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MINT-Schwäche in Schulen : Ist Lernsoftware besser als ein schlechter Mathelehrer?

Da intelligente Softwaresystem für die MINT-Fächer fehlen, werden viele Probleme der letzten Jahre in deutschen Schulen erhalten bleiben. Bild: dpa

In Zeiten von Distanzlernen, Lehrermangel und fachfremd erteiltem Unterricht könnte intelligente Lernsoftware viele Probleme lösen. Aber wo bleibt sie? Ein Gespräch mit dem Bildungsforscher Olaf Köller.

          7 Min.

          Das von Ihnen betreute MINT-Nachwuchsbarometer hat deutschen Schulen ein wenig schmeichelhaftes Zeugnis ausgestellt. Wie hat die Corona-Krise die Situation aus Ihrer Sicht verändert?

          Uwe Ebbinghaus
          Redakteur im Feuilleton.

          Olaf Köller: Wir haben im MINT-Nachwuchsbarometer gesehen, dass es um die digitalen Kompetenzen sowohl der Schülerinnen und Schüler als auch der Lehrkräfte nicht gut bestellt ist und teilweise auch die nötige Infrastruktur, die Ausstattung mit Geräten, in den Schulen fehlt. Die Corona-Krise hat gezeigt, dass die Schülerinnen und Schüler und auch die Schulen zum Teil nicht auf die digitalen Werkzeuge zugreifen konnten, mit denen man ein Distanzlernen vernünftig hätte organisieren können. In Dänemark etwa verhält es sich anders. Dänemark hat schon vor Jahren den Schritt zur vollständigen Digitalisierung der Schulen vorgenommen. Dort gab es in den vier Wochen Schulschließung business as usual.

          Kann man das wirklich so sagen?

          Ich hatte vor kurzen eine spannende Video-Konferenz, bei der es eigentlich um Schulöffnungen in Lateinamerika ging. Zugeschaltet war der Präsident der dänischen Gemeinschaft der Schulleiterinnen und Schulleiter. Er sagte: Der Lockdown hat in den dänischen Schulen zu keinerlei Problemen geführt. Die Schüler waren gewohnt, mit digitalen Endgeräten zu arbeiten, sie wurden zu Hause versorgt und konnten weiterlernen.

          Sind die Auswirkungen der Corona-Krise nicht vor allem verheerend für die Risikogruppe, wie Sie sie in Ihrem Barometer nennen: Schüler, die die Grundrechenarten nicht sicher beherrschen?

          Wir werden diese Auswirkungen sicher noch nicht im nächsten Jahr mit harten Daten hinterlegen können. Aber 2021 wird hoffentlich der Bildungstrend des Instituts zur Qualitätsentwicklung im Bildungswesen (IQB) in den vierten Klassen durchgeführt werden können. In diesem Jahr musste er wegen Corona leider ausfallen. Das werden wirklich interessante Ergebnisse, die aber leider erst 2022 erscheinen werden. Dann werden wir die Corona-Effekte sehr deutlich sehen. Und alles spricht dafür, dass wir insbesondere ein Aufgehen der sozialen Schere beobachten werden, die soziale Ungleichheit wird zugenommen haben. Meine Prognose wäre auch, dass wir insgesamt mit deutlich niedrigeren Leistungen zu rechnen haben aufgrund des fast halbierten Schuljahres, das in der Corona-Krise verloren gegangen ist.  

          Inwiefern hat der corona-bedingte digitale Unterricht neue Möglichkeiten oder gerade Schwächen der MINT-Vermittlung offengelegt?

          Olaf Köller ist Direktor des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) und Professor für Empirische Bildungsforschung an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel.
          Olaf Köller ist Direktor des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) und Professor für Empirische Bildungsforschung an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. : Bild: privat

          Der positive Schub, der durch die Corona-Krise entstanden ist, betrifft die MINT-Fächer nicht alleine. Er besteht darin, dass Lehrkräfte die Computer und damit verbunden die Videokonferenz stärker für sich entdeckt haben. In den Naturwissenschaften und der Informatik ist es nur leider so, dass wir kaum gutes digitales Lehr-Lernmaterial haben – spannende Simulationen beispielsweise in den Naturwissenschaften. Hier ist eine Entwicklung in Deutschland in den letzten Jahrzehnten verschlafen worden. Wir haben im Grunde ganz auf das analoge Schulbuch gesetzt, auf das Experiment in der Schule und leider wenig auf intelligente Software, mit der man gerade MINT-Bildung im Unterricht gut fördern kann. Man kann zum Beispiel Versuche am Computer nachbauen oder Simulationen einsetzen. Meine Lieblingssimulation im Netz ist im Moment eine, bei der man sehen kann, wie unterschiedliche Parameter, zum Beispiel die Abstandsregel, die Ausbreitung von Corona beeinflussen.

