Ursula Schwantner

PISA 2006 erfasst nicht nur die Kompetenzen der Schüler/innen für den Kernbereich Naturwissenschaft, sondern widmet sich auch dem „Engagement“ der Schüler/innen in Naturwissenschaft. Dazu zählen emotionale, motivationale sowie verhaltensbezogene Faktoren und Werthaltungen (Pekrun, 2006). Laut Boekaerts (1993, zitiert nach Pekrun, 2006) spielt das Engagement der Schüler/innen eine bedeutende Rolle für den Kompetenzerwerb, stellt jedoch auch selbst ein wichtiges Bildungsziel dar. Die Beziehung zwischen der Naturwissenschaftsleistung und dem Engagement in Naturwissenschaft wird als reziprok betrachtet: Je mehr sich Schüler/innen auf naturwissenschaftliche Lernprozesse einlassen, desto mehr lernen sie dabei. Die erreichte Leistung wiederum beeinflusst das Engagement der Schüler/innen in Naturwissenschaft.

Ein zentrales Element dieses Engagements sind die motivationalen Komponenten. Interesse und Freude sowie selbstbezogene Kognitionen sind dabei wichtige intrinsische Antriebe für das Lernen. Die Einsicht in den Nutzen, den die Naturwissenschaft bzw. die naturwissenschaftliche Forschung für die Schüler/innen im Alltag, für gegenwärtige oder zukünftige berufliche Ziele bzw. Karriereentscheidungen hat, stellt eine zentrale extrinsische Motivationskomponente dar.

Die Entwicklung und Förderung der motivationalen Komponenten bei den Jugendlichen ist auch relevant, um den zahlreichen naturwissenschaftlichen Heraus forderungen der heutigen Zeit zu begegnen, wie z. B. Klimawandel, Energieversorgung sowie Krankheiten wie Aids oder Krebs. „All diese Herausforderungen lassen sich nur dann erfolgreich bewältigen, wenn die Länder erheblich in die wissenschaftliche Infrastruktur und die Anwerbung qualifizierter Personen in wissenschaftsbezogenen Berufen investieren und gewährleisten, dass naturwissenschaftliche Vorhaben in der Öffentlichkeit Unterstützung genießen und es allen Bürgern ermöglicht wird, die Vorteile der Naturwissenschaften persönlich zu nutzen“ (OECD, 2007d, S. 142).

Ziel einer naturwissenschaftlichen Bildung ist es daher einerseits, bei den Jugendlichen ein grundlegendes, andauerndes Interesse für die Naturwissenschaften zu wecken, sie für zentrale Themen aus Naturwissenschaft und Technologie zu sensibilisieren sowie andererseits naturwissenschaftliche Berufslaufbahnen zu initiieren.

Für den vorliegenden Abschnitt wurden daher jene motivationalen Komponenten gewählt, die zum einen „…als ein wesentlicher Bestandteil der naturwissenschaftlichen Kompetenz einer Person“ (OECD, 2007d, S. 142) angesehen werden und zum anderen als notwendig erachtet werden, um den gegenwärtigen und zukünftigen naturwissenschaftlichen Herausforderungen gewachsen zu sein:

• Motivationale Haltung (instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation, allgemeines Interesse, Wichtigkeit, in den naturwissenschaftlichen Fächern gut zu sein, Aktivitäten in Naturwissenschaft, Vorbereitung auf eine naturwissenschaftliche Berufslaufbahn) und
• selbstbezogene Kognitionen (Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten, Selbstkonzept).

Beide Komponenten, die sowohl extrinsische als auch intrinsische Motivationsmerkmale beinhalten, werden in diesem Abschnitt unter dem Begriff „Motivation der Schüler/innen“ subsumiert. Die hier dargestellten Faktoren wurden jeweils durch mehrere einzelne Fragen erfasst und dann zu Indizes zusammengefasst. Die Index-Werte sind z-standardisiert, d. h. der OECD-Mittelwert beträgt stets 0 und die Standardabweichung 1. Werte im positiven Bereich liegen über dem OECD-Schnitt und zeigen eine höhere Indexausprägung an. Negative Werte (Werte unter dem OECD-Mittel) kennzeichnen eine geringere Ausprägung eines Faktors – relativ zum OECD-Schnitt. Angaben zur Reliabilität der analysierten Faktoren werden im internationalen Technischen Bericht der OECD (in Druck) veröffentlicht. Beim Vergleich der Faktorenwerte unterschiedlicher Länder ist zu berücksichtigen, dass diese auf Basis von Schülerangaben erstellt werden, die zum einen die subjektiven Wahrnehmungen der Jugendlichen widerspiegeln und zum anderen vom kulturellen Hintergrund eines Landes beeinflusst werden. Zur Analyse der vorliegenden Kontextfaktoren scheint daher der Vergleich von Ländern mit einem ähnlichen soziokulturellen Hintergrund sinnvoll. Deshalb beziehen sich die meisten Analysen auf die ausgewählten EU15-Vergleichsländer. Das sind jene europäischen Länder mit dem höchsten Bruttoinlandsprodukt (nach BIP je Einwohner, kaufkraftbereinigt; Quelle: WK Österreich, 2005) sowie die Nachbarländer Österreichs, die hier nicht darunter fallen.

Neben der Darstellung der Faktoren im internationalen Kontext interessieren Unterschiede zwischen den Geschlechtern und Zusammenhänge zwischen den einzelnen Faktoren sowie mit der Naturwissenschaftsleistung und dem Unterricht in den naturwissenschaftlichen Fächern. Für Österreich wird die Motivation der Jugendlichen in den einzelnen Schulsparten dargestellt.

Motivationale Haltungen der Schüler/innen im internationalen Vergleich

Um die motivationalen Haltungen der Schüler/innen in Bezug auf die Naturwissenschaft zu charakterisieren, wurden für dieses Kapitel folgende individuelle und schulische Faktoren ausgewählt (zur näheren Beschreibung siehe Schwantner & Grafendorfer, 2007, Abschnitt 2.1):

• Individuelle Faktoren: instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation, allgemeines Interesse an Naturwissenschaft, Wichtigkeit, in den naturwissenschaftlichen Fächern gut zu sein, und Teilnahme an naturwissenschaftsbezogenen Aktivitäten
• Schulische Faktoren: Vorbereitung durch die Schule bzw. den Unterricht auf einen Beruf, der mit Naturwissenschaft zu tun hat sowie Information über naturwissenschaftliche Berufe

Individuelle Faktoren

Instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation und Interesse

Bei der instrumentellen und zukunftsorientierten Motivation wird der Anwendungsbezug bzw. die Brauchbarkeit des Gelernten als motivierend erlebt. Die Schüler/innen wurden z. B. gefragt, ob es für sie wichtig ist, was sie in Physik, Chemie oder Biologie in der Schule lernen, weil sie es für eine spätere Ausbildung oder Arbeit brauchen, oder ob sie in diesen Gegenständen lernen, weil es für sie nützlich ist (instrumentelle Motivation). Bei der zukunftsorientierten Motivation ist der Fokus noch stärker auf die berufliche Zukunft der Jugendlichen gerichtet. Die Schüler/innen wurden gefragt, ob sie gern in einem naturwissenschaftlichen Beruf bzw. mit Naturwissenschaften arbeiten möchten und ob sie gern ein naturwissenschaftliches Fach studieren würden. Beim allgemeinen Interesse an Naturwissenschaft wurden die Jugendlichen gefragt, wie viel Interesse sie daran haben, über naturwissenschaftliche Themen aus den Bereichen Physik, Chemie, Biologie, Astronomie, Geologie sowie über naturwissenschaftliche Experimente und Erklärungen zu lernen.

Zur Analyse der instrumentellen und zukunftsorientierten Motivation der Schüler/innen sowie des allgemeinen Interesses an Naturwissenschaft wurden alle 36 OECD-/EU-Länder herangezogen, um ergänzende Informationen zum Vergleich der EU15-Vergleichsländer (Schwantner & Grafendorfer, 2007, Abschnitt 2.4) zu liefern, bei dem Österreichs Schüler/innen durch die geringste instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation aufgefallen sind. Wie in Abbildung 8.1.1 ersichtlich wird, bleibt dieses Ergebnis jedoch auch bei den vorliegenden Analysen bestehen, obwohl 20 weitere Vergleichsländer hinzugekommen sind. Für die österreichischen Jugendlichen wird nicht erlebbar, wozu sie das in Physik, Chemie und Biologie Gelernte später – nach der Schule – brauchen können, bzw. wofür sie dieses Wissen einsetzen sollen. Gerade maximal 18 % der österreichischen Schüler/innen geben an, dass sie gern ein naturwissenschaftliches Fach an einer Universität oder Fachhochschule studieren würden oder als Erwachsene/r Naturwissenschaft auf einem höheren Niveau betreiben würden (Schreiner, 2007c, Anhang A3). Nur Japans Schüler/innen zeigen ähnlich niedrige Werte bei der instrumentellen Motivation wie die österreichischen.

