Aktuelle Projekte

Laufzeit: 2025–2028

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Projektleitung: Helge Martens

Doktorandin in dem Projekt / Kontakt: Hannah Leah Fries

Projektbeteiligter: Tim Hartelt

Kooperationspartner: Ross Nehm

Abstract:

Die Vorstellungen von Schüler*innen über wissenschaftliche Phänomene basieren häufig auf ‚cognitive biases‘ wie Anthropomorphismus, Teleologie und Essentialismus. In populärwissenschaftlichen Medien (z. B. YouTube-Videos, Podcasts und Dokumentarfilmen) werden Schüler*innen zudem mit Erklärungen konfrontiert, die auf diesen ‚cognitive biases‘ beruhen. Für den naturwissenschaftlichen Unterricht ist es von Bedeutung, zu verstehen, inwiefern sich ‚cognitive biases‘ in populärwissenschaftlichen Medien auf die Vorstellungen der Schüler*innen auswirken und wie Schüler*innen gefördert werden können, diese Erklärungen zu identifizieren und kritisch mit ihnen umzugehen. Forschung zur Metakognition und zum selbstregulierten Lernen liefert hierfür vielversprechende Ansätze für den naturwissenschaftlichen Unterricht. Aufbauend auf dem DFG-geförderten Projekt „Förderung des konzeptuellen Wissens über Evolution durch Selbsteinschätzung und konditionales Wissen“ wird in diesem Projekt angestrebt, die empirischen Befunde zum Effekt des konditionalen metakonzeptuellen Wissens (wann und in welchen Kontexten bestimmte Erklärungen angemessen sind) auf das konzeptuelle Wissen zu vertiefen. Erklärungen, die auf ‚cognitive biases‘ beruhen, können in alltäglichen Kontexten hilfreich und für die Rezipient*innen populärwissenschaftlicher Medien ansprechend sein, aber in wissenschaftlichen Kontexten unangemessen. Da sich das konditionale metakonzeptuelle Wissen im Kontext des Biologieunterrichts als wirksam erwiesen hat, besitzt es ein großes Potenzial, die Schüler*innen auch bei der Identifikation von ‚cognitive biases‘ und beim Umgang mit diesen im Kontext populärwissenschaftlicher Medien zu fördern. In einer Interventionsstudie wird untersucht, inwieweit (a) eine Instruktion zu konditionalem metakonzeptuellem Wissen und (b) ‚cognitive biases‘ in populärwissenschaftlichen Medien einen Effekt auf die Verwendung von fachlichen Konzepten der Evolution und ‚cognitive biases‘ der Schüler*innen haben. Darüber hinaus wird der Effekt der Interventionen auf affektive Variablen untersucht, die für den Erwerb konzeptuellen Wissens relevant sind. Das interdisziplinäre Projekt ist somit an der Schnittstelle von Biologiedidaktik und Pädagogischer Psychologie verortet. Die Studie wird im Biologieunterricht der Klassenstufen 7–10 mit Hilfe einer Online-Intervention durchgeführt.

Publikationen:

Fries, H. L., Hartelt, T., & Martens, H. (23.–26.02.2026). Effekte von metakognitiver Instruktion und auf Cognitive Biases basierenden Erklärungen in populärwissenschaftlichen Medien auf das konzeptuelle Wissen über Evolution. 27. Frühjahrsschule der Fachsektion Didaktik der Biologie. Dresden, Deutschland.

Laufzeit: 2024–2027

Förderung: Zentrale Forschungsförderung (ZFF), Universität Kassel, Förderlinie Projekt (2026–2027)

Projektleitung: Tim Hartelt

Projektbeteiligte: Tim Hartelt (Universität Kassel, Deutschland), Barbara Scharfbillig (Universität Trier, Deutschland), Elizabeth Shekupe Kashango (Otjivero Combined School, Namibia), Linus Kambeyo (University of Namibia, Namibia), Lahja Tileni Nghipandulwa (University of Namibia, Namibia), M. Elizabeth Barnes (Middle Tennessee State University, United States of America)

Kooperationspartner: Suni e.V.

