"Steigerung der Effizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts"

Dieses Papier stellt den Ansatz vor, der dem Programm zur Steigerung der Effizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts zugrunde liegt.

Hintergrund des Programms

Die Ergebnisse der TIMS-Studie haben in Deutschland starke öffentliche Resonanz gefunden. Im Blickpunkt standen die Ergebnisse des internationalen Leistungsvergleichs, bei dem die deutschen Schülerinnen und Schüler im Mittelfeld lagen. Die detaillierten Befunde, die von der Arbeitsgruppe um J. Baumert vorgelegt wurden, gewinnen jedoch unter bildungstheoretischen Gesichtspunkten besondere Bedeutung. So zeigt der deutsche TIMSS-Bericht zum Beispiel, daß relativ große Anteile der Schülerinnen und Schüler hierzulande besondere Schwierigkeiten mit anspruchsvolleren Aufgaben und ProblemsteIlungen haben, die konzeptuelles Verständnis voraussetzen. Die Leistungsheterogenität ist ungewöhnlich groß; bei einem nennenswerten Anteil der 7. und 8. Jahrgangsstufe liegt das Leistungsniveau nicht über dem der Grundschule. In der längsschnittlichen Betrachtung sind in Deutschland relativ geringe Kompetenzzuwächse zu verzeichnen. Das Interesse an naturwissenschaftlichen Inhalten und Fächern nimmt über die Schulzeit ab; im Vergleich zu den Jungen neigen die Mädchen dazu, ihre mathematisch-naturwissenschaftlichen Fahigkeiten zu unterschätzen.

Das Gutachten zur Vorbereitung des Programms

Fragen nach den Gründen bzw. Bedingungen für den festgestellten Bildungsstand können mit den Surveydaten der internationalen Vergleichsstudie nur unzureichend beantwortet werden. Wichtige Hinweise auf Bedingungen liefern jedoch die Ergebnisse aus der ergänzenden deutschen Längsschnittstudie und aus den detaillierten Unterrichtsanalysen im Rahmen von TIMSS-Video. Berücksichtigt man den aktuellen Stand der (allgemeinen und domänspezifischen) Forschung zum  Lehren und Lernen, dann läßt sich eine Anzahl gut begründeter Vermutungen über Problembereiche  des naturwissenschaftlichen Unterrichts vertreten. Diese Problemzonen werden im "Gutachten zur Vorbereitung eines Programms zur Steigerung der Effzienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts" beschrieben, das von einer Expertengruppe für die BLK-Projektgruppe "Innovationen im Bildungswesen" ausgearbeitet wurde. Curriculare Problemzonen betreffen demzufolge u.a. die unzureichende vertikale Vernetzung und Kohärenz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts und die mangelnde Abstimmung zwischen den mathematisch-naturwissenschaftlichen Fächern. Das in Deutschland vorherrschende Muster eines fragendentwickelnden Unterrichts bedingt eine Engführung auf das Erarbeiten einer einzigen richtigen Lösung. Dieses Skript des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts vermischt Lern- mit Leistungssituationen, es legt den Schwerpunkt auf einfache Routinisierungen und relativ kurzfristige Behaltensleistungen. Die geringe Kumulativität des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts behindert zudem das Erleben von Kompetenzzuwachs und beeinträchtigt die Entwicklung von sachbezogener Lernmotivation und Interesse. Als ein weiterer Problembereich wird das systematische Einführen in naturwissenschaftliches Arbeiten und Argumentieren und das Ausnutzen der Möglichkeiten naturwissenschaftlicher Experimente genannt.

