisen. Der Mathematiktest fragte grundlegende mathematische Fertigkeiten ab, die für ein Chemiestudium von Bedeutung sind. So gab es neben dem Umformen einfacher linearer Gleichungssysteme und dem Umgang mit Einheiten, Logarithmen und Potenzen Aufgaben zum Differenzieren und Integrieren von Funktionen sowie zur Zuordnung von Funktionsgraphen zu einem Funktionsterm. Über den gesamten Test waren die Kenntnisse der Studierenden auch in Mathematik unzureichend. Dabei streuten jedoch erneut die Testergebnisse je nach Themengebiet sehr stark. So konnten 114 von 122 Studierenden die lineare Gleichung 5 x - 2 = 3 x korrekt nach x auflösen, aber lediglich 41 den Term ln(e2x+3) richtig vereinfachen. Die Leistungen zwischen Studierenden, die in der Schule einen Leistungs- und Grundkurs belegt hatten, unterschieden sich wiederum signifikant.

Klausurergebnisse

Die anonymisierten Klausurergebnisse aus Chemie und Mathematik am Ende des ersten Semesters machen die Zusammenhänge zwischen Vorwissen und weiteren Faktoren wie der Abiturnote sichtbar. Zwischen dem Ergebnis aus dem Chemievortest und dem prozentualen Ergebnis der Chemieklausur besteht ein mittelgroßer Zusammenhang. Dagegen korrelieren das Ergebnis der Chemieklausur und die letzte Chemienote überraschenderweise nicht signifikant (mit Ausnahme der Gruppe der Lehramts-, Wirtschafts- und Biochemie- Studierenden). Demnach hat der Vortest eine höhere Vorhersagekraft für den zu erwartenden Klausurerfolg als die letzte Schulnote im Fach Chemie. Vergleichsweise hohe Korrelationen zeigen sich zwischen den Testergebnissen in Chemie und Mathematik. Auch die Vortestergebnisse in Mathematik könnten daher als Prädiktor für die Studienleistungen in Chemie im ersten Semester dienen.

Fazit, Ausblick und Tagung

Nicht nur Schulwissen auffrischen: Vorkurse in Chemie
Die positive Bewertung des Vorkurses hat uns darin bestärkt, diesen fortzuführen und auf Basis der Untersuchungsergebnisse weiterzuentwickeln. Längerfristig werden wir dabei sowohl die Lern- und Leistungsentwicklung als auch Studienwechsel und -abbrüche sowie die Beweggründe dafür verfolgen und analysieren. Differenzierte Einblicke in Erwartungen und Vorkenntnisse ermöglichen es zudem, Vorkurs und Übungsangebote noch zielgerichteter zu gestalten. Zudem zeigen Rückmeldungen aus der Fachschaft und von Studierenden, dass der Vorkurs den Austausch zwischen den Studienanfängern verbessert. Auch dieser Faktor kann sich auf den Umgang mit Frustrationen und das längerfristig angelegte Lernen und Durchdringen chemischer Fragen und Aufgaben positiv auswirken. Die Thematik des Lehrens und Lernens im Fach Chemie an der Universität steht im Zentrum der Tagung European Variety in Chemistry Education, die erstmals in Deutschland stattfindet, und zwar vom 1. bis zum 3. September, unmittelbar vor dem Wissenschaftsforum Chemie der GDCh in Bremen: www.eurovariety2011.de»

