Universität zu Köln

Gutowski, Roxanne ORCID: 0000-0002-0955-5438 (2025). Lernen über Evolution: Eine empirische Betrachtung relevanter Lernendenmerkmale und anschlussfähiger Fördermaßnahmen. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Globale Herausforderungen wie beispielsweise das durch den Klimawandel bedingte Artensterben fordern zunehmend ein gesamtgesellschaftliches Bewusstsein für biologische Zusammenhänge in Ökosystemen. Diese Zusammenhänge können auf ein Wechselspiel zwischen sich verändernden Umwelteinflüssen und evolutionären Mechanismen zurückgeführt werden. Ein bekanntes Beispiel stellen ko-evolutionäre Entwicklungen zwischen Pflanzen und Bestäuberarten dar, deren ökologische Beziehung aufgrund menschlicher Einflüsse jedoch teilweise gefährdet ist. Ein fundiertes evolutionsbezogenes Wissen und dessen Förderung bildet daher eine Grundlage für informierte Entscheidungen im Umgang mit biologisch-gesellschaftlichen Herausforderungen. Eine Förderung des evolutionsbezogenen Wissens setzt sowohl eine Kenntnis über relevante Lernendenmerkmale als auch über passende didaktische Strategien voraus. Relevante Lernendenmerkmale (repräsentiert durch personenbezogene Variablen) umfassen dabei nicht nur das (Vor-)Wissen der Lernenden. Sie lassen sich auch in Einstellungen sowie religionsbezogenen und motivationalen Variablen potenziell wiederfinden. Im Rahmen dieser Arbeit werden Lernendenmerkmale daher in verschiedenen evolutionsbezogenen Kontexten untersucht. Abschließend wird der Blick auf das themenbezogene Wissen und die entsprechenden Einstellungen erweitert, indem die Relevanz ausgewählter Lernendenmerkmale im Kontext von Insekten ergänzend betrachtet wird. In der ersten Studie wurde untersucht, über welches evolutionsbezogene Wissen N = 172 Schüler:innen der Sekundarstufe II in Deutschland verfügen. Hierbei wurden neben dem allgemeinen evolutionsbezogenen Wissen auch die Verfügbarkeit von fachlich adäquaten Konzepten (den sogenannten Schlüsselkonzepten) für die Erklärung evolutionärer Veränderungen sowie das Ausmaß der Anwendung fachlich inadäquater Konzepte erhoben. Darüber hinaus wurden die weiteren für den Lernkontext der Evolution relevanten Lernendenmerkmale evolutionsbezogene Einstellungen (hier die Akzeptanz der Evolution), Religiosität und Konfession (beziehungsweise Glaubensrichtungen) untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Lernenden über ein eher gering ausgeprägtes evolutionsbezogenes Wissen verfügten und dieses in schwachem bis moderatem Zusammenhang zur Akzeptanz der Evolution stand. Hinsichtlich der Differenzierung zwischen Lernenden verschiedener Konfession ergaben sich Unterschiede für das evolutionsbezogene Wissen, die Verwendung von fachlich adäquaten Konzepten, die Akzeptanz der Evolution sowie die Religiosität. Keine Unterschiede zeigten sich hingegen bei der Verwendung von fachlich inadäquaten Konzepten. Gleichzeitig ergaben die Analysen, dass die Konfession der Lernenden zwar für ihr Wissen nicht jedoch für ihre Akzeptanz prädiktiv war. Ergebnisse zur Religiosität als potenzieller Prädiktor ergaben ein umgekehrtes Bild. Die zweite Studie wurde als eine experimentelle Interventionsstudie im Prätest-Posttest-Design konzipiert. Diese hatte zum Ziel die Wirksamkeit verschiedener Instruktionsstrategien (gestufte Lernhilfen, gestufte Prompts und gestufte Lösungsbeispiele) für das Lernen über Evolution zu untersuchen. Für die Analysen wurden personenbezogene Variablen zum Lernerfolg, zu den Selbstwirksamkeitserwartungen sowie zur intrinsischen Motivation berücksichtigt. Die Schüler:innen der Sekundarstufe II (N = 108) wurden entsprechend der drei Instruktionsstrategien in drei Gruppen eingeteilt. Bei der Bearbeitung des Lernmaterials standen ihnen die Instruktionsstrategien als optionale Lernhilfen zur Verfügung, die sie bei Bedarf nutzen konnten. Die Analysen ergaben keine signifikanten Unterschiede in der Wirksamkeit der drei Instruktionsstrategien hinsichtlich dem Lernerfolg, der Veränderung der themenbezogenen Selbstwirksamkeitserwartungen und der intrinsischen Motivation bei der Bearbeitung der Lerneinheit. In anschließenden Vergleichen wurde erkennbar, dass Lernende, die die optionalen Lernhilfen genutzt hatten, im Prätest über ein geringeres Vorwissen, geringere Selbstwirksamkeitserwartungen sowie eine geringere intrinsische Motivation verfügten als Lernende, die diese nicht genutzt