Ziel der Arbeit ist, die Konzepte von Drittklässlern zur Größe Gewicht zu beschreiben. Es handelt sich um eine hypothesengenerierende Arbeit auf Basis einer qualitativen Studie. Dabei soll geklärt werden, welche Konzepte überhaupt auftreten, welchen Einfluss Unterricht auf diese Konzepte haben kann und welche Anhaltspunkte sich finden, Unterricht an die Vorkenntnisse der Kinder anknüpfen lassen zu können. Auf der Basis der Theorie des Konzeptwechsels und der Theorie der Subjektiven Erfahrungsbereiche sowie der mathematisch-physikalischen Hintergründe zur Größe Gewicht und Ergebnissen bereits vorliegender Untersuchungen wird ein Modell eines Gewichtskonzepts erstellt, das die beteiligten Teilkonzepte identifiziert. Vor diesem Hintergrund wurde eine empirische Studie konzipiert, die das Ziel hat, mit Hilfe von Einzelinterviews die Konzepte von Drittklässlern im Kontext der unterrichtlichen Behandlung der Größe Gewicht zu untersuchen. An der Studie nahmen 15 Kinder teil. Die Konzepte zweier Kinder werden in Form von Einzelfallstudien analysiert und durch ausgewählte Konzepte anderer Kinder ergänzt. Es zeigen sich sehr unterschiedlich differenzierte Konzepte zur Größe Gewicht. Manche Kinder verfügen über ein weit ausgebautes Konzept aufgrund vielseitiger Vorerfahrungen. Bei diesen Kindern ist über den Untersuchungszeitraum fast keine Entwicklung der Konzepte feststellbar. Die weniger ausgebauten Konzepte anderer Kinder zeigen insbesondere bezüglich der Teilkonzepte Einheiten, Stützpunktwissen, Waagen sowie Wiegen Entwicklung auf. Direkt nach der unterrichtlichen Behandlung sind sowohl Konzepterweiterungen als auch -neubildungen feststellbar. Später sind diese Umstrukturierungen bei einigen Kindern stabilisiert oder sogar weitergeführt, bei anderen dagegen wieder in den Hintergrund gerückt. Auf der Grundlage der Ergebnisse wird das Modell eines Gewichtskonzepts reflektiert und mögliche Konsequenzen für den Unterricht diskutiert. / This thesis aims at describing German third grade pupils'' concepts concerning the physical quantity weight. It is a hypothesis-generating thesis based on a qualitative study. We are going to clarify those concepts that can be observed, what kind of influence school instruction can have on these concepts and the implications for an instruction that wants to tie in with children''s previous experiences. Based on the theory of conceptual change and the theory of subjective domains of experiences as well as the mathematical and physical background of the quantity weight but also the results of previous studies, we will develop a model of a weight concept by organizing related aspects into subconcepts. We have designed an empirical study with the purpose of examining third graders'' weight concepts in the context of a teaching unit on weights. For the study, 15 children were interviewed. The interviews of two children are evaluated in form of two single case studies. The analysed concepts of these two children are completed with selected concepts of other children to find similarities and differences, allowing us to draw conclusions on both general concept evolution and instructional issues. The interview analyses show varied differentiated weight concepts. Some of the children showed already at the beginning highly developed subconcepts based on all-round individual experience. In the later interviews hardly any change of these children''s concepts were assessed. Other children with initially less sophisticated subconcepts evolved over time the concepts units, base knowledge, scales, and weighing. Immediately after the teaching unit we were able to find both new and evolved concepts. Later, some children''s concepts had stabilised while other children had returned to pre-instructional concepts. Based on the overall results of the study, we revisit our weight concept model.

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.