Zu Besuch bei den Matheforschern

Finn weiß genau, was er herausfinden will: Wie viel CO2 pusten Autos, Schiffe, Züge in die Luft, wenn sie die Menschen durch die Welt transportieren? Ruben fragt sich: Wie viele Bienen gibt es auf der Erde und hat ihr Bestand in den vergangenen fünfzig Jahren abgenommen? Yunus möchte wissen: Wie viele Bäume müssten wir pflanzen, um das CO2 wieder zu binden, das Fabriken, Autos, Kohlekraftwerke und Lebensmittelhersteller ausstoßen? Lehrerin Pauline Linke klatscht in die Hände. „Wunderbar, Leute, und jetzt finden wir zusammen heraus, ob uns die Mathematik dabei hilft, Antworten auf diese Fragen zu finden.“ Finn, Ruben und Yunus klemmen sich hinter ihre Laptops, auf gehts zur Recherche – im Matheforscherkurs.

Hamburg-Rissen. Aus einer Bäckerei zieht der Duft von Kaffee und frischen Brötchen herüber. Das Mosaik aus bunten Quadraten auf dem neuen Hauptgebäude der Stadtteilschule leuchtet in der Morgensonne. 8.05 Uhr, schnell hasten die letzten Schüler von der S-Bahn-Station zu den Klassenzimmern. Finn, Ruben, Yunus, Arthur und Marco stecken da schon tief in ihren Aufgaben. Kursleiterin Linke hat eine Mindmap auf die Tafel gemalt: „Unsere Forscherfragen“. „Was hat der Klimawandel mit Mathematik zu tun?“, steht darauf oder „Wie viel CO2 verbraucht ein Mensch im Jahr?“ Rechts davon eine Tabelle: „Noch zu machen“, „Wird gerade gemacht“, „Fertig“. „Mathematik braucht Struktur“, sagt Linke. „Boah, krass!“, ruft Ruben. „Es gibt 22.000 verschiedene Bienenarten, 1,4 Milliarden leben allein in Deutschland.“ Linke nickt. „Und wie könntest du mit dieser Info der Zahl der Bienen auf der Welt näher kommen?“ Schon sind Ruben und Arthur mitten in einer Diskussion über Mathematik.

Die Faszination der großen Zahlen

Seit Anfang des Schuljahres nehmen die fünf Sechstklässler am Matheforscherkurs ihrer Schule teil, ein Angebot für all jene, die tiefer in die Welt der Zahlen einsteigen möchten. „Hier kann ich mir selbst Fragen ausdenken“, sagt Ruben. „Das macht Spaß.“ „Wenn wir als Gruppe über Lösungen diskutieren, kommen wir oft auf ganz neue Ideen“, erzählt Finn. Mit großen Zahlen jonglieren, eigenständig arbeiten, mitreden können – das fasziniert alle jungen Matheforscher hier.

Egal ob sie zusammen Polyeder falten und herauszufinden versuchen, wie sich die komplizierten dreidimensionalen Vielecke doppelt so groß machen lassen. Wie müssen sich die Kantenlängen und Winkel ändern, wie kann man das rechnen? Oder ob sie in „Maths for Future“ darüber grübeln, wie mathematische Modelle helfen, die Veränderungen auf der Erde zu verstehen, und sei es erst mal nur anhand von Einzelfragen. Bienensterben, CO2-Verbrauch, Aufforstung. „Solche Fragen begeistern Schüler viel mehr als Rechnen nach Rezept“, so Linke. „Sie merken: Mathe ist relevant, Mathe fordert das Denken – und plötzlich macht Mathe Spaß.“.

Mathe macht Spaß? Wohl kaum ein Fach polarisiert so wie die Mathematik. Die einen lieben diese älteste Kulturtechnik der Menschheit, sind fasziniert vom Spiel mit Zahlen, von der Erklärungswucht mathematischer Modelle. Die anderen verzweifeln an Pythagoras, Euklid und Pi und wenden sich ratlos ab. Die Folge: Der Wirtschaft fehlen laut Fachkräftebericht des Instituts der Deutschen Wirtschaft mehr als 300.000 Fachkräfte in den „MINT“-Berufen, also auf den Feldern Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik. Seit mehr als zehn Jahren werden Schulen mit einem speziellen MINT-Profil daher von öffentlicher Hand und Unternehmen gefördert, um Schüler für Mathe & Co. zu begeistern. Und bundesweit feilen Mathematiker an Methoden, um den Unterricht spannender zu machen.