          In welchen Ländern sind solche intelligenten Systeme an den Schulen schon im Einsatz?

          Die meisten in den Vereinigten Staaten. Dort gibt es Standorte wie Pittsburgh mit der Carnegie Mellon University, die eine lange Tradition bei der Entwicklung solcher Systeme haben und oft mit Softwareriesen zusammenarbeiten. Denn die Entwicklung solcher Systeme ist teuer. Wenn Sie sich den deutschen Markt anschauen, gibt es nur ein Produkt, das in diese Richtung geht, das Bettermarks-System. Damit kann man im Bereich Mathematik durchaus etwas anfangen: Es erkennt Fehler, lenkt die Schülerin, den Schüler, zu vertiefenden Lektionen und ist für alle Schulstufen geeignet. Unseren Schulbuchverlagen hingegen, die im Grunde ja für die Entwicklung digitaler Lernsoftware zuständig wären, fehlt das notwendige Finanzvolumen. Man bräuchte Kooperationen zwischen Schulbuchverlagen, Softwareriesen – und auch die Länder müssten Geld in die Hand nehmen. Schon das Bettermarks-System hat Millionen verschlungen, und wir haben dieses System nur, weil es von einem Menschen entwickelt wurde, der als Gründer eines großen Immobilien-Onlineportals genügend Geld einbrachte.

          Beim lesenden Verstehen kann die Arbeit am Bildschirm ein Nachteil sein – ist es beim Rechnen anders? Kann man davon sicher ausgehen?

          Dafür, dass am Bildschirm nicht mehr so vertieft gelesen wird wie analog, gibt es tatsächlich Evidenz. Wovon man in jedem Fach ausgehen kann, ist, dass das digitale Medium die Lehrkraft nicht vollständig ersetzen, sondern nur ergänzen wird. Was das digitale Medium inzwischen kann, ist spezifische Fehler, die Schülerinnen und Schüler machen, nicht nur zu erkennen, sondern auch zu wissen, warum diese Fehler gemacht wurden. Das digitale System kann dann, ausgehend von den zugrundeliegenden Fehlvorstellungen, den Kindern gezielt Förderung anbieten, damit diese Fehler überwunden werden. Was die digitalen Systeme noch nicht hinreichend gut können, ist, neues Wissen aufzubauen, beispielsweise den Satz des Pythagoras besser einzuführen als der Mathematiklehrer.   

          Sie halten es aber nicht für ausgeschlossen, dass es Programme geben wird, die besser sind als ein schlechter Lehrer?

          Besser als ein schlechter Lehrer auf jeden Fall. Unser Ziel wäre aber immer, Software zu entwickeln, die die Lehrkraft ergänzt, am Nachmittag beispielsweise, oder eine, die intelligente Hausaufgaben vorgibt und gleichzeitig deren Ausführung kontrolliert sowie Rückmeldung gibt. Das ist ja das Problem beim häuslichen Arbeiten, dass die Schülerinnen und Schüler häufig ganz auf sich alleine gestellt sind und kein Feedback bekommen. Im Idealfall, das kann Bettermarks übrigens schon, geht diese Rückmeldung dann gleich auch an die Lehrkraft, die somit über die Arbeitsergebnisse der Schülerinnen und Schüler informiert ist.

          In ihrem Nachwuchsbarometer weisen Sie auf die Problematik des fachfremd erteilten Unterrichts hin. Was genau ist das und wie verbreitet ist er in Deutschland?

          Fachfremder Unterricht liegt vor, wenn beispielsweise die Biologie-Lehrkraft Physik unterrichten muss oder, was wir häufig im Grundschulbereich haben, die Klassenlehrerin, die nicht Mathematik studiert hat, das Fach unterrichtet. Fachfremd erteilter Unterricht variiert stark je nach Bundesland und Fach. In der Mathematik und den Naturwissenschaften ist fachfremder Unterricht häufiger. Wir gehen davon aus, dass wir im Schnitt bundesweit bei zwischen zehn bis fünfzehn Prozent liegen. Im nicht-gymnasialen Bereich ist der Prozentsatz höher. In den Sprachen gibt es weit weniger fachfremden Unterricht.

          Dieser Umstand macht digitale Lehrprogramme ja eigentlich noch attraktiver. Denn das Problem zum Beispiel in der Mathematik ist ja, dass im herkömmlichen Präsenzunterricht Schüler irgendwann den Anschluss verlieren und keiner weiß dann mehr genau, wo das war. So sinnvoll es ist, die Präsenzlehre in vielen Bereichen zu verteidigen – ist nicht gerade die Mathematik ein Gegenbeispiel, ein Fach, in dem man stärker digital agieren müsste, gerade auch, weil wir das Problem mit den fachfremden Lehrern haben?

