Bildungsforschung. Mathematik MINT. im Bereich. Informatik. Naturwissenschaft. Technik

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1 im Bereich MINT Mathematik Informatik Naturwissenschaft Technik

2 2 Vorwort 3 Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik unser Leben im 21. Jahrhundert ist durchdrungen von naturwissenschaftlichen Erkenntnissen und modernen Technologien aus diesen Disziplinen. Es ist ein zentraler Auftrag unseres Bildungswesens, junge Menschen auf ein Leben in einer naturwissenschaftlichtechnisch bestimmten Welt vorzubereiten. Dieser Auftrag muss wissenschaftlich gestützt und begleitet werden. Research-Relevance-Responsibility im Bereich der sogenannten MINT-Fächer (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik) ist sowohl von hoher wissenschaftlicher Relevanz als auch von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung. Damit passt sie exzellent zum Profil der Universität Tübingen, die sich mit ihrem Zukunftskonzept von Research Relevance Responsibility explizit solchen Herausforderungen stellt. In der Empirischen gehen unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schon seit mehreren Jahren Fragen nach, die sich mit der Effektivität naturwissenschaftlichen Unterrichts sowie der Entwicklung des Interesses und der Kompetenz in den MINT- Fächern befassen. Unsere naturwissenschaftliche Fakultät engagiert sich in einem reichen Spektrum an Programmen wie beispielsweise den Studientagen, Schülerlaboren und Masterclasses, die Naturwissenschaften für Kinder und Jugendliche erfahrbar machen. In der Ausbildung von Lehrerinnen und Lehrern für das innovative Fach Naturwissenschaft & Technik (NwT) sind wir Vorreiter in Baden- Württemberg. Um eine schülernahe und anwendungsorientierte, integrierte Qualifizierung zukünftiger Lehrkräfte rund um Naturwissenschaften und Technik zu erzielen, werden die verschiedenen naturwissenschaftlichen Disziplinen in diesem neuen Schulfach gemeinsam unterrichtet. Ausbau der Forschungsaktivitäten In den letzten Jahren ist es gelungen, unsere Aktivitäten in der Empirischen systematisch auszubauen und damit auch der im MINT- Bereich eine optimale Grundlage zu schaffen. Zu nennen sind entsprechende Neuberufungen von Professorinnen und Professoren, die Einwerbung großer Drittmittelprojekte im Bereich der MINT-Forschung und natürlich die Graduiertenschule LEAD, die im Rahmen der Exzellenzinitiative gefördert wird und in der im MINT-Bereich eine wichtige Rolle spielt. Doch all dies ist erst der Anfang. Ein erklärtes Ziel der Eberhard Karls Universität Tübingen ist es, im MINT-Bereich durch die Vernetzung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus der Empirischen, der Fachdidaktik und den naturwissenschaftlich-technischen Disziplinen systematisch auf höchstem Niveau zu betreiben. Nur so können jene belastbaren Erkenntnisse gewonnen und die besten Expertinnen und Experten hervorgebracht werden, die für eine evidenz-orientierte Bildungspolitik und Bildungssteuerung nötig sind, um naturwissenschaftliche Bildung an Schulen und Hochschulen zu entwickeln und zu fördern. Zudem soll unsere im MINT-Bereich wesentlich die Qualitätsentwicklung in unseren naturwissenschaftlichen Lehramtsstudiengängen beeinflussen. Die folgenden Seiten geben schlaglichtartig Einblicke in die Tübinger und in unsere Vision für bildungswissenschaftliche Forschung im MINT-Bereich. Professor Dr. Dr. h. c. Bernd Engler Rektor der Universität Tübingen Es ist ein zentraler Auftrag unseres Bildungswesens, junge Menschen auf ein Leben in einer naturwissenschaftlich-technisch bestimmten Welt vorzubereiten. Professor Dr. Dr. h. c. Bernd Engler, Rektor der Universität Tübingen