Manchmal sind es kreative Einzelne, wie der mehrfach ausgezeichnete junge Mathefreak Johann Carl Beurich aus Dresden, der seit 2013 als DorFuchs auf YouTube und Spotify Schülern mit poppigen Mathesongs über grafische Funktionen oder den Satz des Pythagoras die Freude an Mathe spielerisch näherbringt. Manchmal sind es Mathematiker von den Hochschulen, wie der Münchener Geometrieprofessor Jürgen Richter-Gebert, der in Ausstellungen Schülern Mathematik mithilfe von Kunst und Musik anschaulich macht (siehe Interview).

MINT-Atlas. Wo Matheforscher in Deutschland zu Hause sind.
Die 10 führenden Bundesländer:

345 MINT-EC-Schulen gibt es in Deutschland, darunter Auslandsschulen in Österreich, den USA und der Türkei. MINT steht für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik, EC für Excellence. Die Aufnahme in das MINT-EC-Netzwerk ist ein Gütesiegel für die hohe Qualität des MINT-Schulprofils und öffnet den Zugang zu vielfältigen Förderangeboten für Schüler und Lehrer. Die meisten MINT-EC-Schulen liegen in Nordrhein-Westfalen (98), gefolgt von Bayern (58), Hessen (37), Niedersachsen (29) und Baden-Württemberg (23).

Forschendes Lernen statt Abarbeiten des Schulstoffes

Seit 2009 feilt die Stiftung Rechnen an innovativen Praxisideen für den Matheunterricht. Gemeinsam mit Fachdidaktikern wurden Programme wie „Matheforscher“ entwickelt, nach deren Konzept heute Ruben, Finn und ihre Kameraden tüfteln. Forschendes Lernen statt Abarbeiten des Schulstoffes, Lebensweltbezug statt reine Abstraktion. Für Pädagoginnen wie Pauline Linke gibt es „Forscherboxen“ mit Materialien, um etwa mit Holzwänden, Löchern und Spiegeln die Strahlensätze anschaulich zu machen. In Mathecamps werden Lehrer geschult, wie sie die Konzepte im Unterrichtsalltag umsetzen können. Das Konzept für „Maths for Future“ hat Linke mit Kollegen gerade erst in einem Camp entwickelt. Daneben bietet die Stiftung Rechnen beispielsweise Online-Mathetests für verschiedene Ausbildungsberufe oder Mathe-Entdeckerpfade in der App „MathsCityMap“, entwickelt von Mathedidaktikern und Informatikern der Universität Frankfurt.

Ein Baum, eine Treppe, schwere Betonquader auf dem Boden. Zwölf Punkte öffnen sich auf der Karte in dieser App. Mit Smartphone, Stift und Blatt geht es auf zum Mathetrail über den Schulhof der Stadtteilschule Rissen. Wie alt ist die Birke dahinten? Wie schwer der Betonhocker in der Sitzecke? Wie viele Möglichkeiten gibt es, die Treppen am Nebengebäude hochzulaufen, wenn man pro Schritt eine oder zwei Stufen nimmt? Mathe wird zum Detektivspiel, die App gibt Hinweise zum Knacken der Rätsel. Wie bei einer Stadtrallye kann man Gruppen gegeneinander antreten lassen, Lehrer können sich online oder offline einschalten, wenn die Kids bei einer Aufgabe hängen. Mehr als 50 solcher Mathetrails gibt es mittlerweile deutschlandweit.