Berücksichtigt man in der Darstellung, dass die Länder nach dem Mittelwert der Naturwissenschafts-Kompetenz gereiht sind, zeigt sich, dass die Ausprägungen sowohl unter den Ländern mit einer überdurchschnittlichen Naturwissenschaftsleistung (Finnland bis Korea) als auch unter den Ländern im OECD-Schnitt (Slowenien bis Schweden) und darunter sehr unterschiedlich ausfallen. Besonders auffallend sind die hohen Werte bei allen drei Faktoren in Mexiko, Rumänien, der Türkei, Bulgarien und in Litauen. Bei den Ländern mit einer überdurchschnittlichen Naturwissenschafts-Kompetenz zeigen die Schüler/innen aus Finnland, Japan, Korea und den Niederlanden nur eine geringe instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation und geringes allgemeines Interesse an Naturwissenschaft. Demgegenüber zeigen sich Schüler/innen in Kanada bei hoher Naturwissenschafts-Leistung auch hoch motiviert und interessiert. Es ist anzunehmen, dass die unterschiedlichen Muster in den OECD-/EU-Ländern zu einem großen Teil auf die unterschiedliche subjektive Einschätzung der Einzelitems der Konstrukte auf Basis unterschiedlicher soziokultureller Einflüsse und Erfahrungen der Schüler/innen in den einzelnen Ländern zurückzuführen sind.

Schüler/innen in Österreich zeigen (bei durchschnittlicher Naturwissenschafts-Kompetenz) zwar eine geringe Motivation, jedoch kein so schlechtes Ergebnis beim allgemeinen Interesse an Naturwissenschaft. Dieses Muster zeigt sich auch in Deutschland, der Schweiz, Belgien, Frankreich und Luxemburg.

Auch bei den Geschlechtsdifferenzen zeigt sich in den Vergleichsländern kein einheitliches Bild. Bei der instrumentellen Motivation ist der Unterschied zwischen Mädchen und Burschen in Österreich am größten: Die österreichischen Mädchen wissen noch viel weniger, was sie mit dem anfangen sollen, was sie in Physik, Chemie und Biologie lernen als Burschen. Auch in Japan, Korea, Deutschland und Griechenland ist der Vorsprung der Burschen sehr groß. In 11 Ländern, darunter im Nachbarland Tschechien, wissen die Mädchen mehr mit dem Gelernten anzufangen. Am größten ist der Vorsprung der Mädchen in Irland.

Die zukunftsorientierte Motivation ist in der Hälfte der Länder bei den Burschen deutlich ausgeprägter als bei den Mädchen. Am stärksten ist dieser Unterschied in Japan, hier sehen sich die Mädchen am wenigsten in einem naturwissenschaftlichen Beruf. Auch in Österreich geben Burschen signifikant öfter als Mädchen an, sich beruflich mit Naturwissenschaft beschäftigen zu wollen – wobei auch die Werte der Burschen weit unter dem OECD-Schnitt liegen. Mädchen sind in knapp einem Viertel der Länder an einer naturwissenschaftlichen Berufslaufbahn interessierter als Burschen. Am größten ist der Vorsprung der Mädchen in der Tschechischen Republik.

Das allgemeine Interesse an Naturwissenschaft ist in den meisten Ländern, darunter auch in Österreich, bei Mädchen und Burschen gleich ausgeprägt. Die größte Geschlechtsdifferenz gibt es in Japan, das neben Slowenien und Deutschland zu jenen sechs Ländern gehört, in denen Burschen signifikant mehr an Naturwissenschaft interessiert sind als Mädchen. Dem gegenüber zeigen sich in vier Ländern Mädchen interessierter als Burschen. In Bulgarien ist dieser Unterschied am stärksten.

Wichtigkeit, in den naturwissenschaftlichen Fächern gut zu sein

Eine zentrale Frage in Bezug auf Motivation und auch hinsichtlich Leistung ist, wie wichtig es den Jugendlichen selbst ist, in den naturwissenschaftlichen Fächern (Physik, Chemie und Biologie) gut zu sein – vor allem auch in Relation zu den beiden anderen „PISA-Kernfächern“ Mathematik und Deutsch (bzw. in der jeweiligen „PISA-Testsprache“).

Die Antworthäufigkeiten in den EU15-Vergleichsländern sind diesbezüglich relativ hoch. Mehr als drei Viertel der Schüler/innen ist es wichtig, in Mathematik oder Deutsch (bzw. der jeweiligen Testsprache) gut zu sein. Der Anteil an Jugendlichen, denen es wichtig ist, in den naturwissenschaftlichen Fächern gut zu sein, ist insgesamt etwas geringer (in den meisten Ländern zwischen 60 und 80 %).

Abbildung 8.1.2 zeigt die Häufigkeiten der Schüler/innen in Österreich, denen es entweder sehr wichtig, eher wichtig, eher nicht wichtig oder gar nicht wichtig ist, in diesen Fächern gut zu sein. Die Mehrheit der Schüler/innen gibt für Mathematik (59 %) und Deutsch (55 %) an, dass es ihnen in diesen Fächern sehr wichtig ist, gut zu sein, wohingegen dieser Anteil bei den naturwissenschaftlichen Fächern viel geringer ist (22 %). Auch die beiden negativen Kategorien werden bei den naturwissenschaftlichen Fächern öfter gewählt als bei Mathematik und Deutsch. In den naturwissenschaftlichen Fächern ist es den Jugendlichen demnach – in Relation zu Mathematik und Deutsch – nicht ganz so wichtig, gut abzuschneiden, was auf einen etwas niedrigeren Stellenwert der naturwissenschaftlichen Fächer insgesamt gegenüber Mathematik und Deutsch hinweisen könnte (siehe dazu auch Kap. 9.2). Vergleicht man die Antworthäufigkeiten von Mädchen und Burschen zeigt sich bei den naturwissenschaftlichen Fächern ein sehr homogenes Bild. In Mathematik gibt es eine leichte Tendenz, dass Burschen häufiger als Mädchen „sehr wichtig“ angeben (63 % gegenüber 55 %). Für Deutsch hingegen sind es die Mädchen, die deutlich häufiger als Burschen angeben, dass es ihnen sehr wichtig ist, gut zu sein (67 % gegenüber 44 %). Auch bei den negativen Antwortkategorien sind Burschen in Deutsch deutlich stärker vertreten als Mädchen.

Betrachtet man die Zusammenhänge zwischen der Wichtigkeit in den naturwissenschaftlichen Fächern, Mathematik und Deutsch (bzw. der jeweiligen Testsprache) gut zu sein (Abbildung 8.1.3) zeigen sich starke positive Korrelationen zwischen der Wichtigkeit in Mathematik gut zu sein und der Wichtigkeit in den naturwissenschaftlichen Fächern gut zu sein. Ebenso stark ist der Zusammenhang zwischen der Wichtigkeit in Mathematik und in Deutsch gut zu sein. Die Korrelation zwischen der Wichtigkeit, in den naturwissenschaftlichen Fächern und in Deutsch gut abzuschneiden ist in Österreich etwas geringer und im Schnitt der OECD-Länder deutlich niedriger.

Obwohl die Schüler/innen den Naturwissenschaften einen geringeren Stellenwert einräumen als Mathematik oder Deutsch, ist es interessant zu erfahren, ob sich die Schüler/innen je nachdem, wie wichtig die naturwissenschaftlichen Fächer für sie sind, in ihrer Naturwissenschaftsleistung unterscheiden. Abbildung 8.1.4 zeigt die Streuung der Naturwissenschafts-Kompetenz nach Wichtigkeit, in den naturwissenschaftlichen Fächern gut zu sein. Im Bereich zwischen den dargestellten Perzentilen (25. und 75. Perzentil) liegen die mittleren 50 % aller Werte. Der Median (das 50. Perzentil) kennzeichnet die „Mitte“ der Verteilung. Über und unter den dargestellten Balken befinden sich jeweils die „restlichen“ 25 % der Schüler/innen (nicht dargestellt).

Auf den ersten Blick wird ersichtlich, dass Schüler/innen, denen es wichtig ist, in den naturwissenschaftlichen Fächern gut zu sein, die besseren Naturwissenschaftsleistungen erbringen. Die Mediane der Jugendlichen, denen es wichtig ist, gut abzuschneiden, liegen in allen Vergleichsländern (mit Ausnahme Ungarns) deutlich über jenen der Gruppe, der es nicht wichtig ist. Dieses Ergebnis zeigt sich auch beim Mittelwertsvergleich der beiden Gruppen: In allen EU15-Vergleichsländern (außer in Ungarn) erbringen Schüler/innen, denen es wichtig ist, in Naturwissenschaft gut zu sein, eine signifikant bessere Leistung als Schüler/innen, denen dies kein Anliegen ist. Durch die Darstellung der Perzentile wird jedoch auch ersichtlich, dass sich die Leistungen der Schüler/innen in den beiden Gruppen in allen Vergleichsländern sehr ähnlich verteilen. So gibt es einen relativ breiten Bereich, in dem sich Schüler/innen, denen es wichtig ist, in den naturwissenschaftlichen Fächern gut zu sein, leistungsmäßig mit jenen überschneiden, denen es nicht wichtig ist, gut abzuschneiden.

