Frühförderung interdisziplinär, 41.-Jg., S.-18 - 31 (2022) DOI 10.2378/ fi2022.art02d © Ernst Reinhardt Verlag 18 Die naturwissenschaftlichen Fähigkeiten von Kindern entdecken Vorstellung eines naturwissenschaftlichen Begabungstests für den Elementarbereich Maria Sophie Schäfers, Claas Wegner Zusammenfassung: In unterschiedlichen Studien wurden Zusammenhänge zwischen der frühkindlichen Förderung in Naturwissenschaften und dem späteren Schulerfolg in den MINT-Fächern aufgezeigt. Somit ist es von besonderer Bedeutung, den Kindern eine möglichst förderliche Lernumgebung vorzubereiten, wozu auch die Ermittlung des Vorwissens, um anschlussfähige Förderung initiieren zu können, gehört. Derzeit besteht für den Elementarbereich jedoch kein Messinstrument zur Erfassung naturwissenschaftlich relevanter Fähigkeiten. Im Projekt „Kleine BegInNa“ wurde für Kinder im Alter von vier bis sechs Jahren ein solches Messinstrument entwickelt und durchläuft derzeit eine Pilotierung. In dem vorliegenden Artikel werden der naturwissenschaftliche Begabungstest und die anstehende Validierungsstudie vorgestellt. Schlüsselwörter: Naturwissenschaftlicher Begabungstest, Kindergartenalter, Entwicklung eines Testinstruments, Naturwissenschaftlich relevante Fähigkeiten Identification of scientific skills and competences - (Not) a Topic for Kindergarten-Aged Children? ! Summary: Various studies have shown a connection between early childhood support in natural sciences and later school success in STEM subjects. Accordingly, it is important to prepare a learning environment for children that is as supportive as possible. This also includes the identification of prior knowledge to be able to initiate connectable promotion. Currently, however, there is no measuring instrument for the elementary sector to determine sciencerelated skills. In the project “Kleine BegInNa”, such an instrument was developed for children between the ages of four and six and is currently being piloted. In this article, the scientific giftedness test is presented, and the upcoming validation study is highlighted. Keywords: Natural scientific giftedness test, Kindergarten age, Developing of a test instrument, Skills relevant to the natural sciences ORIGINALARBEIT 1. Ermittlung der naturwissenschaftlichen Begabung im Elementarbereich 1.1 Warum Naturwissenschaften und warum in diesem Alter? M it der Einführung der Bildungspläne als Reaktion auf die Ergebnisse internationaler Vergleichsstudien, wie PISA im Jahr 2000, bei denen festgestellt wurde, dass Deutschland, im Vergleich zu anderen Ländern, Kinder erst spät in Möglichkeiten des systematischen Lernens einführt (Kucharz et al. 2014), hat sich die Gewichtung des Auftrags von Kindertageseinrichtungen von der Betreuungsfunktion zum Bildungsauftrag hin verlagert (ebd.). In den Bildungsplänen ist dabei festgehalten, dass Bildung im Elementarbereich als ganzheitlicher Prozess verstanden wird, der sowohl die persönlich-soziale als auch die kognitiv-motorische Weiterentwicklung umfasst (ebd.). Die Einteilung von Lernfeldern in den Bildungsplänen, wie z. B. mathemati- 19 FI 1/ 2022 Erkennen einer naturwissenschaftlichen Begabung sche und sprachliche Bildung oder die Bildung im Bereich der Natur (Schäfer 2007, Steffensky et al. 2012), soll dabei „eine bereichs- oder domänenspezifische Förderung initiieren“ (Kucharz et al. 2014, 12). Neben der Vermittlung von naturwissenschaftlichem Wissen an Kinder im Vorschulalter (Steffensky et al. 2012) stehen im Bildungsauftrag die Gewinnung und der Ausbau des Verständnisses für wissenschaftliche Forschungsprozesse und -vorgänge im Sinne der scientific inquiry im Fokus (Leuchter 2017, Steffensky 2017). Bei diesem forschend-entdeckenden Ansatz (Höttecke 2010) wird davon ausgegangen, dass durch naturwissenschaftliche Bildungsprozesse, z. B. das Formulieren von Vermutungen, das Beobachten oder das Ziehen von Vergleichen, Lernauslöser ausgebaut und gefördert (Steffensky 2017) und gleichzeitig grundlegend relevante naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen anschlussfähig vermittelt und angeeignet werden (Rückl 2019, Steffensky 2017, Roth 2014). Dies hat zum Ziel, „die Weichen für erfolgreiche Bildungsverläufe - und damit zusammenhängend für die erfolgreiche Teilhabe an der Gesellschaft - lange vor dem Eintritt in das Schulsystem [zu stellen]“ (Steffensky 2017, 8). Gestützt werden kann der Ansatz der scientific inquiry zum einen durch Erkenntnisse über die neurobiologische Entwicklung und Beschaffenheit des kindlichen Gehirns (Braun 2012), welche Kindern im Alter von zwei bis sechs Jahren eine besonders hohe Dichte an Vernetzungen zuschreiben und die Kinder somit als aufnahmefähig und lernzugewandt beschrieben werden können (Textor 2012, Eliot 2001, Lohaus und Glüer 2014). Auch Sodian und Thoermer (2002) stärken durch ihre Feststellung, dass Kinder die Voraussetzungen u. a. für logisches und wissenschaftliches Denken sowie das Herleiten von Kausalzusammenhängen