Gliederung 1. Was lernen unsere Schülerinnen und Schüler im Mathematikunterricht? 2. Was lernen unsere Schülerinnen und Schüler im naturwissenschaftli

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1 Manfred Prenzel Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften (IPN) an der Universität Kiel Zur Situation des mathematischen und naturwissenschaftlichen Unterrichts 8. Münchner Wissenschaftstage Mathematik mitten im Leben LMU München, 20. Oktober 2008 Mathematik mitten im Leben und mitten in der Schule! 1

2 Gliederung 1. Was lernen unsere Schülerinnen und Schüler im Mathematikunterricht? 2. Was lernen unsere Schülerinnen und Schüler im naturwissenschaftlichen Unterricht? 3. Herausforderungen für den mathematischnaturwissenschaftlichen Unterricht Staat M (SE ) Finnland 548 (2.3) Korea 547 (3.8) Niederlande 531 (2.6) Schweiz 530 (3.2) Kanada 527 (2.0) Japan 523 (3.3) Neuseeland 522 (2.4) Belgien 520 (3.0) Australien 520 (2.2) Dänemark 513 (2.6) Tschechische Republik 510 (3.6) Island 506 (1.8) Österreich 505 (3.7) Deutschland 504 (3.9) Schweden 502 (2.4) Irland 501 (2.8) Frankreich 496 (3.2) Vereinigtes Königreich 495 (2.1) Polen 495 (2.4) Slowakische Republik 492 (2.8) Ungarn 491 (2.9) Luxemburg 490 (1.1) Norwegen 490 (2.6) Spanien 480 (2.3) Vereinigte Staaten 474 (4.0) Portugal 466 (3.1) Italien 462 (2.3) Griechenland 459 (3.0) Türkei 424 (4.9) Mexiko 406 (2.9) signifikant über dem OECD-Durchschnitt signifikant unter dem OECD-Durchschnitt PISA 2006: Mathematik OECD-Durchschnitt 498 (0.5)

3 Wie viel Mathematik lernen Schülerinnen und Schüler in einem Schuljahr? Bei PISA 2003 wurde in Deutschland die Entwicklung mathematischer Kompetenz e im Verlauf eines es Schuljahres (von der neunten zur zehnten Jahrgangsstufe) untersucht 10. Klasse Mathematische Kompetenz am Ende der 9. und 10. Klassenstufe auf Individualebene 9. Klasse Der mittlere Kompetenzzuwachs beträgt 25 Punkte (d =.33) Bedeutsamer Kompetenzzuwachs bei 58 Prozent der Jugendlichen 3

4 Mathematische Kompetenz am Ende der 9. und 10. Klassenstufe auf Klassenebene Bedeutsamer Kompetenzzuwachs bei 89 Prozent der Klassen Bedeutsame Kompetenzabnahme bei 6 Prozent der Klassen 10. Klasse Mathematische Kompetenz am Ende der 9. und 10. Klassenstufe auf Individualebene 9. Klasse Der mittlere Kompetenzzuwachs beträgt 25 Punkte (d =.33) Bedeutsamer Kompetenzzuwachs bei 58 Prozent der Jugendlichen 4

5 Was bedeuten die Befunde? 42 Prozent der Schülerinnen und Schüler haben in einem Schuljahr in Mathematik nicht dazu gelernt weder im lehrplanbezogenen noch im Grundbildungs- Test (keine bedeutsamen Unterschiede zwischen den Schularten) 11 Prozent der Klassen haben im Mittel nicht dazu gelernt Interpretation: Es gibt ein kollektives Arrangement (zwischen Schülerinnen/Schülern, Eltern und Lehrkräften) zugunsten eines kurzfristigen und prüfungsbezogenen (wenig nachhaltigen) Lernens Unterschiede in der Unterrichtsgestaltung wirken sich auf die mathematische Kompetenz aus Anforderungen der Aufgaben: Technisch, rechnerisch, begrifflich Modellieren Argumentieren Klassenführung: Störungsarm Umgehen mit Zeit Klassenführung Mathematikleistung in der 10. Klasse Konstruktive Unterstützung: Umgehen mit Fehlern Anpassen an Voraussetzungen Geduld Rückmeldung 5

6 Die fachliche, fachdidaktische und pädagogische Kompetenz der Lehrkräfte spielt eine Rolle Der Mathematikunterricht in Deutschland ist nach wie vor stark lehr-gesteuert: Das Lehren steht im Vordergrund, nicht das Lernen Erweiterte Lehr-Lernformen werden bisher selten genutzt Viel zu viele Schülerinnen und Schüler erreichen nicht das erforderliche Grundniveau Finnland Korea Kanada Niederlande Australien Japan Schweiz Dänemark Neuseeland Irland Island Belgien Schweden Tschechische Republik Vereinigtes Königreich Polen Deutschland Österreich Slowakische Republik Ungarn OECD-Durchschnitt Norwegen Frankreich Luxemburg Spanien Vereinigte Staaten Portugal Griechenland Italien Türkei Mexiko Island F k i h Schülerinnen und Schüler in % Prozentuale Anteile unter oder auf Kompetenzstufe I beziehungsweise auf f 6.4 Kompetenzstufe VI 10 0 unter Kompetenzstufe I Kompetenzstufe I Kompetenzstufe VI 6