3 4 MINT: Eine Herausforderung Unsere Themen 5 Physik, Chemie und Mathematik: Diese Fächer führen die Rangliste der unbeliebtesten Schul- und Studienfächer an, besonders unter jungen Frauen. Während das Interesse an naturwissenschaftlichen Fächern bis ins Jugendalter kontinuierlich abnimmt, wächst die Bedeutung der Errungenschaften aus Naturwissenschaft und Technik im Alltag. Auch die Nachfrage an ingenieur- und naturwissenschaftlich ausgebildetem Nachwuchs in der Wirtschaft steigt weiter an. Schon heute lässt sich beobachten, dass es an hochqualifzierten Fachkräften fehlt sowohl in der betrieblichen Ausbildung als auch bei Hochschulabsolventen. Angesichts dieser Kluft steht die natur wissenschaftlich-technische Bildung in Deutschland vor der drängenden Frage, was getan werden muss, um mehr junge Menschen für Naturwissenschaften zu begeistern und besser auszubilden. Der im Bereich der MINT-Fächer kommt eine wichtige gesamtgesellschaftliche Aufgabe zu, der sich die Junge Menschen für Naturwissenschaft und Technik zu gewinnen dieser Herausforderung stellt sich die Tübinger. Universität Tübingen bewusst stellt, indem die Abteilung Empirische und Pädagogische Psychologie aufgebaut und systematisch gestärkt wurde. Die Tübinger untersucht Fragen nach dem Entwicklungspotential und den Fördermöglichkeiten von Interesse und Kompetenz in den MINT-Fächern im Kontext verschiedener großer Längsschnittuntersuchungen sowie spezieller MINT-Studien in zahlreichen nationalen und internationalen Forschungskooperationen. im MINT-Bereich steht in vielen Staaten gerade im asiatischen Raum, aber auch in den USA, Australien und zahlreichen europäischen Ländern ganz oben auf der Agenda der Forschungsförderung. In Deutschland könnte sich eine ähnliche Entwicklung anbahnen, doch fehlt es bislang an Strukturen und einer Vernetzung, die systematische Forschungsbemühungen effektiver machen könnten. Bislang gibt es bundesweit nur wenige Standorte, die sich explizit bildungswissenschaftliche Forschung zum MINT-Bereich auf die Fahnen geschrieben haben, trotz vielerorts bestehender fach wissenschaftlicher oder fach didaktischer Expertise. Das zentrale Manko in Deutschland liegt in der fehlenden Anbindung fachwissenschaftlicher und fachdidaktischer Forschung an eine moderne Empirische, mit deren Hilfe die Aussagekraft von bildungswissenschaftlichen Studien im MINT-Bereich (Untersuchungsdesign und psychometrischstatistische Analysen) wesentlich verbessert werden kann. Wie bilden sich Kompetenzen im natur wissenschaftlichen Unterricht heraus? Wie können Interesse und wissenschaftliches Denken in den MINT-Fächern stimuliert werden? Zentrale Voraussetzung, um solche Fragestellungen belastbar zu erforschen, ist die Expertise in pädagogisch-psychologischer Diagnostik und Methodenforschung. Erfolgreiche im MINT-Bereich bedarf deshalb in der Regel der engen Kooperation von Fachwissenschaft, Fachdidaktik und Empirischer. Die Universität Tübingen verfügt über eine Empirische, die nicht zuletzt durch den Erfolg in der Exzellenzinitiative ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis gestellt hat. Aufbauend auf dieser Stärke ist die Universität Tübingen entschlossen, die bildungswissenschaftliche Forschung im MINT-Bereich weiterzuentwickeln. Dazu wird die Tübinger Empirische Der Ausbau einer leistungsstarken gehört zu den Schwerpunkten an der Universität Tübingen. ihre diesbezüglichen Partnerschaften inneruniversitär, in Baden-Württemberg, in Deutschland und international weiter ausbauen.