Aktivitäten der Jugendlichen in Naturwissenschaft

Wie oft Jugendliche naturwissenschaftsbezogene Aktiviäten unternehmen, wie Fernsehsendungen, Internetseiten oder Radiosendungen über naturwissenschaftliche Themen ansehen bzw. anhören, Bücher über naturwissenschaftliche Themen ausborgen oder kaufen, naturwissenschaftliche Zeitschriften oder Artikel in Zeitungen lesen oder eine Naturwissenschafts-Gruppe besuchen (s. Abbildung 9.11 sowie Anhang 8.1.1), ist ein Anzeichen dafür, wie sehr sie sich mit Naturwissenschaft auseinandersetzen. Abbildung 8.1.5 zeigt die naturwissenschaftlichen Aktivitäten im Vergleich der ausgewählten EU-Länder.

Jugendliche in Slowenien beschäftigen sich in ihrer Freizeit am häufigsten mit Naturwissenschaften. Am wenigsten tun dies die 15-/16-Jährigen in Irland und Schweden. Österreichs Schüler/innen befinden sich im Bereich des OECD-Schnitts. Besonders beliebt sind bei österreichischen Jugendlichen sowie im Mittel aller OECD-Länder Fernseh- sendungen über Naturwissenschaften sowie naturwissen- schaftliche Zeitschriften oder Artikel in Zeitungen. Burschen geben sich in Österreich sowie in der Mehrheit der Vergleichsländer deutlich aktiver als Mädchen. Das einzige Land, in dem sich Mädchen aktiver zeigen als Burschen, ist die Tschechische Republik.

Schulische Faktoren

Vorbereitung auf und Informationen über eine naturwissenschaftliche Berufslaufbahn

Wie sehr sich Schüler/innen für eine naturwissenschaftliche Berufslaufbahn interessieren, hängt auch damit zusammen, wie gut sie durch die Schule diesbezüglich vorbereitet und informiert werden. Die Jugendlichen wurden daher u. a. gefragt, ob ihnen in verschiedenen Fächern (z. B. auch in Physik, Biologie und Chemie) grundlegende Fähigkeiten und Kenntnisse für naturwissenschaftliche Berufe vermittelt werden. Diese Fragen beziehen sich auf die Vorbereitung auf einen naturwissenschaftlichen Beruf. Zudem wurde erfasst, ob sich die Jugendlichen über natur- wissenschaftliche Berufe auf dem Arbeitsmarkt informiert fühlen. Zur Erläuterung, was mit „naturwissenschaftlichen Berufen“ – neben dem traditionellen Berufsbild des „Naturwissenschafters“/der „Naturwissenschafterin“ – gemeint ist, wurden im Fragebogen  Berufe, die spezifische naturwissenschaftliche Kenntnisse erfordern, als Beispiele genannt: Ingenieur/in (erfordert Kenntnisse in Physik), Meteorologe/Meteorologin (erfordert Kenntnisse in den Erdwissenschaften) und Arzt (erfordert medizinisch-naturwissenschaftliche Kenntnisse).

Jugendliche in Österreich und den Niederlanden geben am wenigsten an, dass ihnen in Unterricht und Schule grundlegende Fähigkeiten und Kenntnisse für naturwissenschaftliche Berufe vermittelt werden. (linkes Diagramm in Abbildung 8.1.6). In Großbritannien, Irland und Finnland wird die Vorbereitung durch die Schule sehr hoch eingeschätzt. In den meisten Ländern fühlen sich Mädchen und Burschen gleichermaßen auf eine naturwissenschaftliche Berufslaufbahn vorbereitet, nur in Finnland, Slowenien, der Tschechischen Republik und Irland finden Mädchen eher als Burschen, dass ihnen die grundlegenden Fähigkeiten für eine naturwissenschaftliche Berufslaufbahn vermittelt werden. In diesen Ländern (außer in Slowenien) schätzen sich Mädchen auch informierter ein (rechtes Diagramm in Abbildung 8.1.6). In der Hälfte der Länder zeigen sich aber Burschen besser über Naturwissenschaftsberufe informiert. In Österreich unterscheiden sich Mädchen und Burschen diesbezüglich nicht. Am wenigsten informiert zeigen sich wiederum die niederländischen Schüler/innen, finnische Jugendliche hingegen am meisten.

Selbstbezogene Kognitionen in Natur- wissenschaft

Die selbstbezogenen Kognitionen in Naturwissenschaft bilden die zweite wesentliche Komponente der Motivation der Schüler/innen. Sie werden in einem engen Zusammenhang mit Schülerleistungen gesehen (Zimmermann, 1991; zitiert nach Pekrun, 2006). Selbstbezogene Kognitionen können in folgende Bereiche gegliedert werden: Selbstwirksamkeits- und Kontrollüberzeugungen sowie Selbstkonzepte. Selbstwirksamkeit (Bandura, 1986; zitiert nach Pekrun, 2006) bezieht sich auf die Beurteilung der eigenen Fähigkeiten, Handlungsverläufe zu organisieren und durchzuführen, um festgelegte Ziele zu erreichen. In Bezug auf das Lernen bedeutet das, dass jeder Schüler/jede Schülerin sein/ihr eigenes Lernen auf Basis einer umfassenden persönlichen Theorie über den eigenen Lernprozess steuert (Bandura, 1993; zitiert nach Pekrun, 2006). Eine zentrale Komponente ist dabei, dass sich der Schüler/die Schülerin zutraut, ein bestimmtes Problem zu lösen. In Bezug auf die Erwartungen des Schülers/der Schülerin, Aufgaben oder Probleme positiv bewältigen zu können, spielen auch Kontrollüberzeugungen eine wichtige Rolle. Sie geben Auskunft darüber, ob sich jemand grundsätzlich in der Lage fühlt, eine Aufgabe/Problem erfolgreich zu meistern. Die dritte Komponente der selbstbezogenen Kognitionen – das Selbstkonzept – gilt als wichtiges Bildungsziel. Laut Marsh & Shavelson (1985, zitiert nach Pekrun, 2006) handelt es sich um ein multi-dimensionales Konstrukt, wobei zwischen verbalem, mathematischem und allgemeinem Selbstkonzept unterschieden wird. Das Selbstkonzept entwickelt sich vor allem auf Basis sozialer Vergleichsprozesse, anhand derer die Schüler/innen ihre Leistungen evaluieren (Marsh, Byrne & Shavelson, 1988; zitiert nach Pekrun, 2006).

Für die Hauptdomäne Naturwissenschaft wurden bei PISA 2006 zwei Faktoren für den Bereich der selbstbezogenen Kognitionen erhoben: das Vertrauen der Jugendlichen in ihre eigenen Fähigkeiten (Selbstwirksamkeit) und das Selbstkonzept der Schüler/innen in Naturwissenschaft. Abbildung 8.1.7 zeigt die beiden Faktoren in den ausgewählten EU-Ländern.

Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten in Natur- wissenschaft

Das Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten in Naturwissenschaft, wie es bei PISA 2006 erhoben wurde, bezieht sich darauf, wie zuversichtlich sich die Schüler/innen hinsichtlich der Lösung bestimmter exemplarischer naturwissenschaftlicher Aufgaben fühlen. Die Aufgaben wurden von der Fragebogenexpertengruppe ausgewählt und repräsentieren zentrale Themenbereiche der Naturwissenschafts-Kompetenz. Zum Beispiel wurden die Schüler/innen gefragt, inwieweit sie sich selbst zutrauen, eine naturwissenschaftliche Fragestellung in Zusammenhang mit Müllentsorgung herauszufinden, die naturwissenschaftliche Information auf einem Lebensmitteletikett zu interpretieren oder die Rolle von Antibiotika bei der Behandlung von Krankheiten zu beschreiben (s. Anhang 8.1.2).

In etwas mehr als der Hälfte der Vergleichsländer sind die Schüler/innen nur sehr wenig zuversichtlich, die gestellten Aufgaben lösen zu können. Am geringsten ist das Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten bei den Jugendlichen in Italien und der Schweiz. Auch Österreich gehört zu jenen Ländern, in denen es sich die Schüler/innen nur wenig zutrauen, die gestellten Aufgaben zu schaffen, und das bei Mädchen und Burschen gleichermaßen. Am meisten Vertrauen in die eigenen naturwissenschaftlichen Fähigkeiten zeigen Jugendliche in England, wobei dieses Ergebnis vor allem auf die hohe Zuversichtlichkeit der Burschen zurückzuführen ist. Auch in allen anderen Vergleichsländern (außer in Österreich) trauen sich Burschen das Lösen der gestellten Aufgaben viel eher zu als Mädchen.

