Ökologische Systeme verstehen: Untersuchung fachspezifischer und systemischer Einflussfaktoren | Understanding ecological systems: Investigation of subject-specific and systemic influencing factors

German. Die Vereinten Nationen haben 2015 mit der Verabschiedung der Sustainable Developmental Goals eine Grundlage für eine Zukunft gelegt, die wirtschaftlichen Fortschritt im Einklang mit ökologischer Nachhaltigkeit sowie sozialer Gerechtigkeit anstrebt. Dabei wird Bildung als zentrale Voraussetzung zur Erreichung dieser Ziele betrachtet. Zur aktiven Teilhabe an partizipativen Prozessen ist es relevant die komplexen Herausforderungen der Nachhaltigkeitsziele zu identifizieren, zu analysieren und Bildungsziele zur Bewältigung dieser zu definieren. Systemisches Denken, als inhaltsübergreifender epistemologischer Ansatz, bietet dabei ein Werkzeug, welches Lernenden den Umgang mit komplexen Systemen ermöglicht. Inhaltliche Grundlage, in der Auseinandersetzung mit Nachhaltigkeit im Fach Biologie, bildet der Fachbereich Ökologie. Im spezifischen werden Ökosysteme untersucht, welche ein Beziehungsgeflecht von biotischen und abiotischen Faktoren in einem spezifischen Raum beschreiben. Die anthropogene Klimaerwärmung führt dazu, dass sich Ökosysteme verändern und sogenannte Kipppunkte erreicht werden, die zu einer irreversiblen Zerstörung der Ökosysteme führen. Die zugrundeliegenden Prozesse sind komplex und das Verstehen von Ökosystemen ist herausfordernd, sowohl aus Perspektive der Forschung zum Systemischen Denken, als auch aus Perspektive der Fachdidaktik. In insgesamt drei Studien wird in dieser kumulativen Dissertation aus unterschiedlichen forschungstheoretischen Perspektiven und methodischen Ansätzen der Frage nachgegangen, inwieweit fachspezifische und systemische Faktoren das Verständnis von Ökosystemen beeinflussen. Ausgehend von der Fragestellung der Dissertation wird im ersten Forschungsprojekt dieser Dissertation in einer qualitativen Studie untersucht, welche Faktoren das Systemische Denken in ökologischen Systemen beeinflussen und wie diese Faktoren interagieren. Daraufhin wird in einem zweiten Forschungsprojekt der Fragestellung nachgegangen, inwieweit fachspezifische Eigenschaften ökologischer Systeme die Fähigkeiten von Lernenden im Systemischen Denken beeinflussen. Explizit wird in einer quantitativen Studie untersucht, ob die Komplexität eines Systems, als allgemeine Systemeigenschaft oder die Art der Relation zwischen Systemelementen, als fachspezifische Systemeigenschaft, das Systemische Denken von Lernenden beeinflusst. In einem dritten Forschungsprojekt wird analysiert, inwieweit fachspezifische Eigenschaften, die das Systemische Denken in physiologischen und ökologischen Systemen beeinflussen, übereinstimmen und als fachspezifische Einflussfaktoren der Biologie auf das Systemische Denken identifiziert werden können. Der besondere Fokus der Untersuchung liegt dabei auf Schwierigkeiten im Verständnis komplexer Systeme, die auf der fehlenden Repräsentation von impliziten Systemeigenschaften resultieren. Die zentralen theoretischen Grundlagen, methodischen Vorgehensweisen sowie Ergebnisse werden in dieser Rahmung dargestellt und studienübergreifend diskutiert.

English. In 2015 the United Nations declared the Sustainable Developmental Goals. By doing so, they laid the foundation for a future that strives for economic progress in harmony with ecological sustainability and social justice. Education is a central prerequisite for achieving these goals. To maintain a sustainable future for all, it is relevant to identify and analyze the complex challenges of the sustainability goals and to define educational goals to meet them. Systems thinking is an epistemological approach and a tool for learners, that enables them to deal with complex systems. In the subject of biology, ecology forms the basis for understanding sustainability processes. Ecosystems are examined which represent a network of relationships between biotic and abiotic factors in a specific space. Anthropogenic global warming leads to ecosystems changing and so-called tipping points being reached, which lead to irreversible destruction of ecosystems. The underlying processes are complex and understanding ecosystems is challenging, both from the perspective of systems thinking research and the perspective of biology education research. In this doctoral thesis the question of which factors influence the understanding of ecosystems is investigated in three studies, published as research papers. The studies investigate the understanding of ecosystems from different theoretical and methodological approaches. The first research project of this dissertation investigates in an qualitative approach, which factors influence the understanding of ecological systems and how these factors interact. A second research project then investigates the extent to which subject-specific properties of ecological systems influence students systems thinking skills. The quantitative approach examines, whether the complexity of a system, as a general system property, or the type of relationship between system elements, as a subject-specific system property, influences students systems thinking skills. A third research project analyzes the extent to which subject-specific properties that influence students systems thinking skills in physiological and ecological systems, correspond and can be identified as subject-specific influencing factors in biology. The special focus of the investigation is on difficulties in understanding complex systems that result from systems representation. The central theoretical foundations, methodological approaches and results of this studies are presented and discussed in this framework.