besitzen, die frühzeitige Konzentration auf naturwissenschaftliche Bildung. Zum anderen zeigen Kinder schon frühzeitig eine hohe intrinsische Motivation und eine große Neugier für naturwissenschaftliche Phänomene und Fragestellungen und zu einer intensiven Auseinandersetzung mit diesen (Textor 2012). Besonders im Hinblick auf aktuelle Vorkommnisse, wie dem Klimawandel, dem aktuellen Pandemiegeschehen, großen Bränden und Überflutungen und auch der schnellen technischen Entwicklung scheint es von großer Bedeutung zu sein, dass Kinder frühzeitig naturwissenschaftliche Kompetenzen erwerben, die durch eine anknüpfende Förderung weiterentwickelt und langfristig aufrechterhalten werden (Kähler et al. 2020). Somit sollte die frühe naturwissenschaftliche Bildung eine zentrale Position im Elementarbereich einnehmen. Auch Studien, die Steffensky (2017) in einer Übersicht festgehalten hat, untermauern die Wirksamkeit von einer frühzeitigen Bestimmung und Förderung der naturwissenschaftlichen Fähigkeiten von Kindern im Kindergartenalter. So konnte eine Längsschnittstudie von Morgan u. a. (2016) zeigen, dass das erworbene generelle Wissen am Ende der Kindergartenzeit die schulischen Leistungen in der dritten Klasse der Primarstufe voraussagen kann. Außerdem weisen zwei Studien aus der Early Childhood Longitudinal Study (ECLS-K) darauf hin, dass grundlegendes mathematisches Wissen sowie die Fähigkeiten in Mathematik im Kindergartenalltag Voraussagen über die naturwissenschaftlichen Leistungen in der Schule (im Fach Sachunterricht) zulassen (Claessens und Engels 2013, Saçkes 2013). Ebenso gelten diese Übertragungen auch für einen kürzeren Erhebungszeitraum, dargestellt in einer Studie von Guo u. a. (2015), die den direkten Einfluss von mathematischen Fähigkeiten auf den Zuwachs von biologischem Grundwissen durch Untersuchungen in Kindergärten nachweisen konnte. Auch in Bezug auf affektive Merkmale konnten Studien belegen, dass sich naturwissenschaftliche Bildung für interessierte und begabte Kinder positiv auf das langfristige Interesse und das naturwissenschaftliche Selbstkonzept der Kinder auswirkt (Markowitz 2004, 20 FI 1/ 2022 Maria Sophie Schäfers, Claas Wegner Grosch 2011, Hausamann 2012, Schäfers und Wegner 2020 a). Dem Interessenabfall in den Naturwissenschaften im Laufe der Sekundarstufe I (Gebhard et al. 2017) kann zudem durch eine gezielte Förderung im frühen Kindesalter entgegengewirkt werden und sogar dazu führen, dass häufiger ein Beruf in den Naturwissenschaften ergriffen wird (Schäfers und Wegner 2020 a). Im Hinblick auf den in Deutschland, Österreich und der Schweiz vorherrschenden Fachkräftemangel ist dies von Bedeutung. Allein in Deutschland blieben im Jahr 2020 knapp 400.000 Stellen im MINT-Bereich unbesetzt (Institut der deutschen Wirtschaft 2020). Daher besteht die Annahme, dass, je früher eine Förderung ansetzt, diese umso nachhaltigere und langfristigere Auswirkungen auf die Kinder und ihr Verhalten hat. 1.2 Was sind naturwissenschaftliche Kompetenzen? Da bisher nur wenig über die naturwissenschaftlichen Kompetenzen von Kindern bekannt ist (Haus der kleinen Forscher 2018), wird an dieser Stelle zunächst eine allgemeine Definition von Weinert (2001) zugrunde gelegt, die besagt: „Dabei versteht man unter Kompetenzen die bei Individuen verfügbaren oder durch sie erlernbaren kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte Probleme zu lösen, sowie die damit verbundenen motivationalen, volitionalen und sozialen Bereitschaften und Fähigkeiten, um die Problemlösungen in variablen Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu können“ (Weinert 2001, 27f). Kompetenz meint demnach für den vorliegenden Artikel die Befähigung einer Person, unterschiedliche Arten von Problemen erfolgreich lösen zu können. Um die allgemeinen Ausführungen auf die Naturwissenschaften zu übertragen, hat das IPN - Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik die naturwissenschaftliche Fähigkeitsbeschreibung des PISA-Konsortiums Deutschland (2007) herangezogen, im Sinne des Scientific-Literacy-Ansatzes eine Definition naturwissenschaftlicher Kompetenzen ausgearbeitet und in einem Handlungsablauf strukturiert (IPN o. J.). Demnach wird in drei Teilkompetenzen der naturwissenschaftlichen Grundbildung gegliedert, nämlich: „[das] Erkennen und Formulieren von Fragestellungen, die naturwissenschaftlich untersucht und beantwortet werden können, [das] Beschreiben und Erklären naturwissenschaftlicher Phänomene und [das] Interpretieren von naturwissenschaftlicher Evidenz“ (IPN o. J.), es wird zwischen naturwissenschaftlichem Wissen und Wissen über Naturwissenschaften unterschieden und die affektiven Merkmale der Kinder werden als zentral für den Erwerb naturwissenschaftlicher Grundbildung ausgemacht. Ziel einer gelingenden naturwissenschaftlichen Bildung ist im Sinne des IPN, das Interesse zu stärken, Forschungsprozessen Wertschätzung entgegenzubringen und ein Verantwortungsbewusstsein für die Außenwelt zu entwickeln (o. J.). An dieser Definition orientiert sich auch das Verständnis naturwissenschaftlicher Grundbildung im Elementarbereich für den vorliegenden Artikel, da die Grundsteine für die kritisch-reflexive Haltung und die wissenschaftlichen Denkstrukturen der Kinder bereits frühzeitig gelegt werden. 