Selbstkonzept in Naturwissenschaft

Beim Selbstkonzept in Naturwissenschaft geht es darum, wie Schüler/innen ihr Lernen und ihre Leistungen in den naturwissenschaftlichen Fächern Physik, Chemie und Biologie wahrnehmen. Zum Beispiel wurden die Jugendlichen gefragt, ob sie den Stoff in diesen Fächern schnell und leicht lernen und ob sie die grundlegenden Ideen bzw. auch neue Konzepte in Physik, Chemie und Biologie gut verstehen. In fast zwei Drittel der Vergleichsländer, darunter auch Österreich, nehmen die Schüler/innen ihr Lernen und ihre Leistungen in den naturwissenschaftlichen Fächern positiv wahr. Für Österreich ist dieses Ergebnis konsistent mit TIMSS 1995 (Mullis et al., 1998). 77 % der österreichischen Schüler/innen im letzten Jahr der Sekundarschule (12. Schulstufe AHS, 13. Schulstufe BHS, 10.–12. Schulstufe BMS, 12.–14. Schulstufe BS) gaben an, dass sie normalerweise in den naturwissenschaftlichen Fächern gut abschneiden.

Am höchsten ausgeprägt ist das Selbstkonzept bei den Jugendlichen in Deutschland, Luxemburg und Slowenien. Am negativsten bewerten die niederländischen Mädchen ihre Erfahrungen beim Lernen in den naturwissenschaftlichen Fächern, was dazu führt, dass auch der Landesmittelwert der Niederlande bezogen auf die Vergleichsländer am geringsten ist.

Insgesamt lassen sich in Bezug auf die selbstbezogenen Kognitionen vier Gruppen von Ländern identifizieren: (1) Länder, in denen die Schüler/innen sowohl über ein positives Selbstkonzept als auch über ein positives Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten in Naturwissenschaft verfügen (Finnland, Deutschland, England und Slowakische Republik); (2) Länder, in denen die Schüler/innen zwar ihre Leistungen und ihre Erfahrungen beim Lernen in den naturwissenschaftlichen Fächern positiv bewerten, sich jedoch in Bezug auf das Lösen exemplarischer zentraler naturwissenschaftlicher Aufgaben wenig zutrauen (Slowenien, Schweiz, Österreich, Luxemburg und Italien); (3) Länder, in denen die Schüler/innen ein überdurchschnittliches bzw. durchschnittliches Vertrauen in die eigenen naturwissenschaftlichen Fähigkeiten aufweisen, jedoch über ein geringes Selbstkonzept verfügen (Niederlande, Tschechische Republik und Irland) sowie (4) Länder, in denen die Schüler/innen sowohl über ein geringes Selbstkonzept verfügen als sich auch wenig zutrauen (Belgien, Ungarn, Schweden und Dänemark).

Motivation, selbstbezogene Kognitionen und Naturwissenschafts-Kompetenz

Die Motivation der Schüler/innen in Naturwissenschaft sowie die Art und Weise, wie sie ihr Können in einem bestimmten Fach wahrnehmen, spielen eine bedeutende Rolle im Zusammenhang mit der Naturwissenschafts-Kompetenz. Es ist anzunehmen, dass Schüler/innen, die Freude am Lernen in Naturwissenschaft haben, die sich gern mit naturwissenschaftlichen Inhalten beschäftigen und grundlegende Konzepte und Theorien anwenden bzw. einsetzen können, eine höhere Naturwissenschaftsleistung erbringen als Jugendliche, die weniger motiviert sind bzw. ein weniger positives Selbstbild aufweisen. Die Richtung des Zusammenhangs wird als reziprok betrachtet, da sich auch gute Naturwissenschaftsleistungen wiederum positiv auf die motivationalen Haltungen (und dabei vor allem auf die selbstbezogenen Kognitionen) der Schüler/innen auswirken (s. vorletzten Abschnitt in diesem Kapitel sowie OECD, 2007d, S. 161).

Im Folgenden werden nun die Unterschiede in der Ausprägung der instrumentellen und zukunftsorientierten Motivation der Schüler/innen sowie der selbstbezogenen Kognitionen (Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten und Selbstkonzept) in Bezug auf die Naturwissenschaftsleistung beleuchtet. Die sechs Kompetenzstufen der Naturwissenschafts-Gesamtskala wurden dazu in drei Gruppen zusammengefasst: Spitzen-, Mittel- und Risikogruppe (s. Abbildung 8.1.9).

Schüler/innen mit sehr guten Naturwissenschaftsleistungen weisen eine deutlich höhere instrumentelle Motivation auf als Jugendliche mit mittleren oder niedrigen Leistungen. Dass die Konstruktausprägung jedoch auch bei den österreichischen Spitzenschüler/innen und -schülern unter dem OECD-Schnitt liegt, könnte bedeuten, dass andere motivationale Faktoren für diese Schüler/innen relevant sind: Dies kann einerseits auf eine stark intrinsische Motivation der Spitzenschüler/innen hinweisen (wofür auch die tendenziell hohen Werte bei der Freude an Naturwissenschaft sprechen) oder auf einen anderen externalen Faktor, nämlich die Wichtigkeit, in der Schule gut abzuschneiden bzw. gute Noten zu bekommen (unabhängig von der Relevanz der gelernten Inhalte).

Bei der zukunftsorientierten Motivation zeigt sich in Österreich ein ähnliches Muster: Jugendliche der Naturwissenschafts-Spitzengruppe geben am häufigsten an, dass für sie eine naturwissenschaftliche Berufslaufbahn in Frage kommt. Die überdurchschnittlich hohe Einschätzung der Spitzenschüler/innen hebt sich somit auch deutlich vom Gesamtergebnis Österreichs bzw. auch vom Ergebnis innerhalb der Schulsparten ab (siehe unten).

Beim Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten in Naturwissenschaft ist der Unterschied zwischen allen drei Leistungsgruppen konsistent signifikant. In Österreich ist der Vorsprung der Spitzenschüler/innen dabei im Vergleich zur Risikogruppe mit 1,43 Indexpunkten enorm, aber auch gegenüber der Gruppe mit mittleren Leistungen ist der Abstand sehr groß. Beim Selbstkonzept in Naturwissenschaft gibt es ebenso konsistente Unterschiede zwischen den drei Leistungsgruppen.

Ähnliche Ergebnisse wie in Österreich zeigen sich auch in den ausgewählten EU-Ländern. Bereits bei PISA 2003 konnten in allen 14 EU-Vergleichsländern konsistente Unterschiede zwischen Spitzen-, Mittel- und Risikogruppe in Mathematik beim Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten sowie beim Selbstkonzept in Mathematik beobachtet werden (Wallner-Paschon & Schwantner, 2004, Abschn. 8.4 und 8.6). Sowohl Österreichs Jugendliche als auch Schüler/innen in den Vergleichsländern scheinen somit bezüglich ihrer Fähigkeiten und Lernerfahrungen in Physik, Chemie und Biologie als auch in Mathematik über eine realistische Selbsteinschätzung zu verfügen.

Motivation der Jugendlichen in den österreichischen Schulsparten

Analysen der einzelnen österreichischen Schulsparten sind mit PISA-Daten dann sinnvoll, wenn davon ausgegangen werden kann, dass die besuchte Schulsparte das Ergebnis auch tatsächlich beeinflusst. Zum Beispiel repräsentieren die Kompetenzen, die bei PISA erfasst werden, die kumulierten Leistungen der Schüler/innen über die gesamte Schulzeit, wodurch Aussagen nach Schulsparten in Bezug auf die Kompetenzen nur bedingt aussagekräftig sind. Bei den motivationalen Haltungen und den selbstbezogenen Kognitionen könnte man annehmen, dass sie zwar auch auf kumulierten Erfahrungen basieren, jedoch zu einem wesentlichen Teil durch die gegenwärtige Situation in der Schule bzw. im Unterricht beeinflusst werden. Hauptschulen (HS) und Allgemeine Sonderschulen (ASO) werden bei Schulspartenvergleichen nicht einbezogen, da die Schüler/innen dieser Formen zwar auf Grund des Jahrgangs bei PISA erfasst werden, aber in der Regel eine Schullaufbahnverzögerung aufweisen, und daher keine „typischen“ Vertreter/innen dieser Schulsparten darstellen. Die Allgemeinen Pflichtschulen (APS) repräsentieren daher bei diesen Vergleichen nur Schüler/innen der Polytechnischen Schulen (PTS).

Instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation sowie selbstbezogene Kognitionen

Bei der Interpretation der Ergebnisse zur instrumentellen Motivation und zum Selbstkonzept (Abbildung 8.1.9) in den Schulsparten muss berücksichtigt werden, dass die beiden Faktoren durch Fragen erfasst wurden, die sich auf die naturwissenschaftlichen Fächer der Schüler/innen beziehen. Als naturwissenschaftliche Fächer gelten bei PISA all jene, die großteils Stoffgebiete aus Physik, Chemie, Biologie und Erdwissenschaften beinhalten. In Österreich sind das im Allgemeinen die Fächer Physik, Chemie und Biologie, jedoch gibt es in den einzelnen Schulsparten und/oder Schultypen eine Vielzahl an Fächern, die die relevanten Stoffgebiete schwerpunktmäßig behandeln, jedoch unterschiedlich genannt werden. So wird in den Polytechnischen Schulen z. B. Naturkunde, Ökologie und Gesundheitslehre unterrichtet, in den Berufsbildenden Mittleren Schulen u. a. Ökologie und Warenlehre sowie Gesundheit und Ernährung. In den technischen und gewerblichen Berufsbildenden Höheren Schulen (BHS) werden u. a. Fächer wie Angewandte Physik, Angewandte Chemie und Ökologie sowie Allgemeine, Anorganische, Analytische und Organische Chemie angeboten. In den land- und forstwirtschaftlichen BHS wiederum findet man u. a. Chemisches und Bodenkundliches oder Biotechnologisches Laboratorium. Einen kurzen Einblick in diese Vielfalt geben auch die Abbildungen 7.3.1und 7.3.2 in Kapitel 7.3. Um den Jugendlichen das Beantworten der betreffenden Fragen zu den naturwissenschaftlichen Fächern zu erleichtern, erhielten die Testleiter/innen eine Liste mit den jeweils für die betreffenden Schulen genau definierten Fächerbezeichnungen.

Einen Sonderfall in Bezug auf die naturwissenschaftlichen Fächer bilden die Berufsschulen, in denen je nach Lehrberuf andere Gegenstände mit den für PISA relevanten Kernstoffgebieten unterrichtet werden, bzw. in denen gar keine vergleichbaren Fächer angeboten werden. 49 % der PISA-Schüler/innen in Berufsschulen geben an, keinen Unterricht in naturwissenschaftlichen Fächern zu haben (siehe Abbildung 9.1.6 in Kapitel 9.1). Es ist davon auszugehen, dass sich dies auch auf die Beantwortung der einzelnen Fragen zur instrumentellen Motivation und zum Selbstkonzept in den Berufsschulen auswirkt, obwohl diese Fragen so konzipiert wurden, dass sie auch für Schüler/innen, die derzeit keinen naturwissenschaftlichen Unterricht haben, beantwortbar sind, da sie sich nicht auf einen bestimmten, aktuellen Zeitraum beziehen. Der Anteil an unbeantworteten Fragen ist dennoch in den Berufsschulen mit durchschnittlich 38 % relativ hoch und soll bei der Interpretation der Ergebnisse nach Schulsparten berücksichtigt werden.

Die instrumentelle Motivation (Abbildung 8.1.9) ist in allen Schulsparten sehr gering ausgeprägt. Schüler/innen in den Berufsbildenden Mittleren Schulen ziehen noch am meisten Nutzen aus den naturwissenschaftlichen Schulfächern. Auffallend ist die relativ homogene Ausprägung in den BMS, wobei die Mädchen sogar einen tendenziell höheren Mittelwert aufweisen als Burschen. In allen anderen Schulsparten treten sehr starke Geschlechtsdifferenzen zu Ungunsten der Mädchen auf. Am allerwenigsten wissen Mädchen in Berufsschulen mit dem anzufangen, was sie bisher in den naturwissenschaftlichen Fächern gelernt haben (bzw. auch aktuell lernen). Geht man davon aus, dass Berufsschüler/innen auf Grund der bereits erfolgten Berufswahl und der entsprechende Praxis in der Lage sein sollten, gut abschätzen zu können, ob sie das, was sie in den naturwissenschaftlichen Fächern lernen bzw. gelernt haben, in ihrem Berufsleben brauchen können, ist das Ergebnis um so enttäuschender: Gemessen an der Realität ist der Nutzen für die Schüler/innen enorm gering. Immerhin weisen jene Berufsschüler/innen, die angeben, zum Testzeitpunkt Unterricht in naturwissenschaftlichen Fächern zu haben, einen deutlich höheren Mittelwert auf als Schüler/innen, die im betreffenden Jahr keinen Naturwissenschafts-Unterricht haben. Jedoch liegt auch dieser Wert unter dem OECD-Schnitt.

Ein völlig anderes Bild zeigte sich bei PISA 2003 bei der instrumentellen Motivation in Mathematik: Diese ist bei Jugendlichen in BS und PTS am höchsten ausgeprägt (wenn auch mit ca. –0,2 Indexpunkten unter dem OECD-Schnitt) und bei Jugendlichen in AHS am geringsten (rund –0,9; Wallner-Paschon & Schwantner, 2004, Abschn. 8.3).

Betrachtet man die Operationalisierung des Konstrukts zukunftsorientierte Motivation, wird deutlich, dass auch eine wissenschaftlich/akademische Berufslaufbahn angesprochen wird. So werden die Schüler/innen u. a. gefragt, ob sie gern ein naturwissenschaftliches Fach an der Universität/Fachhochschule studieren würden oder gern Naturwissenschaft auf einem fortgeschrittenen Niveau betreiben würden (s. Anhang 8.1.1). Bei der Analyse nach Schulsparten muss dieser Aspekt berücksichtigt werden, insofern sich daraus Konsequenzen für das Antwortverhalten der Schüler/innen ergeben. So ist es sicherlich nicht die „Kernaufgabe“ von Polytechnischen Schulen und Berufsschulen, die Schüler/innen auf einen „klassischen“ Naturwissenschafts-Beruf, der laut Festlegung[1] typischerweise zumindest einen Abschluss auf Maturaniveau oder eines Kollegs erfordert, vorzubereiten oder sie dafür zu motivieren. Viel eher ist von den Allgemeinbildenden und Berufsbildenden Höheren Schulen auf Grund ihrer Ausrichtung zu erwarten, dass sie Absolventinnen und Absolventen für eine naturwissenschaftlich akzentuierte Berufslaufbahn hervorbringen.

Tatsächlich lassen sich AHS-Schüler/innen noch am meisten für einen naturwissenschaftlichen Beruf begeistern. Ihr Vorsprung bei der zukunftsorientierten Motivation ist gegenüber Jugendlichen in allen anderen Schulsparten signifikant. Dennoch liegt auch der AHS-Mittelwert unter dem Mittel aller OECD-Länder. Auch Schüler/innen in Berufsbildenden Höheren Schulen liegen weit unter dem OECD-Schnitt. Dieses Ergebnis zeigt deutlich, dass in Österreich nicht einmal die Jugendlichen aus jenen Schulsparten, von denen man auf Grund ihrer akademischen Ausrichtung annehmen würde, dass sie einen wesentlichen Anteil an Absolventen und Absolventinnen für den naturwissenschaftlichen Bereich hervorbringen (AHS und BHS), eine naturwissenschaftliche Berufslaufbahn anstreben. In den BHS fällt vor allem der große Unterschied zwischen Mädchen und Burschen auf.

Jugendliche in den Polytechnischen Schulen und Berufsschulen weisen die geringste zukunftsorientierte Motivation in Naturwissenschaft auf. Dies lässt sich zum einen – wie zuvor erläutert – durch die Operationalisierung der Fragestellung erklären. Zum anderen ist ausschlaggebend, dass die Berufsentscheidung bei Jugendlichen in Berufsschulen bereits für einen bestimmten (in vielen Fällen nicht naturwissenschaftlichen) Lehrberuf gefallen ist. Immerhin zeugt es von einer ziemlich realistischen und ehrlichen Einschätzung der betreffenden Schüler/innen, wenn sie die Fragen, ob sie gern ein naturwissenschaftliches Studium machen möchten oder Naturwissenschaft auf einem höheren Niveau betreiben wollen, ablehnend beantworten.

Beim Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten in Naturwissenschaft nach Schulsparten spiegelt sich das Bild wider, das sich zuvor bei der Analyse nach den drei Leistungsgruppen gezeigt hat: Schüler/innen in höheren Schulen, in denen sich sehr viele Jugendliche mit hohen Naturwissenschafts-Leistungen befinden (s. Kapitel 4.3), haben mehr Vertrauen in ihre naturwissenschaftlichen Fähigkeiten als Schüler/innen in jenen Schulsparten, in denen sich überwiegend Schüler/innen mit geringeren Leistungen befinden. Am wenigsten trauen sich Jugendliche in Polytechnischen Schulen und Berufsschulen das Lösen der angegebenen exemplarischen Naturwissenschaftsaufgaben zu. Auffallend sind wiederum die großen Geschlechtsunterschiede in den BHS.

Beim Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten in Mathematik bei PISA 2003 zeigte sich ein sehr ähnliches Bild wie in Naturwissenschaft, nur mit insgesamt etwas höheren Konstruktausprägungen (Wallner-Paschon & Schwantner, 2004, Abschn. 8.4). Im Großen und Ganzen sprechen auch diese Ergebnisse für eine relativ gute Selbsteinschätzung der Schüler/innen.