Abstract:

Die Vermittlung der Evolutionstheorie stellt eine Herausforderung dar, da Schüler vielfältige nicht-wissenschaftliche Vorstellungen haben oder die Evolutionstheorie ablehnen – was oft auf wahrgenommene Konflikte mit ihren kulturellen und religiösen Überzeugungen zurückzuführen ist, auch wenn es keinen inhärenten Konflikt zwischen Religion und Wissenschaft gibt. Weltweit (vor allem aber im Globalen Norden) wurden umfangreiche Untersuchungen zum Evolutionsverständnis, zur Akzeptanz und zur Wahrnehmung von Konflikten bei Schülern durchgeführt. Diese Untersuchungen haben je nach soziokulturellem Umfeld der Stichprobe zu erheblich unterschiedlichen Ergebnissen geführt. Im Globalen Süden wurden bisher weniger Untersuchungen durchgeführt, und die Ergebnisse könnten von denen des Globalen Nordens abweichen, insbesondere in Bevölkerungsgruppen, in denen sowohl eine monotheistische, abrahamitische Weltreligion (z. B. das Christentum) als auch indigene religiöse Überzeugungen eine Rolle spielen, wie dies in Namibia der Fall ist. Nach der Durchführung einer Vorstudie mit einer kleineren Stichprobe (Hartelt et al., 2026) führen wir daher eine Fragebogenstudie mit einer breiteren und diverseren Stichprobe von Schüler:innen der Oberstufe sowie Lehrkräften aus sechs Regionen Namibias durch. Wir messen die Akzeptanz der Evolutionstheorie, das Wissen über Evolution, Konfliktwahrnehmungen, Religiosität/Spiritualität, Religionszugehörigkeit, rassistische Wahrnehmungen der Evolutionstheorie sowie soziodemografische Daten (insbesondere zum kulturellen Hintergrund). Unser Ziel ist es, die Faktoren zu untersuchen, die die Akzeptanz und das Wissen über Evolution beeinflussen, um pädagogische Implikationen zur Verbesserung der Akzeptanz und des Wissens namibischer Schüler vorzuschlagen, ohne dabei ihre religiösen Überzeugungen zu beeinträchtigen.

Publikationen:

Hartelt, T., Kashango, E. S., & Scharfbillig, B. (2026). “God didn’t like it and detained them not to fly again:” Evolutionary understanding, acceptance, and perceived conflicts of students with interwoven religious beliefs. International Journal of Science Education. https://doi.org/10.1080/09500693.2026.2695950 [Visual Abstract]

Laufzeit: voraussichtlich 2023–2027

Förderung: –

Projektbeteiligte: Tim Hartelt

Abstract: 

Die ständigen Weiterentwicklungen im Bereich KI bieten sowohl Chancen als auch Risiken für das Lehren und Lernen im Biologieunterricht. Im Rahmen des Projektes wird anhand des exemplarischen Themas Evolution das Lehren und Lernen mit und über KI aus unterschiedlichen Perspektiven betrachtet. Dabei werden unter anderem folgende Fragen aus Forschungs- und unterrichtspraktischer Sicht bearbeitet: Inwieweit und auf welche Weise beeinflusst die Nutzung von KI (insb. von Large Language Models) das Lernen über Evolution? Wie können Schüler:innen dazu befähigt werden, den eigenen Umgang mit KI sowie den KI-produzierten Output kritisch zu reflektieren und KI in einer sinnvollen Weise zu nutzen? Inwieweit können Lehrende und Forschende KI in Lehre und Forschung produktiv nutzen, um beispielsweise Schüler:innenvorstellungen zu Evolution zu diagnostizieren und zu adressieren?

Teilprojekte:

• KI-EvaS: Aufgaben zur Evolution mit generativer KI planen: Exploration der Evaluationsstrategien angehender Biologielehrkräfte (mit Sarah Wilken und Leroy Großmann)

• Generative KI im Biologieunterricht: Untersuchung der Fähigkeiten von Schülern der Sekundarstufe bei der Formulierung von Eingabeaufforderungen und der Bewertung (zusammen mit Lara Schlüter)
• Untersuchung des Potenzials und der Grenzen des Einsatzes eines KI-Sprachmodells zur Bewertung der intuitiven und wissenschaftlichen Vorstellungen von Schülern zur Evolution anhand ihrer schriftlichen Erklärungen (zusammen mit Marit Kastaun und Anna Schmidt)

• Lernen mit generativer KI im Evolutionsunterricht (mit Helena Aptyka und Jörg Großschedl)

Publikationen:

Aptyka, H., Großschedl, J., & Hartelt, T. (2025). Bugbear or surefire success? Secondary school students’ conceptual learning about evolution with ChatGPT. International Journal of Science Education. Advance online publication. doi.org/10.1080/09500693.2025.2524083

Konferenzbeiträge:

Hartelt, T., Schmidt, A., & Kastaun, M. (15.–18.09.2025). Wie gut kann ein Large Language Model Schüler:innenvorstellungen diagnostizieren? In M. Kastaun (Chair), Künstliche Intelligenz als Lehr-Lern-Werkzeug für den Biologieunterricht?! (Symposium). 25. Internationale Tagung der Fachsektion Didaktik der Biologie (FDdB). Innsbruck, Österreich.