1.3 Welche Voraussetzungen gibt es für eine gelingende Förderung? Um in Kindertageseinrichtungen möglichst viele naturwissenschaftliche Kompetenzen wirksam stärken zu können, sollte eine entsprechend förderliche Lernumgebung geschaffen werden. Dazu haben Leuchter und Saalbach (2014) für die Naturwissenschaften Gestaltungsprinzipien unterschiedlicher Autor*innen aufgestellt, zu denen folgende Aspekte zählen: 21 FI 1/ 2022 Erkennen einer naturwissenschaftlichen Begabung n Sammlung vielfältiger Erfahrungen zur Ausdifferenzierung ihrer Präkonzepte (Schneider et al. 2012) n Schaffung von kognitiven Konflikten, an denen Kinder eine Offenheit für neue Ideen entwickeln können (Hardy et al. 2006) n Anpassung des Verhaltens der pädagogischen Fachkraft im Sinne einer aktiven Kind- Fachkraft-Interaktion (Gisbert 2004, Leuchter und Saalbach 2014) n Begleitung des forschenden Lernens der Kinder (Leuchter und Saalbach 2014) n Ermittlung des Vorwissens von Kindern, um anschlussfähig fördern zu können (Carey 2000) 2. Entwicklung eines naturwissenschaftlichen Begabungstests Zwar existieren bereits Messinstrumente zur naturwissenschaftlichen Kompetenzerhebung in der Grundschule, wie zum Beispiel das Modell zur Erfassung naturwissenschaftlicher Kompetenzentwicklung im Projekt Science-P (Hardy et al. 2010), jedoch konnte ein umfangreiches Literaturreview herausstellen, dass aktuell keine Tests zur Erfassung der naturwissenschaftlichen Fähigkeiten für den Elementarbereich bestehen (Schäfers und Wegner 2020 b). Diese wären jedoch notwendig, um auf Grundlage der Ergebnisse für die Kinder individuell eine anregende Lernumgebung zu schaffen. Auf Grundlage der angeführten Argumente und der Feststellung, dass die Ermittlung des Vorwissens der Kinder eine wichtige Rolle in der naturwissenschaftlichen Förderung spielt, wird derzeit im Projekt „Kleine BegInNa - Kleine begabt in Naturwissenschaften“ im Sinne des Design-Based-Research-Ansatzes (Schäfers und Wegner 2021) an der Entwicklung eines naturwissenschaftlichen Begabungstests zum Einsatz für Kinder im Alter zwischen vier und sechs Jahren in Kindertageseinrichtungen gearbeitet. Ziel des Tests ist die Messung der naturwissenschaftlichen Fähigkeiten jedes Kindes und darauf aufbauend Förderungen zu initiieren, welche die Kinder kognitiv fordern. Das von uns entwickelte und weiter unten dargestellte Messinstrument ähnelt dabei Tests, die zur psychologischen, klinischen oder neuropsychologischen Untersuchung und Diagnose herangezogen werden, und gibt Aufschluss über die aktuelle Ausprägung der naturwissenschaftlich relevanten Fähigkeiten (siehe Kapitel 1). Somit kann das Testinstrument über individuelle Stärken und Schwächen in Bezug auf die Naturwissenschaften aufklären. Der Test kann durch geschulte Wissenschaftler*innen zur Bildungsberatung in Kindertageseinrichtungen eingesetzt werden, um eine pädagogische Einschätzung über die naturwissenschaftlichen Fähigkeiten zu geben und gemeinsam mit pädagogischen Fachkräften und Eltern individuelle Fördermaßnahmen und alltagsintegrierte Interventionen ergreifen zu können. 3. Konstruktion des naturwissenschaftlichen Begabungstests 3.1 Theoretische Grundlage des naturwissenschaftlichen Begabungstests Die theoretische Basis des naturwissenschaftlichen Begabungstests bildet die Cattell-Horn- Carroll-Theorie (CHC-Theorie), die einen großen Einfluss auf die gegenwärtige Intelligenzdiagnostik ausübt. Diese basiert auf Forschungsergebnissen von Raymond Cattell, John Horn und John Carroll. Das Instrument greift dabei einzelne, naturwissenschaftlich relevante Fähigkeitsbereiche der CHC-Theorie heraus und bildet somit nicht die gesamten Fähigkeiten des Modells ab. Obwohl es sich bei dem entwickelten Testinstrument um einen natur- 22 FI 1/ 2022 Maria Sophie Schäfers, Claas Wegner wissenschaftlichen Begabungstest handelt, wird eine international anerkannte und häufig genutzte allgemeine Intelligenztheorie zugrunde gelegt, damit zum einen die Auswertung und Interpretation der Testergebnisse mit ausreichendem Theoriebezug erfolgen kann (Mickley und Renner 2019). Dieses Modell kommt „Bedürfnissen von Diagnostiker/ innen entgegen, die auf eine differenzierte Erfassung kognitiver Leistungen Wert legen, weil sie sich davon ein besseres Verständnis der Entstehung von Lern-, Verhaltens- oder emotionalen Problemen und eine gezielte Planung von Interventionen erhoffen“ (ebd., 324). Zum anderen lassen sich die naturwissenschaftlichen Fähigkeiten in das hierarchische System des CHC-Modells einordnen. Im Folgenden wird diese Theorie zunächst dargestellt und aufgezeigt, welche Schnittstellen bei der Entwicklung des naturwissenschaftlichen Begabungstests zu finden