Situations-spezifische Fertigkeiten sind ein wichtiger Teil von Lehrerexpertise und insbesondere im Bereich des Klassenmanagements bedeutsam. Vor dem Hintergrund der Kompetenz- und Expertiseforschung synthetisiert die vorliegende Dissertation bisherige Befunde systematisch und untersucht, wie sich Novizen- und Expertenlehrpersonen in ihren Fertigkeiten hinsichtlich des Klassenmanagements unterscheiden. Studie 1 fasst den Forschungsstand in einem systematischen Review von 60 empirischen Studien zusammen und arbeitet Erkenntnisse zu Fertigkeiten und ihrer Förderung sowie zum konzeptuellen Rahmen der Studien heraus. Für Studie 2 und Studie 3 werden die Fertigkeiten von 20 Noviz*innen und 20 Expert*innen mit Hilfe von Videoausschnitten untersucht, die für das Klassenmanagement relevante Ereignisse zeigen. Studie 2 erforscht mit Hilfe von Eye-Tracking-Methoden insbesondere die Fertigkeit der Wahrnehmung sowie formatspezifische Expertiseeffekte. Es fand sich bei Expert*innen ein Fokus auf Schüler*innen, während Noviz*innen vor allem beim Partnerarbeitsformat weniger ausgeprägte Fertigkeiten zeigten. Studie 3 untersucht anhand von retrospektiven verbalen Analysen Expertiseeffekte hinsichtlich des Wahrnehmens, Interpretierens und Entscheidens. Expertise war erneut durch einen Fokus auf Schüler*innen gekennzeichnet. Zudem boten Expert*innen mehr Handlungsmöglichkeiten an als Noviz*innen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Expert*innen vor allem hinsichtlich des Entscheidens überlegen sind. Weiterhin deuten die Ergebnisse darauf hin, dass offenere Unterrichtsformate für Noviz*innen besonders herausfordernd sind. Die Bedeutung der Ergebnisse wird hinsichtlich der allgemeinen Expertise- und Kompetenzforschung sowie der Klassenmanagementforschung diskutiert. Die Studien zeigen theoretische Inkohärenz hinsichtlich des Konstrukts situations-spezifischer Fertigkeiten auf, sowie eine starke Fokussierung bisheriger Forschung auf Störungen in Frontalunterrichtsszenen. / Situation-specific skills are an important part of teacher expertise and are particularly relevant in the area of classroom management. Against the background of general and classroom management-specific teacher competence and expertise research, this dissertation systematically synthesized previous findings and also investigated how novice and expert teachers differ in their skills with regard to classroom management. Study 1 summarized the state of research in a systematic review of 60 empirical studies, thereby identifying insights into teachers’ skills and their facilitation, as well as the conceptual frameworks of the studies. For Study 2 and Study 3, the skills of 20 novice and 20 expert teachers were examined using video clips that show events relevant to classroom management. Study 2 investigated format-specific expertise effects and, in particular, the skill of perception by using eye tracking methods. Experts were found to focus on students and their learning, while novices showed less pronounced skills, especially in the partner work format. Using teachers’ retrospective verbal analyses of classroom management events, Study 3 examined expertise effects with respect to teachers’ perception, interpretation and decision-making. Again, expertise was characterized by a focus on students. In addition, experts proposed more alternative courses of action than novices. In summary, it can be concluded that experts are superior to novices especially with regard to the skill of decision-making. Furthermore, the results indicate that more open formats of instruction are particularly challenging for novices. The relevance of the results is discussed with regard to general expertise and competence research as well as classroom management research. The studies point to theoretical ambiguities regarding the construct of situation-specific skills, as well as an overemphasis of previous research on behavioral management in whole-group instruction settings.

