Typische Ausgangslage und Zielsetzung

Die Minimalform eignet sich für klar abgegrenzte Themenfelder, einzelne Forschungsergebnisse oder experimentelle Zugänge, bei denen bereits fachliche und gegebenenfalls fachdidaktische Vorarbeiten vorliegen. Sie kann beispielsweise eingesetzt werden, wenn eine fachwissenschaftliche Arbeitsgruppe über einen anschaulichen Effekt, eine geeignete Modellreaktion oder ein innovatives Verfahren verfügt und zunächst geprüft werden soll, ob daraus ein tragfähiges Bildungsangebot entstehen kann.

Typische Zielprodukte sind ein einzelnes Schüler-, ein Demonstrationsexperiment, ein Materialbaustein für eine bestehende Unterrichtssequenz oder ein erster Prototyp für das Schülerexperiment. Der Transferanspruch ist bewusst begrenzt: Es geht zunächst darum, die grundsätzliche Eignung des Gegenstands zu prüfen und eine fachlich belastbare, praktisch funktionierende Umsetzung zu entwickeln.

Abschnitt I: Didaktisches Fundament

In der Minimalform sollte zunächst geklärt werden, welche fachliche Aussage vermittelt werden soll. Die Breite des Themenfeldes wird dafür bewusst reduziert. Im Mittelpunkt stehen wenige Kernkonzepte, die für das Verständnis des ausgewählten Gegenstands unverzichtbar sind. Eine vollständige Rekonstruktion des gesamten Forschungsfeldes ist nicht erforderlich.

Die fachliche Klärung erfolgt idealerweise im Austausch mit fachwissenschaftlichen Expert:innen, notfalls anhand von Primärliteratur. Dabei sollten insbesondere die zentralen Wirkprinzipien, die Grenzen der Modellierung und die für das Experiment relevanten Parameter geklärt werden. Ergänzend ist eine Prüfung curricularer Anschlussstellen notwendig: Der neue Kontext sollte nicht lediglich als Zusatzwissen erscheinen, sondern mit bestehenden Basiskonzepten, Inhaltsfeldern oder Kompetenzbereichen verknüpft werden.

Eigene empirische Studien zu Schüler:innen- oder Lehrkräfteperspektiven sind in der Minimalform nicht zwingend erforderlich. Sie können entfallen, wenn bereits Literatur, Vorerhebungen, plausible didaktische Anknüpfungspunkte oder Erfahrungswissen vorliegen. Sinnvoll bleibt jedoch eine begründete Einschätzung möglicher Verständnishürden und praktischer Barrieren.

Abschnitt II: Entwicklung und Erprobung

Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung oder Anpassung eines einzelnen Experiments bzw. Materialbausteins. Das Setting sollte so weit vereinfacht werden, dass es in der vorgesehenen Zielumgebung robust durchführbar ist. Zu prüfen sind insbesondere Sicherheit, Zeitbedarf, benötigte Geräte und Chemikalien, Sichtbarkeit des Effekts, Verständlichkeit der Auswertung und Reproduzierbarkeit.

Die fachwissenschaftliche Charakterisierung kann auf diejenigen Messungen begrenzt werden, die erforderlich sind, um die Aussagekraft des Experiments abzusichern. Nicht jede analytische Methode aus dem Forschungsprozess muss in die schulische Umsetzung übertragen werden. Entscheidend ist, dass nachvollziehbar bleibt, welche fachliche Aussage das vereinfachte Experiment trägt und wo seine Grenzen liegen. Fachliche Korrektheit geht stets über Anschaulichkeit!

Die Erprobung kann zunächst mit einer kleinen Zielgruppe erfolgen, etwa in einem Schüler:innenlabor, einem Seminar oder einer kooperierenden Schulklasse. Eine qualitative Rückmeldung zu Praktikabilität, Verständlichkeit, Zeitbedarf und typischen Schwierigkeiten ist häufig ausreichend. Gegebenenfalls schließt sich ein kurzer Optimierungszyklus an.

Abschnitt III: Dissemination

Die Dissemination bleibt in der Minimalform begrenzt. Geeignet sind beispielsweise eine Publikation des Experiments, die Bereitstellung eines Arbeitsblatts, eine Integration in ein bestehendes Schüler:innenlabor oder die Vorstellung im Rahmen einer Fortbildung. Eine systematische Verbreitungsstrategie ist noch nicht zwingend erforderlich.

