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MINT-Kompetenzen: Die Problematiken des naturwissenschaftlichen Primarschulunterrichts

Im Zusammenhang mit Naturwissenschaften hört man die kecke Abkürzung schon lange: MINT steht für Mathematik, Information, Naturwissenschaften und Technik, und hat sich bereits länger nun etabliert. Dass man sie aber auch in Zusammenhang mit dem Primarunterricht setzt, ist noch nicht allzu lange der Fall.

Unbeliebt gleich ungeliebt?

Als kleines Mädchen hatte ich ein Experimentierbuch, in welchem mir erklärt würde, was ich alles für ein Schnurtelefon benötige, wie ich es zusammenbaue und wieso es so funktioniert, wie es funktioniert. Diese Telefone habe ich sicher zigmal gebastelt und fand sie immer wieder klasse. Man braucht kaum Materialien für diesen kleinen Zaubertrick: Becher, Schnur und einen guten Kumpel auf der anderen Seite der Leitung. Ich kann mich an nur wenige solche Experimente in der Primarschule erinnern. An eine Sonnenuhr, an die Kaulquappen, die wir in einem Aquarium beobachten konnten. An den Besuch im Naturama, aber das zählt ja kaum als Experiment.

Ich studiere mittlerweile Mathematik in Basel, welches zu den Fächern gehört, in welchem die Schweiz in der sogenannten PISA-Studie 2015 in Europa am besten abgeschnitten hat. Ich studiere trotzdem nur ungefähr mit fünfzehn bis zwanzig weiteren Personen im selben Jahrgang, der Physikjahrgang hat gerade mal noch elf Personen. An einer Uni, die über 12‘000 Studierende hat. Natürlich: In der Biologie, Pharmazie oder den Geowissenschaften lassen sich weit mehr Studierende finden. Trotzdem: Mittlerweile gibt es viel zu wenige Akademiker der Naturwissenschaften. Seit einem knappen Jahrzehnt wird deshalb im erziehungswissenschaftlichen Diskurs in der Schweiz und international vermehrt diskutiert, wie Naturwissenschaften bereits in den Primarschulen nachhaltig vermitteln werden sollten.

Problematiken der Potentialnutzung

Woher kommt der Mangel? Zum einen wurde in grossen Studien belegt, dass für Kinder unterschiedlicher sozialer Herkunft in den Naturwissenschaften keine Chancengleichheit herrscht: Kinder aus benachteiligten Milieus haben aus unterschiedlichen Gründen oft ein Defizit in der sprachlichen und kognitiven Entwicklung. Besonders schlimm ist das, weil vorhandene, womöglich wundervolle Potentiale nicht genutzt werden können.

Doch nicht nur die soziale Benachteiligung spielt eine Rolle, sondern auch die Geschlechterspezifischen Prototyp-Vorstellungen, die ein naturwissenschaftlicher Beruf auslöst. Nicht selten stellt man sich unter einer Person im IT-Beruf eine männliche Person vor. Dass diese Rollenbilder ein weitaus grösseres Ausmass haben, als man sich das vorstellen würde, zeigen Befragungen von Mädchen im Primarstufenalter: Viele schätzen ihre Fähigkeiten und Begabungen im mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich viel schlechter ein, als diese in Wahrheit sind.

Gefahren des hands-on-Unterrichts

Weiter zeigt sich, dass Prüfungssituationen im Unterricht zwar unabdingbar sind, aber die Aneignung von Kompetenzen eher verhindern als zulassen. Sogenanntes „learning to the test“ und insbesondere das von Lehrern betriebene „teaching to the test“ verhindern, grössere Sachverhalte zu bearbeiten und verleiten Lehrpersonen oft dazu, lediglich einzelne Wissenselemente für den Test zu vermitteln. Und dass Naturwissenschaften kaum Spass machen, wenn ein grösserer Zusammenhang oder der Nutzen davon nicht erkannt werden kann, ist kein Wunder.