Literatur

1) U. Heublein, R. Schmelzer, D. Sommer, "Studienabbruchstudie 2005", Hochschulinformationssystem, Hannover, 2005.
2) U. Heublein, R. Schmelzer, D. Sommer: "Die Entwicklung der Studienabbruchquote an den deutschen Hochschulen", HIS-Projektbericht, Hannover, 2008.
3) Kultusministerkonferenz, Bildungsstandards im Fach Chemie für den mittleren Schulabschluss, Beschluss vom 16.12.2004.
4) J. Baumert, W. Bos, R. Lehmann, (Hrsg.): "TIMSS/III: Dritte Internationale Mathematik- und Naturwissenschaftsstudie - Mathematische und naturwissenschaftliche Bildung am Ende der Schullaufbahn", Opladen, 2000.
5) M. Busker, M. Wickleder, I. Parchmann: "Eingangsvoraussetzungen von Studienanfängern im Fach Chemie: Welches Vorwissen und welche Interessen zeigen Studierende?" Chemkon 2010, 17/4, 163-168.
6) W. Gräber: "Untersuchungen zum Schülerinteresse an Chemie und Chemieunterricht", Chemie in der Schule 1992, 39/7&8, 270-273.
7) R. Schwarzer, M. Jerusalem: "Das Konzept der Selbstwirksamkeit" Zeitschrift für Pädagogik, 2002, 44, Beiheft S. 28-53.
8) N. Zegula: "Untersuchung mathematischer Fähigkeiten von Chemiestudierenden", Examensarbeit an der Universität Oldenburg, 2008, unveröffentlicht.
9) A. Heck, L. van Gastel.: "Mathematics on the threshold", International Journal of Mathematical Education in Science of Technology 2006, 37/8, 925-945.

Wir danken der mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultät, den Kollegen der Chemie, der Fachschaft und dem Präsidium der CAU Kiel für die Unterstützung bei der Durchführung des Vorkurses. Außerdem danken wir allen Studierenden für die Teilnahme an der Begleitforschung.


Über die Autoren
Maike Busker studierte an der Universität Oldenburg Chemie und Mathematik für das gymnasiale Lehramt, promovierte dort in Didaktik der Chemie und arbeitete als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) in Kiel. Seit Oktober 2010 ist sie Juniorprofessorin an der Universität Flensburg und beschäftigt sich mit dem Übergang Schule - Universität.
maike.busker@uni-flensburg.de

Mareike Klostermann studierte an der Universität Oldenburg zunächst den Bachelor of Science in Chemie und Mathematik und darauf aufbauend in diesen beiden Fächern den Master of Education für das gymnasiale Lehramt. Sie ist seit 2010 am IPN tätig und beschäftigt sich in ihrem Promotionsvorhabens mit Lehrund Lernüberzeugungen im Übergang Schule - Universität.
Stefanie Herzog studierte an der Universität Oldenburg zunächst den Bachelor of Arts in Chemie und Anglistik und darauf aufbauend in diesen beiden Fächern den Master of Education für das Lehramt an Gymnasien. Sie arbeitet seit 2010 am IPN in Kiel und beschäftigt sich in ihrem Promotionsvorhaben mit der Kompetenzentwicklung von Lehramtsstudierenden im Fach Chemie.

Angelika Huber studierte Chemie und Biologie für das Lehramt an Gymnasien an der Universität Oldenburg und schloss ihr Studium im Jahr 2007 mit dem 1. Staatsexamen ab. Das 2. Staatsexamen legte sie im Jahr 2009 am Studienseminar in Lüneburg ab. Seitdem ist sie Studienrätin an der Fritz-Reuter-Schule in Bad Bevensen.

Ilka Parchmann ist seit Oktober 2009 Direktorin der Abteilung Didaktik der Chemie am IPN und Professorin für Chemiedidaktik an der Universität Kiel. Sie hat das erste und zweite Staatsexamen für das Lehramt an Gymnasien in Biologie und Chemie abgelegt. Nach der Promotion habilitierte sie sich in Didaktik der Chemie. Ihre Hauptarbeitsgebiete sind das kontextbasierte Lernen und Lehren, Fragen der Zielsetzung und Modellierung von Kompetenzen in der Chemie, Konzeptionen der Lehreraus- und -fortbildung sowie Maßnahmen zur schulischen und außerschulischen Talentförderung.


Aus Nachrichten aus der Chemie» :: Juni 2011

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