Ergebnis und Grenzen

Das Ergebnis ist ein belastbarer Prototyp oder ein erprobter Materialbaustein. Die Minimalform erlaubt eine ressourcenschonende Prüfung, ob ein Forschungsgegenstand für Bildungszusammenhänge tragfähig ist. Sie erzeugt jedoch noch kein umfassendes Best-Practice-Angebot für eine breite schulische Implementation. Soll das Material regulär und über einzelne Kontexte hinaus eingesetzt werden, ist eine Erweiterung um zusätzliche Erprobungs-, Evaluations- und Disseminationsschritte sinnvoll.

Typische Ausgangslage und Zielsetzung

Die erweiterte Form eignet sich für neue, aber thematisch klar eingrenzbare Forschungsfelder. Sie kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn mehrere aufeinander bezogene Experimente, Materialien oder Vermittlungsbausteine entwickelt werden sollen und eine fundiertere empirische Begleitung erforderlich ist. Typische Kontexte sind Promotionsprojekte, größere Lehr-Lern-Entwicklungsprojekte, Schüler oder fokussierte Kooperationen mehrerer fachwissenschaftlicher und fachdidaktischer Akteur.

Das Ziel besteht nicht mehr nur in einem einzelnen Prototyp. Angestrebt wird ein evaluierter Best-Practice-Stand für einen begrenzten Themenausschnitt, der in Schüler:innenlaboren, im Unterricht oder Lehrkräftebildung belastbar eingesetzt werden kann.

Abschnitt I: Didaktisches Fundament

Das Themenfeld wird systematisch strukturiert. Neben Kernkonzepten werden Vertiefungskonzepte identifiziert, die abhängig von Zielgruppe, Zeitrahmen und Leistungsniveau ergänzt werden können. Auf diese Weise entsteht eine abgestufte Vermittlungsstruktur: Zentrale Aussagen bleiben für alle Lernenden zugänglich, während weiterführende fachliche Aspekte optional vertieft werden können.

Zusätzlich sollten orientierende Schüler:innen- und Lehrkräfteperspektiven erhoben werden. Bei Lernenden können Vorkenntnisse, Präkonzepte, Interessen, wahrgenommener Lebensweltbezug und typische Verständnishürden im Mittelpunkt stehen. Bei Lehrkräften sind insbesondere curriculare Passung, wahrgenommene Komplexität, Zeitbedarf, Laborausstattung, Materialverfügbarkeit und Unterstützungsbedarfe relevant. Die Erhebungen müssen nicht zwingend repräsentativ angelegt sein. Ihr primärer Zweck besteht darin, die spätere Entwicklung gezielt zu informieren und Barrieren frühzeitig als Designkriterien aufzunehmen.

Aus der fachlichen Klärung und den Akteur:innen werden Leitlinien für die Entwicklung abgeleitet. Diese benennen nicht nur die zu vermittelnden Konzepte, sondern auch geeignete Kontexte, Verständnishürden, curriculare Anschlussstellen und praktische Anforderungen an Experimente und Materialien.

Abschnitt II: Entwicklung und Erprobung

In der erweiterten Form werden mehrere Experimente oder Materialien entwickelt, die inhaltlich aufeinander abgestimmt sind. Denkbar ist beispielsweise eine Abfolge aus Einführung, experimenteller Erarbeitung und vertiefender Anwendung. Die Materialien sollten so gestaltet sein, dass sie modular eingesetzt und an unterschiedliche Zeitrahmen angepasst werden können.

Die Kooperation zwischen Fachwissenschaft und Fachdidaktik gewinnt an Bedeutung. Fachwissenschaftliche Arbeitsgruppen können geeignete Modellreaktionen, analytische Verfahren und kritische Parameter identifizieren. Die Fachdidaktik prüft, welche Reduktionen schulisch tragfähig sind, wie sich der Gegenstand anschaulich erschließen lässt und welche Voraussetzungen für eine robuste Durchführung geschaffen werden müssen. Die entwickelten Experimente werden fachwissenschaftlich charakterisiert, soweit dies für ihre Absicherung und Dokumentation erforderlich ist.