Die Förderung von kreativem Denken und Problemlösen ist ein zentrales Anliegen im Bildungsbereich des 21. Jahrhunderts. Diese Studie untersucht mittels eines Aptitude-Treatment-Interaction Ansatzes die Zusammenhänge zwischen individuellen Denk- und Lösungsstrategien sowie der Leistungsfähigkeit von Schülern in Bezug auf kreatives Denken und Problemlösen in der Chemie. Hierzu wurden Testinstrumente entwickelt und validiert, die die psychologische Problemlöse-Präferenz beschreiben. Die Kreativität wurde anhand des Consentual Assessments nach Amabile durch unabhängige Experten bewertet. Die Studie umfasste 279 Schüler nach Datenbereinigung. Untersuchte Einflussfaktoren waren u.a. VIEW-Typ, Vorwissen, kognitive Fähigkeiten, Anzahl der Hobbies, Interesse und Selbstverständnis für Naturwissenschaften sowie Bearbeitungszeit der Aufgaben. Mithilfe multipler linearer Regression wurde ein statistisch hochsignifikantes Modell entwickelt, das eine hohe Anpassungsgüte aufwies. Die Bearbeitungszeit der Aufgaben korrelierte am stärksten mit der kreativen Leistung. Weitere signifikante Prädiktoren waren Anzahl der Hobbies, während Vorwissen und kognitive Fähigkeiten eine geringere Signifikanz zeigten. Die Subdimension zur Einstellung gegenüber Neuem des VIEW-Assessments korrelierte negativ mit der gesamten kreativen Leistung. Diese Ergebnisse liefern erstmalig einen Einblick in die Zusammenhänge zwischen Denkstrategien und Leistung im kreativen Denken in der Chemie. Limitationen der Studie betreffen u.a. die Operationalisierung von Kreativität und die Individualisierung der Aufgaben entsprechend der VIEW-Typen. Handlungsempfehlungen für die Unterrichtspraxis werden auf Basis dieser Ergebnisse gegeben. / This study investigates the relationship between individual approaches to creative thinking and problem-solving and students’ performance, particularly within the domain of chemistry. Utilizing an "aptitude-treatment-interaction" approach, two preliminary studies were conducted to develop and validate appropriate research designs and test instruments. Tasks were designed based on the VIEW assessment to assess students’ psychological problem-solving preferences, and creativity was evaluated using the Consensual Assessment method. A total of 279 students were included after data cleaning. Factors influencing creative achievement, such as VIEW type, prior knowledge, cognitive ability, hobbies, interest, self-concept in science, and task duration, were examined. Multiple linear regression revealed a statistically significant model, with predictors like orientation to change, search strategy, time spent on task, interest, self-concept, number of hobbies, cognitive ability, and prior knowledge significantly predicting overall creative achievement in chemistry. Notably, task duration had the strongest correlation with creative performance, with hobbies also contributing significantly to variance. Other factors, such as preference for novelty, showed lower significance. Additionally, a negative correlation was found between preference for novelty and overall creative performance. This study highlights the importance of diverse factors in fostering creativity, suggesting recommendations for instructional practice, including ample time for creative tasks and encouragement for students to engage in diverse hobbies. Limitations include the operationalization of creativity, task individualization, and sample size and composition.

Diese Arbeit untersucht das Verhalten und die Einstellungen von Mathematiklehrkräften im Implementationsprozess der nationalen Bildungsstandards. Als top-down eingeführte Bildungsinnovation wird eine Umstellung des Unterrichts intendiert, der auf die in den Standards formulierten Kompetenzen fokussiert. Es wird herausgearbeitet, was unter einem kompetenzorientierten Mathematikunterricht zu verstehen ist und anschließend aufgezeigt, wie eine solche Intention durch ein vom Institut zur Qualitätsentwicklung im Bildungswesen (IQB) entwickeltes Implementationskonzept in die Praxis überführt werden kann. Anhand von zwei Studien wurden jeweils zehn Merkmale eines kompetenzorientierten Unterrichts an Lehrkräften und Schülern im Längsschnitt analysiert und einzeln ausgewertet. Zusätzlich erhielten die Schülerinnen und Schüler einen kompetenzorientierten Leistungstest. Angelegt in einem Experimentaldesign erhielten die Projektschulen über die Projektlaufzeit eine externe Unterstützung durch eine Setkoordinatorin, die regelmäßig einen Input und beratende Hilfestellung bei der Entwicklung und Erprobung von kompetenzorientierten Lehr-Lernarrangements anbot. Angelehnt an das SINUS-Programm wurden weitere zentrale Fortbildungsveranstaltungen angeboten. Die Drop-Out-Analysen zeigen, dass Lehrkräfte, die den Bildungsstandards gegenüber positiv eingestellt sind und in einem höheren Grad miteinander kooperieren, Engagement im Projekt zeigen. Der Unterricht in den Projektschulen erfuhr eine stärkere Orientierung hin zum mathematischen Argumentieren, Modellieren und Probleme lösen. In den Projektschulen der Studie 1 nehmen die Schülerinnen und Schüler eine verstärkte Kompetenzorientierung im Bereich der Verwendung von mathematischen Darstellungen wahr. In einer zweiten Studie konnte das IQB-Implementationskonzept mit dem SINUS-Folgeprojekt „Kompetenzorientiert unterrichten in Mathematik und Naturwissenschaften (KOU)“ erfolgreich evaluiert werden. / This doctoral thesis focuses on teachers’ development during the implementation process of the national educational standards in Germany. Consider the standards, which were introduced by resolution, classroom activities are focused to improve student learning. To reach the standards, a change in teaching culture is necessary or at least an addition of teachers’ classroom activities. Therefore, the concept of competence-orientation especially for mathematics is described and discussed. Further implementation theories and implementation strategies are suggested and discussed. When educational standards became active, implementation concepts were missing so far. So, the Institute for Educational Quality Improvement (IQB) developed an implementation concept and got support by nine schools to test it. The professional learning communities in mathematics of the schools got external support by a supervisor and input by researchers during their intended change process. Study 1 focuses on analyzing teachers’ engagements and concerns as well as their classroom activities in a longitudinal design. Furthermore, students of ninth grade were tested in mathematics and asked about their classroom activities. Eight schools worked as a control group. Study 2 added another ten schools with a slightly different implementation concept. So, the IQB-concept could be evaluated. Even in study 2, the ten factors are analysed and differentiated by concept. Drop-out analyses show, teachers with a positive attitude towards the standards and a higher degree in cooperation, support the project and continued as participants in the longitudinal study. Furthermore, their classes changed in aspects of arguing, modeling and problems solving mathematically. Students of study 1 observe more activities in working with mathematical figures and diagrams. In study 2, the IQB implementation concept could be evaluated successfully by comparing teachers’ changes with the development in other schools.