Leitlinien des Programms

Vor diesem Hintergrund hat die Expertengruppe eine Konzeption für das Modellprogramm zur Sicherung und Verbesserung der Qualität des naturwissenschaftlichen Unterrichts vorgeschlagen. Dieser Entwurf ist von der BLK-Projektgruppe angenommen worden. Er bestimmt die Grundzüge des Programms.
Prozesse der Qualitätssicherung und Optimierung von Lehren und Lernen in den mathematisch-naturwissenschaftlichen Fächern sollen auf der Ebene der Schule in Gang gesetzt und mit dem Ziel gestützt werden, diesen eine eigene Dynamik zu geben, die über den Modellversuch hinaus trägt. Diese Konzeption greift die Erkenntnis der Implementationsforschung auf, daß in professionellen Handlungszusammenhängen sich Veränderungen nur dann entwickeln und Bestand haben, wenn diese von den Lehrkräften subjektiv angenommen und erfolgreich in veränderte Handlungsroutinen eingebaut werden können.
Im Rahmen des Modellprogramms soll ein entsprechender Prozeß der Qualitätsentwicklung bezogen auf die allgemeinbildenden Funktionen des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts angeregt und unterstützt werden. Diese Zielperspektive schließt das sicher beherrschte, flexibel anwendbare Grundwissen und das geistig durchdrungene, vielseitig vernetzte und anschlußfähige Orientierungswissen ebenso ein wie das Bewußtsein von der Bedeutung von Mathematik und Naturwissenschaften für das Begreifen der Welt und die eigene Beteiligung am gesellschaftlichen Leben sowie die Bereitschaft, Entwicklungen in diesen Gebieten weiter zu verfolgen bzw. weiter zu lernen.
Das Programm setzt gezielt an den Stärken des mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereichs an, die in der fachlichen Gediegenheit des Unterrichts, der fachlichen Qualifikation und der Unterrichtserfahrung der Lehrkräfte begründet sind. Das Programm schlägt Module zur Auswahl und Bearbeitung an den Schulen und in Schulnetzen vor. Die Module betreffen eingeengte und konkretisierte Problembereiche des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts und enthalten Hinweise auf Bearbeitungsmöglichkeiten.
Grundprinzip ist die Zusammenarbeit von Lehrkräften innerhalb der Fachgruppe einer Schule und längerfristig auch die Abstimmung und Justierung des Unterrichts über die Einzelschule hinweg. Die Arbeit der Schulen wird möglichst maßgeschneidert lokal, regional oder überregional koordiniert und unterstützt. Bei der regionalen Unterstützung sollen vor allem die Schulaufsicht, die Landesinstitute und Fortbildungseinrichtungen der Länder zusammenwirken. Der zentrale Programmträger (IPN, Kiel) übernimmt die Aufgabe der fachlichen Koordination, der wissenschaftlichen Beratung (im Bereich der Naturwissenschaften und in ihren Didaktiken sowie zu Fragen des Lernens und Lehrens), der Ergebnissicherung und der zentralen Koordinierung des Austausches zwischen den Schulen. Für die fachliche und fachdidaktische Betreuung im Bereich der Mathematik zeichnet das ISB in München in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Mathematik und Ihre Didaktik an der Universität Bayreuth verantwortlich. Neben der Unterstützung der Pilot und Netzwerkschulen bei der Umsetzung und Dokumentation ihrer Arbeitsprogramme wird der Programmträger, wo erforderlich, zusätzlichen (z.B. lernpsychologischen oder fachdidaktischen) Sachverstand einholen oder beispielhafte Entwicklungsarbeiten zu besonders komplizierten und aufwendigen Problembereichen in Auftrag geben. Das Programm setzt also auf einen langfristigen, kontinuierlichen und letztlich professionellen Prozeß der Optimierung des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts, unter Anregung und Stützung von wissenschaftlicher Seite auf dem aktuellen Stand von LehrLernForschung und Fachdidaktik.