sind. Genauer betrachtet, handelt es sich bei der CHC-Theorie um eine Verschmelzung der Gf- Gc-Theorie von Cattell und Horn (Horn 1991, Horn und Blankson 2005) und der Three-Stratum-Theorie von Carroll (1993). Den Grundstein für die heute bekannte CHC-Theorie legte Spearman mit seiner Erkenntnis bei der Korrelation von verschiedenen Intelligenztests, dass es einen allgemeinen Faktor der Intelligenz gibt, den er im Jahr 1904 als g-Faktor benannte (Spearman 1904). Cattell unterteilte den g-Faktor in zwei unterschiedliche Formen der Intelligenz, nämlich die fluide und kristalline Intelligenz und begründete damit die Gf-Gc-Theorie (Cattell 1963). Dabei definierte er die beiden Formen folgendermaßen: 1. Fluide Intelligenz (Gf) beschreibt die Fähigkeit zum schlussfolgernden Denken, um zu einer Lösung für Problemstellungen zu kommen, die dem Individuum noch fremd sind. Dies geschieht auf Grundlage von biologischen und neurologischen Funktionen und ist vom Alter des Individuums abhängig (Cattell 1963). 2. Kristalline Intelligenz (Gc) bezeichnet das Faktenwissen, welches auf Wissen basiert und von der Bildung und Akkulturation abhängt. Die kristalline Intelligenz wird mithilfe der fluiden Intelligenz aufgebaut, ist im Gegensatz dazu altersunabhängig (ebd.). Horn erweiterte in den Folgejahren dieses Modell um sieben weitere Faktoren der Intelligenz: quantitatives Wissen, Kurzzeitgedächtnis, Langzeitabspeicherung, visuelle und auditive Verarbeitung sowie Verarbeitungsgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit zur Auswahl einer richtigen Antwort auf eine Frage (Horn 1991). Die Faktoren unterliegen dabei keiner hierarchischen Ordnung. Das Modell von Cattell und Horn wurde jedoch weiterhin das Gf-Gc-Modell genannt und durch nachfolgende Untersuchungen weiter untermauert. Parallel dazu entwickelte der Wissenschaftler Carroll eine eigene, recht ähnliche Theorie, die Three-Stratum-Theorie (Carroll 1993). Im Unterschied zu Cattell und Horn ordnete er die verschiedenen Bereiche der Intelligenz hierarchisch an. Nach Carroll bestehen drei Ebenen, die in seinem Modell auch Strata genannt werden: n Stratum III: Die Gesamtleistung, die er mit einem g bezeichnete (Carroll 1993). n Stratum II: Acht generelle Fähigkeiten der Intelligenz. Diese sind der Gesamtleistung g untergeordnet (Carroll 1993). n Stratum I: Eine Zusammenstellung von spezifischen Fähigkeiten, die den generellen Fähigkeiten aus Stratum II untergeordnet sind (Carroll 1993). Trotz kleinerer Unterschiede in den Theorien waren sie sich trotzdem ähnlich genug, sodass man eine Vereinigung in die neue CHC-Theorie rechtfertigen konnte. Die folgende Abbildung stellt das CHC-Modell dar: 23 FI 1/ 2022 Erkennen einer naturwissenschaftlichen Begabung Abb. 1: Die Cattell-Horn-Carroll (CHC)-Theorie kognitiver Fähigkeiten im Überblick. In Anlehnung an: Mickley und Renner 2010. Allgemeines sequenzielles Schlussfolgern Induktion Quantitatives Schlussfolgern Piagetsches Schlussfolgern Geschwindigkeit des Schlussfolgerns Sprachentwicklung Allgemeines Wissen Kulturelles Wissen Lexikalisches Wissen Fremdsprachenleistung Wissenschaftsbezogenes Wissen Kommunikative Fähigkeiten Mündliche Leistung Zuhörfähigkeit Geografische Leistung Grammatische Sensitivität Fremdsprachenlernfähigkeit Gedächtnisspanne Arbeitsgedächtnis Lernfähigkeit Visualisierung Visuelles Gedächtnis Serielle Integration Erschließungsflexibilität Räumliche Beziehungen erkennen Erschließungsgeschwindigkeit Räumliches Scanning Resistenz bei optischer Täuschung Längenschätzung Phonetische Kodierungsanalyse Frequenzwahrnehmung Phonetische Kodierung, Synthese Tonunterscheidung Sprache Auditive Wahrnehmungsschwelle Ton-Intensitätswahrnehmung Gedächtnis Tonfolgen Resistenz bei Verzerrung Absolutes Gehör Tonsequenzbearbeitung Allg. Tonunterscheidung Rhythmuswahrnehmung Assoziatives Gedächtnis Semantisches Gedächtnis Gedächtnisfreier Abruf Ideenflüssigkeit Ausdrucksflüssigkeit Assoziative Flüssigkeit Wortflüssigkeit Benennungsleichtigkeit Zeichenflüssigkeit Wahrnehmungsgeschwindigkeit Tempo der Testbearbeitung Basale rechnerische Geschwindigkeit Mentale Vergleichsgeschwindigkeit Semantische Geschwindigkeit Entscheidungsgeschwindigkeit Dekodieren beim Lesen Lesefertigkeit Verbale Fertigkeit Leseerschließung Buchstabierfertigkeit Schreibfertigkeit Rechtschreibfertigkeit Lesegeschwindigkeit Mathematisches Wissen Mathematische Fähigkeiten Reaktionsgeschwindigkeit Wahl-Reaktions- Geschwindigkeit Zeichnerische Flexibilität Originalität/ Kreativität Lösungsflexibilität Lernfähigkeit Musikanalyse und -verständnis Tonlokalisierung Visuelle Vorstellung Konsistenz bei Wechsel Stratum III Gesamtleistung Stratum II Generelle Fähigkeiten Stratum I Spezifische Fähigkeiten Fluide Intelligenz (Gf) Kristalline Intelligenz (Gf) Kurzzeitgedächtnis (Gsm) Visuelle Verarbeitung (Gv) Auditive Verarbeitung (Ga) Langzeitabspeicherung (Glr) Verarbeitungsgeschwindigkeit (Gs) Reaktionsgeschwindigkeit (Gt) Quantitatives Wissen (Gq) Lese- und Schreibfertigkeit (Grw) g 24 FI 1/ 2022 Maria Sophie Schäfers, Claas Wegner Die synthetische CHC-Theorie wird aktuell als das Modell bezeichnet, welches die Intelligenz und die Intelligenzstrukturen am differenziertesten und besten zusammenfasst (Baudson 2012). Daher orientieren sich der Aufbau und die Struktur des naturwissenschaftlichen Begabungstests an den unterschiedlichen Ebenen des CHC-Modells. Dabei erhebt das Messinstrument keineswegs den Anspruch, alle Stratum-II- Fähigkeiten vollständig zu testen, sondern konzentriert sich auf die Fähigkeiten, die naturwissenschaftliche Bildung ausmachen. Die Relevanz der Fähigkeiten zur Bestimmung einer naturwissenschaftlichen Begabung wurden von Steffensky (2017) abgeleitet, die naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen in Teilkompetenzen gegliedert hat, wie zum Beispiel das Fragenstellen, das Beobachten und das Argumentieren (siehe Tabelle 1). Diesen Teilkompetenzen wurden generelle Fähigkeiten der CHC-Theorie zugeordnet, die hauptsächlich durch die Denk- und Arbeitsweisen angeregt werden, jedoch auch einen positiven Einfluss auf andere Bereiche nehmen können. Aus der Tabelle 1 geht hervor, dass zu den naturwissenschaftlich relevanten Fähigkeiten die fluide Intelligenz, die visuelle Verarbeitung, die Langzeitabspeicherung und die Verarbeitungsgeschwindigkeit sowie das quantitative Wissen zählen. Diese werden, wie folgend aufgelistet, in Bezug auf den naturwissenschaftlichen Begabungstest definiert: n Fluide Intelligenz (Gf): Das Lösen unbekannter Problemstellungen; das Schlussfolgern aus neuartigen Phänomenen im naturwissenschaftlichen Kontext und mithilfe von induktiven und deduktiven Denkweisen. n Visuelle Verarbeitung (Gv): Erkennen, Speichern und Anwendung von visuellen Mustern, auch bei Wechseln. n Langzeitabspeicherung (Glr): Speicherung von neu gewonnenen naturwissenschaftlichen Informationen und späterer Wiederabruf dieser. n Verarbeitungsgeschwindigkeit (Gs): Schnelle und flüssige Ausführung kognitiver Prozesse im naturwissenschaftlichen Kontext. n Quantitatives Wissen (Gq): Umfang und Tiefe des Wissens im Bereich der Mathematik. In Anlehnung an bereits bestehende Untertests valider Intelligenzdiagnostikinstrumente (wie zum Beispiel dem BIVA nach Schaarschmidt et al. 2004, dem HAWIVA-III nach Ricken et al. 2007, dem IDS-P nach Grob et al. 2013 und dem KABC-II nach Kaufman und Kaufman 2015) wur- Naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen (nach Steffensky 2017) Generelle Fähigkeiten (nach Mickley und Renner 2010) n Fragenstellen n Vermuten; Untersuchungen planen, durchführen n Vergleichen, ordnen, klassifizieren Fluide Intelligenz n Beobachten n Messen n Daten analysieren, interpretieren, schlussfolgern, generalisieren Quantitatives Wissen; Visuelle Verarbeitung; Verarbeitungsgeschwindigkeit n Argumentieren n Modelle nutzen n Dokumentieren Langzeitgedächtnis Tab. 1: Zuordnung der naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen zu generellen Fähigkeiten. 25 FI 1/ 2022 Erkennen einer naturwissenschaftlichen Begabung den für den hier beschriebenen naturwissenschaftlichen Begabungstest acht Untertests adaptiert. Der Unterschied zwischen den bestehenden und den konzipierten Untertests liegt in der naturwissenschaftlichen Schwerpunktsetzung, welche sich nicht nur in der Auswahl der entsprechenden Fähigkeitsbereiche zeigt, sondern auch in dem inhaltlichen Fokus der Testaufgaben. So setzen sich alle Untertests mit naturwissenschaftlichen Phänomenen und Fragestellungen auseinander. Da es sich bei dem Begabungstest um ein Instrument mit naturwissenschaftlichem Schwerpunkt handelt, wird während der Durchführung weniger auf das sprachliche Niveau geachtet, sondern auf die Inhalte - daher sind die meisten Skalen des Tests sprachreduziert. Im Folgenden werden nun die neu entwickelten Untertests des naturwissenschaftlichen Begabungstests vorgestellt: Der Untertest Was passiert, wenn …? besteht aus fünf verschiedenen Versuchen. Bei jedem Experiment werden dem Kind zunächst der Versuchsaufbau und die bevorstehende Versuchsdurchführung erklärt. Anschließend soll das Kind darlegen, was geschieht, wenn eine bestimmte Handlung ausgeführt wird, und diese Vermutung im Anschluss begründen. Zum Beispiel ist durch den Testraum eine Schnur gespannt, auf welche ein Strohhalm aufgefädelt ist. An diesem Strohhalm klebt ein aufgepusteter und abgeklemmter Luftballon. Die Kinder sollen zunächst überlegen, was passiert, wenn die Klemme gelöst wird. Im Anschluss sollen sie begründen, warum das passiert. Die Punktevergabe erfolgt nach der Testung auf Grundlage des jeweils zugeordneten Niveaus der protokollierten Antworten. Ein Abbruch erfolgt bei drei hintereinander mit ausbleibenden Antworten abgeschlossenen Versuchen. Bei den Experimenten handelt es sich dabei um kleine Versuche zu Phänomenen der unbelebten Natur. Bei diesem Test handelt es sich um einen selbst entwickelten Test ohne Vorlage aus einem bereits validierten