Franz Hofmann

Ich wähle für diesen in Thesen gegliederten Kommentar einige Ergebnisse von PISA 2006, die mir unter curricular-didaktischer Perspektive bedeutsam erscheinen, aus, fasse diese zusammen und biete Interpretationen an, zum Teil mit Bezug auf weitere Befunde aus den jüngsten österreichischen PISA-Ergebnissen und zum Teil mit Bezug auf andere für Österreich oder Deutschland relevante Daten. In den nachfolgenden Argumentationen seien mir auch Bemerkungen zur Frage der Qualität einzelner bei PISA verwendeter Instrumente gestattet, insbesondere dann, wenn sich solche aus curricular-didaktischer Perspektive als diskussionswürdig erweisen lassen. Mit dieser Bemerkung kann ich gleich zur ersten These überleiten:

These 1: Die „Motivationsskalen“ bringen keine Daten zur Schüler/innen-Einschätzung der Alltagsrelevanz der naturwissenschaftlichen Unterrichtsinhalte, obwohl solche Daten bildungstheoretisch, bildungspolitisch und mit Bezug auf das intentionale Selbstverständnis von PISA als wichtig zu erachten sind.

Die Frage, was Schüler/innen zur Beschäftigung mit naturwissenschaftlichen Problemen, Themen und Fragen im Unterricht bewegt, wird in den PISA-Instrumenten insbesondere durch zwei Konstrukte abgedeckt:

• über eine Itembatterie zur instrumentellen Motivation und
• über eine solche zur zukunftsorientierten Motivation.

Im erstgenannten Konstrukt wird der Nutzen des Gelernten für einen späteren Beruf als Lernmotiv operationalisiert, im zweit genannten Konstrukt die Motivation, „sich später einmal beruflich mit Naturwissenschaft beschäftigen zu wollen“ (Schwantner & Grafendorfer 2007, S. 35). Eine Durchsicht der Items zeigt, dass beide Konstrukte die berufsbezogene Relevanz des in den naturwissenschaftlichen Fächern Gelernten abbilden. Die Alltagsrelevanz der naturwissenschaftlichen Unterrichtsinhalte bleibt demgegenüber in den Instrumenten unberücksichtigt, und zwar auch im dafür bedeutsamen Konstrukt „persönlicher Nutzen der Naturwissenschaft“. Das hat zur Folge, dass keine Daten beispielsweise zu einem möglichen (und wünschenswerten) Item wie „Ich lerne in Physik, Chemie oder Biologie gerne, weil mir das hilft, Dinge um mich herum zu verstehen“ vorliegen, weil das entsprechende Item im Konstrukt „persönlicher Nutzen“ ohne Unterrichtsbezug formuliert ist (dort heißt es nämlich: „Ich finde, dass die Naturwissenschaften mir helfen, die Dinge um mich herum zu verstehen“). Aus curricular-didaktischer Perspektive wären Daten aber gerade zu dieser Frage, die den Unterrichtsnutzen für ein Verstehen und Bewältigen von Alltagsproblemen anspricht, interessant – eine Frage, die übrigens auch der PISA-Intention sehr entsprechen würde, die zusammengefasst formuliert ja lautet: „Das Hauptaugenmerk liegt auf der Beherrschung von Prozessen, dem Verständnis von Konzepten sowie auf der Fähigkeit, innerhalb eines Kompetenzbereichs auf Grund von nachhaltig vernetztem Wissen mit unterschiedlichen alltagsbezogenen Situationen und Problemen umgehen zu können.“ (Breit 2007b, S. 9; Hervorhebung F. H.) Diese Kritik lässt sich auch mit einem Verweis auf die Unterscheidung zwischen Fundamentums- und Additumsstoffen sensu Herber (1983) begründen, demzufolge Fundamentumsziele bildungstheoretisch auf die Lebensalltagsrelevanz hin zu formulieren sind und erst Additumsziele „… mit bestimmten Berufs- und Lebenszielen in sinnvolle Beziehung gesetzt werden können“ (S. 28). Man hätte instrumentelle Motivation also mit guten (d. h. z. B. bildungstheoretisch plausiblen) Gründen stärker auf die Alltagsrelevanz des Gelernten hin operationalisieren können. Dann hätte sich die Möglichkeit aufgetan, den (PISA-relevanten!) Zusammenhang zwischen der Motivation aus der subjektiv eingeschätzten Lebens-/Alltagsrelevanz der Unterrichtsziele einerseits und den Punktwerten auf der Naturwissenschafts-Kompetenzskala andererseits zu analysieren.

These 2: Die Ergebnisse zur instrumentellen und zur zukunftsorientierten Motivation österreichischer Schüler/innen in den naturwissenschaftlichen Fächern, die eine je nach Schultyp mehr oder weniger deutliche Distanz zu naturwissenschaftlich orientierten Berufen erkennen lassen, bedeuten für die Lehrpersonen, im Unterricht auf die Förderung einer naturwissenschaftlich gestützten Alltagshermeneutik-Kompetenz zu setzen; eine solche Entscheidung ist bildungstheoretisch gut begründbar, wenngleich (fach-)didaktisch nicht einfach zu realisieren.

Das in These 1 entfaltete Desiderat gilt trotz des für das Unterrichtsfach Physik vorliegenden empirischen Befundes, demzufolge aus einer als hoch bewerteten Alltagsrelevanz von Unterrichtszielen nicht automatisch auch ein Interesse der Schüler/innen an der Bearbeitung dieser Ziele resultieren muss (Müller, 2006, 553f). Geht man aber davon aus, dass Schüler/innen die Lernangebote im Unterricht dann eher nützen, wenn sie