          Ich würde Ihnen zustimmen, der Mathematikunterricht bietet sich an, viel stärker digitale Tools zu nutzen. Wenn Sie an ganz schwache Schülerinnen und Schüler denken, die PISA-Risikogruppe, die wir auch im Barometer benannt haben – bei den Neuntklässlern liegen wir bundesweit in der Mathematik bei rund zwanzig Prozent –, so können sie dieser über das digitale Medium wunderbar zusätzliche Angebote zum Regelunterricht machen. Das digitale Medium ist für viele Schülerinnen und Schüler sehr attraktiv und hochmotivierend.

          Dann müsste man zusammenfassend sagen: Digitale Medien könnten in der Schul-Mathematik viele Probleme lösen, doch obwohl die Stimmung gegenüber entsprechenden Tools so positiv ist wie nie zuvor, sind wir weit davon entfernt, welche zu haben.

          Ich hoffe, dass es jetzt einen Schub geben wird und die Kultusministerkonferenz sich dafür entscheidet, gemeinsam mit dem Bundesministerium für Bildung und Forschung die Finanzierung für die Entwicklung intelligenter Software zu bewerkstelligen. Die aktuelle Aufbruchsstimmung sollte nicht nur dazu führen, dass alle Schülerinnen und Schüler einen Internetanschluss und pdfs zugeschickt bekommen, sondern dass intelligente Lernsoftware auf den Markt kommt.

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          Gibt es denn in Deutschland Unternehmen, die solche Lernsoftware entwickeln können und auch wollen? Oder verdienen Informatiker lieber mit etwas anderem Geld?

          Die Schulbuchverlage bemühen sich ja. Ihnen fehlt aber das nötige Entwicklungsgeld, während für die Softwareriesen der Schulmarkt möglicherweise zu klein ist. Was fehlt, und das muss man vermutlich politisch steuern, ist eine Strategie, wie man die unterschiedlichen Akteure, die in der Softwareentwicklung aktiv sind, zusammenbringt und mit einem Finanzvolumen ausstattet, das Erfolg und einen verlässlichen Markt verspricht. Die Schulbuchverlage allein sind überfordert. Wenn die Systeme intelligent sein sollen, brauchen sie Heerscharen von Programmierern, Designern, Fachdidaktikern.

          Skizzieren Sie doch bitte einmal, wie die Umsetzung genau ablaufen könnte. Kluge digitale Systeme könnten ja auch zu einer wünschenswerten Standardisierung von Mathe-Wissen führen.

          Den Markt sichern, das kann im Grunde nur die Politik. Bund und Länder müssten sagen: Wir starten eine Offensive zur Entwicklung intelligenter Lernsysteme und dafür stellen wir wie im Digitalpakt Schule ausreichend Finanzmittel zur Verfügung für die nächsten fünf Jahre. Dann sollen sich Cluster bilden aus Unternehmen, Schulpraxis und Wissenschaft. Die Länder müssten sich zuvor auf bestimmte, länderübergreifende Standards einigen und man müsste akzeptieren, dass neben den Schulbuchverlagen neue Player ins Spiel kommen, die in öffentlichen Einrichtungen sonst nicht gerade wohlgelitten sind.

          Wie lohnend wäre das Ganze unter dem Strich? Oder wäre es am Schluss doch effektiver, fachfremde Lehrer besser auszubilden?

          Ich würde sagen: Der Rubikon ist schon überschritten, es gibt kein Zurück mehr, was die Digitalisierung nach der Corona-Krise betrifft. Der Druck, über intelligente Software zu verfügen, wird immer größer, auch um die Lehrkräfte zu entlasten. In Kiel sitzen wir selbst an einem System, das den Lehrkräften die Korrektur von Aufsätzen abnimmt. Der Computer wertet automatisch aus, gibt Rückmeldung an Schüler und auch an die Lehrer, denen der Aufsatz mit vorgeschlagenen Lernhilfen zugeleitet wird. Solche Systeme werden sich durchsetzen, auch weil alle damit rechnen, dass sich Krisen, wie wir sie jetzt durch Covid-19 erleben, wiederholen können. Kein Bundesland wird es sich mehr leisten können, keine Digitalisierungsstrategie für die Schulen zu haben. 

          Die Fragen stellte Uwe Ebbinghaus

          Olaf Köller ist Direktor des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) und Professor für Empirische Bildungsforschung an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Zuvor war er Gründungsdirektor des Instituts zur Qualitätsentwicklung im Bildungswesen (IQB).

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