Wenn es um die Erfahrungen der Schüler/innen beim Lernen in den Naturwissenschaften geht (Selbstkonzept), zeigt sich auch hier, dass Jugendliche in den höheren Schulen diese positiver wahrnehmen als in den anderen Schulsparten. Auffallend ist, dass die Geschlechtsdifferenzen mit Ausnahme der Polytechnischen Schulen in allen Schulsparten zu beobachten sind und relativ groß sind. Am größten ist der Vorsprung der Burschen in den Berufsschulen. Wie bereits bei der instrumentellen Motivation berichten auch hier jene Schüler/innen, die derzeit naturwissenschaftlichen Unterricht haben, weitaus positivere Erfahrungen mit dem Lernen und ihren Leistungen in Naturwissenschaft als Berufsschüler/innen, die sich bei der Beantwortung der Fragen nur auf den Naturwissenschaftsunterricht in der Unterstufe beziehen können. Die Tatsache, dass deutlich mehr als die Hälfte der Jugendlichen, die angeben, aktuell einen Naturwissenschaftsunterricht an der BS zu haben (51 %), Burschen sind (36 %), dürfte diese Differenz noch verstärken.

Vorbereitung auf und Information über Naturwissenschaftsberufe sowie naturwissenschaftliche Aktivitäten

Abbildung 8.1.10 zeigt die Vorbereitung auf einen Naturwissenschaftsberuf durch Schule bzw. Unterricht und die Information darüber sowie naturwissenschaftliche Aktivitäten der Schüler/innen in den einzelnen Schulsparten.

Am besten fühlen sich Schüler/innen in AHS durch Fächerangebot und Unterricht auf einen naturwissenschaftlichen Beruf vorbereitet. Sie liegen mit ihrer Einschätzung im Bereich des OECD-Schnitts. Am wenigsten fühlen sich Jugendliche in den Berufsschulen auf einen naturwissenschaftlichen Beruf vorbereitet, wobei dieses Ergebnis vor allem auf die negative Einschätzung jener Schüler/innen zurückzuführen ist, die in der Berufsschule in keinen naturwissenschaftlichen Fächern unterrichtet werden. Berufsschüler/innen, die Naturwissenschaftsunterricht haben, liegen mit einem Mittelwert von –0,13 an zweiter Stelle hinter den Jugendlichen in AHS, wohingegen die Jugendlichen ohne naturwissenschaftliche Fächer mit einem Mittelwert von rund –1 weit unter allen anderen liegen. Zwar beziehen sich die Fragen zur Erfassung der Vorbereitung nicht in erster Linie auf die spezifischen naturwissenschaftlichen Fächer, sondern auch darauf, ob die Schüler/innen durch das Fächer- und Unterrichtsangebot generell auf naturwissenschaftliche Berufe vorbereitet werden (s. Anhang 8.1.2), dennoch ist die Tatsache, dass keine naturwissenschaftlichen Fächer unterrichtet werden, in den Berufsschulen ausschlaggebend, da davon ausgegangen werden kann, dass die Schüler/innen auch in keinem anderen Unterrichtsfach auf einen naturwissenschaftlichen Beruf vorbereitet werden. Dieses Ergebnis ist daher nicht weiter verwunderlich, auch aus dem Grund, da die Berufsschule den Zweck hat, auf einen spezifischen Beruf vorzubereiten, der nicht zwingend mit Naturwissenschaften zu tun haben muss.

Auffallend bei der Vorbereitung auf einen Naturwissenschafts-Beruf ist die große Geschlechtsdifferenz in den Berufsbildenden Höheren Schulen: Burschen in BHS fühlen sich fast so gut wie AHS-Schüler/innen auf einen Naturwissenschafts-Beruf vorbereitet, wohingegen Mädchen in ihrer Einschätzung weit zurück liegen. Burschen in BHS fühlen sich auch viel besser über Naturwissenschafts-Berufe informiert als Mädchen. Die Annahme, dass diese Unterschiede auf die unterschiedlichen BHS-Schultypen zurückgeführt werden könnten, bleibt vorerst unbegründet: auch innerhalb der gewerblichen/technischen/kunstgewerblichen sowie den kaufmännischen und wirtschafts-sozialberuflichen BHS ist die Tendenz zu Gunsten der Burschen vorhanden. In allen anderen Schulsparten fühlen sich sowohl Mädchen als auch Burschen sehr ähnlich über naturwissenschaftliche Berufe informiert.

Bei den naturwissenschaftsbezogenen Aktivitäten zeigt sich Folgendes: Schüler/innen in AHS verbringen signifikant häufiger als Jugendliche in anderen Schulsparten Zeit mit naturwissenschaftlichen Aktivitäten und liegen mit ihrem Ergebnis auch über dem OECD-Schnitt. Am beliebtesten ist dabei das Lesen naturwissenschaftlicher Zeitschriften oder Artikel in Zeitungen (31 %). Schüler/innen in BHS und BMS liegen mit den Naturwissenschafts-Aktivitäten im OECD-Mittelfeld. Am wenigsten naturwissenschaftsbezogene Aktivitäten werden von Jugendlichen in den Polytechnischen Schulen und in den Berufsschulen angegeben. Am meisten beschäftigen sich Jugendliche aus diesen Schulsparten noch mit Fernsehsendungen über Naturwissenschaften (PTS 17 %, BS 12 %) sowie ebenfalls naturwissenschaftlichen Zeitschriften oder Artikeln in Zeitungen (PTS 16 %, BS 15 %; s. Anhang 8.1.1).

Signifikante Geschlechtsdifferenzen zeigen sich in BHS, PTS und BS, wobei diese in den BHS wiederum am größten sind. Die BHS-Burschen unternehmen dabei ähnlich viele naturwissenschaftsbezogene Aktivitäten wie Schüler/innen in AHS.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass Burschen in BHS bei allen dargestellten Faktoren eine höhere Ausprägung aufweisen als Mädchen, wobei dies tendenziell auch innerhalb der drei größten Schulformen dieser Sparte, den gewerblichen/technischen/kunstgewerblichen sowie den kaufmännischen und wirtschafts-sozialberuflichen BHS der Fall ist. Ein weiteres Muster zeigt sich in den Allgemeinbildenden Höheren Schulen. Schüler/innen in AHS verfügen über eine signifikant höhere zukunftsorientierte Motivation, ein höheres Vertrauen in ihre eigenen Fähigkeiten und ein positiveres Selbstkonzept als Jugendliche in allen anderen Schulsparten. Zudem fühlen sie sich am besten auf einen naturwissenschaftlichen Beruf vorbereitet und machen am häufigsten naturwissenschaftsbezogene Aktivitäten.

Zusammenhänge zentraler einstellungsbezogener Faktoren und Naturwissenschafts-Kompetenz

Die bei PISA 2006 erfassten einstellungsbezogenen Merkmale der Schüler/innen, denen auch die motivationalen Haltungen und selbstbezogenen Kognitionen angehören, sind nicht unabhängig voneinander. Neben den Zusammenhängen zwischen den einzelnen Faktoren interessieren vor allem auch die Beziehungen zur Naturwissenschafts-Kompetenz. Hypothesen über Zusammenhänge können auf Basis des konzeptionellen Modells des PISA-Kontextfragebogens (OECD, 2006b) abgeleitet werden (s. a. Schwantner, 2007a, Abschn. 1.2). Abbildung 8.1.11 zeigt die vielfältigen Zusammenhänge, die sich auf Basis des Kontextmodells für die motivationalen Haltungen, die selbstbezogenen Kognitionen, die Wertschätzung der Naturwissenschaft durch die Schüler/innen sowie die Naturwissenschafts-Leistung rein auf Schülerebene ergeben, im Überblick.

Abbildung 8.1.12 zeigt die Pearson-Korrelationskoeffizienten für ausgewählte einstellungsbezogene Faktoren und die Naturwissenschafts-Kompetenz auf Schülerebene, einmal für Österreich und einmal im Schnitt der EU-Vergleichsländer. Zusätzlich zu den bisher analysierten motivationalen Faktoren wurden für diese Darstellung auch die Freude der Schüler/innen an Naturwissenschaft sowie der allgemeine und der persönliche Nutzen, den die Jugendlichen in der Naturwissenschaft sehen, einbezogen.

Wertschätzung der Naturwissenschaft

Die Wertschätzung der Naturwissenschaft durch die Schüler/innen ist eine zentrale Komponente der Einstellungen der Schüler/innen, wobei zwischen allgemeiner und persönlicher Wertschätzung unterschieden wird. Die persönliche Wertschätzung kann als Voraussetzung für positive Emotionen in Bezug auf Naturwissenschaft, die Lernmotivation und eine langfristig andauernde Auseinandersetzung mit Naturwissenschaft in Verbindung mit Ausbildungs- und Berufsentscheidungen gesehen werden. Die generelle Wertschätzung bezieht sich auf Aspekte wie den Beitrag der Naturwissenschaft, um die Welt besser zu verstehen, oder zur Verbesserung von Lebensbedingungen.