Der Potsdamer Mathematikdidaktiker Ulrich Kortenkamp nickt. „Es gibt inzwischen viele hervorragende Ansätze für anschaulichen, abwechslungsreichen Matheunterricht.“ Aber zum einen seien die vielen guten Konzepte nur selten systematisch im Unterricht verankert. Schon die Lehrpläne bremsen aus. „Zum anderen ist Praxisbezug kein Rundumrezept“. Der Fokus auf die Praxis könne sogar den Blick auf das Wesen der Mathematik verstellen. „Bei Mathe geht es im Kern eben nicht um Rechenkunst, sondern um eine Denkweise: Mit Mathematik kann man die Strukturen in der Welt beschreiben und Zusammenhänge aufzeigen“, so Kortenkamp. „Das passiert im Unterricht noch zu wenig.“

Wie muss die perfekte Null aussehen?

Paulina Linke gehört zu jenen, die solche Fragen in den Unterrichtsalltag integrieren. „Ich will, dass meine Schüler mathematisch argumentieren lernen.“ Verwenden wir die richtigen Parameter in der Rechnung? Wie aussagekräftig sind unsere Zahlen? Heute lässt Linke ihre Jungs erst mal machen. Lässt sie online surfen nach Daten zu Bienenpopulation, Erdölverbrauch und Baumbestand. „Nächste Stunde konfrontiere ich sie mit Zahlen aus ganz anderen Quellen“, so Linke, „damit sie ihre Vorgehensweise kritisch überprüfen lernen.“

Das funktioniert auch bei weniger mathebegeisterten Schülern, neulich etwa, als zwei Siebtklässlerinnen beim neuen Klassenthema die Augen rollten: „Was ist besonders an der Zahl Null?“ „Da haben wir keine Lust drauf“, sagten die Schülerinnen. „Okay, dann begebt euch doch mal auf die Suche nach der perfekten Null. Wie muss sie aussehen? Wie schreiben sie eure Mitschüler?“ Die Schülerinnen stellten fest: Null ist nicht gleich Null. Mal ist sie bauchig, mal lang gestreckt, mal schief wie ein Segel im Wind. Die Schülerinnen maßen Längen- und Breitenverhältnisse, setzten sich mit Gesetzmäßigkeiten, Verhältnissen und Division auseinander; überlegten, auf welche unterschiedliche Weise sich die Ergebnisse in mathematische Sprache übersetzen lassen. Linke: „Und schon sind wir wieder mittendrin in der Mathematik – toll, oder?“

Genau so eine Freude am Fach hält Didaktiker Kortenkamp für wichtiger als jede methodische Vielfalt. „Wir wissen aus vielen Studien: Entscheidend sind Lehrer, die Mathe lieben. Dann springt der Funke über.“ Für „dramatisch“ hält es der Experte daher, dass zurzeit so viele Quereinsteiger an die Schulen drängen, die meist nur schlecht ausgebildet seien und oft nur „aus Verlegenheit“ das Fach gewählt haben. Für viele, gerade wenig matheaffine Schüler aber könne das „ein verlorenes Jahr bedeuten, das nicht mehr aufzuholen ist. Damit ist dann wieder ein Schülerjahrgang für die Mathematik verloren.“

Die Sonne fällt in das Klassenzimmer der Matheforscher, der limonengrüne Boden leuchtet wie eine frisch gemähte Sommerwiese. Das Klappern der Rechner ist dem Kratzen der Füller auf Papier gewichen. „So, was habt ihr herausgefunden?“, fragt Linke. Es gibt 1,52 Billionen Bienen auf der Welt, vermutlich eine halbe Milliarde weniger als vor fünfzig Jahren, weiß Ruben. In Kanada würde bei derzeitigem Verbrauch das landeseigene Erdöl voraussichtlich noch zehn Jahre reichen, in der Europäischen Union nur noch ein Jahr, erklärt Finn. Und Yunus’ Rechnung zeigt: Es braucht dreißig Buchen, um den durchschnittlichen CO2-Tagesverbrauch eines Menschen wieder in Sauerstoff umzuwandeln. Lehrerin Linke nickt anerkennend. „Spannende Ergebnisse, und was machen wir in der nächsten Stunde?“ Rausfinden, ob das wirklich stimmt – und weitere Fragen entwickeln. „Cool!“, rufen die Matheforscher, schnappen sich Mäppchen, Rucksack und Jacke und stürmen hinaus auf den Schulhof.

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