In Deutschland und den USA engagiert sich die unternehmerische Philanthropie zunehmend in der Allgemeinbildung, während der letzten Dekade vor allem in den „MINT“ und den „STEM“ Fächern. Hierzu gibt es bisher kaum systematische Studien. Diese vergleichende Arbeit untersucht, warum und wie sich Unternehmen in diesen Bereichen engagieren, und wie sich ihre Rolle in der Bildung verändert. Die Studie beruht auf einer historischen Analyse der Rolle von Unternehmen in der Bildung seit 1945 und auf Interviews mit Experten aus dem MINT- und STEM-Bereich. Die wichtigsten Befunde der Studie sind: (1) Zuvor überwiegend in der dualen Bildung aktiv, begannen deutsche Unternehmen in den frühen 2000er Jahren u.a. als Reaktion auf den PISA-Schock, sich philanthropisch in der allgemeinen Schulbildung zu engagieren. (2) Unternehmerische Philanthropie führten die MINT und STEM Bildungsbewegung an. Aufgrund ihrer etablierten, gut vernetzten und vielfach finanzkräftigeren Stiftungen gelang es US-amerikanischen Unternehmen besser als deutschen, das Thema ins öffentliche Bewusstsein zu rücken, Ressourcen zu erschließen und Änderungen in der Bildungspolitik zu erwirken. (3) Unternehmen und deren Stiftungen wurden in erster Linie durch Entwicklungen auf dem Arbeitsmarkt, langfristige ökonomische Überlegungen und die Notwendigkeit zur Innovation motiviert, sich zu engagieren; aufgrund unterschiedlicher demographischer Aspekte und Entwicklungen in der Bildung fanden sich Unterschiede zwischen den beiden Ländern. (4) In Deutschland und den USA agiert die unternehmerische Philanthropie zunehmend strategisch, d.h. sie handelt ergebnisorientiert und achtet auf Skalierbarkeit ihrer Aktivitäten. Dies hat das Engagement von Unternehmen in der Bildungspolitik verstärkt und die Anforderung der Wirtschaft in den Fokus gerückt. Manche US-amerikanische Unternehmen haben begonnen, Berufsbildungswege zu schaffen, was bisher nicht die Regel war. / Corporate philanthropy is active in K-12 education in Germany and the U.S. but there is minimal research about it. Over the last decade corporate philanthropic actors in both countries have become active in STEM* education (in Germany, MINT). This comparative study is about why and how they decided to invest in these initiatives and how that is tied to their traditional roles in education. It leans on the history of company involvement in education since 1945 and on interviews with experts active in the STEM and MINT education scenes. The main findings are: (1) As a result of the PISA shock and other factors, German companies that traditionally engaged only in vocational education have become active in general K-12 education. (2) Corporate philanthropy led the STEM and MINT education movements. However, U.S. companies and their foundations, with decades of philanthropic experiences and networks in education, were more successful in raising awareness, organizing resources, and achieving policy changes at the federal level. (3) Companies and their foundations were driven to invest in STEM and MINT education largely by workforce, long-term innovation, and economic concerns but there were key differences because of the differing demographic and education trends in the two countries. (4) In the U.S. and Germany, corporate philanthropy is attempting to be more strategic. This has resulted in a focus on outcome-based measurements and scalability but has also led to more investments in nonprofit and policy organizations instead of schools or their booster clubs. It has also resulted in corporate philanthropy better aligning with company competencies and needs, which made STEM and MINT ideal. In the case of the U.S., this has also resulted in some companies creating vocational programs, an area of education most companies avoided in the past. *STEM= Science, Technology, Engineering, and Math MINT= Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik

Die Dissertation untersucht Leistungserwartungen von Lehrkräften. Teilstudie 1 und 2 gehen der Frage nach, welche Merkmale von Schüler*innen Lehrkräfte in ihre Erwartungen an die Leistungen von Lernenden einbeziehen. Teilstudie 3 untersucht, welche Bedeutung inakkurat hohe oder niedrige Leistungserwartungen von Lehrkräften für ihr unterrichtliches Handeln und für die Leistungsentwicklungen der Lernenden haben. Die Analysen basieren auf Daten der Längsschnittstudie „Kompetenzerwerb und Lernvoraussetzungen“, an der im Schuljahr 2013/2014 insgesamt 1065 Schüler*innen aus 64 ersten Grundschulklassen teilgenommen haben. Teilstudie 1 ergab, dass Erwartungen von Lehrkräften an die sprachlichen und mathematischen Leistungen von Erstklässler*innen in Abhängigkeit vom ethnischen Hintergrund, sozialen Hintergrund und Geschlecht der Lernenden variieren. Diese Unterschiede blieben zum Teil auch nach Kontrolle der Ausgangsfähigkeiten und selbsteingeschätzten Motivation der Schüler*innen bestehen und kennzeichnen daher Verzerrungen. Den Ergebnissen von Teilstudie 2 zufolge gehen solche sozialen und geschlechtsbezogenen Verzerrungen zum Teil auf Lehrkrafteinschätzungen der Motivation und des Arbeitsverhaltens zurück. Ethnische Verzerrungen bestanden hingegen unabhängig von diesen Lehrkrafteinschätzungen. Dass inakkurat hohe oder niedrige Leistungserwartungen die Leistungsentwicklung von Lernenden bereits im ersten Grundschuljahr beeinflussen können, zeigten die Ergebnisse der Teilstudie 3. Die zugehörige Videostudie ergab, dass sich inakkurate Leistungserwartungen von Lehrkräften in ihrem Feedbackverhalten niederschlagen. Eine bedeutsame Mediation der Erwartungseffekte durch das Feedback ließ sich aber nicht nachweisen. Die Befunde der Dissertation sind für die pädagogische Praxis sehr relevant. Sie sprechen einerseits für den Vorteil hoher Erwartungen und sensibilisieren andererseits für das Risiko verzerrender Einflüsse von Hintergrundmerkmalen der Schüler*innen. / The dissertation deals with teacher expectations for student achievement. The first two studies investigate student characteristics teachers rely on when forming their achievement expectations. Study 3 investigates the associations of inaccurately high or low teacher expectations with their teaching behavior and students’ subsequent achievement development. The analyses are based on data from the longitudinal research project “competence acquisition and learning preconditions” in which 1065 students from 64 first grade classes participated in the school year 2013/2014. Study 1 revealed that teachers’ expectations for students’ language and mathematics achievement differed depending on students’ ethnic background, social background and gender. These differences partly persisted even after controlling for students’ actual achievement, general cognitive abilities and motivation, and therefore indicate biased expectations. The results of study 2 showed that social bias and gender bias in teacher expectations were partly due to differences in teachers’ perceptions of students’ motivation and learning behavior. Ethnic bias, however, appeared independent of these teacher perceptions. The results of study 3 support the assumption that inaccurately high or low teacher expectations may result in self-fulfilling prophecies and influence students’ achievement development as early as in the first school grade. The video study of study 3 further revealed that inaccurately high or low teacher expectations may result in different teacher feedback for the students. Teacher feedback, however, did not substantially mediate teacher expectancy effects on student achievement. The results of the present dissertation are of great relevance for educational practice. First, they highlight the advantages of high expectations and, second, they sensitize for biasing influences of student background characteristics.