Dieses Problem bergen auch Initiativen, die „Hands-on“ Experimente im Unterricht fördern wollen. Solche Projekte stellen häufig Experimentierkästen zur Verfügung, ohne dass später wirklich die naturwissenschaftlichen Zusammenhänge des Experimentes aufgegriffen werden können. Ein selbstgebasteltes Telefon ist zwar schön und gut, aber birgt die Gefahr, dass das Kind schlussendlich nicht versteht, warum man aus dem Becher die Stimme des anderen hört. Das Ergebnis: Reine Hands-on Experimente im Unterricht wurden in einer Studie aus dem Jahr 2010 als nicht wirksam eingestuft.

Es beim klassischen Unterricht belassen?

Dagegen steht der klassische Unterricht, in welchem die reine Theorie vermittelt wird. Dieser ist ebenso unerlässlich wie schriftliche Prüfungen, aber auch hier muss die Art und die Auswirkung des Unterrichtsmodels untersucht werden. In einer Befragung, wie Schulkinder die Körpergrösse ihrer Lehrerin schätzen würden, bekamen die Forscher Antworten zwischen vierzig Zentimeter und vier Meter. Zwischen den Einheiten die Zentimeter und Meter können die Kinder aber problemlos hin und her springen. Das Defizit ist unübersehbar.

Papier-Unterricht ist zu einseitig, Hands-on Unterricht nicht wirksam – das Ziel wäre nun also einen mit unterschiedlichen, wirksamen Methoden gespickten Unterricht zu gestalten, und das (in Anbetracht der Anteile an naturwissenschaftlichen Unterrichtseinheiten) noch möglichst zeiteffizient. Diese Problemstellung ist nicht ganz einfach, was die gesamte Forschung in diesem Bereich auch so anspruchsvoll macht. Immer wieder werden Projekte insbesondere auf Primarschulebene aufgezogen und wieder fallen gelassen. Das „minds-on“, also das Sprechen über das, was gemacht wird, und wieso das Ergebnis des Experimentes so ist, wie es ist, wird zu wenig mit einbezogen, das Projekt wirkt nicht nachhaltig.

Wichtige Projekte als Beitrag zur Lösung des Problems

Einen guten Anfang bilden Projekte, die die Brücke zwischen Experiment und Erklärung schlagen möchten. Dabei spielt der Anteil an der Vermittlung des Wissenschaftsverständnisses eine massgebliche Rolle, wie verschiedene Untersuchungen in den USA zeigen.
Das sogenannte MINT-Lernzentrum der ETH Zürich versucht, genau diese Lücke zu füllen. Mit sogenannten KiNT-Koffern werden Inhalte zu Themen wie „Luft und Luftdruck“ oder „Schwimmen und Sinken“ vermittelt, und zwar nachhaltig, wie aus Befragungen ein Jahr nach dem Unterricht an verschiedenen Schulen hervorgeht. Tatsächlich ist sogar hervorgegangen, dass Mädchen wie Jungen fast gleichgut von den Unterrichtseinheiten profitiert haben.

Das MINT-Lernzentrum unterstützt auch das Project Rosie und die dazugehörige Lern-App. Die am Anfang erwähnten Defizite werden gezielt zu überbrücken versucht: Zum Beispiel werden die Kosten für die App mit einem Ausgleich zugunsten von bedürftigen Familien und Kinder gestaltet, für sie wird die App deutlich billiger ausfallen. Zudem werden mit der App auch gezielt Mädchen angesprochen.
Rosie versucht als Lern-App, narrativ naturwissenschaftliche Lerninhalte zu vermitteln. Die Kinder sollen dem kleinen Roboter dabei helfen, die Welt, auf der sie gelandet ist, also unsere Erde, zu verstehen. Erste Befragungen haben ergeben, dass die Kinder, ohne dies wirklich aktiv mitzubekommen, die vermittelten Sachverhalte der Naturwissenschaften auch wirklich gelernt haben.

Projekte in der Gestalt des MINT-Lernzentrums und des Rosie Projects lohnen sich. Der Mangel an Fachkräften im mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich ist in der Schweiz signifikant, wie 2014 „Die Volkswirtschaft“, das Magazin für Wirtschaftspolitik, berichtet. Deshalb sollte bereits früh im Kindsalter das Potential des Verständnisses für die Naturwissenschaften, die Mathematik und die Informatik genutzt werden, damit dieses Defizit in naher Zukunft gemindert werden kann.