• entweder bereits an den entsprechenden Inhalten und Zielen interessiert in den Unterricht gehen,
• oder aber – weil sie sich mit den Dingen noch nicht (ausführlicher) beschäftigt haben – eine noch indifferente Haltung an den Tag legen und beispielsweise durch den von der Lehrperson explizit angebotenen Alltagsbezug eine erste „Interessensbrücke“ zu einzelnen Unterrichtszielen und -aufgaben bauen können,

wird deutlich, dass das eingeforderte Item (etwa in der Formulierung „Ich lerne in Physik, Chemie oder Biologie gerne, weil mir das hilft, Dinge um mich herum zu verstehen“) unter statistischer Bezugnahme auf andere Konstrukte wie „allgemeines Interesse“ oder sogar „Freude an Naturwissenschaft“ eine wichtige Information bringt: Es würde so beispielsweise nachvollziehbar werden, in welchem Ausmaß es Lehrpersonen gelingt, nicht von vornherein intrinsisch motivierte Schüler/innen für Lernaktivitäten in den entsprechenden Fächern zu gewinnen (Deci & Ryan, 1993) oder ihnen eine Interessensentwicklung in weiterer Folge zumindest nicht zu verbauen (Hofmann, 2008, S. 14f.). Solche Daten würden – in Korrelation mit dem Naturwissenschafts-Kompetenzwert – ferner eine Antwort auf die Frage ermöglichen, wie diese (durch die Alltagsrelevanz der Unterrichtsinhalte motivational erschlossene) Gruppe von Schülerinnen und Schülern auf der Naturwissenschafts-Gesamtskala abschneidet. So würde sich ein Hinweis auf das Potenzial eines solchen naturwissenschaftlichen Unterrichts generieren lassen.

Betrachtet man die Ergebnisse zu den beiden Skalen „instrumentelle Motivation“ und „zukunftsorientierte Motivation“, denen zufolge österreichische Schüler/innen offensichtlich in deutlich geringerem Ausmaß als Schüler/innen im OECD-Schnitt daran denken, einen naturwissenschaftlich geprägten Beruf zu ergreifen und daher dem Motiv, sich deswegen im Unterricht anzustrengen, weil sie ja bereits für ihren späteren Beruf lernen können („instrumentelle Motivation“), logischerweise eine deutliche Absage erteilen (die beiden Skalen korrelieren mit .56 entsprechend), ergibt sich daraus ein weiteres Argument für das oben eingeforderte „Alltagsrelevanz-Item“: Vor dem Hintergrund dieses motivationalen Befundes, dessen Skalenwerte interessanterweise nur geringfügig schlechter als die finnischer Schüler/innen sind, die allerdings mit 563 Punkten auf der Naturwissenschafts-Kompetenzskala am besten abschnitten (Schreiner, 2007b, S. 12f.), scheinen Lehrpersonen in naturwissenschaftlichen Fächern oft keine andere Wahl zu haben, als ihre Schüler/innen in Richtung einer soliden naturwissenschaftlich gestützten Alltagshermeneutik-Kompetenz zu fördern. Profitieren können die Lehrpersonen dabei möglicherweise vom leicht über dem OECD-Schnitt liegenden „allgemeinen Interesse an Naturwissenschaft“ der österreichischen Schüler/innen (s. Kapitel 8.1); auch der Wert der Skala „Interesse, etwas über bestimmte naturwissenschaftliche Themen zu lernen“ gibt Lehrpersonen in diesem Zusammenhang Anlass zur Hoffnung, wenngleich die „Freude an Naturwissenschaft“, die in den einzelnen Items eindeutig auf Lernprozesse hin formuliert ist und somit nach Schule und Unterricht „riecht“ (im Gegensatz zu den „Aktivitäts-Items“, die auf Freizeitbeschäftigung hin formuliert sind), eindeutig unter dem OECD-Schnitt liegt (s. Kapitel 8.1).

Unter bildungstheoretischer Perspektive betrachtet ist die weiter oben noch eher negativ konnotierte Wahl aber eine sehr gute, wenngleich unter (fach-)didaktischer Perspektive betrachtet das Ziel der Förderung einer naturwissenschaftlich gestützten Alltagshermeneutik-Kompetenz für die Lehrpersonen eine große Herausforderung darstellt, weil eine solche Kompetenz eher in einem fächerübergreifend angelegten Unterricht zu fördern ist als in einem an einer naturwissenschaftlichen Disziplin und deren Binnensystematik orientierten Unterricht. Ich deute an dieser Stelle auftauchende Fragen und Probleme nur an, da hier in weiterer Folge eher Fachdidaktiker/innen Expertise einbringen können: Die (fach-)didaktische Herausforderung besteht konkret darin, dass Lehrerteams Müller zufolge zumindest drei Probleme bewältigen müssen:

„Sie lauten:

• Authentizitäts-Komplexitäts-Problem: Fächerübergreifende Themen sind zwar oft interessant, aber auch sehr kompliziert (z. B. Elektrosmog). Das schafft für den Unterricht eine hohe Barriere.
• Lebenswelt-Wissenschaftlichkeits-Problem: Es ist gerade ein Hauptcharakteristikum der modernen Naturwissenschaften, Einzelfragen aus dem Lebensweltbezug herausgelöst zu haben (…), z. B. aus einer anthropo- zentrischen Auffassung (Bsp. Muskelkraft vs. Newtonscher Kraftbegriff). Ein weiteres Charakteristikum der Naturwissenschaften ist deren Fach- und Begriffssystematik. Ein dominanter Lebensweltbezug kollidiert mit beiden Charakteristika.
• Beliebigkeitsproblem: Die disziplinäre Systematik begründet auch die Stoffauswahl und -reihenfolge, während bei einem Lebenswelt-orientierten Unterricht die Gefahr der Beliebigkeit besteht.“ (2006, S. 552f.)

Zumindest die ersten beiden von Müller genannten Probleme erscheinen nicht einfach lösbar und sind damit für fachdidaktische Forschungsthemen prädestiniert (und werden übrigens auch als solche eingemahnt; Fischer et al., 2003, S. 190f.). Es ist – wie schon angedeutet – Aufgabe der Fachdidaktik, die Gewichtigkeit aller drei Probleme einzuschätzen, wenngleich es zum von Müller angesprochenen „Beliebigkeitsproblem“ auch aus curriculumstheoretischer Sicht einige kritische Anmerkungen zu machen gäbe (s. dazu als Anmerkungs-„Quelle“ Klafki, 1985a und Koch-Priewe, 2006, S. 180f.; bezüglich der „Schlüsselqualifikationsidee“ darf es wohl keinen Rückfall hinter die Forderungen von Reusser [2001] geben, wenngleich das insbesondere in bildungspolitischen Äußerungen bis dato immer wieder der Fall ist; didaktisch ist hier außerdem auf das Prinzip des „exemplarischen Lernens“ zu verweisen; Duit & Häußler, 1997, S. 440). Eine Voraussetzung für eine positive Entwicklung in Richtung fächerübergreifenden Unterrichts besteht in diesem Zusammenhang nicht zuletzt auch darin, dass unterrichtsorganisatorische Veränderungen möglich sein müssen (vgl. beispielsweise die Verteilung der Fächer auf die Stundentafeln der Klassenstufen unter der Perspektive, ob Fächer auf einzelnen Klassenstufen überhaupt parallel vorkommen; Baumert et al., 2002, S. 152; vgl. auch die Probleme des fachfremd erteilten Unterrichts, insbesondere an österreichischen Hauptschulen sowie das Problem des Unterrichtsentfalls im Fall eines „zwei-Stunden-Fachs“ [zwei Unterrichtseinheiten pro Woche]).

