Expertenstimme

TALIS-Videostudie : Wie sieht ein guter Mathematikunterricht aus?

Wie sieht erfolgreicher Mathematikunterricht im internationalen Vergleich in unterschiedlichen Lernkulturen aus? Um diese Frage beantworten zu können, wurde in der TALIS-Videostudie der Mathematikunterricht in den teilnehmenden Staaten zum selben Unterrichtsthema „Quadratische Gleichungen“ durch Videoaufzeichnungen untersucht. Zusätzlich wurden Lehrkräfte sowie Schülerinnen und Schüler befragt und Unterrichtsmaterialien ausgewertet. Für Deutschland zeigt die Studie neben erfreulichen Rückmeldungen  Entwicklungsbedarf bei der kognitiven Aktivierung und beim Feedbackverhalten der Lehrkräfte.

Werner Klein Werner Klein / 10. Dezember 2020
ein Schüler meldet sich im Hintergrund steht eine Lehrer vor der Tafel
In der TALIS-Videostudie wurde der Mathematikunterricht in verschiedenen Ländern dokumentiert und ausgewertet.
©Julian Stratenschulte/dpa

Die Qualität des Mathematikunterrichts zu untersuchen ist nicht nur ein lohnendes Forschungsthema, sondern vielmehr eine pädagogische Notwendigkeit, wie die  kritischen Rückmeldungen zum wenig beliebten Mathematikunterricht nahelegen. Werden seit einigen Jahren regelmäßig die mathematischen Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler, der sogenannte „Output“, in Leistungsvergleichsuntersuchungen wie PISA, TIMSS oder den IQB-Bildungstrends national wie international festgestellt, ist es deutlich schwieriger, die Qualität von Prozessen des Mathematikunterrichts zu untersuchen. Ein bewährtes, wenn auch aufwendiges Verfahren dafür sind Videostudien, die mithilfe geschulter Beobachter und abgesicherter Qualitätsindikatoren einen wissenschaftlichen Blick ins Klassenzimmer erlauben.

Nach einer ersten Videostudie 1995 in Zusammenhang mit TIMSS (Third International Mathematics and Science Study) wurde im Anschluss an die OECD-Studie TALIS-Video (Teaching and Learning International Survey – Video) in den Jahren 2016 bis 2019 die TALIS-Videostudie Deutschland durchgeführt. Ziel war es, Aussagen zu den Wirkungen des Mathematikunterrichts in Deutschland, zu Lernprozessen und Lernergebnissen im internationalen Vergleich zu erhalten. Für Deutschland waren das DIPF in Frankfurt, das IPN in Kiel und die TU München für die Durchführung der Studie verantwortlich, an der auch Japan, China, England, Spanien, Chile, Kolumbien und Mexiko teilnahmen.

Welche Kriterien machen einen qualitätsvollen Mathematikunterricht aus?

In der Frage, was unter einem „guten Mathematikunterricht“ zu verstehen ist, bezieht sich die Videostudie auf vorliegende Forschungsergebnisse. Demnach gründen erfolgreiche Lehr-Lern-Prozesse weniger auf bestimmten methodischen Verfahren oder Organisationsformen des Unterrichts, die als Sicht- oder Oberflächenstrukturen beschrieben werden. Entscheidend dafür sind vielmehr die sogenannten Tiefenstrukturen, wie die Qualität der Auseinandersetzung der Lernenden mit den Lerninhalten und die fachlichen Interaktionen der Schülerinnen und Schüler. Dazu zählen vor allem folgende Basisdimensionen der Unterrichtsqualität:

  1. erfolgreiche Klassenführung mit klarer Strukturierung des Lernstoffs, eindeutigen Regeln und Ritualen, Prävention und wirksamem Verhalten bei Störungen, effektiver Nutzung der aktiven Lernzeit;
  2. konstruktive Unterstützung durch eine lernförderliche Umgebung, positive Fehlerkultur, reziprokes Feedback, wertschätzende Beziehungen zwischen Lernenden und ihren Lehrkräften; Grundbedürfnisse nach Autonomie, Kompetenzerleben und sozialer Eingebundenheit werden dabei erfüllt;
  3. kognitive Aktivierung, indem der Unterricht auf Verstehen und schlussfolgerndes Denken ausgerichtet ist, die Lernenden mit herausfordernden Inhalten konfrontiert werden, zugleich aber an ihr Vorwissen und ihre Erfahrungswelt angeknüpft wird.