Hartelt, T., Schmidt, A., & Kastaun, M. (25.–29.08.2025). Investigating the potential of using a Large Language Model to assess students’ scientific explanations. 16th Conference of the European Science Education Research Association (ESERA). Kopenhagen, Dänemark.

Hartelt, T., & Aptyka, H. (14.–17.11.2024). Students’ learning with AI in biology education. 2024 Professional Development Conference of the National Association of Biology Teachers (NABT). Anaheim, Kalifornien, USA. doi.org/10.13140/RG.2.2.16791.89762

Hartelt, T., Großschedl, J., & Aptyka, H. (01.–05.06.2024). ChatGPT in biology education. How do AI tools influence conceptual learning? 14. Conference of European Researchers in Didactics of Biology (ERIDOB). Lyon, Frankreich.

Laufzeit: 2019–2025

Projektbeteiligte: Jens Steinwachs, Helge Martens

Abstract
Die Vielfalt der Vorstellungen von Schüler*innen im Bereich des Inhaltsfelds Evolution ist umfangreich empirisch nachgewiesen, sodass wesentliche Lernvoraussetzungen und Lernschwierigkeiten bekannt sind (Hammann & Asshoff, 2019). Wie die Relation von heterogenen Schülervorstellungen und fachlicher Norm bearbeitet werden kann, ist zum einen Gegenstand biologiedidaktischer Kontroverse (Gresch & Martens, 2019) und zum anderen eine unterrichtspraktische Herausforderung für (angehende) Lehrpersonen. Für die Lehrer*innenbildung ist die Reflexion dieses Spannungsverhältnisses von besonderer Bedeutung. In strukturtheoretischen Ansätzen von Professionalität wird die Sachantinomie als unauflösbares Spannungsverhältnis beschrieben, sowohl die individuellen Besonderheiten jedes Lernenden zu berücksichtigen (Personenorientierung), als auch zugleich curriculare sowie inhaltliche Ansprüche der Lern-Sache (Sachorientierung) zu vertreten (Helsper, 2020). Ein professioneller Umgang erfordert die Bearbeitung der Relation von heterogenen Schülervorstellungen und fachlicher Norm. Als eine zentrale Voraussetzung hierfür kann eine professionelle Unterrichtswahrnehmung (Sherin & van Es, 2009) angesehen werden, da eine Lehrperson aus fachlicher Sicht zunächst lernrelevante Ereignisse im komplexen Unterrichtsgeschehen wahrnehmen muss. Aus einer praxistheoretischen Perspektive (Reckwitz, 2003) lässt sich die Unterrichtswahrnehmung als eine soziale Handlungspraxis verstehen, in deren Vollzug implizites Wissen handlungsleitend wirkt. Das implizite Wissen umfasst verschiedene Elemente. So können (angehende) Lehrpersonen bspw. durch schulische Sozialisationsprozesse über tief verankerte Vorstellungen von Lehr-Lern-Prozessen verfügen, in denen Schülervorstellungen eine bestimmte Bedeutung zugeschrieben wird.
Das implizite Wissen zu beschreiben, das bei der Unterrichtswahrnehmung hinsichtlich fachdidaktischer Aspekte handlungsleitend wirkt, stellt ein Desiderat dar. In dieser explorativen-Studie wird der Frage nachgegangen, wie (angehende) Biologielehrpersonen den Umgang mit Schülervorstellungen wahrnehmen und welches implizite Wissen dabei relevant ist.

In 29 Gruppendiskussionen und 6 Interviews verbalisieren die (angehenden) Lehrpersonen ihre Unterrichtswahrnehmung bzgl. einer Videovignette, die auf Basis von acht videographierten Unterrichtsstunden aus einem Leistungskurs Biologie eines Berufskollegs entwickelt wurde. Die Vignettenkonstruktion erfolgte theoriegeleitet, wobei die Sequenzen typische Schülervorstellungen zur Evolution beinhalten (Hammann & Asshoff, 2019) und Interaktionen zwischen der Lehrperson und Schüler*innen beobachtbar sind. Die Datenauswertung erfolgt mithilfe der dokumentarischen Methode, da diese eine methodisch kontrollierte und wissenssoziologisch fundierte Differenzierung sowie Verhältnissetzung zwischen explizitem und implizitem Wissen ermöglicht. Durch komparative Analysen sind fallübergreifende und generalisierbare Schlussfolgerungen möglich (Bohnsack et al., 2013).