Quellen:

NZZ-Artikel vom 6.12.1016: Bestnoten für Schweizer Schüler im Fach Mathematik: https://www.nzz.ch/schweiz/pisa-studie-2015-schweizer-15-jaehrige-rechnen-europaweit-am-besten-ld.132847

Dr. Salivsberg, Alexander (2014): Der Arbeitsmarkt für technisch-naturwissenschaftliche Berufe
ist nach wie vor angespannt. In: Die Volkswirtschaft (6-2014).

Labudde, Peter; Möller, Kornelia (2012): Stichwort: Naturwissenschaftlicher Unterricht. In: Zeitschrift für Erziehungswissenschaften (15:11-36, 2012).

Akten der Veranstaltung in der Reihe „Zukunft Bildung Schweiz“ vom 23. und 24. Oktober 2012: Förderung der MINT-Kompetenzen zur Stärkung des Bildungs-, Wirtschafts- und Wissenschaftsstandorts Schweiz.

Sascha Bernholt (Hg.) (2013): Inquiry-based Learning – Forschendes Lernen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik Jahrestagung in Hannover 2012. IPN: Kiel.

MINT-Lernzentrum der ETH Zürich: http://www.educ.ethz.ch/lernzentren/mint-lernzentrum/ueber-das-mint-lernzentrum/wie-wir-arbeiten.html

Prenzel, Manfred; Reiss Kristina; Hasselhorn, Markus ( : Förderung der Kompetenzen von Kindern und Jugendlichen. In: Joachim Milberg (Hg.): Förderung des Nachwuchses in Technik und Naturwissenschaft: Beiträge zu den Zentralen Handlungsfeldern. Berlin, Heidelberg: Springer Verlag 2009.

Fischer, Claudia; Karen, Rieck; Prenzel, Manfred (Hg.) (2010): Naturwissenscahften in der Grundschule. Neue Zugänge entdecken. Seelze: Friedrich Verlag GmbH.

MINT-Kompetenzen: Die Problematiken des naturwissenschaftlichen Primarschulunterrichts

Im Zusammenhang mit Naturwissenschaften hört man die kecke Abkürzung schon lange: MINT steht für Mathematik, Information, Naturwissenschaften und Technik, und hat sich bereits länger nun etabliert. Dass man sie aber auch in Zusammenhang mit dem Primarunterricht setzt, ist noch nicht allzu lange der Fall.

Unbeliebt gleich ungeliebt?

Als kleines Mädchen hatte ich ein Experimentierbuch, in welchem mir erklärt würde, was ich alles für ein Schnurtelefon benötige, wie ich es zusammenbaue und wieso es so funktioniert, wie es funktioniert. Diese Telefone habe ich sicher zigmal gebastelt und fand sie immer wieder klasse. Man braucht kaum Materialien für diesen kleinen Zaubertrick: Becher, Schnur und einen guten Kumpel auf der anderen Seite der Leitung. Ich kann mich an nur wenige solche Experimente in der Primarschule erinnern. An eine Sonnenuhr, an die Kaulquappen, die wir in einem Aquarium beobachten konnten. An den Besuch im Naturama, aber das zählt ja kaum als Experiment.

Ich studiere mittlerweile Mathematik in Basel, welches zu den Fächern gehört, in welchem die Schweiz in der sogenannten PISA-Studie 2015 in Europa am besten abgeschnitten hat. Ich studiere trotzdem nur ungefähr mit fünfzehn bis zwanzig weiteren Personen im selben Jahrgang, der Physikjahrgang hat gerade mal noch elf Personen. An einer Uni, die über 12‘000 Studierende hat. Natürlich: In der Biologie, Pharmazie oder den Geowissenschaften lassen sich weit mehr Studierende finden. Trotzdem: Mittlerweile gibt es viel zu wenige Akademiker der Naturwissenschaften. Seit einem knappen Jahrzehnt wird deshalb im erziehungswissenschaftlichen Diskurs in der Schweiz und international vermehrt diskutiert, wie Naturwissenschaften bereits in den Primarschulen nachhaltig vermitteln werden sollten.