Die Erreichung der Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) erfordert strategische Maßnahmen, deren Identifizierung von anderen abhängt, gesellschaftliches Engagement und soziales Lernen. Das Ziel dieser Arbeit war es, pädagogische Werkzeuge zu entwickeln und pädagogische Prozesse zu verbessern, die das soziale Lernen verbessern, insbesondere im Hinblick auf die Verwirklichung der SDGs 2 und 13. Diese kumulative Dissertation präsentiert vier von Experten begutachtete Artikel. Die Arbeit wurde in drei komplementären methodischen Phasen abgeschlossen. Die wichtigsten Schlussfolgerungen sind wie folgt zusammengefasst: Der konstruktivistische pädagogische Rahmen ist geeignet, ein pädagogisches Instrument zur Verbesserung des sozialen Lernens in SDG-Projekten zu operationalisieren. Dieser Befund trägt nicht nur zu einem besseren Verständnis von Mechanismen bei, die soziales Lernen fördern, sondern stellt auch einen Fortschritt in den theoretischen Verbindungen zwischen sozialem Lernen und den Theorien von Habermas und Freire dar. Der soziale Lernprozess ist nach drei Hauptschritten möglich. Der primäre pädagogische Schritt für soziale Lernprozesse in SDG-Projekten besteht darin, dieses gemeinschaftliche Wissen und mentale Systeme genau zu identifizieren und zu erkennen (Publikation 1 und 2). Der zweite pädagogische Schritt betrifft dann die Entwicklung lokaler Lösungen durch die Mitglieder der Gemeinschaft auf der Grundlage eines kritischen Verständnisses ihrer eigenen Lebensbedingungen (Kodifikations- und Dekodifizierungsprozess, der auf der Transformation von mentalen Schemata) (Publikation 3). Ein dritter Schritt zur Förderung von SDG-Projekten, die soziales Lernen fördern, ist der Vergleich der Wahrnehmungen der Gemeinschaft und der Forschungsexperten zu SDG-Strategien. Dies sind Ergänzungen, um mögliche Auswirkungen von Projektstrategien zu bewerten, die den deliberativen Charakter des sozialen Lernens verbessern (Publikation 4). / Achieving the Sustainable Development Goals (SDGs) requires taking strategic actions, the identification of which depends, among others, on community engagement, and social learning. The objective of this work was to develop educational tools and improve pedagogical processes that enhance social learning, with particular regard to realizing SDGs 2 and 13 (food security and climate change actions). This cumulative dissertation presents four peer-reviewed articles. The work was completed across three complementary methodological phases, and the field research was embedded in three international projects in Latin America and Africa. The main conclusions are summarized as follows: The constructivist pedagogical frame is appropriate for operationalizing an educational tool to enhance social learning in SDGs projects. This finding not only contributes to better understand the mechanisms that enhance social learning, but also represents an advance in the theoretical links between social learning and the Habermas and Freire theories. The social learning process is possible following three main steps. The primary pedagogical step for social learning processes in SDGs projects is to identify and recognize this community knowledge and mental schemes accurately (article 1 and 2). Then, the second pedagogical step concerns the development of local solutions by community members based on a critical understanding of their own life conditions (Codification and Decodification process based on mental schemes transformation). Therefore, through a process Conscientization, a reframing of the community’s future can be created, potentially increasing ownership (article 3). Finally, a third step to promote SDGs projects enhancing social learning is to compare the perceptions of the community and research experts regarding SDG strategies. These are complements to evaluate potential effects of project strategies enhancing the deliberative character of social learning (article 4). / El logro de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) requiere la adopción de acciones estratégicas, cuya identificación depende, entre otras cosas, del compromiso de la comunidad y el aprendizaje social. El objetivo de este trabajo fue desarrollar herramientas educativas y mejorar los procesos pedagógicos que mejoran el aprendizaje social, con especial atención al cumplimiento de los ODS 2 y 13 (acciones de seguridad alimentaria y cambio climático). Esta disertación acumulativa presenta cuatro artículos revisados por pares. El trabajo se completó en tres fases metodológicas complementarias y la investigación de campo se basa en tres proyectos internacionales en América Latina y África. Las principales conclusiones se resumen a continuación: El marco pedagógico constructivista es apropiado para la puesta en práctica de una herramienta educativa para mejorar el aprendizaje social en los proyectos de los ODS. Este hallazgo no solo contribuye a comprender mejor los mecanismos que mejoran el aprendizaje social, sino que también representa un avance en los vínculos teóricos entre el aprendizaje social y las teorías de Habermas y Freire. El proceso de aprendizaje social es posible siguiendo tres pasos principales. El primer paso pedagógico para los procesos de aprendizaje social en los proyectos de los ODS es identificar y reconocer con precisión el conocimiento de la comunidad y los esquemas mentales (artículos 1 y 2). Luego, el segundo paso pedagógico se refiere al desarrollo de soluciones locales por parte de los miembros de la comunidad sobre la base de una comprensión crítica de sus propias condiciones de vida (proceso de Codificación y Decodificación basado en la transformación de esquemas mentales). Por lo tanto, a través de un proceso de Concientización, se puede crear un replanteamiento del futuro de la comunidad, lo que podría aumentar la apropiación (artículo 3). Finalmente, un tercer paso para promover proyectos de ODS que mejoren el aprendizaje social es comparar las percepciones de la comunidad y los expertos en investigación con respecto a las estrategias de los ODS. Estos son complementos para evaluar los efectos potenciales de las estrategias del proyecto que mejoran el carácter deliberativo del aprendizaje social (artículo 4).