Ein Beitrag der Studie für die Praxis der Lehrer*innenbildung soll darin bestehen, zu den rekonstruierten impliziten Wissensbeständen (siehe für erste empirische Ergebnisse Steinwachs & Gresch 2019) anschließend passende Lehr-Lern-Angebote forschungsbasiert zu entwickeln. Die widersprüchlichen Erwartungen im Umgang mit Schülervorstellungen zu diskutieren und zu reflektieren, wäre ein möglicher Ansatz zur Professionalisierung der Unterrichtswahrnehmung. Eine Berücksichtigung des impliziten Wissens der (angehenden) Lehrpersonen (bspw. bezüglich der Bedeutung von Schülervorstellungen für das Verstehen der fachlichen Norm) und der Einsatz von Videovignetten könnten dabei einen vielversprechenden Beitrag leisten (siehe für erste Perspektiven hinsichtlich eines fallrekonstruktiven Seminarangebots Steinwachs & Gresch 2020).

Publikationen (Projekt-bezogen)

• Steinwachs, J. (2025). Unterrichtswahrnehmung von (angehenden) Biologielehrpersonen: Umgang mit Schülervorstellungen im Evolutionsunterricht. Universität Münster: Münster.

• Steinwachs, J., & Martens, H. (2025). Professional Vision of Preservice and In-Service Biology Teachers: Tacit Knowledge About Teaching and Learning in Relation to Student Conceptions in Evolution Lessons. Science Education, 2025. https://doi.org/10.1002/sce.21932 

• Steinwachs, J., & Martens, H. (2023). Praktiken der Unterrichtswahrnehmung hinsichtlich des Umgangs mit anthropomorphen und teleologischen Schülervorstellungen im Evolutionsunterricht, Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften, 29:12. https://doi.org/10.1007/s40573-023-00161-0. ·

• Steinwachs, J., & Martens, H. (2022). Addressing student conceptions in evolution classes: professional vision practices of preservice and in‑service biology teachers. Evolution: Education and Outreach, 15. https://doi.org/10.1186/s12052-022-00174-2.

• Steinwachs, J.; Gresch, H. (2020). Professionalisierung der Unterrichtswahrnehmung mithilfe von Videovignetten im Themenfeld Evolution – Bearbeitung der Sachantinomie in der biologiedidaktischen Lehrerbildung. In Kürten, R.; Greefrath, G.; Hammann, M. (Hrsg.), Komplexitätsreduktion in Lehr-Lern-Laboren. Innovative Lehr-Formate in der Lehrerbildung zum Umgang mit Heterogenität und Inklusion. Münster: Waxmann, 57-78.

• Steinwachs, J.; Gresch, H. (2019). Umgang mit Schülervorstellungen im Evolutionsunterricht – Implizites Wissen von Lehramts-studierenden bei der Wahrnehmung von Videovignetten. Zeitschrift für interpretative Schul- und Unterrichtsforschung, 8, 24–39.

Laufzeit: 2020–2025

Förderung: DFG (2020–2023)