Problematiken der Potentialnutzung

Woher kommt der Mangel? Zum einen wurde in grossen Studien belegt, dass für Kinder unterschiedlicher sozialer Herkunft in den Naturwissenschaften keine Chancengleichheit herrscht: Kinder aus benachteiligten Milieus haben aus unterschiedlichen Gründen oft ein Defizit in der sprachlichen und kognitiven Entwicklung. Besonders schlimm ist das, weil vorhandene, womöglich wundervolle Potentiale nicht genutzt werden können.

Doch nicht nur die soziale Benachteiligung spielt eine Rolle, sondern auch die Geschlechterspezifischen Prototyp-Vorstellungen, die ein naturwissenschaftlicher Beruf auslöst. Nicht selten stellt man sich unter einer Person im IT-Beruf eine männliche Person vor. Dass diese Rollenbilder ein weitaus grösseres Ausmass haben, als man sich das vorstellen würde, zeigen Befragungen von Mädchen im Primarstufenalter: Viele schätzen ihre Fähigkeiten und Begabungen im mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich viel schlechter ein, als diese in Wahrheit sind.

Gefahren des hands-on-Unterrichts

Weiter zeigt sich, dass Prüfungssituationen im Unterricht zwar unabdingbar sind, aber die Aneignung von Kompetenzen eher verhindern als zulassen. Sogenanntes „learning to the test“ und insbesondere das von Lehrern betriebene „teaching to the test“ verhindern, grössere Sachverhalte zu bearbeiten und verleiten Lehrpersonen oft dazu, lediglich einzelne Wissenselemente für den Test zu vermitteln. Und dass Naturwissenschaften kaum Spass machen, wenn ein grösserer Zusammenhang oder der Nutzen davon nicht erkannt werden kann, ist kein Wunder.

Dieses Problem bergen auch Initiativen, die „Hands-on“ Experimente im Unterricht fördern wollen. Solche Projekte stellen häufig Experimentierkästen zur Verfügung, ohne dass später wirklich die naturwissenschaftlichen Zusammenhänge des Experimentes aufgegriffen werden können. Ein selbstgebasteltes Telefon ist zwar schön und gut, aber birgt die Gefahr, dass das Kind schlussendlich nicht versteht, warum man aus dem Becher die Stimme des anderen hört. Das Ergebnis: Reine Hands-on Experimente im Unterricht wurden in einer Studie aus dem Jahr 2010 als nicht wirksam eingestuft.

Es beim klassischen Unterricht belassen?

Dagegen steht der klassische Unterricht, in welchem die reine Theorie vermittelt wird. Dieser ist ebenso unerlässlich wie schriftliche Prüfungen, aber auch hier muss die Art und die Auswirkung des Unterrichtsmodels untersucht werden. In einer Befragung, wie Schulkinder die Körpergrösse ihrer Lehrerin schätzen würden, bekamen die Forscher Antworten zwischen vierzig Zentimeter und vier Meter. Zwischen den Einheiten die Zentimeter und Meter können die Kinder aber problemlos hin und her springen. Das Defizit ist unübersehbar.

Papier-Unterricht ist zu einseitig, Hands-on Unterricht nicht wirksam – das Ziel wäre nun also einen mit unterschiedlichen, wirksamen Methoden gespickten Unterricht zu gestalten, und das (in Anbetracht der Anteile an naturwissenschaftlichen Unterrichtseinheiten) noch möglichst zeiteffizient. Diese Problemstellung ist nicht ganz einfach, was die gesamte Forschung in diesem Bereich auch so anspruchsvoll macht. Immer wieder werden Projekte insbesondere auf Primarschulebene aufgezogen und wieder fallen gelassen. Das „minds-on“, also das Sprechen über das, was gemacht wird, und wieso das Ergebnis des Experimentes so ist, wie es ist, wird zu wenig mit einbezogen, das Projekt wirkt nicht nachhaltig.