Die Module

Die inhaltlichen Schwerpunkte, die im Rahmen der Qualitätsentwicklung bearbeitet werden sollen, sind in 11 Modulen beschrieben. Die im Gutachten der Expertengruppe nur knapp umrissenen Module stehen in einem abgestimmten Gesamtzusammenhang. Sie sind im Kontext von Zielen der mathematisch-naturwissenschaftlichen Grundbildung und von wissenschaftlich fundierten Prinzipien des Lehrens und Lernens zu interpretieren und zu konkretisieren. Dabei können und sollen die Schulen Besonderheiten ihrer lokalen und regionalen Bedingungen berücksichtigen.
Im einzelnen betreffen die Module folgende thematische Bereiche:

Modul 1: Weiterentwicklung einer Aufgabenkultur im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht

Modul 2: Naturwissenschaftliches Arbeiten

Modul 3: Aus Fehlern lernen

Modul 4: Sicherung von Basiswissen Verständnisvolles Lernen auf unterschiedlichen Niveaus

Modul 5: Zuwachs von Kompetenz erfahrbar machen: Kumulatives Lernen

Modul 6: Fächergrenzen erfahrbar machen: Fachübergreifendes und fächerverbindendes Arbeiten

Modul 7: Förderung von Mädchen und Jungen

Modul 8: Entwicklung von Aufgaben für die Kooperation von Schülern

Modul 9: Verantwortung für das eigene Lernen stärken

Modul 10: Prüfen: Erfassen und Rückmelden von Kompetenzzuwachs

Modul 11: Qualitätssicherung innerhalb der Schule und Entwicklung schulübergreifender Standards

Bis zum Beginn des Programms werden zu diesen Modulen Handreichungen für die Schulen entwickelt. Die Handreichungen enthalten ausführlichere Darstellungen der entsprechenden Problemzonen und des diesbezüglichen Forschungsstandes. Sie sollen den jeweiligen Problembereich strukturieren und aus der Fachperspektive akzentuieren, Möglichkeiten der Bearbeitung skizzieren und auf eventuelle Schwierigkeiten hinweisen. Die Handreichungen enthalten zur Veranschaulichung auch Beispiele, jedoch keine Vorschläge für Maßnahmen, die einfach übernommen und umgesetzt werden können.

Auf der Grundlage dieser Handreichungen sollten die Schulen beginnen können, die von ihnen ausgewählten Module zu bearbeiten. Die Handreichungen helfen den Lehrkräften bzw. Schulen, die Problemstellungen zu konkretisieren und zu präzisieren. Für eingeengte Arbeitsvorhaben sind schnellere Fortschritte zu erwarten. Klar definierte Ziel und Problemstellungen erleichtern die Unterstützung und den Austausch; sie sind zudem erforderlich, um die erarbeiteten Lösungsvorschläge beurteilen und die Ergebnisse sichern zu können.

Ergänzend erhalten die Schulen Handreichungen über schulbezogene Maßnahmen zur Steigerung der Sichtbarkeit und Akzeptanz von Mathematik und Naturwissenschaften.

Arbeitsschritte bei der Qualitätsentwicklung

Wenn die Entscheidung für die Bearbeitung eines Moduls gefallen ist, kann der Optimierungsprozeß beginnen. Im folgenden werden drei Phasen der Qualitätsentwicklung mit mehreren Teilschritten unterschieden. die in etwa die Logik des Vorgehens an den Schulen kennzeichnen:

Phase I: Optimierungsbedarf / Problem bestimmen

(1) Optimierungsbedarf bzw. Probleme bewußt machen
(2) Probleme akzeptieren
(3) Probleme konkretisieren
(4) Problem auswählen und sich vornehmen
(5) Problem definieren: Ziel und Ausgangslage
Phase II: Lösungen erarbeiten

(6) Teilprobleme unterscheiden
(7) Ansprüche an Lösungen bestimmen
(8) Hilfreiches Wissen suchen
(9) Lösungen generieren
(10) Realisierbarkeit und Anwendungsbedingungen prüfen
Phase III: Lösungen umsetzen und überprüfen