Diagramme phylogenetischer Verwandtschaft (DpV) modellieren Hypothesen zu evolutiven Verwandtschaftsverhältnissen von Arten oder Populationen. Das Interpretieren und Vergleichen von DpV wird als Tree-Reading bezeichnet und ist essentiell für das Evolutionsverständnis. DpV werden in der Wissenschaft als Modelle verwendet, um Wissen zu kommunizieren (medialer Modelleinsatz) und neue Erkenntnisse zu generieren (methodischer Modelleinsatz). Im Biologieunterricht werden Modelle oft nur medial eingesetzt. Während Wissenschaftler:innen mit einschlägigem Forschungsschwerpunkt die wissenschaftlich erforderlichen Ausprägungen von Tree-Reading vorweisen, weichen Lernende mit oberflächlichen oder wissenschaftlich inadäquaten Aussagen zu DpV häufig davon ab. Die vorliegende Studie untersucht anhand verbaler und visueller Daten, inwiefern der Erfahrungsgrad mit DpV und der Modelleinsatz bei Tree-Reading-Prozessen interagieren. Wissenschaftler:innen mit hohem Erfahrungsgrad mit DpV (n = 10) und Studierende des Master of Education Biologie mit niedrigem Erfahrungsgrad (n = 15) bearbeiteten Aufgaben, in denen DpV im medialen oder im methodischen Modelleinsatz eingebettet waren. Die Studierenden zeigten heterogene Tree-Reading-Prozesse, die sich teilweise nicht von denen von Wissenschaftler:innen unterschieden. Dies lässt sich mit dem Revised STREAM (Schramm, Jose, & Schmiemann, 2021) erklären, das Tree-Reading in fünf Dimensionen einteilt, die in unterschiedlicher Ausprägung beherrscht werden können. Entsprechend sollte Tree-Reading bei Lernenden individuell gefördert werden, um das Evolutionsverständnis und das Verständnis gesellschaftsrelevanter Themen zu stärken. Die vorliegende Studie bietet erstmals umfassende Einblicke in Tree-Reading-Prozesse und ist damit Ausgangspunkt für tiefergehende Untersuchungen der einzelnen Aspekte. / Phylogenetic trees (PT) model hypotheses about evolutionary relationships among species or populations. Interpreting and comparing PT is defined as tree reading and is essential for understanding evolution. PT as models are used in science to communicate knowledge (medial perspective) and to generate new insights (methodical perspective). In biology classrooms, model use is often limited to the medial perspective. While experienced scientists exhibit scientifically adequate tree reading, learners often show superficial and scientifically inadequate tree reading. Based on verbal and visual data the present study investigates how the degree of experience with PT and the perspective from which models are used interact in tree reading processes. Scientists with a high degree of experience with PT (n = 10) and pre-service biology teachers with low degree of experience (n = 15) solved tasks with medially and methodically embedded PT, respectively. Pre-service teachers showed heterogeneous tree reading processes, which sometimes did not differ from scientists’ processes. This is in line with the Revised STREAM (Schramm, Jose, & Schmiemann, 2021) dividing tree reading into five dimensions that learners can master on differing levels. Corresponding to these findings, learners’ tree reading skills should be fostered individually to strengthen understanding of evolution and socially relevant issues. The present study provides unique and comprehensive insights into tree reading processes and thus represents a starting point for more profound investigation of the found aspects.