Die Erprobung erfolgt in mehreren Iterationen. Das Schüler bietet hierfür einen geeigneten Entwicklungsraum, weil neue Materialien unter vergleichsweise kontrollierbaren Bedingungen eingesetzt, beobachtet und kurzfristig angepasst werden können. Je nach Transferziel sollte sich eine Erprobung in Partnerschulen anschließen. Dadurch wird sichtbar, ob die Materialien auch unter regulären schulischen Bedingungen hinsichtlich Zeitbedarf, Ausstattung, Klassenführung und curricularer Integration tragfähig sind.

Die Evaluation kann qualitative und quantitative Elemente kombinieren. Geeignet sind beispielsweise Prä-Post-Fragebögen, Beobachtungen, leitfadengestützte Rückmeldungen, kurze Interviews oder schriftliche Einschätzungen der beteiligten Lehrkräfte. Die Ergebnisse fließen fortlaufend in die Optimierung ein.

Abschnitt III: Dissemination

Die Dissemination umfasst erste systematische Maßnahmen. Hierzu zählen ausgearbeitete Unterrichtsmaterialien, fachliche Hintergrundinformationen, Gefährdungsbeurteilungen, Musterlösungen und gegebenenfalls Differenzierungsvorschläge. Eine Veröffentlichung als Open Educational Ressource oder in einer Fachzeitschrift kann durch Fortbildungen, Workshops oder Schüler:innenlabore ergänzt werden.

Materialsets sind sinnvoll, wenn Spezialchemikalien oder Geräte für Lehrkräfte nur schwer zugänglich sind. Sie können eine erste Erprobung erleichtern und zugleich Rückmeldungen aus der Praxis ermöglichen. Eine großflächige Verbreitung oder systematische Produktentwicklung ist jedoch nicht zwingend Bestandteil der erweiterten Form.

Ergebnis und Grenzen

Das Ergebnis ist ein evaluierter Best-Practice-Stand für ein abgegrenztes Themenfeld. Die entwickelten Angebote sind fachlich abgesichert, praktisch erprobt und mit geeigneten Materialien dokumentiert. Abhängig vom Projektziel können sie direkt eingesetzt oder als Grundlage für eine spätere Skalierung genutzt werden. Eine Vollform wird dann erforderlich, wenn nicht nur einzelne Angebote, sondern ein umfassendes Themenfeld langfristig und in größerer Reichweite implementiert werden soll.

Typische Ausgangslage und Zielsetzung

Die Vollform ist für didaktisch kaum erschlossene, forschungsaktuelle und komplexe Themenfelder vorgesehen. Sie eignet sich insbesondere für strukturierte Forschungsverbünde wie Sonderforschungsbereiche, Graduiertenkollegs oder mehrjährige Transferprojekte, in denen aktuelle Forschung, fachwissenschaftliche Expertise, innovative Methoden und langfristige Entwicklungsressourcen zusammenkommen.

Der Anspruch geht deutlich über die Entwicklung einzelner Unterrichtsbausteine hinaus. Ziel ist es, ein Themenfeld systematisch für Schule, Schüler und Lehrkräftebildung zu öffnen. Dazu werden abgestufte Zugänge für unterschiedliche Zielgruppen entwickelt, empirisch fundiert, praktisch erprobt und durch geeignete Disseminationsmaßnahmen langfristig zugänglich gemacht.

Beispiele: Sonderforschungsbereich PolyTarget, Transregio CataLight

Abschnitt I: Didaktisches Fundament

Die fachliche Klärung erfolgt in enger Kooperation mit den beteiligten fachwissenschaftlichen Arbeitsgruppen. Neben Primär- und Sekundärliteratur wird die Expertise der Forschenden systematisch genutzt, um zentrale Konzepte, Methoden, Evidenzformen und typische Forschungsfragen des Themenfeldes zu erfassen. Insbesondere bei hochaktuellen Themen ist dieser Austausch relevant, da wesentliche Kenntnisse noch nicht in Lehrbüchern oder Überblicksdarstellungen vorliegen und häufig implizit in den Forschungsgruppen verankert sind.