(11) Handlungsschritte und Umsetzung durchspielen
(12) Neue Lösung unter normalen Bedingungen umsetzen
(13) Zielerreichung überprufen
(14) Lösungen unter variierenden Umständen erproben
(15) Neuen Zugang routinisieren
Entsprechende Qualitätsentwicklungszyklen können selbstverständlich wiederholt an unterschiedlichen ProblemsteIlungen durchlaufen werden. Rahmenbedingungen für die Qualitätsentwicklung

Die Leitlinien des Programms legen nahe, die Optimierung des Lehrens und Lernens in den mathematisch-naturwissenschaftlichen Fächern als professionelle Aufgabe zu sehen, die nur in Kooperation sinnvoll bearbeitet werden kann. Unhintergehbare Kooperationseinheit ist die Arbeitsgruppe an der jeweiligen Schule. Der Austausch mit den Schulen im Netz wird intensiv zu pflegen sein, um zu erfahren, wie Probleme andernorts wahrgenommen oder gelöst werden, um Anregungen und Tips zu bekommen, vor allem aber auch, um die eigenen Entwicklungen unter anderen Umständen erproben zu können. Aber auch das überregionale Netzwerk von Schulen stellt eine Wissensbasis bereit, zu der beigetragen und von der profitiert werden kann.

Essentiell ist selbstverständlich auch die Kooperation mit den regionalen und zentralen Koordinierungsstellen. Letztere hat nicht nur die Funktion, Handreichungen bereitzustellen. Sie hilft mit Rat und Tat bei allen inhaltlichen, didaktischen und technischen Problemen weiter.

Die zentrale Koordinierungsstelle am IPN wird weitere Hilfsmittel und Werkzeuge für die Qualitätsentwicklung vorbereiten. Es handelt sich um Vorgaben bzw. Formate für die Dokumentation der Arbeiten, die an den Schulen in Angriff genommen und geleistet wurden. Ein einheitliches Dokumentationsformat ist notwendige Voraussetzung für einen effektiven Informationsaustausch, für die Sicherung eines Erkenntnisfortschritts und für das Nutzen von sozial erarbeitetem Wissen bis hin zur Gewährleistung von konstruktiver Beratung. Damit der Dokumentationsaufwand für die Schulen in einem vertretbaren Rahmen bleibt, werden Protokollvorlagen (Dateien) vorbereitet. Um allen am Programm beteiligten Schulen Zugriff auf diese (und andere) Ressourcen zu gestatten, wird ein Server eingerichtet. Er dient als technisches Hilfsmittel für die Erleichterung von Informationsaustausch und Kooperationen zwischen den Schulen und mit den Koordinatoren. Eine weitere wichtige Dienstleistung der zentralen Koordinierungsstelle betrifft die Unterstützung bei der internen, formativen Evaluation der Entwicklungen bzw. Maßnahmen, die an den Schulen ausgearbeitet werden. Die Optimierung von Unterricht setzt voraus, daß Verbesserungsvorschläge erprobt und kriterienbezogen auf ihre Wirksamkeit geprüft werden. Es gibt ein breites Spektrum von Evaluationsverfahren, die von Lehrkräften in den Schulen ohne großen Aufwand eingesetzt werden. Die Koordinierungsstelle wird Vorlagen für Verfahren bereitstellen, die unter verschiedenen Zwecksetzungen und Zielstellungen eingesetzt werden können.

Neben dieser internen Evaluation wird eine externe Evaluation des Modellversuchsprogramms im Auftrag des wissenschaftlichen Beirates erfolgen. Diese wissenschaftliche Begleitung wird in den ersten Jahren des Programms vorwiegend prozeßorientiert / formativ angelegt sein. Auf längere Sicht sind jedoch auch im Rahmen dieser externen wissenschaftlichen Begleitung summative Erfolgskontrollen vorgesehen. Kriterien für diese Evaluation werden in Abstimmung mit der Koordinierungsstelle festgelegt werden.