Pisa Mission: Forschergeist wecken

Der Naturwissenschaftsunterricht ist besser geworden, aber die Stundenpläne stören

Klaus-Peter Haupt ist aus Entsetzen Physiklehrer geworden. So formuliert er das zumindest selbst. »Ich hatte mein Schlüsselerlebnis mit zwölf Jahren, als ich von einer Sternwarte aus den Himmel beobachtet hatte. Ich wollte meinen gleichaltrigen und erwachsenen Freunden davon erzählen – und musste feststellen, dass keiner eine Ahnung hatte, was Sterne eigentlich sind.« Soeben wurde der diplomierte Astrophysiker aus Kassel von der Universität Oldenburg als Naturwissenschaftslehrer des Jahres ausgezeichnet. Das Entsetzen aber ist nicht vollständig gewichen.

Gerade im Physik-, Chemie- und Biologieunterricht hat sich seit dem Schock über die schlechten Ergebnisse in der Pisa-Vorgängerstudie Timss (Third International Mathematics and Science Study) Ende der 1990er Jahre viel geändert. Damals lagen die deutschen Ergebnisse im internationalen Vergleich im unteren Bereich. Tatsächlich haben sich die deutschen Schüler in den Naturwissenschaften jetzt deutlich verbessert und den Pisa-Durchschnitt hinter sich gelassen. Nach der Meinung von Bildungsexperten aber sind noch einige Baustellen offen.

Was ist eigentlich guter naturwissenschaftlicher Unterricht? Nehmen wir ein Beispiel aus der Praxis von Klaus-Peter Haupt – die Betrachtung der optischen Brechung. Die klassische und hierzulande lange zelebrierte Lehrweise wäre laut Haupt: Der Lehrer erklärt Brechung zunächst anhand des Lichtstrahls, der auf eine Wasseroberfläche trifft. Dann ersetzt er das Wasser zuerst durch eine gerade, anschließend durch eine gekrümmte Glasfläche. »Wenn ich auf diesem Weg bei der Linse ankomme, sind die Schüler eingeschlafen«, sagt Haupt. »Deswegen fange ich mit dem Spannendsten an: Ich zeige, dass man mit einer Linse das vergrößerte Abbild einer Kerze an die Wand projizieren kann, das dann umgekehrt erscheint. Das beeindruckt die Schüler!« Sie stellen Fragen, und Haupt lässt sie selbst nach Antworten suchen.

Dies ist auch der Ansatz von Sinus (Steigerung der Effizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts) und Sinus-Transfer, zweier erfolgreicher Modellversuche, in denen Lehrer und Bildungswissenschaftler seit dem Timss-Schock an der Verbesserung des naturwissenschaftlichen Unterrichts arbeiten. »Hierzulande wurde lange nach der Butterbrotmethode unterrichtet«, sagt Jürgen Langlet vom Verein zur Förderung des mathematischen und naturwissenschaftlichen Unterrichts (MNU), in dem engagierte Fachlehrer organisiert sind. Das heißt: »Der Lehrer gibt Inhalte vor, die Schüler schlucken«, erklärt Langlet. Nur: Sie schlucken eben nicht alles. Das mag beispielsweise in Japan funktionieren, wie Langlet erforscht hat, weil dort der Druck auf die Schüler so stark ist, dass sie trotz großer Klassen und Frontalunterricht Inhalte aufnehmen. »Hierzulande funktionierte das aber höchstens noch im wilhelminischen Zeitalter«, sagt Langlet.

Die neue Methodik, die durch Sinus-Transfer und weitere Projekte verbreitet wird, besteht darin, dass sich die Schüler die Inhalte selbst erarbeiten und mehr experimentieren. Zudem werden Themen aus ihrer Alltagserfahrung aufgegriffen. Offene Unterrichtsstrukturen und Motivation sind die Zauberworte – die möglicherweise auch für den Pisa-Erfolg gesorgt haben. »Es geht darum, die Schüler zu begeistern«, sagt Klaus-Peter Haupt.

