Toward Lasting Learning? Enhancing Non-Interactive Teaching in Inquiry-Based Authentic Science Lessons

Abstract

Eine hohe Unterrichtsqualität ist entscheidend für den schulischen Erfolg von Schüler:innen und zugleich zentral für die Förderung von Bildungsgerechtigkeit. Besonders für Schüler:innen aus benachteiligten Herkunftskontexten und sozial deprivierten Schulumfeldern stellt der Unterricht häufig den wichtigsten Hebel dar, um Ungleichheiten auszugleichen. In diesem Zusammenhang ist dauerhaftes fachliches Lernen ein zentrales Kriterium erfolgreichen Unterrichts. Aktuelle internationale Leistungsstudien zeigen jedoch, dass viele Schüler:innen Schwierigkeiten haben, Wissen aufzubauen und dauerhaft zu behalten – insbesondere in den Naturwissenschaften. Ein wirksamer Weg, um das Lernen von Schüler:innen zu fördern, besteht darin, sie zuvor Gelerntes anderen erklären zu lassen. Dieses Vorgehen ist als Lernen durch Lehren bekannt. Aktuelle Forschung zeigt, dass auch das Erklären gegenüber einer fiktiven, nicht anwesenden Person—bekannt als nicht-interaktives Lehren—eine wirksame generative Lernaktivität darstellt. Dabei müssen Schüler:innen ihre Erklärungen auf eine fiktive Person zuschneiden, die unterschiedlich dargestellt werden kann. Die Aktivität lässt sich zudem flexibel in individuellen Lernsituationen einsetzen. Nicht-interaktives Lehren kann zur bedeutungsvollen Konstruktion kohärenter mentaler Repräsentationen beitragen und somit Lernen und metakognitive Prozesse fördern. Die Wirksamkeit fällt jedoch insgesamt eher gering und auch uneinheitlich aus. Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen dieser Dissertation drei experimentelle Unterrichtsstudien im Fach Physik mit insgesamt 1.251 Schüler:innen der Sekundarstufe durchgeführt. Ziel war es, die generative Aktivität des nicht-interaktiven Lehrens in authentischem Unterricht, der forschendes Lernen beinhaltet, zu optimieren. Es wurde untersucht, ob die Aktivität des nicht-interaktiven Lehrens durch die Kombination mit Zeichnen, durch das Verteilen der Lernaktivität über die Studierphase oder durch die Kombination mit Retrieval Practice (Abrufübung) verbessert werden kann. Erfasst wurden das konzeptuelle Wissen und die Genauigkeit der Wissenseinschätzung der Schüler:innen—sowohl unmittelbar als auch mit einer zeitlich verzögerten Erhebung nach acht Wochen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kombination des nicht-interaktiven Lehrens mit Zeichnen kurzfristige Lerngewinne förderte. Die Effekte erklärten sich durch gesteigertes aufgabenbezogenes Interesse und vollständigere Erklärungen der Schüler:innen. Die mehrfache Durchführung der Lernaktivität des nicht-interaktiven Lehrens führte hingegen zu keinen zusätzlichen Effekten. Auch die Kombination mit Retrieval Practice zeigte keine Haupteffekte. In explorativen Analysen zeigte sich jedoch, dass Retrieval Practice dann zu langfristigem Lernen beitrug, wenn die vorherigen Erklärungen der Lernenden von geringer Qualität waren—also unvollständig, wenig elaboriert oder fehlerhaft. Insgesamt verdeutlichen die Ergebnisse, dass nicht-interaktives Lehren systematisch optimiert werden kann, um das Lernen im regulären naturwissenschaftlichen Unterricht wirksam zu unterstützen. Sorgfältig konzipierte generative Lernaktivitäten—kombiniert mit Retrieval Practice—stellen einen vielversprechenden Ansatz dar, um nachhaltiges Lernen im Fachunterricht der Sekundarstufe zu fördern. Die Dissertation leistet damit einen Beitrag zur Stärkung erfolgreichen Unterrichts—und damit der Unterrichtsqualität—als zentralem Hebel für schulischen Erfolg und Bildungsgerechtigkeit. Sie liefert praxisnahe Einblicke, wie evidenzbasierte Lernaktivitäten im Schulalltag umgesetzt werden können, zeigt Anknüpfungspunkte für nachhaltige Schulentwicklungsprozesse auf und betont die Bedeutung hoher Unterrichtsqualität in allen Phasen der Lehrerbildung zur Förderung des Lernens aller Schüler:innen.

High-quality teaching is key to students' academic success but also essential for promoting educational equity. Particularly for students from disadvantaged backgrounds and socially deprived school contexts, classroom teaching often serves as the primary lever to reduce inequality. In this context, lasting subject-specific learning is a central criterion for successful teaching. However, recent large-scale achievement studies have highlighted that students often struggle to acquire and retain such lasting knowledge, especially in domains such as science. An effective way to enhance students' learning is to have them teach previously learned contents to others, a method known as learning by teaching. Recent research has shown that teaching contents even to a fictitious, non-present peer—referred to as non-interactive teaching—is also a powerful generative activity. It requires students to adapt their explanations to an imagined peer, who can be portrayed in various ways. The activity is also suitable for individual learning settings. Non-interactive teaching can facilitate the meaningful construction of coherent mental representations, contributing to learning and metacomprehension. However, this effect is modest and heterogeneous. Therefore, we investigated how to optimize the generative activity of non-interactive teaching in three experimental classroom studies conducted in inquiry-based authentic physics lessons with secondary students (N = 1,251). We tested whether this activity can be enhanced through drawing, by distributing it throughout the study phase, or by sequentially adding retrieval practice. We assessed students' conceptual knowledge and monitoring accuracy regarding both immediate and lasting learning after eight weeks. The results revealed that combining non-interactive teaching with drawing improved students' immediate conceptual knowledge, likely due to increased task interest and more complete explanations. In contrast, distributing the activity throughout the study phase did not yield additional benefits. No main effect emerged for the sequential combination of non-interactive teaching and retrieval practice. However, exploratory analyses revealed that retrieval practice supported lasting learning when prior generative processing was of low quality—that is, when students' explanations were incomplete, less elaborated, or inaccurate. Together, the findings demonstrate that non-interactive teaching can be systematically optimized to support learning in authentic science lessons. Carefully designed generative activities—combined with retrieval practice—offer a promising approach to fostering lasting learning in secondary science education. In this sense, the present dissertation contributes to strengthening successful teaching—and thus teaching quality—as a key lever for promoting students' academic success and educational equity. It provides practice-oriented insights into how evidence-informed teaching activities can be implemented in everyday classroom teaching. Moreover, it highlights how such approaches can support sustainable school development and underlines the importance of promoting high teaching quality across all phases of teacher education to improve student learning.