These 3: Die Förderung einer naturwissenschaftlich gestützten Alltagshermeneutik-Kompetenz durch einen entsprechend gestalteten, auch fächerübergreifend angelegten Unterricht scheint vor dem Hintergrund einschlägiger empirischer Befunde noch nicht realisiert zu sein; im Naturwissenschaftsunterricht dominieren offensichtlich nach wie vor starke Lehrerzentrierung und Prüfungsorientierung; es mangelt an Autonomie-, Denk- und Kreativitätsförderung.

Ich möchte aber den am konkreten Unterricht orientierten Gedankengang noch einmal aufgreifen und an dieser Stelle die Frage aufwerfen, wie es denn österreichische Lehrpersonen naturwissenschaftlicher Fächer in ihrem Unterricht gegenwärtig mit der Förderung einer entsprechenden Alltagshermeneutik-Kompetenz halten und in welchem Ausmaß sie fächerübergreifenden Unterricht (incl. horizontaler und vertikaler Vernetzung) realisieren.

Ohne vorschnell in das Klagelied über die zahlenmäßige Dominanz logotroper und vorwiegend in Frontalsettings unterrichtenden Lehrpersonen einstimmen zu wollen, scheint es neueren deutschen empirischen Befunden zufolge – speziell für Österreich mangelt es an systematischen Befunden zu Unterrichtsskripts in naturwissenschaftlichen Fächern – noch jede Menge Unterrichtsentwicklungsarbeit zu geben. Zur Frage der Unterrichtsskripts resümieren etwa Fischer et al. für Deutschland wie folgt: Im Mathematik- und Physikunterricht lassen sich zwei Typen von Unterricht identifizieren:

„der lehrerzentrierte Unterricht mit Demonstrationsexperimenten und der lehrerzentrierte Unterricht mit Anteilen von Schülerexperimenten. … Der Unterricht ist in jedem Fall lehrerdominiert und durch kleinschrittige, stark lenkende Fragen des Lehrers eng geführt, so dass der Sprachanteil der Lernenden am Unterrichtsgespräch sehr gering ist. … Unterricht mit Schülerexperimenten ist nicht am Lernprozess orientiert, sondern am Ergebnis der experimentellen Aufgabe. … Experimentierphasen ohne inhaltliche und strukturelle Einbindung in einen größeren naturwissenschaftlichen Kontext (vertikale Vernetzung) und ohne geplanten Diskurs können deshalb höchstens manuelle Geschicklichkeit im Umgang mit diversen, sehr speziellen Apparaten und das Vermögen fördern, Arbeitsanweisungen sequenziell abzuarbeiten (…).“ (Fischer et al., 2003, S. 188; vgl. ähnliche Ergebnisse für den Biologieunterricht auch bei Vogt et al., 1999)

Der Mangel an Unterrichtsqualität scheint also nicht am viel zitierten Fehlen des Durchführens von Experimenten im Unterricht zu liegen, sondern an deren didaktischer Einbindung in einen übergreifenden, zielorientierten Lernprozess; aber darüber soll in These 4 eingehender nachgedacht werden.

Für Österreich steht für die Beantwortung der Frage nach in naturwissenschaftlichen Fächern dominierenden Unterrichtsskripts – wie schon angedeutet – eine vergleichsweise weniger einschlägige empirische Basis zur Verfügung; eine Analyse von Daten aus unterschiedlichen, nicht direkt zu Unterrichtsskripts konzipierten Studien lässt aber trendmäßige Übereinstimmungen mit dem zitierten deutschen Befund feststellen.

In einer in den 90er-Jahren von mir und J.-L. Patry durchgeführten Studie zur Frage der Realisierung des Erziehungsziels „Autonomie“ im Unterricht (befragt wurden Lehrpersonen an Hauptschulen und AHS in den beiden Bundesländern Oberösterreich und Salzburg; n = 250)[1] konnte gezeigt werden, dass das Unterrichtsfach bezüglich der Autonomieförderung eine Varianz aufklärende Variable darstellt: Lehrpersonen naturwissenschaftlicher Unterrichtsfächer schätzen Autonomie als Unterrichtsziel signifikant weniger hoch ein – im Vergleich mit Lehrpersonen anderer Fächerbündel (wie z. B. sprachlich-historisch, musisch oder Religion) – und konzedieren auch, vergleichsweise wenig im Unterricht zu dessen Realisierung zu unternehmen; sie praktizieren autonomierelevante Unterrichtsmittel (wie z. B. kooperative Unterrichtsplanung, Rollenspiele o. Ä.) vergleichsweise am seltensten und delegieren die Arbeit am Erziehungsziel Autonomie an Lehrpersonen mit musischen Fächern oder Religion (Patry & Hofmann, 1998). Als Begründung für dieses Verhalten machen die Lehrpersonen naturwissenschaftlicher Fächer (wobei in dieser Studie auch Mathematik-Lehrpersonen unter diese Kategorie gezählt wurden, was zur Vorsicht bei der Interpretation Anlass gibt) in erster Linie den Zeit- und Stoffdruck, dem sie sich ausgesetzt fühlen, verantwortlich; sie unterscheiden sich auch in dieser Hinsicht signifikant von den Lehrpersonen anderer Fächerbündel (Hofmann & Patry, 1999, S. 131f). Es sind zu den angesprochenen Variablen bzw. Skalen keine signifikanten Unterschiede zwischen Lehrpersonen naturwissenschaftlicher Fächer an Hauptschulen und an AHS nachweisbar.

