Das MINT-Nachwuchsbarometer 2024 von acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und der Joachim Herz Stiftung hat wichtige Forschungsergebnisse zur Bildung in Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) zusammengetragen. Dabei rückt die Studie die Leistungsrückstände der Schülerinnen und Schüler in Mathematik in den Blick – und beschreibt Methoden, mit denen dieser Rückstand an deutschen Schulen aufgeholt werden kann. Zur Verringerung der hohen Abbruchquoten in MINT-Ausbildungen und -Studienfächern empfiehlt das Projektteam um acatech Mitglied Olaf Köller den Einsatz von KI-Systemen.

Besonders schwer: Mathematik

Mathematik ist das MINT-Fach, in dem sich die Schülerinnen und Schüler in Deutschland besonders schwertun – mit beunruhigender Tendenz: Laut MINT Nachwuchsbarometer 2024 haben die mathematischen Leistungen bei der Gruppe der 15-Jährigen zwischen 2012 und 2022 um 39 Punkte abgenommen. Das entspricht einem Kompetenzrückstand von einem kompletten Schuljahr. Der Anteil der besonders leistungsschwachen Schülerinnen und Schüler ist in diesem Zeitraum gestiegen: von rund 17 % in 2012 auf etwa 29 % in 2022. Gleichzeitig hat sich der Anteil an leistungsstarken Schülerinnen und Schülern halbiert und umfasst 2022 noch knapp 9 %.

„Wir müssen uns mehr um die Mathematik kümmern“, fordert deshalb Olaf Köller, Direktor des Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) und Studienleiter des MINT Nachwuchsbarometers: „Eine Untersuchung von Prüfungsaufgaben aus dem Mathematikunterricht hat gezeigt, dass Schülerinnen und Schüler bei 75 % der Aufgaben keinen Bezug zu ihrem Alltag oder ihrem Umfeld herstellen konnten. Ein stärkerer Lebensweltbezug, eine bessere Verknüpfung der Lerninhalte über die Jahrgangsstufen hinweg oder eine größere Orientierung des Unterrichts an den Lernständen der jeweiligen Schülerinnen und Schüler sind Qualitätsmerkmale, die wir im Mathematikunterricht unbedingt konsequenter durchsetzen müssen.“

Kollaboratives problembasiertes Lernen als Lösungsstrategie

Eine Unterrichtsmethode, die im MINT Nachwuchsbarometer 2024 vorgestellt wird, setzt hier an: Beim kollaborativen problembasierten Lernen werden die Schülerinnen und Schüler mit sehr realitätsnahen Problemen konfrontiert – zum Beispiel mit der Frage, wie sich Offshore-Windparkanlagen so bauen lassen, dass sie die Meeresflora und -fauna möglichst geringfügig stören. Die Aufgaben sind stets so komplex, dass sie nur unter Zuhilfenahme des Wissens und Könnens der Mitschülerinnen und Mitschüler sowie weiterer Quellen in der vorgegebenen Zeit bearbeitet werden können. Die Lehrkräfte übernehmen lediglich eine unterstützende Rolle. Die Begleitforschung zeigt: Mit der Methode des kollaborativen problembasierten Lernens können doppelt so große Lernfortschritte erzielt werden wie in einem Jahr Mathematikunterricht in der Sekundarstufe I.

„Mit MINT-Kompetenzen können wir ein tieferes Verständnis unserer Welt erlangen – und dafür sorgen, dass sie uns – Stichwort ‚Klimawandel‘ – als lebenswerter Ort erhalten bleibt. Das müssen wir gerade jungen Menschen deutlicher vor Augen führen, beispielsweise indem wir im Bildungssystem mehr Anwendungsbezug und Anschaulichkeit herstellen. Hier sollten auch außerschulische Lernorte stärker in den Fokus rücken: Museen, Schülerforschungszentren und Schülerlabore bieten vielfältige Möglichkeiten im Bereich der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung und präsentieren aktuelle Befunde naturwissenschaftlicher Forschung“, so acatech Präsident Jan Wörner.

KI-Systeme sollen Abbrecherquoten senken

Laut MINT Nachwuchsbarometer sind im Jahr 2023 rund 489.000 neue Ausbildungsverträge geschlossen worden, ein Plus von 14.000 gegenüber 2022. MINT-Ausbildungsberufe sind dabei bei jungen Menschen durchaus beliebt: Rund ein Drittel (34 %) entscheidet sich für eine Ausbildung im MINT-Bereich. Allerdings beenden immer mehr Personen ihr Ausbildungsverhältnis vorzeitig: Im Jahr 2022 lösten rund 30 % der Auszubildenden ihren laufenden Vertrag auf – ein neuer Rekordwert. Falsche Erwartungen an die Ausbildung oder Überforderung sind häufig die Ursachen hierfür. Inzwischen kommen KI-gestützte Beratungssysteme zum Einsatz, um junge Menschen bei der Suche nach einem passenden Ausbildungsplatz zu unterstützen.

Ähnlich hilfreich können KI-Systeme im Hochschulbereich sein, wie das MINT Nachwuchsbarometer 2024 zeigt: Um die hohen Studienabbruchquoten in den MINT-Studienfächern zu verringern – im Jahr 2022 lag der Anteil bei rund 51 % und damit um knapp zwei Prozentpunkte höher als im Vorjahr – werden dort mit Hilfe von Prozessdaten und Methoden des maschinellen Lernens Prognosen für den Studienverlauf erstellt. So kann abbruchgefährdeten Studierenden rechtzeitig und passend Hilfe angeboten werden.

„Die Nutzung künstlicher Intelligenz müssen wir als Gesellschaft aktiv mitgestalten und bewusst zur Lösung von Problemen anwenden. Die hohen Abbruchquoten in MINT-Ausbildungsberufen und -Studienfächern decken falsche Erwartungen junger Menschen an diesen Berufsweg auf. KI dafür einzusetzen, für sie ein hilfreicheres Beratungsangebot zu schaffen, ist ein kluger Lösungsansatz“, erklärt Sabine Kunst, Vorstandsvorsitzende der Joachim Herz Stiftung.

Das MINT-Nachwuchsbarometer

Das MINT-Nachwuchsbarometer ist ein bundesweiter Trendreport. Der Bericht sammelt und kommentiert die wichtigsten Zahlen, Daten und Fakten zur Nachwuchssituation im MINT-Bereich von der schulischen Bildung bis zur beruflichen Ausbildung und zum Studium. Durch das Monitoring zentraler Indikatoren liefert der Bericht empirisch fundierte Erkenntnisse zu aktuellen Entwicklungen und Handlungsfeldern in der MINT-Bildung sowie Hinweise auf Faktoren und Motive, die die Studien- und Berufswahl junger Erwachsener beeinflussen.

Das MINT Nachwuchsbarometer wird von acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und der Joachim Herz Stiftung gemeinsam herausgegeben und vom IPN – Leibniz Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik erstellt. Der kompakte Überblick liefert eine fundierte Entscheidungshilfe für die Verantwortlichen in Bildung, Politik und Wirtschaft und trägt so zu einer nachhaltigen Stärkung der MINT-Situation in Deutschland bei.

Weitere Informationen gibt es unter www.acatech.de.