Auf den Punkt gebracht ist Unterricht vor allem dann lernförderlich, wenn dieser klar strukturiert die zur Verfügung stehende Lernzeit optimal ausschöpft, dabei kognitiv anregend sowie sozial unterstützend gestaltet wird.

Vor dem Hintergrund dieses Verständnisses lag ein weiteres Ziel der Studie darin, herauszufinden, ob sich seit einer ersten Videostudie 1995 etwas am deutschen Mathematikunterricht geändert hat. Als maßgeblich für den deutschen Mathematikunterricht in der Mittelstufe galt demnach folgendes Skript, das Erinnerungen an den selbst erlebten – oder besser: erlittenen – Mathematikunterricht hervorrufen dürfte:

  • Die Stunde beginnt mit der Durchsicht und Besprechung der Hausarbeiten.
  • Es folgt eine kurze Wiederholungsphase bei zügigem Interaktionstempo.
  • Variante 1: Der neue mathematische Stoff wird im fragend-entwickelnden Unterrichtsgespräch, das auf eine einzige Lösung hinführt, relativ kurzschrittig erarbeitet und vom Lehrer an der Tafel dokumentiert. Variante 2: Wenn das Thema schon in der vorhergegangenen Stunde vorbereitet wurde, kann ein Schüler – unterstützt von der Klasse und dem Lehrer – eine Aufgabe an der Tafel entwickeln.
  • Anschließend werden in Stillarbeit ähnliche Aufgaben zur Einübung des Verfahrens gelöst.
  • Die Stunde schließt mit der Vergabe und Erläuterung der Hausaufgaben.

Wie sieht erfolgreicher Mathematikunterricht im internationalen Vergleich in unterschiedlichen Lernkulturen etwa 20 Jahre später aus? Um diese Frage beantworten zu können, wurde in der TALIS-Videostudie der Mathematikunterricht in den teilnehmenden Staaten zum immer identischen Unterrichtsthema „Quadratische Gleichungen“ durch Videoaufzeichnungen, Unterrichtsmaterialien, Befragungen von Schülerinnen und Schülern sowieLehrkräften sowie Leistungstests von Schülerinnen und Schüler untersucht. Um die Wirkungen bestimmter Unterrichtsskripts feststellen zu können, wurde die Leistungsentwicklung der Schülerinnen und Schüler im Längsschnitt mit einer Vor- und Nacherhebung getestet.

Die für Deutschland insgesamt recht erfreulichen Ergebnisse der TALIS-Videostudie stehen allerdings unter dem Vorbehalt, dass die Stichprobe mit Schulen aus sieben Bundesländern nicht repräsentativ ist: Insgesamt haben 50 Lehrkräfte aus 38 Schulen, darunter 30 Gymnasien, mit 1.140 Schülerinnen und Schülern, die sich auf die Klassenstufen 8, 9 und 10 verteilen, teilgenommen.

Welche Arbeitsformen und Medien bestimmen den Mathematikunterricht?

Wenig überraschend, dominiert im Mathematikunterricht in Deutschland als Arbeitsform das Klassengespräch (88  Prozent), immerhin finden auch Einzel- (36 Prozent), Partner- (16 Prozent) und Kleingruppenarbeit (14 Prozent) in einem nennenswerten Umfang statt.