Aus österreichspezifischen Daten der TIMSS-Studie von 1995 lassen sich Hinweise zur Frage, wie Schüler/innen-Angaben zufolge der Unterricht in naturwissenschaftlichen Fächern abläuft, gewinnen (s. Abbildung 8.2.1). Auch diesen Daten zufolge verläuft der Unterricht

• eher Lehrer/innen-zentriert (vgl. die Ergebnisse zum Item „Der Lehrer zeigt uns ein Experiment“ [2.20 für die HS bzw. 2.09 für die AHS] oder zum Item „Wenn ein neues Thema in naturwissenschaftlichen Fächern angefangen wird: Der Lehrer erklärt die Regeln und Definitionen“ [2.27 bzw. 2.46]),
• in hohem Ausmaß prüfungsorientiert (das einzige Item mit einem Mittelwert unter 2.00 ist das Item „Wir werden mündlich geprüft oder schreiben einen Test“ [1.97 bzw. 1.78]),
• eher „paper and pencil“-orientiert (vgl. die Mittelwerte zum Item „Wir schreiben von der Tafel ab“ [2.02 bzw. 2.08] oder zum Item „Wir arbeiten einzeln an Arbeitsblättern oder mit dem Buch“ [2.32 bzw. 2.74]),
• eher weniger oft in kooperativen Lernsettings, insbesondere in den AHS (vgl. die Mittelwerte zum Item „Wir arbeiten zu zweit oder in kleinen Gruppen zusammen“ [2.82 bzw. 3.18]),
• in beiden Schultypen wenig experimentorientiert in dem Sinne, dass Schüler/innen „selbst ein Experiment oder eine praktische Untersuchung in der Stunde“ durchführen (2.88 bzw. 2.91),
• zumindest in den AHS selten projektorientiert (vgl. die Mittelwerte zum Item „Wir arbeiten an naturkundlichen Projekten“ [2.98 bzw. 3.30]).

Positiv zu bewerten ist, dass

• das Vorwissen der Schüler/innen im Unterricht häufig thematisiert wird (vgl. das Item „Wenn ein neues Thema in naturwissenschaftlichen Fächern angefangen wird: Der Lehrer fragt, was wir zu dem neuen Thema wissen“ [2.12 bzw. 2.27]),
• mit Bezug auf die in These 2 argumentierte Orientierung an einer naturwissenschaftlich gestützten Alltagshermeneutik-Kompetenz der Unterricht häufig auf Alltagsprobleme Bezug nimmt (vgl. das Item: „Wenn ein neues Thema in naturwissenschaftlichen Fächern angefangen wird: Wir besprechen ein praktisches Problem aus dem Alltag“ [2.38 bzw. 2.50])
• zumindest Hauptschüler/innen eher aufgabenbezogen arbeiten (vgl. die Ergebnisse zum Item „Wenn ein neues Thema in naturwissenschaftlichen Fächern angefangen wird: Wir versuchen, zum neuen Thema ein Beispiel zu lösen“ [2.46 bzw. 2.79]).

Im Schultypenvergleich ergeben sich den Schülerangaben zufolge insgesamt leichte Qualitätsvorteile für den naturwissenschaftlichen Unterricht an Hauptschulen (Alltags- und Aufgabenorientierung, Projektorientierung, Einbezug des Vorwissens); an den AHS scheint der Unterricht weniger lehrer/innen- und schulbuchorientiert abzulaufen, wenngleich die Prüfungszentrierung stärker ausgeprägt ist; die Mittelwertsunterschiede sind aber insgesamt gesehen gering.

These 4: Ein Blick auf die österreichspezifischen Unterrichtsdaten zeigt im Vergleich zu den finnischen und italienischen Daten, dass sich aus den PISA-2006-Ergebnissen keine Hinweise gewinnen lassen, dass Unterrichtsmerkmale und Punktwerte der Schüler/innen auf der Naturwissenschafts-Kompetenzskala in einem systematischen Zusammenhang stehen. Es ist daher bezogen auf die Absicht, in Österreich bessere NW-Kompetenzwerte zu erreichen, wenig sinnvoll, aus finnischen Klassenzimmern „Oberflächenstrukturen“ abzuschauen, und wenig wahrscheinlich, dass Maßnahmen zur Verbesserung der Unterrichts-Qualität auf der Oberflächenstruktur ein besseres österreichisches Abschneiden bei PISA-Testaufgaben bewirken.

Vergleicht man Österreich und Finnland im Hinblick auf bestimmte PISA-2006-Daten, weil man den Versuch unternehmen will, die signifikant unterschiedlichen Kompetenzwerte der Schüler/innen beider Länder auf der Naturwissenschaftskompetenz-Skala – österreichische Schüler/innen liegen hier mit 511 Punkten leicht über dem OECD-Schnitt, wohingegen die finnischen Schüler/innen am besten abgeschnitten haben (Schreiner, 2007b, S. 12f) – „binnenstudienbezogen“ und unter didaktischer Perspektive zu erklären, lassen sich folgende Feststellungen samt Schlussfolgerungen treffen (s. Abbildung 8.2.2):

• Österreichische Schüler/innen weisen zwar sowohl in puncto instrumentelle als auch in puncto zukunftsorientierte Motivation signifikant schlechtere Werte als finnische Schüler/innen auf, aber auch Letztere liegen bei beiden Skalen unter dem OECD-Schnitt (siehe Kapitel 8.1). Bezogen auf die zukunftsorientierte Motivation schneiden interessanterweise italienische Schüler/innen, die mit 475 Naturwissenschafts-Kompetenzpunkten signifikant hinter Österreich (und damit noch weiter hinter Finnland) zu liegen kommen, vergleichsweise am besten ab. Binnenstudienbezogen heißt das, dass die motivationalen Angaben als (wie auch immer aussagekräftige) Prädiktoren für Länderunterschiede zur Naturwissenschafts-Kompetenz offensichtlich wenig geeignet sind, obwohl es theoretisch plausibel wäre anzunehmen, dass bessere Motivationswerte – freilich in Interaktion mit anderen Faktoren – ein besseres Abschneiden auf der Naturwissenschafts-Kompetenzskala bewirken.