Die Wissensstruktur wird in eine Vermittlungsstruktur überführt. Hierbei müssen Kernkonzepte definieren, deren Vermittlung für ein grundlegendes Verständnis unverzichtbar sind. Vertiefungskonzepte erlauben eine abgestufte Erweiterung für unterschiedliche Klassenstufen, Leistungsniveaus oder Vermittlungsformate. Parallel werden curriculare Anknüpfungspunkte identifiziert, damit das neue Themenfeld nicht additiv neben bestehenden Unterrichtsinhalten steht, sondern klassische Inhaltsfelder und Basiskonzepte in aktuellen Kontexten neu rahmt. Der Gedanke „Klassische Inhalte des Curriculums vermittelt in attraktiven Kontexten” ist dabei erfahrungsgemäß zielführend.

Beispiel: PolyTarget forscht im Bereich Nanomedizin, es werden polymerbasierte Carrier für die zielgerichtete Medikamentenfreisetzung entwickelt. Für den Unterricht ist dies eine gute Gelegenheit, das neue Themenfeld „Nanotechnologie” (KMK-Vorgabe seit 2022) in das Curriculum zu integrieren. Hierzu wird das klassische Themenfeld der Polymere vermittelt und im Anschluss um den Kontext Nanomedizin erweitert. Es können hierbei klassische curriculare Inhalte (Monomere, Polymere, Polymerisation, Polarität, Polyesterbildung und -spaltung, …) anhand des attraktiven Kontextes der Nanomedizin vermittelt werden [Quelle].

Ergänzend werden Schüler:innen- und Lehrkräfteperspektiven systematisch erhoben. Bei Lernenden stehen Vorkenntnisse, Präkonzepte, Interessen, Lebensweltbezug und mögliche Verständnishürden im Mittelpunkt. Bei Lehrkräften werden neben fachlichen Einschätzungen insbesondere curriculare Passung, Zeitbedarf, Ausstattung, Materialverfügbarkeit, wahrgenommene Komplexität und Unterstützungsbedarfe untersucht. Die Ergebnisse werden in Leitlinien überführt, die die weitere Entwicklung strukturieren.

Abschnitt II: Entwicklung und Erprobung

Die experimentelle Entwicklungsarbeit bildet einen zentralen Schwerpunkt. Gemeinsam mit den fachwissenschaftlichen Gruppen werden geeignete Modellreaktionen, Materialien, Nachweisverfahren und analytische Methoden ausgewählt und schrittweise für den schulischen Einsatz adaptiert. Die Anforderungen unterscheiden sich dabei von den Zielsetzungen fachwissenschaftlicher Forschung: Im Bildungsbereich sind nicht maximale Leistung oder vollständige analytische Tiefe entscheidend, sondern eine robuste, sichere, anschauliche und möglichst kostengünstige Darstellung des zugrunde liegenden Prinzips.

Beispiel: In diesem Paper zum Liposom-Nanoreaktor wird ein Experiment bzw. Reaktionsprinzip aus der Forschung für den Unterricht transformiert. Dabei werden die Kosten um ~95% reduziert, wobei die Leistung zu weiten Teilen erhalten bleibt. Beide Systeme (Forschung vs. Unterricht) werden miteinander verglichen. [Quelle]

Die Vollform kann mehrere aufeinander abgestimmte Experimente, Unterrichtssequenzen und Vermittlungsformate umfassen. Ergänzend können low-cost-Geräte, einfache Nachweisverfahren, Materialsets oder digitale Komponenten entwickelt werden. Fachwissenschaftliche Analytik dient der Absicherung und Charakterisierung der schulischen Systeme. In geeigneten Fällen kann ein direkter Vergleich von Forschungs- und Schulsystemen dokumentiert werden, um die Verbindung zwischen aktueller Forschung und Unterricht transparent zu machen.

Beispiel: In diesem Paper zum Bereich Nanomedizin wird eine dreiteilige Versuchsreihe dargestellt, welche den vollständigen Zyklus von der Polymersynthese → Wirkstoffverkapselung → gezielte Wirkstofffreisetzung beschreibt [Quelle]. Vollständige Unterrichtsmaterialien für mehrere Versuchsreihen für Lehrkräfte mit Versuchsdurchführungen, Videos, Hintergrundinformationen und PowerPoint-Folien finden sich hier. 