Testinstrument. Beim Untertest Blumenreihe fortsetzen, welcher ebenfalls der generellen Fähigkeit der fluiden Intelligenz zugeordnet werden kann, werden dem Kind verschiedene Blumen mit unterschiedlichen Formen und Farben in einer Reihe gezeigt. Eine Lücke in dieser Reihe soll ergänzt werden. Zur Auswahl stehen dabei vier unter der Blumenreihe aufgeführte Blumen. Zeigt das Kind innerhalb von 20 Sekunden auf die richtige Blume, wird ein Punkt im Protokollbogen notiert. Es gibt jedoch keine Punkte, sollte die richtige Antwort das Zeitlimit überschreiten. Werden drei falsche Antworten in Folge gegeben, erfolgt der Abbruch des Untertests. Aufgrund der visuell komplexeren Aufgaben wird der Test mit zwei Beispielaufgaben eingeleitet. Es folgen weitere zehn Blumenreihen. Als Vorlage für diesen Test diente der Test Reihen- Fortsetzung aus dem BIVA (Bildbasierten Intelligenztest für das Vorschulalter), bei welchem die Kinder ebenfalls Regeln und Muster erkennen und die Reihenfolge durch entsprechende Kärtchen vervollständigen müssen. Der Testgegenstand des Untertests Würfelseiten erkennen aus dem Fähigkeitsbereich der visuellen Verarbeitung bildet ein Würfel mit verschiedenen Tierabbildungen auf den einzelnen Würfelseiten. Dabei bilden die sich gegenüberliegenden Tiere Paare, welche sich entweder aufgrund des Aussehens, des Lebensraums oder der Fortbewegungsweise ergeben. Nachdem sich das Kind den Würfel anschauen durfte, werden diesem insgesamt acht Bilder gezeigt, die mindestens ein und maximal drei Würfel zeigen. Ziel ist es, das Tier zu nennen, welches sich verdeckt auf der Unterseite befindet. Zunächst darf das Kind die Aufgaben unter Zuhilfenahme des Würfels lösen. Dieser wird ihm allerdings nach vier Bildern abgenommen, sodass das Tier auf der Unterseite selbst hergeleitet werden muss. Für jedes richtig benannte Tier innerhalb des Zeitlimits von 15 Sekunden wird ein Punkt notiert. Der Abbruch des Untertests erfolgt nach drei falschen Antworten in Folge. Ebenso wie beim Untertest Blumenreihe 26 FI 1/ 2022 Maria Sophie Schäfers, Claas Wegner fortsetzen wird das Vorgehen zu Beginn an einer Beispielaufgabe erprobt. Dieser Test stellt eine stark abgewandelte Form des Mosaik-Tests aus dem HAWIVA-III (Hannover-Wechsler-Intelligenztests für das Vorschulalter - III) dar, bei welchem die Kinder Muster und Figuren mithilfe zweifarbiger Würfel nachlegen müssen. Im Rahmentest der gesamten Testung Geschichte merken, der sowohl Anfang als auch Ende markiert, werden am Ende des Tests zehn Detailfragen zu einer am Anfang des Tests vorgelesenen Fabel gestellt. Dabei können alle Fragen mit einem Wort beantwortet werden. Für jede korrekte Antwort innerhalb von zehn Sekunden wird ein Punkt notiert. Bleibt eine Antwort aus oder ist sie falsch, wird dem Kind die Lösung verraten. Auch der Vorlagetest Atlantis aus dem KABC-II (Kaufman Assessment Battery for Children - II) ist in zwei Hälften geteilt und kann der generellen Fähigkeit der Langzeitspeicherung zugeordnet werden. Bei dem Untertest Zahlbereich werden 20 Holzklötzchen in einer Reihe vor dem Kind aufgebaut. Es gilt nun, dem Testleiter in jeweils vier Durchgängen eine bestimmte Anzahl Klötzchen zu reichen. Bei einer richtigen Antwort innerhalb von zehn Sekunden Zeit werden zwei Punkte notiert. Das Kind erhält einen Punkt, wenn die richtige Antwort außerhalb der zehn Sekunden erfolgt. Nach drei falschen Antworten in Folge kommt es zu einem Abbruch des Untertests. Dieser Test unterscheidet sich vom Original in der Anzahl der Würfel, die beim Test Zählen im IDS-P (Intelligence and Development Scales - Preschool) auf fünf limitiert ist. Die 20 Holzklötzchen werden auch beim Untertest Ordinalität in einer Reihe aufgebaut. In diesem Fall wird nur nach einem bestimmten Klötzchen verlangt (z. B. das achtzehnte Klötzchen). Das Kind wird angehalten, von links nach rechts zu zählen. Das Zeitlimit ist auf sieben Sekunden pro Aufgabe festgelegt. Die Punktevergabe erfolgt kongruent zum Untertest Zahlbereich. Eingeübt und auf das Verständnis hin überprüft wird der Untertest, indem zu Beginn nach dem ersten Klötzchen verlangt wird. Ebenso wie beim vorigen Test unterscheidet sich auch hier nur die Würfelmenge vom Original (Ordinalität im IDS-P). Entwickelter Untertest Originaler Untertest Fluide Intelligenz (Gf ) n Was passiert, wenn …? n Blumenreihe fortsetzen keine Vorlage BIVA: Reihen-Fortsetzung Visuelle Verarbeitung (Gv) n Würfelseiten erkennen HAWIVA-III: Mosaik-Test Langzeitabspeicherung (Glr) n Geschichte merken KABC-II: Atlantis Verarbeitungsgeschwindigkeit (Gs) n Räumliches Denken IDS-P: Gedächtnis räumlich-visuell Quantitatives Wissen (Gq) n Zahlbereich n Ordinalität n Größte Menge erkennen IDS-P: Denken logisch-mathematisch (Zählen, Ordinalität, Mengenbegriff, Mengen erkennen) Tab. 2: Übersicht über die Untertests des entwickelten Fähigkeitstests und den originalen, herangezogenen Untertests unterschiedlicher Intelligenz- und Diagnostikinstrumente. 