Allerdings dauert es, bis die Inhalte der zahlreichen außerschulischen Fortbildungen an allen Schulen ankommen. »Jemand, der 30 Jahre lang im Schuldienst gearbeitet hat, kann nicht von heute auf morgen seine Methoden umstellen«, räumt der Vorsitzende des MNU, Arnold a Campo, ein. Zudem würden die neuen Ideen zwar auf Fortbildungen, jedoch noch nicht in der Lehrerbildung an den Universitäten verbreitet.

Ein weiteres Problem, das noch nicht behoben ist, sind die Stundenpläne. »In der fünften und sechsten Klasse, wenn die Schüler sich sehr stark für die Naturwissenschaften interessieren, bietet die Schule ihnen nur Biologieunterricht«, sagt Haupt. Danach werden die Fächer mit Lücken serviert. An den Gymnasien in Nordrhein-Westfalen beispielsweise haben die Schüler Biologie von der fünften bis zur neunten Klasse, Physik in der sechsten, dann von der achten bis zur zehnten, und Chemie in der siebten, neunten und zehnten Klasse. »Das ist tödlich für das Interesse!«, sagt der MNU-Vorsitzende a Campo. Zudem bildeten die 45-minütigen Unterrichtseinheiten einen zu engen Rahmen für Experimente.

Daher sorgen die Universitäten und Forschungseinrichtungen durch zusätzliche Schülerlabore und Sommercamps für Nachwuchs. An den Hochschulen kommen derzeit nach der Meinung der Fachverbände genug Studienanfänger in den Naturwissenschaften an. Ihre Zahl ist in den letzten Jahren gestiegen, rund 6000 sind es derzeit in den Biowissenschaften, 8000 in Physik und 6000 in Chemie, nach den Angaben des Verbands Biologie (VBIO), der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh). Während die Schwankungen in der Biologie weniger ausgeprägt sind, unterliegen Physik und Chemie dem sogenannten Schweinezyklus; je nach Arbeitsmarktsituation beginnen mehr oder weniger Abiturienten ein Studium.

Die Studienabbrecherquoten in den ersten Semestern sind mit 30 bis 40 Prozent allerdings nicht gerade niedrig. Hier zeigt sich, dass in den Naturwissenschaften zwischen Schule und Universität immer noch eine Lücke klafft: Fehlende Vorkenntnisse, falsche Vorstellungen und zu wenig Ausdauer sind das Problem. »Viele Studenten stellen fest, dass ihnen die Physik doch zu schwierig ist«, sagt Gerd Ulrich Nienhaus von der DPG. »Nicht jeder ist darauf vorbereitet, dass das Chemiestudium auch hohe Anforderungen in Mathematik und Physik stellt«, räumt Kurt Begitt von der GDCh ein. Dasselbe gilt für die Biologie, die fälschlicherweise immer noch als die »Geisteswissenschaft unter den Naturwissenschaften« gesehen wird, wie Carsten Roller vom VBIO sagt. »Mit Wale retten haben die modernen Biowissenschaften aber wenig zu tun, da herrscht bei einigen ein falsches Bild.«

Angesichts der Abbrecherraten bei gleichzeitig steigendem Bedarf seien die Berufschancen der Absolventen derzeit »sehr gut«, sagen die Fachverbandssprecher - in den Ingenieurwissenschaften sind sie so gut, dass man von einem eklatanten Mangel an qualifizierten Nachwuchskräften sprechen muss.

Hier mag das Imageproblem noch eine Rolle spielen, mit dem die Naturwissenschaften lange zu kämpfen hatten. »Gerade im Bildungsbürgertum galt es lange als schick, von Physik und Chemie keine Ahnung zu haben«, sagt a Campo. Zum stark humanistisch geprägten Menschenbild sei die Technikfeindlichkeit der achtziger Jahre hinzugekommen, geprägt durch Chemie- und Kernkraftunfälle, die erst langsam überwunden werde. Ulrich Nienhaus von der DPG ist aber optimistisch. Die junge Generation sei der Technik zugewandter, beobachtet er. »Die Ansicht setzt sich durch, dass wir im globalen Konzert nur durch die Naturwissenschaften bestehen können.«