Bevor über Erklärungen zu diesem Phänomen nachgedacht wird, seien weitere Vergleiche im Hinblick auf einen Zusammenhang mit der Naturwissenschafts-Kompetenz, der theoriebezogen Sinn ergibt, der aber empirisch nicht nachweisbar ist, vorgenommen:

• Auch in der Einschätzung des persönlichen Nutzens der Naturwissenschaft liegen finnische Schüler/innen – wenngleich signifikant besser als ihre österreichischen Kommilitoninnen und Kommilitonen – unter dem OECD-Schnitt; und wieder weisen die italienischen Schüler/innen hier signifikant bessere Werte auf, obwohl sie auf der Naturwissenschafts-Kompetenzskala im Vergleich zu Finnland und Österreich stark abfallen (Schwantner & Grafendorfer, 2007, 30f).
• Ähnlich verhält es sich mit der Skala „Interesse, etwas über bestimmte naturwissenschaftliche Themen zu lernen“: Finnische Schüler/innen sind hier bezogen auf die ausgewählten 15 Vergleichsländer gemeinsam mit den Niederlanden Schlusslicht, österreichische Schüler/innen liegen knapp über dem OECD-Schnitt und die italienischen schneiden wieder am besten ab (Schwantner & Grafendorfer, 2007, S. 32f.).

Zusammengefasst formuliert heißt das: Die Motivation aus einem naturwissenschaftsbezogenen Berufswunsch (r = 0.06 bzw. 0.19)[2], der persönlich eingeschätzte Nutzen von Naturwissenschaft (r = 0.11) und das Interesse von Schülerinnen und Schülern, etwas über solche Themen zu lernen (r = 0.24) stehen in keinem oder in einem nur geringen empirisch nachweisbaren Zusammenhang mit der gemessenen Naturwissenschafts-Kompetenz. Wäre dieser Zusammenhang gegeben, müssten eigentlich die Schüler/innen der italienischen Stichprobe beinahe Testsieger geworden sein; sie sind aber die Verlierer des Rankings bezüglich der 16 ausgewählten Vergleichsländer. Das wirft die Frage auf, welche Aussagekraft dem Kompetenz-Punktwert zukommt; er lässt offensichtlich keine Rückschlüsse auf wichtige lernrelevante Schüler/innen-Merkmale zu. Worüber aber sagt dieser Wert dann etwas aus? Der aus didaktischer Perspektive interessante (und über die PISA-Intention hinausgehende) Gedanke, dass er valide für die Unterrichtsqualität ist, ist überprüfenswert. Lassen sich also aus den erhobenen Daten zum Unterrichtsprozess Zusammenhänge zwischen der Ausprägung bestimmter Unterrichtsmerkmale einerseits und dem Naturwissenschafts-Kompetenzwert andererseits gewinnen?

Zur Beantwortung dieser Frage sollen die Unterrichtsdaten von Finnland (als bestem Land im Hinblick auf die Naturwissenschafts-Kompetenzskala), Österreich (etwas über dem OECD-Schnitt) und Italien (letzter Platz im Vergleich der 16 EU-Länder) miteinander verglichen werden; so können beispielsweise folgende ad-hoc-Hypothesen überprüft werden:

• Wenn – wie im Falle von Italien – Schüler/innen bezüglich ihres Berufswunsches eher naturwissenschaftlich motiviert sind, Naturwissenschaft persönlich nützlich finden und naturwissenschaftliches Lerninteresse aufweisen, aber einen Unterricht angeboten bekommen, der neueren fachdidaktischen Erkenntnissen in zentralen Forderungen nicht entspricht, wirkt sich das negativ auf ihr Abschneiden auf der NW-Kompetenzskala aus.
• Wenn – wie im Falle von Finnland – bei den Schülerinnen und Schülern in Sachen Motivation, Interesse und eingeschätzter Nützlichkeit eher das Gegenteil (im Vergleich zu italienischen Schülerinnen und Schülern) der Fall ist, aber der ihnen angebotene Unterricht äußerst qualitätsvoll ist, dann schneiden sie im PISA-Naturwissenschaftstest sehr gut ab.
• Im Sinne eines Gedankenexperiments könnte die zweitgenannte Hypothese auch für Österreich überprüft werden, wenngleich österreichische Schüler/innen ein höheres Lerninteresse als die finnischen haben, aber in der Einschätzung des persönlichen Nutzens pessimistischer sind.

Zur Einschätzung der Gültigkeit dieser ad-hoc-Hypothesen (nachfolgend c.) ist es zunächst notwendig,

a. zentrale und empirisch gut begründete Qualitätsmerkmale eines naturwissenschaftlichen Unterrichts, die als Analysekategorien fungieren können, aufzulisten und

b. zu überprüfen, ob sich die PISA-Verantwortlichen bei ihrer Operationalisierung von Unterrichtsqualität an diesen Analysekategorien orientiert haben; andernfalls ist eine Überprüfung der oben aufgelisteten ad-hoc-Hypothesen an den PISA-2006-Ergebnissen nicht möglich, weil kein begründbares tertium comparationis vorliegt.

Zu (a):

Welche Merkmale charakterisieren einen qualitätsvollen naturwissenschaftlichen Unterricht, wobei mit qualitätsvoll vorwiegend gemeint ist, dass er bei den Schülerinnen und Schülern Fachinteresse und in weiterer Folge auch die entsprechenden Leistungen fördert (Duit & Häußler, 1997, S. 436) bzw. umgekehrt Schülerinnen und Schülern zu Erfolgserlebnissen verhilft und damit Fachinteresse nährt? Wie lässt sich die fachdidaktische Diskussion kurz und in einigen wichtigen Punkten (freilich ohne Anspruch auf Vollständigkeit, zumal kein „Gesamtkonzept“ vorliegt; Reyer et al., 2004, S. 195f.) zusammenfassen?