27 FI 1/ 2022 Erkennen einer naturwissenschaftlichen Begabung Eingeleitet wird der Untertest Größte Menge erkennen, der in Anlehnung an den Test Mengen erkennen aus dem IDS-P entwickelt wurde, mit vier, von oben abgebildeten Tieren. Die Bezeichnungen der Tiere aus der afrikanischen Steppe werden mit dem Kind eingeübt. Daraufhin werden insgesamt zehn Bilder mit jeweils zwei Herden gezeigt. Auf jedem Bild gilt es zu bestimmen, in welcher Herde mehr Individuen einer bestimmten, von der Testleitung genannten Tierart leben. Für jede richtig gezeigte Herde innerhalb des Zeitlimits von 15 Sekunden wird ein Punkt im Protokollbogen notiert. Ein Abbruch erfolgt nach drei falschen Antworten in Folge. Auch bei diesem Untertest wird zunächst auf eine Beispielaufgabe zurückgegriffen. Bei dem Untertest Räumliches Gedächtnis werden dem Kind zunächst drei Tiere mit Namen vorgestellt. Daraufhin gilt es, die drei Tiere auf verschiedenen Sammelbildern eines Bauernhofs wiederzufinden und den jeweiligen Namen zu nennen. Pro Bild stehen dem Kind 20 Sekunden Zeit zur Verfügung, wobei die Sammelbilder immer unübersichtlicher und die Tiere vermeintlich schwieriger zu finden sind. Für jedes gefundene Tier innerhalb der vorgegebenen Zeit erhält der zu Testende einen Punkt. Abgeleitet wurde dieser Test aus dem IDS-P. 3.2 Durchführung des naturwissenschaftlichen Begabungstests Erst eine standardisierte Testdurchführung lässt es zu, einen Test auf Basis der Normen auszuwerten. Das setzt voraus, dass die Testleitung im Sinne der Durchführungsobjektivität Kenntnis über die Bedingungen der Durchführung hat, diese konsequent einhalten kann und bei Bedarf nur äußerst minimal verändert. Auch die weiteren Vorgaben zur Durchführung orientieren sich an den Vorgaben allgemeiner Begabungstestungen. Durch vorgegebene Sprachimpulse, die im Handbuch des naturwissenschaftlichen Begabungstests festgeschrieben sind, wird versucht, eine hohe Durchführungsobjektivität zu erreichen. An einer Testung sind im Idealfall zwei geschulte, wissenschaftliche Testleitungen beteiligt, eine Person führt die Testung durch, leitet die Aufgaben für das Kind an und füllt den Protokollbogen aus, in welchem die Ergebnisse festgehalten werden. Die andere Person beobachtet die nonverbale Kommunikation und das Verhalten des Kindes und notiert diese auf einem begleitenden Beobachtungsbogen. Da bei einer Pilotstudie unterschiedliche Verhaltensweisen der Kinder während der Testung beobachtet werden konnten, wurde für das vorliegende Testinstrument auf theoretischer Grundlage nach Laevers (2009) ein Beobachtungsbogen entwickelt. Der Beobachtungsbogen fokussiert besonders die Engagiertheit und das Wohlbefinden der Kinder im Verfahren, um einen multimethodischen Forschungsansatz verfolgen und die Ergebnisse der Kinder auf unterschiedlichen Ebenen multiperspektivisch beleuchten zu können (Schäfers et al. 2020). Er ist in zwei Teile gegliedert: der erste Block dient der Dokumentationsmöglichkeit während der Testung, so kann das Verhalten dort stichpunktartig im Hinblick auf die Kriterien Mimik, Gestik, Körperhaltung und Interaktion beschrieben werden. Im Anschluss an die Testung wird der zweite Block des Beobachtungsbogens relevant. Hier sind unterschiedliche Items der Konstrukte Wohlbefinden und Engagiertheit gestellt, welche auf einer fünfstufigen Ratingskala in Bezug auf das Kind bewertet werden sollen. Eine der wichtigsten Voraussetzungen für eine gelingende Individualdiagnostik ist zudem eine gute Beziehung zwischen dem Kind und der Testleitung, damit die bestmögliche Ausprägung der naturwissenschaftlichen Fähigkeiten gezeigt werden kann. Die gute Beziehung sollte über die gesamte Testlänge aufrechterhalten werden, damit auch möglicherweise auftretende Frustration oder Ermüdung kompensiert werden können. Besonders bei der 28 FI 1/ 2022 Maria Sophie Schäfers, Claas Wegner Testung von Kindern ist diese positive Beziehung von großer Bedeutung, die bereits im Vorfeld aufgebaut werden sollte. Zusätzlich kann, je nach Auslastung der pädagogischen Fachkräfte in der Tageseinrichtung, ebenfalls eine Fachkraft aus dem Kindergarten während der gesamten Testung anwesend sein, um dem Kind die Aufregung zu nehmen und zusätzlich das Verhalten zu beobachten. Um den Test für die adressierte Altersgruppe zeitökonomisch zu gestalten, wurden in das Instrument nur Kernuntertests eingebaut, die nur naturwissenschaftlich relevante Fähigkeiten überprüfen. Auf Ergänzungstests soll daher verzichtet werden. Eine Testdurchführung dauert somit, in Abhängigkeit vom Alter und der Bearbeitungsgeschwindigkeit der Kinder, zwischen 40 und 60 Minuten. Obwohl die optimale Testungszeit bei Kindern im Kindergartenalter bei maximal 45 Minuten liegt (Schäfers und Wegner 2020 b), konnten pädagogische Fachkräfte in der ersten Pilotstudie durch die anregenden Aufgaben durchgängig eine hohe Aufmerksamkeit und Konzentration bei den Kindern feststellen. 