7 Die fachliche, fachdidaktische und pädagogische Kompetenz der Lehrkräfte spielt eine Rolle Der Mathematikunterricht in Deutschland ist nach wie vor stark lehr-gesteuert: Das Lehren steht im Vordergrund, nicht das Lernen Erweiterte Lehr-Lernformen werden bisher selten genutzt Viel zu viele Schülerinnen und Schüler erreichen nicht das erforderliche Grundniveau Herausforderung, Aufgabenstellungen an Lernvoraussetzungen anzupassen Motivation und Interesse an der Mathematik? Auf der Sekundarstufe interessieren sich 45 Prozent der Schülerinnen und Schüler nicht für das, was sie im Mathematikunterricht lernen (das sieht auf der Grundschule noch anders aus!) Mädchen trauen sich viel weniger zu als Jungen (auch bei gleichen Fähigkeiten) it Mathematiklernen ist häufiger mit Angst als mit Freude verbunden 7

8 Gliederung 1. Was lernen unsere Schülerinnen und Schüler im Mathematikunterricht? 2. Was lernen unsere Schülerinnen und Schüler im naturwissenschaftlichen Unterricht? 3. Herausforderungen für den mathematischnaturwissenschaftlichen Unterricht Staat M (SE ) Finnland 563 (2.0) Kanada 534 (2.0) Japan 531 (3.4) Neuseeland 530 (2.7) Australien 527 (2.3) Niederlande 525 (2.7) Korea 522 (3.4) Deutschland 516 (3.8) Vereinigtes Königreich 515 (2.3) Tschechische Republik 513 (3.5) Schweiz 512 (3.2) Österreich 511 (3.9) Belgien 510 (2.5) Irland 508 (3.2) Ungarn 504 (2.7) Schweden 503 (2.4) Polen 498 (2.3) Dänemark 496 (3.1) Frankreich 495 (3.4) Island 491 (1.6) Vereinigte Staaten 489 (4.2) Slowakische Republik 488 (2.6) Spanien 488 (2.6) Norwegen 487 (3.1) Luxemburg 486 (1.1) Italien 475 (2.0) Portugal 474 (3.0) Griechenland 473 (3.2) Türkei 424 (3.8) Mexiko 410 (2.7) OECD-Durchschnitt 500 (0.5) signifikant über dem OECD-Durchschnitt signifikant unter dem OECD-Durchschnitt PISA 2006: Naturwissen- schaften 8

9 Wie viel Physik wird in einem Schuljahr gelernt? Fragen der IPN-Videostudie: Wie itd ist der Physikunterricht ihtgestaltet? tltt? Was sind zentrale Merkmale dieses Unterrichts? Welchen Beitrag liefert der Unterricht für die Erklärung der Lernentwicklungen in Schulklassen? Wie können die Ergebnisse aus Videostudien genutzt werden, um zur Weiterentwicklung des Unterrichts beizutragen? Was lernen Schülerinnen und Schüler in einem Schuljahr Physik? Mittlere Klassenleistungen in Vortest und Nachtest differenziert nach Thema 2,0 Mittlere Klassenleistungen in Vortest und Nachtest differenziert nach Schulart 2,0 Klassenm mittelwert Nachtest 1,0 0,0-1,0 10-2,0-2,0-1,0 0,0 Mechanik Optik 1,0 Klassenm mittelwert Nachtest 1,0 0,0-1,0 10-2,0-2,0-1,0 0,0 Realschule Gymnasium 1,0 Klassenmittelwert Vortest Klassenmittelwert Vortest Seidel, Prenzel et al. (IPN-Videostudie) 9

10 Wie entwickelt sich das Interesse in dieser Zeit? Mittleres Sachinteresse in Vortest und Nachtest differenziert nach Thema 1,0 Mittleres Sachinteresse in Vortest und Nachtest differenziert nach Schulart interesse Nachtest 0,0 interesse Nachtest 10

11 Arbeitsformen im Physikunterricht (9. Klasse) Arbeitsformen Gymnasium Realschule M SD M SD Lehrervortrag 14,4 6,0 11,9 5,7 Diktat / Hefteinträge 5,1 4,4 2,6 2,8 Klassengespräch 13,5 6,1 13,0 4,2 Still-/Einzelarbeit 1,3 3,2 3,6 5,2 Partnerarbeit 06 0,6 29 2,9 18 1,8 42 4,2 Gruppenarbeit 4,5 8,7 6,3 6,7 Mehrere gleichzeitig 1,9 5,8 0,4 0,8 Übergang 1,6 1,5 2,6 1,9 Befunde aus vertiefenden Analysen Im Allgemeinen in den untersuchten Klassen niedrig ausgeprägt: Zielorientierung: Lernende müssen sich die Unterrichtsziele selbst erschließen Lernbegleitung: Eng geführte Klassengespräche, rezeptartige Anleitungen und wenig Raum für mentale Modellierungen Fehlerkultur: Fehler sind kein Thema Experimente: Naturwissenschaften als Erschließen physikalischer Gesetzmäßigkeiten über die Beobachtung von Phänomenen; kein eigenständiges Experimentieren 11