Beim Einsatz digitaler Medien steht in Deutschland die Visualisierung mit Overhead, Dokumentenkamera, Whiteboard oder Beamer im Vordergrund. Der Einsatz von Taschenrechnern im Unterricht ist weniger häufig festzustellen, und die Verwendung von Laptops, Tablets oder Smartphones liegt jeweils unter 1 Prozent. Digitale Medien, die das konzeptuelle Verständnis befördern könnten, werden in 45 Prozent der englischen Klassen beobachtet, aber in nur in 28 Prozent der beteiligten deutschen Klassen.

Inwieweit werden die Dimensionen guten Unterrichts umgesetzt?

Zunächst fällt auf, dass Schülerinnen und Schüler die Qualität des Mathematikunterrichts deutlich kritischer einschätzen als ihre Lehrkräfte, dies gilt in besonderer Weise für deutsche Schulen. Diese Diskrepanz wird zum Beispiel bei den Chancen zur Beteiligung am Klassengespräch deutlich, wenn 54 Prozent der deutschen Lehrkräfte meinen, sie hätten während des Unterrichts zu quadratischen Gleichungen ihre Schülerinnen und Schüler aufgefordert, sich „an Diskussionen untereinander zu beteiligen“, während dies nur 26 Prozent ihrer Schülerinnen und Schüler so sehen.

Klassenführung: Die Klassenführung wird von den geschulten Beobachtern in allen beteiligten Staaten durchgängig positiv eingeschätzt. Die Klassen zeigen sich gut organisiert, Routinen sind etabliert, Störungen kommen selten vor oder werden effektiv unterbunden. Als schwieriger erweist sich das Monitoring, die kontinuierliche Aufmerksamkeit der Lehrkraft für Lernprozesse und mögliche Störungen. Die Qualität der Klassenführung in Deutschland fällt umso besser aus, je positiver die Einstellung der Lehrkräfte zu ihrem Mathematikunterricht ist, beispielsweise wenn sie Freude daran haben, ihre Schülerinnen und Schüler zu unterrichten.

Konstruktive Unterstützung: Ein „respektvoller Umgang“ wird in fast allen deutschen Schulklassen beobachtet, etwas seltener „Ermutigung und freundliches Miteinander“ als Ausdruck emotionaler Wärme im Umgang zwischen Lehrkräften und Schülerinnen und Schülern. Bei der inhaltlichen Unterstützung zeigt sich, dass die deutschen Lehrkräfte insgesamt gut auf die Beiträge der Schülerinnen und Schüler eingehen, die Chancen, sich an einem Gespräch über mathematische Themen zu beteiligen, aber etwas niedriger sind. Auffällig ist, dass in Deutschland die Rückmeldungen der Schülerinnen und Schüler zur Lernunterstützung durch die Lehrkräfte niedriger ausfallen als die zur Beziehungsqualität. Am niedrigsten fallen auf der vierstufigen Skala die Werte für Feedback seitens der Lehrkraft zu den Beiträgen der Schülerinnen und Schüler aus. Hier zeigt sich in allen acht Staaten starker Verbesserungsbedarf. Im sozioemotionalen Bereich liegt Japan mit an der Spitze der Länder, China am Ende.

Kognitive Aktivierung: Im Vergleich der drei Dimensionen guten Unterrichts fallen die Ergebnisse zur kognitiven Aktivierung in allen acht Staaten am niedrigsten aus. In den deutschen Schulen werden bei den Punkten „Denkweise der Schüler/innen ergründen“ und „anspruchsvolle Fragen stellen“ relativ hohe Werte erreicht. Seltener wird beobachtet, dass die Schülerinnen und Schüler mit kognitiv anspruchsvollen Inhalten konfrontiert werden und mathematisches Verständnis zeigen. Analytisches, evaluatives oder kreatives Denken sowie explizite Verknüpfungen sind selten zu beobachten. Auch für einen kognitiv aktivierenden Mathematikunterricht erweist sich Japan als ein herausragendes Beispiel.