4 6 Unsere Themen 1 MINT-Biographien Wer wird Natur wissenschaftlerin oder Naturwissenschaftler? 7 Empirische Das sind einige unserer Themen! 1 MINT-Biographien Wer wird Naturwissenschaftlerin oder Naturwissenschaftler? 2 MINT-Reformen Welche Wirkung haben Reformen des Bildungssystems? 3 M-INTeresse steigern Wie lassen sich die Wertschätzung des Faches und die Anstrengungsbereitschaft im Mathematik-Unterricht steigern? 4 MINT-Plus Fördern außerunterrichtliche Angebote das Interesse an MINT? 5 MINT-Labor Welche Effekte haben Schülerlabore? 6 min-t Was sind Kompetenzen von Ingenieurinnen und Ingenieuren? 7 MINT-Botschafter Uni besucht Schule! 2,26 Mio. erwerbstätige MINT- Akademiker 0,45 Mio. erwerbstätige MINT- Akademikerinnen Was motiviert junge Menschen, einen naturwissenschaftlichen Beruf zu ergreifen? Unterstützt durch Mittel der Exzellenzinitiative, des Landes Baden-Württemberg sowie der Baden-Württemberg Stiftung, untersucht die Tübinger in mehreren Studien die Interessenentwicklung im MINT- Bereich während der Schulzeit und die Wahl naturwissenschaftlicher Fächer in der Wichtige Ansatzpunkte der Tübinger Bildungsforscher: Warum entscheiden sich junge Menschen für die MINT-Fächer? Wie können sie dabei optimal unterstützt werden? Hochschule. Hierbei kooperieren wir u. a. mit Jacquelynne Eccles (Tübingen Distinguished Guest Professor, University of Michigan, USA), der international führenden Wissenschaftlerin in diesem Bereich, und werten Datensätze wie PISA und TOSCA, eine große Studie zur Transformation des Sekundarschulsystems und akademischen Karrieren, aus. Unsere Studien konnten zeigen, dass die Einschätzung der eigenen Begabung und Fähigkeiten ( Kann ich das? ) sowie die Bewertung des Faches ( Was bringt es mir? ) maßgeblich entscheiden, ob später eine Ausbildung oder ein Studium mit naturwissenschaftlichen Inhalten gewählt werden. Unsere Befunde weisen auch darauf hin, dass beide Dimensionen hoch ausgeprägt sein müssen, damit eine naturwissenschaftliche Ausbildung bzw. Studium für Schülerinnen und Schüler interessant wird. Im Rahmen des Programms MINT-Lehrerbildung der Deutschen Telekom Stiftung untersuchen wir in Kooperation mit der TU München in einem neuen Forschungsprojekt zu Recruitment- und Assessment- Verfahren für angehende Lehramtsstudierende, wie Lehramtsstudierende in den MINT-Fächern durch speziell zugeschnittene Coaching-Angebote in ihrem Studium optimal unterstützt werden können.

5 8 Mit gezielten Bildungsreformen lässt sich das Interesse an MINT-Fächern steigern. 2 MINT-Reformen Welche Wirkung haben Reformen des Bildungssystems? Physikleistung TOSCA Sachsen VOR DER REFORM Nach DER REFORM Gesamt Leistungskurs Grundkurs Abwähler M-INTeresse steigern Wie lassen sich die Wertschätzung des Faches und die Anstrengungsbereitschaft im Mathematik-Unterricht steigern? Unsere Forschung zeigt, dass vermeintlich weiche Faktoren wie die Wahrnehmung der eigenen Fähigkeiten sehr wichtig für eine erhöhte Beteiligung im MINT-Bereich sind. Benjamin Nagengast, Professor für Pädagogische Psychologie 9 Um der vielbeschriebenen Naturwissenschaftsmüdigkeit entgegenzuwirken, wurden in der jüngsten Vergangenheit bereits zahlreiche Maßnahmen zur Förderung von Kompetenzen und Interessen im MINT-Bereich ergriffen. Mit den Oberstufenreformen in verschiedenen Bundesländern untersuchen wir hierbei die vermutlich wichtigsten strukturellen Ansätze der vergangenen Jahre. In unserer Studie zur Reform der gymnasialen Oberstufe in Sachsen, die vom Freistaat Sachsen finanziert wurden, evaluieren wir, wie sich die Veränderung des Leistungskursangebotes sowie der Beleg- und Prüfungspflichten auf die naturwissenschaftliche Kompetenz und das Interesse der Schülerinnen und Schüler auswirkt. Die Daten zeigen, dass die Reform tatsächlich einen Effekt auf die Interessenund Kompetenzentwicklung hatte vor allem die Physik profitierte. In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierten Forschungsprojekt untersuchen wir derzeit zudem die Effekte der Oberstufenreform in Thüringen auf die MINT-Fächer. Die Analysen mit großen Schulleistungsstudien wie PISA und TOSCA zeigen, dass die Bewertung eines Fachs ( Was bringt es mir? ) entscheidend für das jeweilige Engagement des Schülers oder der Schülerin ist. Doch lässt sich diese Bewertung durch den Unterricht verändern? Tatsächlich weisen mehrere internationale Studien darauf hin, dass eine optimale Förderung der positiven Bewertung von MINT-Fächern ein erfolgversprechender Ansatz zur Steigerung des Interesses an diesen Fächern ist. In einer von der DFG und dem Land Baden-Württemberg geförderten Interventionsstudie konnte auch die Tübinger erste Hinweise darauf finden, dass sich die Wertschätzung für Mathematik steigern lässt, wenn man den Schülerinnen und Schülern die Relevanz des Faches vor Augen führt. Die Wertschätzung für die MINT-Fächer lässt sich im Unterricht steigern. Wie das funktionieren kann, zeigen die Tübinger Bildungsforscher.