• Der Unterricht soll Maßnahmen der Lehrperson zur Förderung eines möglichst positiven Fähigkeitsselbstkonzepts (wichtig insbesondere für Schülerinnen!) enthalten. Häußler & Hoffmann (1995) empfehlen dazu für das Fach Physik z. B. periodisch monoedukativen Unterricht, von dem einerseits die Schülerinnen profitieren, der aber auch bei den Schülern Interessensverlust verhindert.
• Als wichtig werden weiters Maßnahmen bezeichnet, „um die im Unterricht gebotenen Inhalte einschließlich der Art ihrer Einbettung (z. B. in lebensweltliche Kontexte) besser als bisher an das Sachinteresse der Schülerinnen und Schüler anzupassen“ (Duit & Häußler, 1997, S. 436f.), wobei in weiterer Folge ggf. der Konzeptwechsel in konkreten Unterrichtsschritten repräsentiert sein soll: „Die bereits vorhandene Wissensstruktur muß zum Teil grundlegend revidiert werden, bevor das Neue verstanden und damit gelernt werden kann.“ (Duit & Häußler, 1997, S. 431)
• Im Unterricht soll ein Interesse stimulierendes Klima dominieren (ein Beispielitem dazu lautet: „Der Unterricht ist abwechslungsreich“; Duit & Häußler, 1997, S. 436).
• Eine Aufgabenorientierung im Unterricht ist dann mit positiven Effekten verbunden, wenn der Schwierigkeitsgrad der gestellten bzw. angebotenen Aufgaben als individuell passend erlebt wird; komplexe Aufgabenstellungen, die zunächst als interessanter erlebt werden, führen auf Grund der großen Anzahl an präzise durchzuführenden Lösungsschritten bisweilen zur Überforderung (Duit & Häußler, 1997, 445f.) und damit zu negativen Lernemotionen (Maier, 2002, S. 99f). Upmeier zu Belzen & Christen nennen im Hinblick auf den Biologieunterricht zwei (bekannte) Ursachen für Langeweile und Frustration: „Langeweile durch Unterforderung und eine uninteressante Aufbereitung der Inhalte sowie Frustration durch Misserfolg bzw. Überforderung im Unterricht. Qualitative Interviews bestätigen, dass die emotionalen Bedürfnisse dieser Schüler im Unterricht nicht befriedigt wurden“; Gelangweilte und Frustrierte machen in ihrer Stichprobe (Haupt-, Realschule und Gymnasium; n = 1508) in der Sekundarstufe I immerhin zwischen 40 und 50 % aus (Upmeier zu Belzen & Christen, 2004, S. 222 und S. 226f.).
• Zur Frage der Effektivität von Experimenten im Unterricht wird betont, dass diese nicht per se, sondern unter bestimmten Bedingungen interessens- und lernförderliche Wirkung haben. Das klassische Schulexperiment wird eher negativ beurteilt, forciert wird hingegen das Konzept des „Offenen Experimentierens“, bei dem die Lernenden „relativ selbständig Untersuchungen zu selbstgewählten Fragen“ planen und durchführen, die sich auf ein ihnen erklärungsbedürftig erscheinendes naturwissenschaftliches Phänomen beziehen“, wobei die Lehrperson als Unterstützerin anfragbar sein soll; „Ziel ist es, auf diese Weise physikalisches Wissen und Wissen über dieses Wissen handlungsbezogen zu entwickeln.“ (Duit & Häußler, 1997, S. 447) Auf das von Fischer et al. im Kontext der Experiment-Frage im naturwissenschaftlichen Unterricht hingewiesene Erfordernis einer insbesondere vertikalen Vernetzung (inhaltliche Einbindung in einen größeren naturwissenschaftlichen Kontext) wurde bereits in These 3 verwiesen (Fischer et al., 2003, S. 188). Auch die Effekte der Laborarbeit hängen von der Qualität einer solchen Vernetzung ab (Guderian et al., 2006).

Zu (b):

Bei den PISA-Erhebungen wurden den Schülerinnen und Schülern auch Fragen zum naturwissenschaftlichen Unterricht gestellt. Es soll nun überprüft werden, in welchem Ausmaß die betreffenden Items fachdidaktisch begründbaren Qualitätsstandards zugeordnet werden können bzw. welche Aspekte einzelner Qualitätsstandards im PISA-Instrument nicht ausreichend berücksichtigt worden sind (s. Abbildung 8.2.3).

• Es wurde nicht erhoben, in welchem Ausmaß sich Schüler/innen in ihrem Fähigkeitsselbstkonzept gefördert fühlen; insbesondere die Schülerangaben zu solchen Items sind für eine Qualitätseinschätzung des Unterrichts wichtig.
• Die Verknüpfung der Unterrichtsinhalte mit dem Sachinteresse der Schüler/innen, orientiert an einer Alltagsrelevanz findet sich insbesondere in den Items zum Index „Anwendungsbezug des Unterrichts“; bedauerlicherweise wurde in der Operationalisierung der Lernmotivation darauf kein Bezug genommen (vgl. These 1).
• Die Aufgabenorientierung des Unterrichts ist in den Items zu den Indizes „Naturwissenschaftliche Untersuchungen“ und „Experimentieren im Unterricht“ grundsätzlich thematisiert; neuralgische Aspekte wie die Frage nach der optimalen Passung der Aufgaben zur Verhinderung von Frustration (im Fall der Überforderung) und Langeweile (im Fall der Unterforderung) bleiben unberücksichtigt.
• Die Frage, welcher Stellenwert Experimenten bzw. der Arbeit im Labor zukommt, wird in mehreren Items zu den Indizes „Naturwissenschaftliche Untersuchungen“ und „Experimentieren im Unterricht“ angesprochen. Einzelne Items erheben auch die Frage der Autonomie der Schüler/innen bei der experimentellen Arbeit. Wenig berücksichtigt bleibt aber der wichtige Aspekt der horizontalen und vertikalen Vernetzung, der für die Einschätzung der Qualität in puncto „Experiment im Unterricht“ ausschlaggebend ist. Diesbezüglich ist nur ein Item („Die S/S sollen Schlüsse aus einem Experiment ziehen, das sie durchgeführt haben“) vorhanden.

Zusammengefasst formuliert lautet der Befund: Die PISA-Instrumente berücksichtigen zwar qualitätsrelevante Aspekte (Alltagsanwendung, Aufgabenorientierung, Experiment im Unterricht), neuralgische Aspekte, also solche, an denen sich die Qualität einzelner Aspekte in der konkreten didaktischen Realisierung entscheidet (z. B. bei der Einbindung von Experimenten, bei der optimalen Passung von Aufgaben), bleiben aber wenig bis nicht beleuchtet. Das beeinträchtigt freilich den letzten Gedankenschritt (nachfolgend c.) im Kontext dieser These.