Wichtige Projekte als Beitrag zur Lösung des Problems

Einen guten Anfang bilden Projekte, die die Brücke zwischen Experiment und Erklärung schlagen möchten. Dabei spielt der Anteil an der Vermittlung des Wissenschaftsverständnisses eine massgebliche Rolle, wie verschiedene Untersuchungen in den USA zeigen.
Das sogenannte MINT-Lernzentrum der ETH Zürich versucht, genau diese Lücke zu füllen. Mit sogenannten KiNT-Koffern werden Inhalte zu Themen wie „Luft und Luftdruck“ oder „Schwimmen und Sinken“ vermittelt, und zwar nachhaltig, wie aus Befragungen ein Jahr nach dem Unterricht an verschiedenen Schulen hervorgeht. Tatsächlich ist sogar hervorgegangen, dass Mädchen wie Jungen fast gleichgut von den Unterrichtseinheiten profitiert haben.

Das MINT-Lernzentrum unterstützt auch das Project Rosie und die dazugehörige Lern-App. Die am Anfang erwähnten Defizite werden gezielt zu überbrücken versucht: Zum Beispiel werden die Kosten für die App mit einem Ausgleich zugunsten von bedürftigen Familien und Kinder gestaltet, für sie wird die App deutlich billiger ausfallen. Zudem werden mit der App auch gezielt Mädchen angesprochen.
Rosie versucht als Lern-App, narrativ naturwissenschaftliche Lerninhalte zu vermitteln. Die Kinder sollen dem kleinen Roboter dabei helfen, die Welt, auf der sie gelandet ist, also unsere Erde, zu verstehen. Erste Befragungen haben ergeben, dass die Kinder, ohne dies wirklich aktiv mitzubekommen, die vermittelten Sachverhalte der Naturwissenschaften auch wirklich gelernt haben.

Projekte in der Gestalt des MINT-Lernzentrums und des Rosie Projects lohnen sich. Der Mangel an Fachkräften im mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich ist in der Schweiz signifikant, wie 2014 „Die Volkswirtschaft“, das Magazin für Wirtschaftspolitik, berichtet. Deshalb sollte bereits früh im Kindsalter das Potential des Verständnisses für die Naturwissenschaften, die Mathematik und die Informatik genutzt werden, damit dieses Defizit in naher Zukunft gemindert werden kann.

Quellen:

NZZ-Artikel vom 6.12.1016: Bestnoten für Schweizer Schüler im Fach Mathematik: https://www.nzz.ch/schweiz/pisa-studie-2015-schweizer-15-jaehrige-rechnen-europaweit-am-besten-ld.132847

Dr. Salivsberg, Alexander (2014): Der Arbeitsmarkt für technisch-naturwissenschaftliche Berufe
ist nach wie vor angespannt. In: Die Volkswirtschaft (6-2014).

Labudde, Peter; Möller, Kornelia (2012): Stichwort: Naturwissenschaftlicher Unterricht. In: Zeitschrift für Erziehungswissenschaften (15:11-36, 2012).

Akten der Veranstaltung in der Reihe „Zukunft Bildung Schweiz“ vom 23. und 24. Oktober 2012: Förderung der MINT-Kompetenzen zur Stärkung des Bildungs-, Wirtschafts- und Wissenschaftsstandorts Schweiz.

Sascha Bernholt (Hg.) (2013): Inquiry-based Learning – Forschendes Lernen. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik Jahrestagung in Hannover 2012. IPN: Kiel.

MINT-Lernzentrum der ETH Zürich: http://www.educ.ethz.ch/lernzentren/mint-lernzentrum/ueber-das-mint-lernzentrum/wie-wir-arbeiten.html

Prenzel, Manfred; Reiss Kristina; Hasselhorn, Markus ( : Förderung der Kompetenzen von Kindern und Jugendlichen. In: Joachim Milberg (Hg.): Förderung des Nachwuchses in Technik und Naturwissenschaft: Beiträge zu den Zentralen Handlungsfeldern. Berlin, Heidelberg: Springer Verlag 2009.

Fischer, Claudia; Karen, Rieck; Prenzel, Manfred (Hg.) (2010): Naturwissenscahften in der Grundschule. Neue Zugänge entdecken. Seelze: Friedrich Verlag GmbH.