hatten. Außerdem wiesen sie bei der Bearbeitung der Lerneinheit eine geringere intrinsische Motivation in dem Teilindikator Interesse/Freude sowie einen geringeren Lernerfolg im Posttest auf. Evolutionsbezogenes Wissen stellt die Grundlage für ein Verständnis der ökologischen Bedeutung von Arten und ihrer Vielfalt dar. Diese Zusammenhänge werden am Beispiel der Insekten auf vielfältige Weise deutlich. Eine Kenntnis über die Artenvielfalt und Lebensweisen der Insekten sowie eine Sensibilisierung und Wertschätzung ihrer ökologischen Bedeutung ist für den Schutz der Artenvielfalt unerlässlich. Ergänzend zur ersten Studie erweitert die dritte Studie den Blick auf relevante Lernendenmerkmale im Biologieunterricht, indem sie insektenbezogenes Wissen und Einstellungen bei N = 574 Lernenden unterschiedlichen Bildungsstandes und Geschlechts (n = 365 weibliche Lernende, n = 190 männliche Lernende) querschnittlich untersucht. Für die Unterscheidung des Bildungsstandes wurden die Lernenden in Schüler:innen zu Beginn der Sekundarstufe I (Erprobungsstufe; n = 82), Schüler:innen am Ende der Sekundarstufe I (n = 109), Schüler:innen in der Sekundarstufe II (n = 171), Biologielehramtsstudierende im Bachelorstudium (n = 93) und Biologielehramtsstudierende im Masterstudium (n = 119) eingeteilt. Die Ergebnisse wiesen auf ein insgesamt eher hohes insektenbezogenes Wissen hin, das mit steigendem Bildungsstand tendenziell zunahm. Auch hinsichtlich der insektenbezogenen Einstellungen ergaben sich Unterschiede bei denen insbesondere Schüler:innen der Erprobungsstufe und Studierende des Lehramts Biologie im Bachelor- und Masterstudium positivere Einstellungen zeigten. Zudem wiesen männliche Lernende positivere Einstellungswerte als weibliche Lernende auf. Geschlechterbezogene Unterschiede hinsichtlich des Wissens wurden nicht festgestellt. Der Zusammenhang zwischen dem insektenbezogenen Wissen und den insektenbezogenen Einstellungen stellte sich als moderat bis stark positiv heraus. Die Ergebnisse dieser drei Studien weisen auf die potenzielle Relevanz ausgewählter Lernendenmerkmale für das biologiebezogene Lernen mit Fokus auf dem Lernkontext der Evolution hin. Diese betreffen einerseits das vorhandene Wissen und damit im Zusammenhang stehende Einstellungen sowie ihre Bedeutung für den Lernerfolg. Auch liefern die Ergebnisse erste Hinweise auf die Wirksamkeit von Instruktionsstrategien, wenn diese als optionale Lernhilfen zur Verfügung gestellt werden.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Learning about Evolution: An Empirical Examination of Relevant Learner Characteristics and Instructionally Aligned Educational Interventions English
Translated abstract:	Abstract Language Global challenges such as species extinction caused by climate change increasingly demand publical awareness of biological interrelationships in ecosystems. These interrelationships can be traced back to an interplay between changing environmental influences and evolutionary mechanisms. A well-known example is the co-evolutionary development between plants and pollinator species, whose ecological relationship is partially threatened by human influences. A sound knowledge about evolution and its promotion therefore forms the basis for informed decisions when dealing with biological and social challenges. Promoting biological or evolutionary knowledge requires knowledge of relevant learner characteristics and appropriate teaching strategies. Relevant learner characteristics include the learners’ prior knowledge, their attitudes, religious and motivational variables. This study therefore examines learner characteristics in various biological contexts. The focus is on learning about evolution but is supplemented by analyses in the context of insects. The first study examined the evolutionary knowledge of N = 172 upper secondary school students in Germany. In addition to general evolutionary knowledge, the study also assessed the availability of key concepts for explaining evolutionary changes and the extent to which misconceptions were used. In addition, further learner characteristics relevant to the context of evolution were examined, such as attitudes towards evolution (here represented as acceptance of evolution), religiosity, and denomination. The results show that the learners had rather low knowledge about evolution and that this was weakly to moderately correlated