Zu (c):

Nach diesen beiden Schritten (vgl. a. und b.) seien nun die weiter oben formulierten ad-hoc-Hypothesen geprüft: Gibt es Hinweise darauf, dass bei motivierten italienischen Schülerinnen und Schülern ein qualitativ vergleichsweise minderwertiger Unterricht zu schlechten Kompetenzwerten beiträgt? Kann man annehmen, dass ein vergleichsweise qualitativ hochwertiger Unterricht bei wenig motivierten finnischen Schülerinnen und Schülern zu Spitzenwerten auf der Kompetenzskala beiträgt? Und wie ist ein möglicher Einfluss des Unterrichts für die österreichische Stichprobe einzuschätzen?

• Ein Indikator (im Sinne von für Unterrichtsqualität notwendig, aber nicht hinreichend) besteht im Item „Die S/S sollen Schlüsse aus einem Experiment ziehen, das sie durchgeführt haben“ (zur Begründung vgl. weiter oben [a.5]). Finnische Schüler/innen geben zu 55 % an, diese Tätigkeit komme „in allen Stunden“ bzw. „in den meisten Stunden“ vor (s. Abb. 8.2.2, letzte Zeile); in Österreich bzw. Italien sagen das mit etwas mehr als einem Drittel erheblich weniger. Hier könnte ein fachdidaktisch plausibler Zusammenhang zwischen Unterrichtsqualität und Kompetenzpunktwert bestehen.
• Das Konzept des „Offenen Experimentierens“ bzw. die Empfehlung, die Schüler/innen möglichst eigenständig an der Lösung von Problemstellungen arbeiten zu lassen, scheint ein eher schlechtes Abschneiden der Schüler/innen auf der Naturwissenschafts-Kompetenzskala zu bewirken: Nur 5 % der finnischen Schüler/innen geben an, „ihre eigenen Experimente entwickeln zu dürfen“ und nur 7 % sagen, sie hätten die Möglichkeit, „ihre eigene Untersuchung auszuwählen“; auf Österreich bezogen stimmen dem 12 % bzw. 14 % zu, auf Italien bezogen 16 % bzw. 20 %. Selbstständiges Agieren-Dürfen im Unterricht erscheint vor dem Hintergrund dieser Ergebnisse als „PISA-Wettbewerbsnachteil“, was durch einen Blick auf ein klassisches Lehrerlenkungsitem („Die S/S machen Experimente, indem sie den Anweisungen des/der L/L folgen“; s. Abbildung 8.2.2) bestätigt wird: 51 % der finnischen Schüler/innen stimmen dem zu, österreichische bzw. italienische Schüler/innen zu 25 bzw. 33 %. Dass es an der Lehrerlenkung allein wiederum nicht liegen kann, zeigt der Wert für Dänemark (67 %; viertletzter Platz im Ranking; Schwantner & Grafendorfer, 2007, S. 38). In den Zustimmungswerten zum „Offenen Experimentieren“ könnte sich der seit den 90er-Jahren beobachtbare Einzug offener Lernformen spiegeln; aus unterschiedlichen Forschungsarbeiten ist bekannt, dass offene Lernformen sehr undifferenziert (ohne Rücksichtnahme auf die individuelle Fachkompetenz oder motivationale Orientierung der Schüler/innen) implementiert wurden und werden (Heinrich & Prexl-Krausz, 2007; Hofmann, 2007), was in manchen Fällen die Leistungsschere vergrößerte, weil situativ nötige Lernförderung fehlte (vgl. Fusz & von Rhöneck, 2001).
• In der Frage des Anwendungsbezugs unterrichtlicher Inhalte gibt es keine auffälligen Unterschiede zwischen den drei Ländern: Diese Frage wird den Daten zufolge eher von den Lehrpersonen für die Schüler/innen als von diesen in Eigenregie beantwortet (s. Abbildung 8.2.2).

Bedauerlicherweise liegen zu Fragen der optimalen Passung von Aufgaben, zu Fragen der Förderung eines möglichst positiven Fähigkeitsselbstkonzepts und zur horizontalen wie vertikalen Vernetzung der Unterrichtsziele keine Daten vor; in diesen Punkten hätte man einen – wenngleich bescheidenen – Blick in die Tiefenstruktur des Unterrichts im Ländervergleich werfen können (Geller et al., 2007). Somit musste sich diese Analyse auf einzelne, allerdings wenigstens fachdidaktisch begründete Oberflächenmerkmale beschränken.

These 5: Mit der „Selbstkonzeptskala“ werden weitgehend die Selbstwirksamkeitsüberzeugungen der österreichischen Schüler/innen in Bezug auf ihren Erfolg in naturwissenschaftlichen Unterrichtsfächern gemessen; diese stehen in einer (wenngleich nicht großen) Diskrepanz zum „Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten in Naturwissenschaft“, was auf mögliche Mängel in der Passung des Schwierigkeitsgrads von Unterrichtsaufgaben schließen lässt.