Es wird angenommen, dass die allgemeine Wertschätzung die persönliche Wertschätzung sowie das andauernde Interesse und Berufslauf- bahnentscheidungen positiv beein- flusst (Pekrun, 2006). Mit PISA- 2006-Daten kann dies durchaus bestätigt werden: Allgemeiner und persönlicher Nutzen korrelieren sowohl in Österreich als auch im Mittel der EU-Vergleichsländer stark (≥ .5). Zwischen dem allgemeinen Nutzen und dem allgemeinen Interesse an Naturwissenschaft bildet sich ein mittlerer Zusammenhang heraus (≥ .25); der persönliche Nutzen hängt stark mit dem allgemeinen Interesse sowie mit der Freude an Naturwissenschaft zusammen, was der oben formulierten Annahme entspricht, dass persönliche Wertschätzung zu positiven Emotionen führt. Operationalisiert man die Berufslaufbahnentscheidung in diesem Fall mit der instrumentellen und zukunftsorientierten Motivation, so zeigt sich bei PISA Folgendes: Schüler/innen, für die Naturwissenschaft von persönlicher Relevanz ist, empfinden auch das, was sie in den naturwissenschaftlichen Fächern lernen, aktuell und für ihre spätere Ausbildung oder beruflichen Aussichten als nützlich, und können sich auch eher vorstellen, einmal ein naturwissenschaftliches Fach zu studieren oder sich beruflich mit Naturwissenschaft zu beschäftigen. Jugendliche, die den Beitrag der Naturwissenschaft allgemein – für die Gesellschaft, die Lebensbedingungen der Menschen, die Wirtschaft etc. – wertschätzen, zeigen ebenso eine erhöhte instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation; die Zusammenhänge sind hier für Österreich und die EU15-Länder mittel. In Bezug auf die Naturwissenschafts-Kompetenz ergibt sich ebenso ein mittlerer Zusammenhang mit der allgemeinen Wertschätzung der Naturwissenschaft: Je höher die Naturwissenschafts-Kompetenz der Schüler/innen ist, desto mehr schätzen sie den Wert der Naturwissenschaft für die Gesellschaft, die Verbesserung von Lebensbedingungen, die Wirtschaft etc. bzw. auch umgekehrt.

Selbstbezogene Kognitionen

Selbstbezogene Kognitionen stehen vor allem mit der Schülerleistung in Zusammenhang. Darüber hinaus beeinflussen sie in großem Maße Zielsetzungen sowie die Anwendung von Strategien (Zimmermann, 1999; zitiert nach Pekrun, 2006). Bei PISA 2006 wurden zwei Komponenten der selbstbezogenen Kognitionen erfasst: Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten in Naturwissenschaft (Science Self Efficacy bzw. Selbstwirksamkeit) und das Selbstkonzept der Schüler/innen in Naturwissenschaft. Der Zusammenhang von Selbstwirksamkeit (Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten) und Leistung konnte von der Forschung bisher allgemein nachgewiesen werden, obwohl unterschiedliche Korrelationsstärken beobachtet wurden – meist in Abhängigkeit des angewandten Messverfahrens (Multon, Brown & Lent, 1991; zitiert nach Pekrun, 2006).

Auch mit PISA-2006-Daten lassen sich Zusammenhänge von Naturwissenschafts-Kompetenz und Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten (Selbstwirksamkeit) auf einem mittleren Niveau nachweisen. Diese Beziehung ist durchaus wechselseitig. Je besser die Naturwissenschaftsleistung der Schüler/innen ist, desto höher ist ihr Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten, was sich wiederum positiv auf die Leistung auswirkt. Das Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten steht auch in einem mittleren positiven (und wechselseitigen) Zusammenhang mit dem Selbstkonzept der Schüler/innen.

Beim Selbstkonzept geschieht die Bewertung der eigenen Position relativ zur Position anderer Schüler/innen und deren relativen Leistungen. In diesem Zusammenhang beobachtete Marsh (1990, zitiert nach Pekrun, 2006), dass Schüler/innen mit gleichen Leistungen in Abhängigkeit von der Gesamtleistung einer Schule oft unterschiedliche Ausprägungen im Selbstkonzept zeigen. Bei PISA 2006 ergibt sich auf Schülerebene ein mittlerer positiver Zusammenhang zwischen Selbstkonzept und Naturwissenschafts-Kompetenz. Mittlere positive Zusammenhänge ergeben sich zudem für die selbstbezogenen Kognitionen und Motivation, Interesse und Freude sowie der Wertschätzung der Naturwissenschaft.

Motivationale Haltungen

Die motivationalen Haltungen der Schüler/innen sind intrinsisch und extrinsisch orientiert. Zur intrinsischen Motivation gehören z. B. Freude und gegenstandsbezogenes Interesse. Beide bewirken positive Emotionen beim Lernen. Sie beeinflussen die Kontinuität und die Intensität des Lernens, unabhängig von der generellen Lernmotivation (Baumert & Koeller, 1998; zitiert nach Pekrun, 2006). Laut Schiefele (1991, zitiert nach Pekrun, 2006) hängt Interesse eng mit Freude und persönlicher Wertschätzung von Naturwissenschaft zusammen. Dieses Ergebnis kann mit den PISA-2006-Daten für Österreich und im Schnitt der Vergleichsländer bestätigt werden. In Bezug auf die Naturwissenschafts-Kompetenz ergibt sich im Mittel aller EU-Vergleichsländer gerade ein mittlerer positiver Zusammenhang. In Österreich besteht hier nur ein geringer Zusammenhang.

Instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation sind extrinsische Motivationskomponenten. Die zukunftsorientierte Dimension wird als von besonderer Relevanz für einen langzeitigen, andauernden Einsatz für ein Fach angesehen (Husman & Lens, 1999; Lens, Simons & Dewitte, 2001; zitiert nach Pekrun, 2006). Pekrun (2006) ist der Ansicht, dass die Motivation, sich in Naturwissenschaft „lebenslang“ anzustrengen und Zeit zu investieren, durch ein stabiles Interesse an Naturwissenschaft sowie instrumentelle Überlegungen, die auf der Wichtigkeit der Naturwissenschaft zur Erreichung beruflicher Ziele und von Lebenszielen beruhen, gesteigert werden kann. Instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation korrelieren bei PISA 2006 stark miteinander. Wie bereits zuvor erläutert, besteht auch ein enger Zusammenhang mit dem persönlichen Nutzen, den Jugendliche in der Naturwissenschaft sehen. Ob sich Schüler/innen allgemein für Naturwissenschaft interessieren, steht in einem mittleren Zusammenhang damit, ob sie das, was sie in den naturwissenschaftlichen Fächern in der Schule lernen, als nützlich empfinden (instrumentelle Motivation). Ob sich Jugendliche auch beruflich gern mit Naturwissenschaft beschäftigen wollen (zukunftsorientierte Motivation), hängt stark mit der Freude an Naturwissenschaft zusammen.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass in Österreich sowie im Mittel der EU-Vergleichsländer mittlere und zum Teil auch starke Zusammenhänge zwischen der motivationalen Haltung der Schüler/innen, den selbstbezogenen Kognitionen und der Wertschätzung der Naturwissenschaft bestehen. In Bezug auf die Naturwissenschafts-Kompetenz bestehen mittlere Zusammenhänge zu den selbstbezogenen Kognitionen, zur Freude in Naturwissenschaft (im EU15-Schnitt auch zum allgemeinen Interesse) und zum allgemeinen Nutzen, den die Schüler/innen in der Naturwissenschaft sehen. Artelt, Baumert, Julius-McElvany und Peschar (OECD, 2003, Kap. 2) konnten mit PISA-2000-Daten in Bezug auf Lesen den Zusammenhang von Motivation, selbstbezogenen Kognitionen, Lernstrategien und Lese-Kompetenz zeigen. Schreiner (2006c) berichtet mit PISA-2003-Daten u. a. über starke positive Zusammenhänge zwischen dem Interesse der Jugendlichen an Mathematik und der instrumentellen Motivation in Mathematik.

Zusammenhang zwischen motivationalen Faktoren und dem Unterricht in den naturwissenschaftlichen Fächern

Der Unterricht in den naturwissenschaftlichen Fächern ist ein wichtiger schulischer Kontextfaktor sowohl für die Schülerleistungen als auch für die motivationalen Haltungen der Jugendlichen. Es kann davon ausgegangen werden, dass unterschiedliche didaktische Maßnahmen, wie z. B. der Grad des Anwendungsbezugs oder des selbstständigen Erarbeitens durch die Schüler/innen die Motivation beeinflussen. An dieser Stelle soll daher beschrieben werden, ob und inwieweit die verschiedenen Unterrichtsformen in Österreich mit zentralen motivationalen Faktoren zusammenhängen. In Kapitel 7.3 werden die Zusammenhänge auch innerhalb der einzelnen Schulsparten dargestellt. Eine genaue Beschreibung des Naturwissenschaftunterrichts, zu dessen Erfassung die Schüler/innen befragt wurden, wie oft verschiedene didaktische Methoden vorkommen, liefert Kapitel 9.1.