Einleitung: Warum Studierenden sich an die Studienberatung wenden und welchen geschichtlichen Hintergrund die Institution der Studienberatung hat, wurde bereits erforscht, aber die genaue Umsetzung und die genauen Auswirkungen auf Studierverhalten, Studiergewohnheiten und Leistungsmotivation von Studierenden stellen Forschungslücken dar. Diesen Aspekten wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit nachgegangen. Methoden: Mit 36 Studierenden aus den Bachelorstudiengängen (Betriebswirtschaftslehre, Physik und Sozialwissenschaften) der Humboldt-Universität zu Berlin sowie mit 9 StudienberaterInnen von verschiedenen weiteren Berliner Hochschulen/Universitäten wurden Interviewgespräche durchgeführt. Die Studierenden haben zusätzlich zum Interview auch einen Fragebogen ausgefüllt. Ergebnisse: Die Auswertung der Daten zeigt, dass die Inanspruchnahme der Studienberatung positive Effekte auf Studierverhalten, Studiergewohnheiten und Leistungsmotivation zeigt. Eine Fachauswahl sollte aufgrund von inhaltlichen Interessen und Fähigkeiten und nicht nur aufgrund von Jobaussichten oder der Empfehlungen von Verwandten erfolgen, um ein besseres Studierverhalten, positivere Studiergewohnheiten und eine höhere Leistungsmotivation zu haben. Die Studienberatung hilft, eine adäquate Fachauswahl zu treffen, sei dies bereit vor Studienbeginn oder bei einem geplanten Studiengangwechsels. Schlussfolgerung: Die Funktionalität der Studienberatung sollte in verschiedenen Medien (z.B. Internet, Aushänge) noch deutlicher und detaillierter erläutert werden, damit die Studierenden ihre Vorteile kennen und nutzen können. Es ist wichtig, spezielle Beratungsstellen in Zukunft noch eingehender zu untersuchen, wie zum Beispiel die Studienberatung für ausländische Studierende. Die vorliegende Studie stellt einen ersten Schritt in diese Richtung dar. / Introduction: Reasons for contacting of students with the study advisory services and the services historical background have already been explored, but that process and its impact on study behavior, study habits and academic achievement motivation of students is not explored. These aspects are investigated in the work at hand. Methods: Interviews were conducted with 36 students which have been selected from undergraduate programs (Business Administration, Physics and Social sciences) of the Humboldt University of Berlin and as well with 9 study advisors of various Berlin Colleges/Universities. Students have additionally answered a questionnaire. Result: Analysis of the data shows that utilization of study advisory services helps to move study behavior, study habits and academic motivation in positive direction. To have a good study behavior, study habits and academic achievement motivation, a study field should be selected according to interests and abilities rather then because of job opportunities or recommendations of relatives. The study advisory services help to make an adequate study subject choice before the beginning of studying or when changing a field of study. Conclusion: Functionality of study advisory services should be better advertised and explained (e.g. on the internet, by notices on notice boards) so that the students know its advantages and make use of the service. It is important to have further research projects on this matter, for example regarding study advisory services for foreign students and its effects. The study on hand represents a step in this direction.

Die Arbeit mit Messunsicherheiten ist essentiell in Naturwissenschaften und Technik. Vor diesem Hintergrund befasst sich diese Arbeit in der ersten Forschungsfrage damit, wie die Inhalte eines validierten Sachstrukturmodells zum Thema Messunsicherheiten (Hellwig 2012) operationalisiert und gemessen werden können. Dazu wurden die Konzepte des Modells in Form von Kompetenzen beschrieben und zugehörige Multiple-Choice Testaufgaben formuliert. Anschließend wurden zufällig ausgewählte Testaufgaben einem Expertenrating unterzogen. Die Ergebnisse zeigen ein Fleiss Kappa, Congers Kappa und Lights Kappa von jeweils mindestens 0,86, was für eine sehr gute Passung der Testaufgaben zu den Kompetenzen spricht. Weiter wurden die Testaufgaben mit 1299 Studierenden erprobt und die 15 (bzw. 10) Testaufgaben zu jedem Konzept einzeln ausgewertet. Als Grundlage diente das eindimensionale dichotome Rasch-Modell. Zur Auswertung wurden u.a. Gütekriterien zur Modellkonformität, lokalen Unabhängigkeit und Subgruppeninvarianz betrachtet. Als Ergebnis wurden bei einer EAP-Reliabilität von 0,61 bis 0,81 zu jedem Konzept 7 - 12 Testaufgaben identifiziert, die zur Nutzung empfohlen werden können. Für einzelne Testaufgaben wurden außerdem Änderungsvorschläge herausgearbeitet. In einer zweiten Forschungsfrage wurde die Struktur der zu den Konzepten formulierten Testaufgaben mit einer konfirmatorischen Faktorenanalyse untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Konzepte innerhalb einer Dimension des Sachstrukturmodells als einzelne Faktoren aufgefasst werden können. In zwei Fällen können auch gemeinsame Faktoren für zwei der Konzepte einer Dimension empirisch und inhaltlich begründet werden. Insgesamt stellt diese Arbeit damit für den Bereich der Messunsicherheiten ein theoriegeleitetes, inhaltlich validiertes und empirisch geprüftes Testinstrument zur Verfügung, mit dem zielgerichtet und differenziert in großer Breite Kompetenzen im Umgang mit Messunsicherheiten von Lernenden erhoben werden können. / Working with measurement uncertainties is essential in science and engineering. On the basis of a validated model that structures the content in the field of measurement uncertainties (Hellwig 2012) this thesis looks in its first research question at how the concepts proposed by the model can be operationalized and measured. Therefore, the concepts given by the model are formulated by learning progressions and operationalized by multiple choice test items. A random sample of the items then was assessed by six experts in the field of teaching measurement uncertainties. The results show a Fleiss kappa, Congers kappa and Lights kappa of 0.86 or higher for the assignment of the items to the given learning progressions which indicates a very good matching. Furthermore, the items were evaluated in a survey with 1299 university students and each set of 15 (resp. 10) items per concept was analyzed by using the dichotomous one-dimensional Rasch model. Amoung others criteria concerning model conformity, local independence and subgroup invariance were tested. As a result, for each concept 7 to 12 items could be identified which suit the given criteria. The EAP-reliability came up from 0.61 to 0.81 (considering all items of the concepts). In a second research question, the empirical results were evaluated by a confirmatory factor analysis. The results show that the itemsets for the concepts of the model could be interpreted as individual factors. In two cases for two concepts (in one dimension proposed by the model) the assumption of one factor can also be empirically and content-related justified. Overall this thesis presents an empirically-validated assessment tool to probe students' understanding of measurement uncertainties according to the content structure model. The tool captures a broad spectrum in the field of measurement uncertainties in very detailed resolution and can therefore help to evaluate learning progressions and teaching instructions.