Ein zweites Konstrukt, das kritisch kommentiert werden soll, ist das Konstrukt „Selbstkonzept in Naturwissenschaft“. Der Terminus „Selbstkonzept“ wird in der Pädagogischen Psychologie definiert als „das mentale Modell einer Person über ihre Fähigkeiten und Eigenschaften“ (Moscher & Dickhäuser, 2006, S. 685). Die Items der Skala „Selbstkonzept in Naturwissenschaft“ beziehen sich aber eher auf das Konstrukt der Selbstwirksamkeit im Sinne Banduras[3], mit dem per definitionem das Ergebnis der Einschätzung, „ob man sich selbst dazu in der Lage sieht, ein Verhalten zu zeigen, das zu einem Erfolg führt“ (Köller & Möller, 2006, S. 693) verstanden wird. Dieser Befund kann an folgenden Beispielen illustriert werden: Die „PISA-Selbstkonzept“-Items „Es wäre für mich leicht, Stoff auf einem fortgeschrittenen Niveau in Physik, Chemie und Biologie zu lernen“ oder „Es fällt mir leicht, neue Ideen in Physik, Chemie und Biologie zu verstehen“ benennen jeweils einen Indikator für das Konstrukt der Selbstwirksamkeit. Es gibt in der so genannten „Selbstkonzeptskala“ zwar auch Items, die nicht als Operationalisierung des Selbstwirksamkeitskonstrukts bezeichnet werden können („Normalerweise kann ich Prüfungs-, Test- oder Schularbeitsfragen in Physik, Chemie und Biologie gut beantworten“)[4], die überwiegende Anzahl der sechs Items bezieht sich aber auf die Selbstwirksamkeit in naturwissenschaftlichen Unterrichtsfächern. Im Ländervergleich befinden sich österreichische Schüler (!) im Bezug auf diese Skala deutlich über dem OECD-Schnitt (s. Abbildung 8.1.6 in Kapitel 8.1), ihre Kommilitoninnen ganz leicht unter dem OECD-Schnitt (es besteht erwartungsgemäß eine signifikante Differenz zu den Schülern; Baumert et al. [1997] und Lehrmann et al. [1999]). Dieses Ergebnis ist möglicherweise auch eine Erklärung dafür, dass österreichische Schüler/innen (zumindest die an BMS, BHS und AHS; s. Abb. 8.1.11 in Kapitel 8.1) bezüglich ihrer naturwissenschaftlichen Aktivitäten (übrigens im Gegensatz zu Finnland!) im bzw. über dem OECD-Durchschnitt liegen, sich also in ihrer Freizeit eigenen Angaben zufolge durchaus mit naturwissenschaftlichen Themen (insb. medial vermittelt) beschäftigen.

Setzt man das Ergebnis überdurchschnittlicher Selbstwirksamkeitsüberzeugungen, das insbesondere für Schüler(!) in BMS, BHS und AHS gilt (s. Abbildung 8.1.10 in Kapitel 8.1), zu den Werten der Skala „Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten in Naturwissenschaft“ in Beziehung – hier liegen die österreichischen Schüler/innen (ohne Geschlechterdifferenz) unter dem OECD-Schnitt – und zieht man argumentativ ins Kalkül, dass diese „Vertrauensskala“ den subjektiv empfundenen Schwierigkeitsgrad konkreter naturwissenschaftlicher (Alltags-?)Fragen misst (vgl. etwa das Item: „Die Rolle der Antibiotika bei der Behandlung von Krankheiten beschreiben“[5]), ist folgender Schluss nicht unberechtigt:

Österreichische Schüler in BMS, BHS und AHS erleben sich im Hinblick auf die Inhalte und Ziele in naturwissenschaftlichen Unterrichtsfächern als überdurchschnittlich selbstwirksam, ihre Lösungskompetenz im Hinblick auf naturwissenschaftliche Aufgaben schätzen sie allerdings vergleichsweise schlechter ein. Wie kann diese Diskrepanz, die für BS- und AHS-Schülerinnen interessanterweise genau umgekehrt gilt (höhere selbst eingeschätzte Lösungskompetenz [„Vertrauen“] als Selbstwirksamkeitsüberzeugungen; s. Abbildung 8.1.10 in Kapitel 8.1), erklärt werden?

Eine mögliche Erklärung für diese Diskrepanz könnte lauten: Schüler/innen sehen auf Grund ihrer konkreten Erfahrungen mit diesen Schulfächern die Gegenstände Physik, Chemie oder Biologie als leichte Fächer an (etwa im Sinne des Begriffs „Nebenfach“), im Hinblick auf die sie wenig Sorge haben, keinen positiven Abschluss zu erlangen. Die Ziele und Aufgaben, mit denen sie im Unterricht konfrontiert werden, führen nicht dazu, dass sie an einschlägigem Wissen und naturwissenschaftlichen Fähigkeiten gewinnen, um anspruchsvolle(re) Aufgaben (z. B. auf höheren taxonomischen Niveaus wie die PISA-Testaufgaben) lösen zu können (etwa nach dem Motto: „Ich traue mir viel zu, aber fühle mich im Unterricht in Physik, Biologie oder Chemie wenig herausgefordert“). Eine Untersuchung zu Schüler-urteilen im Hinblick auf den eingeschätzten Schwierigkeitsgrad einzelner Unterrichtsfächer sowie eine Studie zur konkreten Analyse der Passung der Unterrichtsziele und -aufgaben könnten die Plausibilität dieser Erklärung überprüfen helfen. Zu beiden Fragen sind keine aktuellen systematisch angelegten Arbeiten verfügbar.

Resümee

Aus dem Interpretationsversuch von motivational relevanten Daten aus PISA 2006 unter didaktischer Perspektive wird deutlich,

• dass Lehrpersonen in Österreich gefordert sind, durch einen attraktiven Unterricht, der auf die Förderung einer naturwissenschaftsbezogenen Alltags-Hermeneutikkompetenz abzielt, bei ihren Schülerinnen und Schülern Interesse für naturwissenschaftliche Fächer zu wecken und zu nähren;
• dass diese Forderung didaktisch anspruchsvoll ist, weil es in den Naturwissenschaften (und nicht nur in dieser Domäne!) insbesondere auf höheren Kompetenzlevels nicht einfach ist, Wissenschaftssystematik und Anwendungsbezug im Alltag zu verknüpfen (sehr bald wird hierbei beispielsweise deutlich, dass es dazu eher fächerübergreifenden Unterricht braucht);
• dass Naturwissenschafts-Kompetenz, erhoben durch PISA-Aufgaben und Unterrichtsqualitätsmerkmale in einer interessanten Spannung zueinander stehen, die für Österreich eine eingehendere fachdidaktische Analyse, als sie hier vorgenommen wurde, rechtfertigen würde, und
• dass die in den Kontextfragebögen von PISA verwendeten Instrumente – würden sie an einigen Stellen verändert werden – Daten generieren würden, die eine gewinnbringendere Interpretation der Länder-Punktwerte auf der Naturwissenschafts-Kompetenzskala ermöglichen würden.

Abbildung 8.2.1: Naturwissenschaftsunterricht bei TIMSS 1995

Abbildung 8.2.2: Vergleich zwischen ausgewählten PISA-2006-Daten der österreichischen und der finnischen Stichprobe; bei den Unterrichtsmerkmalen unter Einbezug von Niederlande- und Italien-Daten

Abbildung 8.2.3: Wichtige Qualitätsstandards naturwissenschaftlichen Unterrichts und deren Berücksichtigung in den Kontextfragebögen bei PISA 2006