12 Wird der Unterricht an die Zusammensetzung der Klassen angepasst? Profile der Schülerinnen und Schüler zu Beginn des 9. Schuljahres: LCA-Analysen Voraussetzungs- Profile der Schülerinnen und Schüler Kognitive Fähigkeiten Physik Begriffswissen Physik Konzeptuelles Wissen Freizeitinteresse Physik Physikalisches Slebstkonzept stark uninteressiert o unterschätzend o - überschätzend - o o + + schwach (Seidel, 2006) Eine Anpassung des Unterrichts an die Zusammensetzung der Schulklasse ist nicht zu beobachten Aktive Beteiligung der Schülerinnen und Schüler Offenheit der Fragen der Lehrpersonen Kognitives Niveau der Fragen Art der Rückmeldungen durch die Lehrpersonen Lernbegleitendes Verhalten 12

13 Analysen zum naturwissenschaftlichen Unterricht in PISA 2006 Lernzeiten in den Naturwissenschaften (in Prozent) Schulunterricht Zusatzunterricht Individuelles Lernen < 2h 4 h < 2h 4 h < 2h 4 h Australien Belgien Dänemark Deutschland Finnland Frankreich Griechenland Irland Island Italien Japan Kanada Korea Luxemburg Mexiko Neuseeland Niederlande Norwegen Österreich Polen Portugal Schweden Schweiz Slowakische Republik Spanien Tschechische Republik Türkei Ungarn Vereinigtes Königreich Vereinigte Staaten OECD-Durchschnitt

14 Unterrichtszeit in den Naturwissenschaften und naturwissenschaftliche Kompetenz Weniger als 2 Stunden Unterrichtszeit Konstante 4 oder mehr Stunden Unterrichtszeit b Australien Belgien Dänemark Deutschland Finnland Frankreich Griechenland Irland Island Italien Japan Kanada Korea Luxemburg Mexiko Neuseeland Niederlande Norwegen Österreich Polen Portugal Schweden Schweiz Slowakische Republik Spanien Tschechische Republik Türkei Ungarn Vereinigtes Königreich Vereinigte Staaten OECD-Durchschnitt Fragestellungen zum Unterricht Häufigkeitseinschätzungen von kompetenzförderlichen Unterrichtsaktivitäten: - Interaktives Lehren und Lernen - Experimentieren - Forschen lernen - Naturwissenschaftliches Modellieren und Anwenden Untersuchung der Mischung von Unterrichtsaktivitäten (Unterrichtsmuster) Untersuchung des Zusammenhang mit Kompetenz und Interesse 14

15 Unterschiedliche Muster naturwissenschaftlichen Unterrichts 3,5 Häufigkeit im Unterrich ht 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 Eigene Experimente entwickeln Eigene Experimente durchführen Schlüsse aus Eigene Ideen erklären Experimenten ziehen Lehrperson erklärt Bezug zum Alltag Unterrichtsmuster Typ 1 Unterrichtsmuster Typ 2 Unterrichtsmuster Typ 3 Kompetenz (470) D: +54 Punkte D: + 38 Punkte Interesse (524) D: - 4 Punkte D: - 28 Punkte Zentrale Befunde zum naturwissenschaftlichen Unterricht Die Unterrichtszeit ist eine wichtige Bedingung für den Aufbau der naturwissenschaftlichen Kompetenz Unterrichtsschwerpunkte liegen in Deutschland auf Interaktionen und Experimenten und etwas weniger auf Forschen und Anwenden Unterrichtszugang, der das Entwickeln eigener Ideen, das Ziehen von Schlüssen aus Experimenten und das Anwenden betont, ist günstig für die Entwicklung von Kompetenzen und Interessen 15

16 Gliederung 1. Was lernen unsere Schülerinnen und Schüler im Mathematikunterricht? 2. Was lernen unsere Schülerinnen und Schüler im naturwissenschaftlichen Unterricht? 3. Herausforderungen für den mathematischnaturwissenschaftlichen Unterricht Für den Mathematikunterricht Weiterentwicklung der Aufgabenkultur Aus Fehlern lernen Sicherung des Grundwissens Fächerübergreifendes Arbeiten Förderung von Mädchen und Jungen Eigenständiges Lernen Kooperatives Lernen Intelligente Prüfungsaufgaben 16

17 Für den Mathematikunterricht Weiterentwicklung der Aufgabenkultur Aus Fehlern lernen Sicherung des Grundwissens Fächerübergreifendes Arbeiten Förderung von Mädchen und Jungen Eigenständiges Lernen Kooperatives Lernen Intelligente Prüfungsaufgaben Für den naturwissenschaftlichen Unterricht Forschen lernen! Bedeutungsvolle Kontexte Technik Kompetenz und Interesse! 17

18 Übrigens: Am 18. November 2008 gibt es noch den Bericht über den Vergleich der Länder in Deutschland im Rahmen von PISA 2006! 18