Mathematik in der PhysikOlympiade unter besonderer Berücksichtigung der Attribution

Physikwettbewerbe wie die PhysikOlympiade sollen physikinteressierte Schülerinnen und Schüler in ihrem Interesse an Physik stärken, ihre physikalischen Kompetenzen fördern und langfristig einen Beitrag zur Sicherung von genügend und gut ausgebildeten MINT-Fachkräften leisten. Wenn Teilnehmende jedoch eine negative Rückmeldung zu ihrer Leistung erhalten, zum Beispiel wenn sie schon früh im Wettbewerb ausscheiden, könnten sie dies darauf zurückführen, dass sie nicht gut genug für Physik sind. Das könnte ihrem physikalischen Selbstkonzept schaden, so dass sie sich von der Physik abwenden, womit die vom Wettbewerb angestrebten Ziele verfehlt werden könnten. Zusätzlich stellen die Aufgaben der PhysikOlympiade nicht nur physikalische, sondern auch mathematische Anforderungen an die Teilnehmenden. So könnte erschwerend hinzukommen, dass die Leistung nicht aufgrund der Physik, sondern wegen der benötigten Mathematik nicht gut genug war. Ob die mathematischen Anforderungen tatsächlich ein Problem im Physikwettbewerb sein können, worauf die Teilnehmenden ihr Abschneiden im Wettbewerb zurückführen und welche Auswirkungen dies auf ihr Selbstkonzept hat, wird in der vorliegenden Arbeit am Beispiel der PhysikOlympiade untersucht. Dazu werden zunächst Musterlösungen daraufhin analysiert, welche mathematischen Anforderungen sie umfassen. Um das Anforderungsniveau einordnen zu können, werden in einer anschließenden Studie die identifizierten mathematischen Anforderungen mit gymnasialen Mathematiklehrplänen aus vier Bundesländern abgeglichen. Die Lehrpläne dienen als Indikator, in welchem Maß die benötigte Mathematik den Wettbewerbsteilnehmenden bekannt sein dürfte oder möglicherweise Probleme bereitet. In einer dritten Studie wird untersucht, wie die Teilnehmenden ihr Ausscheiden oder die Qualifikation für die nächste Runde attribuieren und welche Zusammenhänge sich mit ihrem fachspezifischen Selbstkonzept in Physik sowie in Mathematik finden lassen. Physics competitions like the German Physics Olympiad aim at strengthening students' interest in physics, fostering their physics competencies and contributing to ensure a sufficient amount of personnel in the field of STEM. However, if participants get negative feedback on their performance, for instance by failing early in the competition, they might conclude that they are not good enough at physics. This could harm their physics self-concept and let them turn to other domains, so the competitions' goals would be missed. Additionally, to solve the tasks in the German Physics Olympiad, both physics and mathematics knowledge is needed. So, students’ failure could be due to a lack of the physics or mathematics knowledge required. Using the German Physics Olympiad as an example, this dissertation investigates: whether mathematical requirements can indeed be a problem in physics competitions, which causes participants perceive as relevant for their competition result, and how their self-concept is affected. In a first study, sample solutions of tasks used in the German Physics Olympiad are analyzed to identify their mathematical requirements. In a second study, the identified mathematical requirements are compared to Gymnasium mathematics curricula from four federal states to estimate to what extent the participants should be expected to possess the needed mathematics knowledge. A third study examines the participants’ perception of the causes of their competitions result, i.e. qualifying or not qualifying for the next selection round (hereafter referred to as attributions). Additionally, relationships between the participants’ attributions and their physics as well as mathematics self-concept are investigated.