Folgende Unterrichtsformen wurden bei PISA 2006 erfasst: fragend-entwickelnder (interaktiver) Unterricht, bei dem Diskussionen im Vordergrund stehen, anwendungsbezogener Unterricht, bei dem Naturwissenschaft auf Alltagsprobleme, verschiedene Phänomene oder technische Anwendungen bezogen wird, Experimentieren im Unterricht, wobei es einerseits um die Durchführung von Experimenten geht, andererseits aber auch darum, Schlüsse daraus zu ziehen, sowie die Durchführung von naturwissenschaftlichen Untersuchungen durch die Schüler/innen selbst. Abbildung 8.1.13 zeigt die Pearson-Korrelationskoeffizienten für die Zusammenhänge der vier Unterrichtsformen mit den motivationalen Faktoren Vorbereitung auf einen Naturwissenschafts-Beruf, instrumentelle Motivation, Selbstkonzept und allgemeines Interesse. Bei der Interpretation der Ergebnisse muss berücksichtigt werden, dass die Reliabilität der vier Unterrichts-Indizes moderat ist, was unter Umständen zu einer Unterschätzung der Zusammenhänge führen könnte[2]. Die beiden Faktoren Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten und zukunftsorientierte Motivation wurden in diese Analysen ebenso einbezogen, jedoch ergaben sich hier keine signifikanten Zusammenhänge mit den vier Unterrichtsformen, so dass an dieser Stelle auf eine Angabe in der Tabelle verzichtet wird.

Das Gesamtergebnis für Österreich zeigt, dass sich Schüler/innen, die häufiger anwendungsbezogenen Unterricht erleben, besser auf naturwissenschaftliche Berufe vorbereitet fühlen, höher instrumentell motiviert sind, ein höheres Selbstkonzept aufweisen und mehr allgemeines Interesse an Naturwissenschaft zeigen. Zwischen diesen Faktoren und dem Anwendungsbezug des Unterrichts bestehen durchwegs mittlere positive Zusammenhänge. Wichtig ist in dieser Hinsicht die Tatsache, dass anwendungsbezogener Naturwissenschaftsunterricht in Österreich nur selten vorkommt. Vor allem der Transfer auf Alltagsprobleme, auf die Welt außerhalb der Schule und auf technische Anwendungen fehlt häufig (Schwantner & Grafendorfer, 2007, Abschn. 2.6). Offensichtlich würde diese Unterrichtsform Raum für Fördermöglichkeiten im Hinblick auf die betreffenden Faktoren schaffen. Schüler/innen, die im Unterricht häufig experimentieren und aus den Experimenten Schlüsse ziehen, fühlen sich in Österreich besser auf Naturwissenschafts-Berufe vorbereitet und zeigen eine höhere instrumentelle Motivation. Die Form des fragend-entwickelnden Unterrichts, die in Österreich in den naturwissenschaftlichen Fächern am häufigsten vorkommt (s. Abbildung 9.1.2), hat durchwegs wenig Bedeutung im Hinblick auf die Motivation der Schüler/innen. Ein mittlerer positiver Zusammenhang besteht zur Vorbereitung auf Naturwissenschafts-Berufe. Ein ebensolcher Zusammenhang zeigt sich, wenn naturwissenschaftliche Untersuchungen im Unterricht durchgeführt werden.

Zusammengefasst kann festgehalten werden, dass Naturwissenschaftsunterricht, wenn er die Motivation der Schüler/innen fördern soll, den Transfer auf Alltagsprobleme bzw. reale Situationen ermöglichen soll. Erst wenn ein expliziter Anwendungsbezug für die Schüler/innen erlebbar bzw. auch begreifbar (und somit verstanden) wird, werden die Jugendlichen motiviert, sich eingehend mit Naturwissenschaft zu befassen – auch hinsichtlich einer naturwissenschaftsbezogenen Berufslaufbahn.

Resümee

Instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation in Naturwissenschaft, Interesse und Freude an Naturwissenschaft sowie die Vorbereitung auf und die Information über einen Naturwissenschafts-Beruf sind ausschlaggebend bei Entscheidungen für weiterführende Ausbildungen in diesem Bereich. Die insgesamt eher geringen Werte der österreichischen Jugendlichen als auch die großen Unterschiede zwischen Mädchen und Burschen (Burschen haben einen deutlichen Vorsprung beim Interesse an Mathematik, der zukunftsorientierten Motivation in Naturwissenschaft sowie der instrumentelle Motivation in Naturwissenschaft und in Mathematik) lassen vermuten, dass sich die bisherige Situation bei den mathematisch-naturwissenschaftlichen Universitätsabschlüssen bzw. Abschlüssen von tertiären Ausbildungen nicht sehr rasch verbessern wird. Österreich gehört zu den Ländern mit einem Anteil an Absolventinnen und Absolventen mit tertiärer Ausbildung im Bereich Naturwissenschaft, der unter dem OECD-Schnitt liegt. Der Frauenanteil ist dabei besonders gering (OECD, 2007b; In Kapitel 6.3 wird u. a. auf die Studienwahl im Bereich Naturwissenschaft Bezug genommen).

Österreichs Schüler/innen kennzeichnet ein geringes Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten in Naturwissenschaft. Trotzdem verfügen sie über ein postives Selbstkonzept in Naturwissenschaft. Nach Geschlechtern getrennt betrachtet wird jedoch ersichtlich, dass dies hauptsächlich auf die Burschen zutrifft. Ein ähnliches Ergebnis zeigte sich bei PISA 2003 für Mathematik, nur mit einer noch viel größeren Geschlechtsdifferenz zu Gunsten der Burschen.

Die vorliegenden Ergebnisse legen nahe, dass zur Erreichung des Bildungsziels „Engagement der Schüler/innen in Naturwissenschaft“ noch viel auf unterschiedlichen Ebenen unternommen werden muss. Ein wichtiger Stellenwert kommt dabei der Qualität des naturwissenschaftlichen Unterrichts zu, der durch einen verstärkten Anwendungsbezug die Schüler/innen dazu motivieren könnte, sich mehr in Naturwissenschaft zu engagieren. Dies ist insbesondere von Bedeutung, weil ein großer Teil der Auseinandersetzung mit Naturwissenschaft in Schule und Unterricht geschieht. Hier bleibt vorerst die Frage offen, wie Jugendliche in Schulsparten mit wenig bis keinem Naturwissenschaftsunterricht erreicht werden können. Ein weiterer zentraler Punkt für die Verbesserung der Naturwissenschaftsleistung einerseits und für die Entwicklung des Engagements andererseits ist, das Vertrauen der Jugendlichen in die eigenen naturwissenschaftlichen Fähigkeiten zu fördern und eine Umgebung zu schaffen, in der Jugendliche positive Lern- und Leistungserfahrungen im Bereich Naturwissenschaft sammeln können.

Abbildung 8.1.1: Instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation sowie allgemeines Interesse an Naturwissenschaft im internationalen Vergleich (PISA 2006)

Abbildung 8.1.2: Wichtigkeit in den naturwissenschaftlichen Fächern, Mathematik und Deutsch gut zu sein in Österreich (PISA 2006)

Abbildung 8.1.3: Zusammenhänge der Wichtigkeit gut zu sein zwischen den naturwissenschaftlichen Fächern, Mathematik und Deutsch (PISA 2006)

Abbildung 8.1.4: Naturwissenschafts-Kompetenz und Wichtigkeit, in den naturwissenschaftlichen Fächern gut zu sein (PISA 2006)

Abbildung 8.1.5: Naturwissenschaftliche Aktivitäten im internationalen Vergleich (PISA 2006)

Abbildung 8.1.6: Vorbereitung und Information über naturwissenschaftliche Berufe im internationalen Vergleich (PISA 2006)

Abbildung 8.1.7: Selbstbezogene Kognitionen im internationalen Vergleich (PISA 2006)

Abbildung 8.1.8: Motivation, selbstbezogene Kognitionen und Naturwissenschafts-Kompetenz in Österreich (PISA 2006)

Abbildung 8.1.9: Instrumentelle und zukunftsorientierte Motivation sowie Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten und Selbstkonzept in Naturwissenschaft in den österreichischen Schulsparten (PISA 2006)

Abbildung 8.1.10: Vorbereitung und Information über naturwissenschaftliche Berufe sowie naturwissenschaftsbezogene Aktivitäten in den österreichischen Schulsparten (PISA 2006)

Abbildung 8.1.11: Einstellungsbezogene Faktoren und Naturwissenschafts-Kompetenz auf Schülerebene

Abbildung 8.1.12 Zusammenhänge zwischen einstellungsbezogenen Faktoren und Naturwissenschafts-Kompetenz (PISA 2006)

Abb. 8.1.13: Zusammenhänge der vier Unterrichtsformen in Naturwissenschaft mit motivationalen Faktoren (PISA 2006)