In der Dissertation wird der Frage nachgegangen, welche kognitiven Prozesse der Informationsverarbeitung von wissenschaftlichen Daten beim konzeptuellen Lernen von biologischen Inhalten eine Rolle spielen. Dafür wird ein theoriebasiertes Modell des data-based scientific reasoning beschrieben, welches ebenfalls Aspekte der visuellen Wahrnehmung einbezieht. Dabei kann eine Synthese sogenannter bottom-up- und top-down-Effekte die visuelle Wahrnehmung der dargestellten Daten beeinflussen. Von Interesse sind hierbei Charakteristika der Repräsentation der Daten, sowie die individuellen Vorstellungen zum Kontext und ob, die Daten diese stützen oder widerlegen (anomale Daten). Weiterhin wird in der Arbeit die Rolle von data-based scientific reasoning auf wissenschaftliche Modellierungsprozesse untersucht, da Modellieren als übergreifende wissenschaftliche Praxis gesehen werden kann. In vier empirischen Studien wurden kognitive Prozesse beim Umgang mit Daten bei angehenden Biologielehrkräften, mit Fragebögen, Eye Tracking und lautem Denken untersucht. Die Ergebnisse der durchgeführten Studien heben die Rolle der visuellen Wahrnehmung als entscheidenden Schritt beim data-based scientific reasoning hervor. In Bezug auf Charakteristika der Repräsentation erscheint es notwendig, die visuelle Aufmerksamkeit der Lernenden auf spezifische Merkmale zu lenken und mit entsprechendem konzeptuellem Wissen zu verknüpfen. Die Ergebnisse legen nahe, dass anomale Daten zwar mit wissenschaftlich adäquatem Wissen erklärt werden, dies aber nicht automatisch zur Änderung ursprünglicher Vorstellungen bezüglich des Kontexts führt. Diese Tendenz scheint mit Unsicherheit gegenüber den Daten verbunden zu sein. Darüber hinaus spielen anomale Daten eine zentrale Rolle in wissenschaftlichen Modellierungsprozessen. Die Ergebnisse der entsprechenden Studie deuten darauf hin, dass hoch ausgeprägte Kompetenzen des data-based scientific reasoning mit elaborierten Modellierungsprozessen zusammenhängen. / The thesis focusses on the relevance of reasoning with scientific data for conceptual learning in biology. It aims to contribute to the question which cognitive processes are involved when learners encounter data sets that support or contradict their individual expectations. Therefore, a theoretical model of data-based scientific reasoning is described that is grounded on a general model of information processing. In this model, aspects of visual perception are emphasized. However, visual perception is influenced by a synthesis of so-called bottom-up and top-down effects. Furthermore, the theoretical perspective on the role of responses to anomalous data for scientific practices was extended by investigating how learners react and integrate anomalous data during modeling processes. In four empirical studies cognitive processes leading to responses to anomalous data in science education were investigated by applying a mixture of questionnaires, eye tracking techniques, and think aloud. The findings of the conducted studies highlight the role of perceptual processes as a key step during data-based scientific reasoning. Regarding representational characteristics it seems necessary to guide learners´ visual attention and connect specific features with corresponding conceptual knowledge. However, the findings suggest that a use of adequate scientific knowledge for explaining anomalous data does not lead to a change in initial conceptions regarding the context, since participants of the studies still tended to maintain their initial expectations. This tendency seems to be linked to a high need for encompassing information and a connected uncertainty towards the perceived data. Furthermore, anomalous data play a central role during modelling processes. The results of the corresponding study, indicate that sophisticated competencies of data-based reasoning with anomalous data relate to elaborate modeling processes.