4. Studiendesign Um den naturwissenschaftlichen Begabungstest zu validieren, wird derzeit eine Vergleichsstudie mit ca. 150 Kindern in vier unterschiedlichen Kindertageseinrichtungen in der Region Ostwestfalen-Lippe implementiert. Dazu werden die Kinder zunächst mit dem entwickelten naturwissenschaftlichen Begabungstest und, da die Untertests des naturwissenschaftlichen Begabungstests in Anlehnung an bereits validierte und standardisierte Untertests verschiedener Intelligenztests entwickelt worden sind, im Abstand von zwei Wochen mit den äquivalenten Untertests getestet. Die Testungen erfolgen jeweils in einer Einzeltestsituation. Die Ergebnisse der Kinder werden für den Validierungsprozess herangezogen. 5. Ausblick Der naturwissenschaftliche Begabungstest befindet sich derzeit noch in der Entwicklung und erhebt somit nicht den Anspruch, dass es sich um ein valides, reliables und bereits vollständig standardisiertes Testinstrument handelt. In einer ersten Pilotierung wurde der naturwissenschaftliche Neigungstest im vergangenen Jahr mit einer kleinen Stichprobe von Vorschulkindern (N = 9) durchgeführt. Auf Grundlage der Erkenntnisse der ersten Durchführungen erfolgte im Anschluss an die Testphase eine Überarbeitung des Instruments. Seit Januar 2020 läuft eine breit angelegte Pilotierung. Dabei werden Kinder aus vier unterschiedlichen Kindertageseinrichtungen (N = 100) zunächst mit dem naturwissenschaftlichen Begabungstest und im Abstand von ca. zwei Wochen mit den äquivalenten, bereits standardisierten Untertests aus den genannten Intelligenztests (siehe Kapitel 3.2) getestet. Bei der Auswertung können somit zum einen die Gütekriterien, auch die bisher ausgelassene Auswertungs- und Interpretationsobjektivität, angelegt und der naturwissenschaftliche Begabungstest auf diese hin untersucht werden und zum anderen Korrelationen zwischen den zusammengehörigen Untertests berechnet werden, um Zusammenhänge zwischen den Untertests herausstellen zu können. Darüber hinaus soll durch eine explorative Faktorenanalyse die innere Struktur des Testinstruments untersucht und diese anhand einer weiteren Stichprobe konfirmatorisch überprüft werden. Im Anschluss können altersabhängige Normverteilungen ermittelt werden, um den Test langfristig zu einem validen und reliablen Testinstrument auszubauen. Darüber hinaus können auch Zusammenhänge zwischen den quantitativen Ergebnissen des naturwissenschaftlichen Begabungstests und den Verhaltensbeobachtungen während der Testung überprüft werden, um ermitteln zu können, inwieweit sich eine gute oder weniger starke Ausprägung der naturwissenschaftlichen Begabung und typische Verhaltensmuster während der Testung gegenseitig bedingen. 29 FI 1/ 2022 Erkennen einer naturwissenschaftlichen Begabung Die Eltern der getesteten Kinder erhalten eine kurze Rückmeldung über die ermittelten Ergebnisse. Als freiwilliges Angebot wird ein Elternabend stattfinden, bei welchem den Eltern Informationen zum einen über die durchgeführte Testung sowie die Deutung der Ergebnisse und zum anderen über niedrigschwellige Fördermöglichkeiten gegeben werden, die einfach in den Alltag integriert werden können. Ebenso werden derzeit Fortbildungsmodule für Fachkräfte aus Kindertageseinrichtungen generiert, die u. a. die gezielte Förderung einzelner naturwissenschaftlicher Fähigkeiten für diese Altersspanne vor allem durch kleine naturwissenschaftliche Experimente in den Fokus setzen. 5. Bedeutung für die Praxis Der naturwissenschaftliche Begabungstest sowie das Projekt „Kleine BegInNa - Kleine begabt in Naturwissenschaften“ haben aus verschiedenen Perspektiven eine große Bedeutung für die Praxis. Durch das Testinstrument rückt die naturwissenschaftliche Bildung weiter in den Fokus des Elementarbereichs und die pädagogischen Fachkräfte bekommen die Möglichkeit, sich in aufbauenden Fortbildungen zum Testinstrument mit den Bereichen naturwissenschaftlicher Begabung und Förderung im Elementarbereich auseinanderzusetzen und ihre fachlichen als auch didaktischen Kompetenzen zu stärken. Darüber hinaus können die Ergebnisse Informationen über die ausgewählten Fähigkeiten und Stärken der Kinder liefern sowie als Grundlage für Beratungsgespräche und Förderansätze dienen. Maria Sophie Schäfers Prof. Dr. Claas Wegner Fakultät für Biologie / Biologiedidaktik Universitätsstraße 25 33615 Bielefeld E-Mail: maria_sophie.schaefers@uni-bielefeld.de claas.wegner@uni-bielefeld.de Literatur Baudson, G. (2012): Der Aufbau der Intelligenz. Die CHC-Theorie als Strukturmodell kognitiver Fähigkeiten. MinD-Magazin 91, 8 - 10 Braun, A. (2012): Früh übt sich, wer ein Meister werden will - Neurobiologie des kindlichen Lernens. Weiterbildungsinitiative Frühpädagogische Fachkräfte. WiFF Expertisen, Band 26. München Carey, S. (2000): Science education as conceptual change. Journal of Applied Developmental Psychology 21, 13 - 19, https: / / doi.org/ 10.1016/ S0193- 3973(99)00046-5 Carroll, J. (1993): Human cognitive abilities: a survey of factor-analytic studies. 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