Projektbeteiligte: Tim Hartelt, Helge Martens

Abstract
Die Förderung konzeptuellen Wissens wird nachweislich durch selbstreguliertes Lernen und metakognitives Wissen unterstützt. Zwei relevante Teilaspekte sind dabei die Selbsteinschätzung und das konditionale Wissen darüber, in welcher Anforderungssituation welches Wissen angewendet werden soll. Im beantragten Projekt soll in einer Interventionsstudie mit 2x2-faktoriellem Design die biologiedidaktische Fragestellung untersucht werden, welchen Effekt a) die Selbsteinschätzung der Schülerinnen und Schüler bzgl. ihrer eigenen Präkonzepte im Themenfeld Evolution und b) Instruktion zum Erwerb konditionalen Wissens bzgl. alltagsbezogener und wissenschaftlicher Anforderungssituationen auf den Erwerb und die Anwendung konzeptuellen Wissens zur natürlichen Selektion haben. Insbesondere wird ein Interaktionseffekt erwartet, wenn die Selbsteinschätzung der eigenen Präkonzepte mit konditionalem Wissen über unterschiedliche Anforderungssituationen verknüpft wird. Um den Effekt auf die Förderung konzeptuellen Wissens tiefergehend zu verstehen, soll zudem der Einfluss der Selbsteinschätzung und des konditionalen Wissens auf die Selbstwirksamkeitserwartung und die kognitive Belastung untersucht werden. Während es erste empirische Hinweise zur Wirksamkeit aus pädagogisch-psychologischer Forschung gibt, ist die Untersuchung domänenspezifischer Effekte der Selbsteinschätzung und des konditionalen Wissens auf das konzeptuelle Wissen bislang ein fachdidaktisches Desiderat. So gelten in biologiedidaktischen Publikationen die Selbsteinschätzung und die Differenzierung von alltagsbezogenen und wissenschaftlichen Anforderungssituationen als zentral für den nachhaltigen Aufbau konzeptuellen Wissens, jedoch gibt es bisher nur wenige empirische Belege. Aus der biologiedidaktischen Forschung gibt es hingegen differenzierte Erkenntnisse über fachspezifische Präkonzepte und die Herausforderungen beim Aufbau konzeptuellen Wissens. Teleologische und anthropomorphe Präkonzepte werden dabei als allgemeine Denkweisen und zentrales Lernhindernis für den Erwerb konzeptuellen Wissens im Fach Biologie und insbesondere im Themenfeld Evolution beschrieben. Da diese Präkonzepte den Alltagsinteraktionen entstammen, erfordert die Förderung konzeptuellen Wissens in besonderer Weise metakognitives Wissen über die eigenen Präkonzepte und ein konditionales Wissen zur Differenzierung zwischen alltagsbezogenen und wissenschaftlichen Anforderungssituationen. Der Innovationsgehalt des interdisziplinären Projekts an der Schnittstelle von Biologiedidaktik und Pädagogischer Psychologie liegt darin, den Effekt der Selbsteinschätzung und des konditionalen Wissens auf das konzeptuelle Wissen auf Basis biologiedidaktischer Erkenntnisse zu Präkonzepten und fachwissenschaftlich relevantem konzeptuellem Wissen domänenspezifisch und systematisch zu untersuchen. Dabei sollen Wirksamkeitsnachweise zur effizienten Förderung des konzeptuellen Wissens in einer experimentellen Interventionsstudie erbracht werden.

Publikationen (Projekt-bezogen):

• Hartelt, T., & Martens, H. (2025). Development and validation of an instrument measuring students’ self-efficacy regarding explaining evolutionary changes. Journal of Biological Education. https://doi.org/10.1080/00219266.2025.2546795

• Hartelt, T., & Martens, H. (2025). How accurate are students in self-assessing their conceptions of evolution? Science Education, 109(3), 965–989. https://doi.org/10.1002/sce.21945 

• Hartelt, T., & Martens, H. (2025). Promoting metacognitive awareness and self-regulation of intuitive thinking in evolution education. The American Biology Teacher, 87(2), 113–119. https://doi.org/10.1525/abt.2025.87.2.113

• Hartelt, T., & Martens, H. (2024). Self-regulatory and metacognitive instruction regarding student conceptions: Influence on students’ self-efficacy and cognitive load. Frontiers in Psychology, 15, Article 1450947. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2024.1450947  [Visual Abstract]

• Hartelt, T., & Martens, H. (2024). Influence of self-assessment and conditional metaconceptual knowledge on students’ self-regulation of intuitive and scientific conceptions of evolution. Journal of Research in Science Teaching, 61(5), 1134–1180. doi.org/10.1002/tea.21938  [Visual Abstract; Video Abstract]

• Hartelt, T., & Martens, H. (2024). Evolution: Wie wurden die Geparde schneller? Eine interaktive digitale Simulation zur natürlichen Selektion. Unterricht Biologie, 493, 46–47.

Laufzeit: 01.09.2026 – 31.09.2027

Förderung: Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland e.V. – VBIO Fachsektion Didaktik der Biologie (FDdB)

Projektteam: Dr. Marit Kastaun (Universität Kassel), Prof. Dr. Sabine Meister (Universität Marburg) & Dr. Britta Lübke (Universität Hamburg)

Abstract:

Data Literacy gilt als zentrale Kompetenz in einer zunehmend datafizierten Wissenschafts- und Lebenswelt. Als fachübergreifendes Konzept stellt sich dabei die Frage nach fachspezifischen Ausprägungen und deren Bedeutung für Lehr-Lern-Prozesse. Für die Biologie ist dies aufgrund der Vielfalt biologischer Daten – von Mess- und Beobachtungsdaten über Bilddaten bis hin zu Sequenzdaten – von besonderer Relevanz. Das Projekt  BiData  untersucht, wie Fachbiolog:innen  und Fachdidaktiker:innen Daten in unterschiedlichen biologischen Kontexten konzeptualisieren. Im Fokus steht die konzeptuelle Dimension von Data Literacy und damit die grundlegende Frage, was im Fach Biologie als Daten verstanden wird. Ziel ist es, fachwissenschaftliche und fachdidaktische Perspektiven systematisch zu erfassen, miteinander zu relationieren und biologiespezifische Charakteristika des Datenbegriffs herauszuarbeiten.