with their acceptance of evolution. Differences emerged in terms of knowledge of evolution, the use of key concepts, acceptance of evolution, and religiosity with regard to different denominations. However, no differences were found in the use of misconceptions. Further analyses showed that the learners’ denomination was predictive of their knowledge but not of their acceptance. Contrary, religiosity was predictive of learners’ acceptance but not of their knowledge. The second study is an experimental intervention study with a pretest-posttest design. Its aim was to investigate the effectiveness of different instructional strategies (incremental scaffolds, incremental prompts, and incremental worked-out examples) for learning about evolution. Variables relating to learning performance, self-efficacy expectations, and intrinsic motivation were considered for the analyses. Secondary school students (N = 108) were divided into three groups according to the three instructional strategies. These were available to them as optional support while working on the learning material. The analyses revealed no significant differences in the effectiveness of the three instructional strategies in terms of learning performance, changes in learners’ self-efficacy expectations, and intrinsic motivation when working through the learning unit. However, subsequent comparisons between learners who used the optional support showed lower prior knowledge, lower self-efficacy expectations, and lower intrinsic motivation in the pretest than learners who did not use the optional support. They also showed lower intrinsic motivation in the sub-indicator interest/enjoyment when working through the intervention and lower learning performance in the post-test. Knowledge about evolution provides the basis for understanding the ecological significance of species and their diversity. The example of insects illustrates these relationships. Knowledge about insect biodiversity and lifestyles, as well as awareness and appreciation of their ecological significance, is essential for the protection of biodiversity. The third study broadens the perspective on relevant learner characteristics in biology education by examining insect-related knowledge and attitudes among N = 574 learners of different education levels (n = 82 students of the first two years of lower secondary school, n = 109 students of the last two years of lower secondary school; n = 171 students of the upper secondary school; n = 93 pre-service biology teachers in the bachelor’s program; n = 119 pre-service biology teachers in the master’s program) and with regard to gender (n = 365 female learners, n = 190 male learners). The results indicated a generally moderate level of insect-related knowledge, which tended to increase with higher levels of education. Differences were also found in insect-related attitudes, with students in the at the beginning of lower secondary school and biology teacher training students in bachelor’s and master’s programs showing more positive attitudes. In addition, male learners had more positive attitudes. No gender-related differences in knowledge were found. The correlation between insect-related knowledge and insect-related attitudes was found to be moderate to strongly positive. The results of these three studies point to the potential relevance of learner characteristics for biology education with a focus on evolution education. They relate to existing knowledge and corresponding attitudes, as well as their significance for learning performance. The results also provide initial indications of the effectiveness of instructional strategies when these are provided as optional support. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Gutowski, Roxanne roxanne.gutowski@uni-koeln.de https://orcid.org/0000-0002-0955-5438 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-798171
Date:	2025
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Mathematics and Science Education > Institute of Biology Education
Subjects:	Education Natural sciences and mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Wissen German Einstellungen German Instruktionsstrategien German Scaffolding English Incremental scaffolds English
Date of oral exam:	24 November 2025
Referee:	Name Academic Title Großschedl, Jörg Prof. Dr. Schmeinck, Daniela Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/79817