Dagegen geht in Deutschland das Interesse der Schülerinnen und Schüler im Verlauf der Unterrichtseinheit desto stärker zurück, je mehr kognitive Aktivierung in einem anspruchsvollen Unterricht sichtbar wird. Hier könnte sich fehlendes Vorwissen bei steigendem Schwierigkeitsgrad negativ bemerkbar machen.

In allen beteiligten Staaten fällt auf, dass in den Unterrichtsmaterialien die unterschiedlichen Lernvoraussetzungen der Schülerinnen und Schüler kaum berücksichtigt werden.

Die im Mathematikunterricht in Deutschland eingesetzten Unterrichtsmaterialien werden im Vergleich mit den anderen Staaten in ihrem Potenzial, die kognitive Aktivierung zu fördern, hoch eingeschätzt. In allen beteiligten Staaten fällt auf, dass in den Unterrichtsmaterialien die unterschiedlichen Lernvoraussetzungen der Schülerinnen und Schüler kaum berücksichtigt werden. So finden sich in den Materialien mit Ausnahme Englands kaum Differenzierungsangebote für leistungsschwächere oder -stärkere Schülerinnen und Schüler.

Etwa die Hälfte der deutschen Schülerinnen und Schüler kann nach Abschluss der Unterrichtseinheit Lösungen für quadratische Gleichungen finden, deutlich weniger verfügen auch über ein konzeptuelles Verständnis für algebraische Operationen und Gleichungen.

Welche Folgerungen können aus der TALIS-Videostudie gezogen werden?

Offensichtlich hat sich die Qualität des deutschen Mathematikunterrichts seit 1995 in vielerlei Hinsicht positiv verändert, wofür nicht nur ein breites Spektrum an Arbeitsformen, sondern auch die relativ hohe Beziehungsqualität spricht, die vor allem für Schülerinnen und Schüler mit weniger günstigen Lernvoraussetzungen eine wichtige Ressource darstellt.

Auf der anderen Seite stellt der Bericht für den Mathematikunterricht in Deutschland einen großen Entwicklungsbedarf hinsichtlich der kognitiven Aktivierung fest. Das gilt auch für das Feedbackverhalten der Lehrkräfte. Hier wird Verbesserungsbedarf gesehen, um Schülerinnen und Schülern lernanregende Rückmeldung zu geben, warum eine Antwort mathematisch passend oder unpassend ist.

Hinzuzufügen ist, dass auch Lehrkräfte der Rückmeldung von ihren Schülerinnen und Schülern bedürfen, um ihre Eigenwahrnehmung mit der Fremdwahrnehmung ihrer Lerngruppe abzugleichen. Reziprokes Feedback ist unverzichtbar, um daraus Schlussfolgerungen für die Weiterentwicklung des Unterrichts zu ziehen. Eine weitere Konsequenz, die sich in der gegenwärtigen Pandemie als noch dringlicher erweist, liegt darin, digitale Medien stärker im Mathematikunterricht zu nutzen, um bei den Schülerinnen und Schülern das Verständnis für mathematisches Denken zu fördern.

Alles in allem zeigen die Ergebnisse, dass sich der wissenschaftliche Aufwand für die Videostudie gelohnt hat, auch wenn einfache Rezepte für einen guten Mathematikunterricht nicht zu erwarten sind.

Zur Person

  • Werner Klein leitete beim Sekretariat der Kultusministerkonferenz in Berlin die Abteilung Qualitätssicherung, internationale und europäische Angelegenheiten und Statistik.
  • Zuvor arbeitete der Pädagoge im Bildungsministerium Schleswig-Holstein als Leiter des Referats Qualitätsentwicklung an Schulen und im Landesinstitut.
  • Schwerpunkte seiner Arbeit sind systematische Schulentwicklung und Bildungsmonitoring.
  • Werner Klein gehörte bis Ende 2019 zum Programmteam der Deutschen Schulakademie.