Zwei Jahre sind vergangen, seit die Ergebnisse einer kantonalzürcherischen Erhebung über das Allgemeinwissen in Naturwissenschaft und Technik veröffentlich worden sind. Gemäss jener Expertise des Zürcher Hochschulinstituts für Schulpädagogik und Fachdidaktik hemmen der Wissensstand mancher Lehrkräfte und der zu spät einsetzende Unterricht das Allgemeinwissen in diesen Fächern. Seither hat sich an dieser Einschätzung wenig geändert: «Viele Schüler können kaum für die Fächer Physik, Chemie und Mathematik begeistert werden. Sie lernen einige Fakten auswendig, verstehen aber gar nichts», sagt Elsbeth Stern, Professorin für Lehr- und Lernforschung an der ETH. Um die naturwissenschaftliche und technische Allgemeinbildung zu verbessern und die Schüler besser auf die Anforderungen an den Hochschulen vorzubereiten, gründeten Elsbeth Stern, Ralph Schumacher und Andreas Vaterlaus 2009 mit Unterstützung von ETH-Rektorin Heidi Wunderli-Allenspach das MINT-Lernzentrum. MINT steht für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik. 

Wenn Forschung und Praxis zusammenspannen

Im MINT-Lernzentrum arbeiten die Lehr- und Lernforscher mit Lehrpersonen aus der Praxis zusammen. Gemeinsam entwickeln sie in den MINT-Fächern Unterrichtseinheiten und -materialien, testen diese und integrieren sie in den Unterricht. Ziel ist es, die Lehrpersonen so auszubilden, dass diese ihre Schüler zur Reflexion animieren können. Die Lehrer und Lehrerinnen sollen lernen, die richtigen Fragen zu stellen. Denn laut Stern stellt «ein guter naturwissenschaftlich-mathematischer Unterricht den Stoff nicht nur sachlich richtig dar, sondern achtet darauf, dass die Schüler das Gelehrte verstanden haben.»

Um den Unterricht lernwirksamer zu machen, reicht eine gute Bildung auf der Mittelschulstufe jedoch nicht aus. Laut Stern ist das Vorwissen der Schüler entscheidend dafür, wie gut diese später in Fächern wie Physik und Mathematik abschneiden. Bevor Schüler an die Definition und die Formalisierung eines Konzeptes herangeführt werden, sollten sie Erfahrungen mit Phänomenen machen – lautet das Credo im MINT-Lernzentrum. Naturwissenschaftlich-technischer Unterricht ab der 2. Klasse nützt jedoch nichts, wenn die Lehrmethoden unangemessen sind. Ein weiteres zentrales Ziel des Lernzentrums sind deshalb Methoden, die das Interesse der Primarschüler wecken. «Warum schwimmt ein schweres Stahl-Schiff, während ein kleines Stück Stahl untergeht?» Solche Fragen sollen die Kinder mit den Themen Luft und Luftdruck, Schall, Schwimmen und Sinken vertraut machen.

Schluss mit trockenem Formelnbüffeln

Nicht fehlen dürfen die Experimente. Ralph Schumacher, der wissenschaftliche Leiter dieses Projektes, beobachtete kürzlich eine 2. Klasse beim Lernen. Diese hatte die Aufgabe, durch Experimente herauszufinden, aus welchem Material ein «Piratenschiff» bestehen muss, um die Beute heil vom einen Ufer ans andere zu bringen. Entgegen der in vielen Köpfen noch stark verankerten Vorstellung, dass sich nur Jungs für naturwissenschaftliche Fächer interessieren, waren die Mädchen genauso begeistert bei der Sache wie ihre Schulkollegen. «Es ist wahrscheinlich, dass einige dieser Mädchen dank des optimierten Unterrichts später ein MINT-Studienfach wählen», ist Schumacher überzeugt. Geht es nach dem Team des MINT-Lernzentrums, gehört trockenes Formelnbüffeln als Einstieg in die Physik oder Chemie bald der Vergangenheit an. Die Schüler sollen zuerst Konzepte wie Kraft verstehen, um die notwendigen Zusammenhänge herstellen zu können. Laut Schumacher wirkt sich dieses Vorgehen auch auf die Mathematik-Fähigkeiten aus: Die Schüler werden besser in der Anwendung von mathematischen Strategien.

Welchen Effekt ein verbesserter Unterricht tatsächlich hat, untersucht derzeit das MINT-Lernzentrum anhand einer Längsschnittstudie, die von der Jacobs-Foundation finanziert wird. Beobachtet werden dabei die Fortschritte im Aufbau von Wissen, Interesse, Kompetenz und Lernmotivation von Schülern ab der 2. Klasse. 110 Lehrkräfte verschiedener Klassenstufen sind an der Studie beteiligt. Ihre Klassen werden während Jahren bis zum Mittelschulabschluss begleitet. Davon übernimmt eine grosse Zahl den optimierten Unterricht, während eine Kontrollgruppe wie bisher weiter unterrichtet. Für Schumacher steht fest: «Wir erwarten, dass die Schüler, welche während der Primarzeit einen verbesserten Unterricht hatten, später eher aufs Gymnasium wechseln.»

EducETH

Das MINT-Lernzentrum ist Teil des Kompetenzzentrums für Lehren und Lernen EducETH, dessen wissenschaftliche Leitung Elsbeth Stern innehat. Wissenschaftlich stützt sich dieses auf die Bereiche Biologie, Chemie, Informatik, Mathematik und Physik sowie auf die Lehr- und Lern-Forschung. Neben dem MINT-Lernzentrum sind unter dem Dach von EducETH zudem die beiden «Lernzentren Ausbildungs- und Beratungszentrum für Informatikunterricht (ABZ)» und «Lifescience-Learning-Center» untergebracht. Das ABZ widmet sich unter der Leitung von Juraj Hromkovic, Professor für Informationstechnologie und Ausbildung, der Vermittlung von Wissen in der Informatik auf der Primar- und der Mittelschulstufe. Das zusammen mit der Universität Zürich gegründete «Lifescience-Learning-Center» begleitet unter anderem Experimente von Schulklassen im Bereich der Biowissenschaften.
Ab dem Frühling 2012 bietet das MINT-Lernzentrum Fortbildungen zu zentralen Themen der Schulfächer Physik, Chemie und Mathematik an. In diesen Fortbildungen werden die Lehrpersonen im Einsatz von Unterrichtseinheiten geschult, die am MINT-Lernzentrum über mehrere Jahre von Lehrpersonen gemeinsam mit Lehr- und Lernforschern entwickelt und im Unterricht getestet wurden.