6 10 4 MINT-Plus Fördern außerunterrichtliche Angebote das Interesse an MINT? 5 MINT-Labor Welche Effekte haben Schülerlabore? 11 Entscheidend für eine erfolgreiche Bildungs forschung im MINT- Bereich ist eine internationale und interdisziplinäre Ausrichtung und die Umsetzung anspruchsvoller Forschungsdesigns. Ulrich Trautwein, Professor für Empirische Gemeinsam mit Partnern in Heidelberg und Ludwigsburg analysieren die Tübinger Bildungsforscher die Effekte von Schülerlaboren auf das Interesse an MINT-Fächern. pressmaster - Fotolia.com Die naturwissenschaftliche Frühförderung des Nachwuchses ist Ziel der derzeit 58 Hector-Kinderakademien in Baden- Württemberg, in denen mehr als begabte und hochbegabte Grundschülerinnen und -schüler gefördert werden können. Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung, die von der Hector Stiftung II Wie sich naturwissenschaftliche Frühförderung auswirkt, erforschen Tübinger Bildungswissenschaftler im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung der Hector-Kinderakademien. finanziert wird, evaluieren wir, wie sich die Teilnahme an diesem Programm auf die persönliche Entwicklung sowie die Interessen- und Kompetenzentwicklung der Grundschüler auswirkt. Zudem erarbeiten wir in Kooperation mit Fachdidaktikern der Chemie, Biologie und Mathematik spezielle MINT-bezogene Angebote für begabte und hochbegabte Kinder und untersuchen die Effekte auf ihr Interesse, ihre naturwissenschaftlichen Kompetenzen und ihr Wissenschaftsverständnis. In kaum einem anderen Bundesland ist die Dichte von Schülerlaboren so hoch wie in Baden-Württemberg. Selbstständiges Experimentieren und Erforschen naturwissen schaftlicher Fragestellungen bilden den Kern eines Besuchs im Schüler labor. Durch das Erleben von Wissenschaft soll dem Interessenverlust in den MINT-Fächern entgegen gewirkt werden. In einem gemeinsamen Projekt mit Prof. Rehm (PH Heidelberg) und Heike Itzek-Greulich (PH Ludwigsburg), das im Rahmen des Kooperativen Promotionskollegs mit der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg gefördert wird, analysieren wir in einer Studie mit 60 Klassen und rund Schüler innen und Schülern systematisch die kurz- und langfristigen Effekte von Schülerlaboren auf das Interesse, die Leistung und die wissenschaftsbezogenen Einstellungen.