Die Erprobung erfolgt mehrstufig. Zunächst werden Materialien im Schüler pilotiert und im Sinne eines rapid prototyping iterativ optimiert. Anschließend werden sie in Partnerschulen unter realen Unterrichtsbedingungen eingesetzt. Je nach Projekt können weitere Zielgruppen hinzukommen, etwa Studierende, Lehrkräfte in Fortbildungen oder Akteur der außerschulischen Bildung. Die Evaluation verbindet unterschiedliche Perspektiven und Methoden. Rückmeldungen aus allen Einsatzbereichen werden systematisch dokumentiert und in weitere Entwicklungszyklen zurückgeführt.

Abschnitt III: Dissemination und Implementation

In der Vollform wird Dissemination nicht als nachgelagerte Veröffentlichung, sondern als integraler Bestandteil des Transferprozesses verstanden. Ziel ist eine nachhaltige Implementation, die über einzelne Veranstaltungen oder Projektstandorte hinausreicht.

Die Dissemination kann mehrere Ebenen verbinden. Lokal bieten Partnerschulen, Schüler und universitäre Lehrveranstaltungen Räume für eng begleitete Nutzung und Rückmeldung. Regional können Lehrerfortbildungszentren, Studienseminare, Fachgruppen und Multiplikator einbezogen werden. National und gegebenenfalls international kommen Fachzeitschriften, Tagungen, Open-Educational-Resources-Plattformen und digitale Fortbildungsangebote hinzu.

Materialsets können die Einstiegshürde für Lehrkräfte erheblich senken, insbesondere wenn sie schwer zugängliche Spezialchemikalien, Verbrauchsmaterialien oder low-cost-Geräte bündeln. Editierbare Unterrichtsmaterialien reduzieren den Vorbereitungsaufwand und erleichtern die Anpassung an unterschiedliche Lerngruppen und Schulcurricula. Fortbildungen schließen fachliche und praktische Lücken, ermöglichen ein hands-on Erleben und erhöhen die Sicherheit in der Durchführung.

Beispiel 1: In ihrer Dissertation beschreibt Dr. Antonia Wallbraun ihr Materialset zum Thema Nanomedizin, welches alle notwendigen Materialien und Chemikalien sowie Unterrichtsmaterialien umfasst. Es wurde (gekoppelt an eine kostenfreie Fortbildung) ebenfalls kostenlos abgegeben und konnte in kurzer Zeit bundesweit 300 Schulen erreichen. 

Beispiel 2: Im Bereich grüner Wasserstoff fehlt Schulen häufig eine einfache Möglichkeit, um geringe Mengen Wasserstoff (weit unterhalb der Schwelle für Knallgasproben) nachzuweisen. In seinem Dissertationsprojekt hat Malte Petersen hat im TRR/SRB CataLight eine solche Folie entwickelt [Quelle] und disseminiert sie kostenfrei an Schulen - auch hier konnten über 200 Schulen, Schülerlabore und Universitäten in kurzer Zeit erreicht werden. Auch hierzu gibt es begleitende Unterrichtsmaterialien.

Bei entsprechendem Entwicklungsstand können Kooperationen mit Lehrmittelanbietern sinnvoll sein. Diese verfügen über Strukturen für technische Realisierung, skalierte Produktion, Nachbestellbarkeit, Support und langfristige Distribution. Auf diese Weise können aus wissenschaftlich entwickelten und erprobten Best-Practice-Angeboten standardisierte oder marktfähige Materialsets entstehen. Rückmeldungen aus Fortbildungen, Unterrichtseinsatz und Distribution können wiederum neue Optimierungszyklen auslösen.

Ergebnis und Grenzen

Das Ergebnis der Vollform ist ein wissenschaftlich fundiertes, erprobtes und disseminationsfähiges Best-Practice-Angebot. Dieses besteht nicht nur aus einzelnen Experimenten, sondern idealerweise aus einem abgestimmten Gesamtpaket: einer fachlichen Vermittlungsstruktur, empirisch begründeten Designleitlinien, charakterisierten Experimenten, Unterrichtsmaterialien, Fortbildungsformaten, Materialsets und einer Strategie zur nachhaltigen Implementation.

Auch in der Vollform ist nicht jeder Baustein zwingend neu zu entwickeln. Liegen belastbare Vorarbeiten vor, können einzelne Schritte reduziert oder gezielt validiert werden. Die Vollform beschreibt somit keinen maximalen Aufwand um seiner selbst willen, sondern eine umfassende Transferlogik für Themenfelder, bei denen eine breite und langfristige Öffnung für Bildungszusammenhänge angestrebt wird.