7 12 6 min-t Was sind Kompetenzen von Ingenieurinnen und Ingenieuren? 7 MINT-Botschafter Uni besucht Schule! 13 Eine an praktischen Fragen orientierte Empirische im MINT- Bereich dient langfristig der Wahrung des gesamtgesellschaftlichen Wohlstandes. Augustin Kelava, Professor für Empirische Eine praxisrelevante im MINT-Bereich gelingt, wenn Fachwissenschaftler, Fachdidaktiker, Bildungsforscher und Schul praktiker Hand in Hand arbeiten. Kerstin Oschatz, Juniorprofessorin für Empirische mit dem Schwerpunkt Naturwissenschaft und Technik im Schulunterricht Auch die Kompetenzen von Maschinenbau- Studierenden stehen im wissenschaftlichen Fokus der Tübinger Bildungsforscher. Auch der Bereich der Technik, in dem bildungswissenschaftliche Studien besonders rar sind, spielt in der Tübinger eine Rolle. In unseren Studien widmen wir uns u. a. der Frage, wie sich Kompetenzen von Studierenden technischer Fächer (z. B. Maschinenbau) adäquat messen lassen. Dabei stehen einerseits fachbezogene und allgemeine kognitive Kompetenzen, andererseits soziale Kompetenzen im Mittelpunkt der Untersuchungen, die in Gruppenleistungssituationen (wie z. B. der gemeinsamen Konstruktion eines Motors) erfolgskritisch sind. Zudem befassen wir uns mit der Frage, wie sich diese Kompetenzen hinsichtlich ihrer Struktur im Laufe des Studiums (z. B. durch neue Lerninhalte) verändern und wie sich die persönlichen Kompetenzentwicklungen der Studierenden abbilden lassen. Wir begleiten ihre Kompetenzveränderungen und schaffen damit die Grundlage, um die Prädiktoren für den Erfolg im späteren Berufsleben zu identifizieren. Darüber hinaus untersuchen wir, wie effektiv Änderungen des Studiengangs in technischen Fächern sind. Diese Veränderungen betreffen z. B. innovative Lehr-Lern-Umgebungen, die eine berufs- und realitätsnahe Ausbildung bei gleichzeitig höchstem fachlichem Anspruch zum Gegenstand haben. Die MINT-Studienbotschafter sind ein wichtiges Bindeglied zwischen Schule und Universität. Mit unserem jungen, von der Gips-Schüle- Stiftung geförderten Programm der MINT- Studienbotschafter schaffen wir aktiv Berührungspunkte zwischen Schule und Universität: Engagierte junge Studierende mathematischnaturwissenschaftlicher Fachrichtungen besuchen Jugendliche an ihren Schulen. Ziel ist es, Schülerinnen und Schülern einen authentischen Eindruck von den Inhalten und Reizen eines Studiums im MINT-Bereich zu vermitteln. Die Studienbotschafter sind Expertinnen und Experten für ihr Fach und dienen den Jugendlichen als Ansprechpartner und Orientierungshilfe für die Entscheidung über den weiteren Ausbildungsverlauf nach dem Abitur. In einem speziell konzipierten Training werden die Studienbotschafter intensiv auf ihre Aufgabe vorbereitet und entwickeln eigene Aktivitäten für die Jugendlichen. Die MINT-Studienbotschafter der Universität Tübingen können von Gymnasien in ganz Baden-Württemberg gebucht werden. Das Programm beginnt im Frühjahr 2014 und wird intensiv wissenschaftlich begleitet. Im Fokus stehen die Effekte auf das Interesse an den MINT-Fächern und die Berufswahlintentionen der Jugendlichen.

8 14 Epilog 15 IMPRESSUM Eberhard Karls Universität Tübingen Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Fakultät Institut für Erziehungswissenschaft Europastraße Tübingen info@uni-tuebingen.de BILUNGSFORSCHUNG & MINT AN DER EBER- HARD KARLS UNIVERSITÄT TÜBINGEN Innovativ. Interdisziplinär. International. Seit Die Universität Tübingen verbindet diese Leitprinzipien in ihrer Forschung und Lehre, und das seit ihrer Gründung. Sie zählt zu den ältesten und renommiertesten Universitäten Deutschlands. Im Exzellenzwettbewerb des Bundes und der Länder konnte sie sich mit ihrem Zukunftskonzept durchsetzen und gehört heute zu den elf deutschen Universitäten, die als exzellent ausgezeichnet wurden. Die Abteilung Empirische und Pädagogische Psychologie am Institut für Erziehungswissenschaft beschäftigt sich mit individuellen, sozialen und institutionellen Determinanten von Lernprozessen. Sie gehört auf diesem Gebiet zu den produktivsten Forschungs zentren weltweit. Die Forschungsarbeiten im MINT-Bereich werden unter anderem unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), dem Land Baden- Württemberg, der Deutschen Telekom Stiftung, der Hector Stiftung II und der Gips-Schüle-Stiftung. Die Abteilung Empirische und Pädagogische Psychologie ist zentral beteiligt an der Graduiertenschule LEAD, die im Rahmen der Exzellenzinitiative über die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert wird. Zudem ist die Abteilung eingebunden in vielfältige Forschungsverbünde, wie die DFG-Forschergruppe Analyse und Förderung effektiver Lehr-Lernprozesse und das Kooperativen Promotionskolleg Effektive Lehr-Lernarrangements mit der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg. herausgegeben vom Rektor der Eberhard Karls Universität Tübingen Professor Dr. Dr. h. c. Bernd Engler Gestaltung und Layout: Ketchum Pleon GmbH Eberhard Karls Universität Tübingen 2014 Abdruck auch auszugsweise nur mit Genehmigung des Herausgebers Fotos: Friedhelm Albrecht: S. 6 rechts; fotolia: Titel (Sergey Nivens, klickerminth, Kaarsten), S. 5 (WavebreakmediaMicro), S. 8 und S. 13 (Christian Schwier), S. 10 (Chepko Danil), S. 11 rechts (pressmaster), S. 12 (Monkey Business); Inga Paas: S. 3, S. 4, S. 9, S. 11 links; Silke Sommer: S. 9, 10, 12, 13 (Portraits).

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