Einige persönliche Erfahrungen über Genuss und Verdruss in MINT-Fächern

Rede von Bundeskanzler Walter Thurnherr an der Eröffnung von SMARTFELD, St. Gallen. Es gilt das gesprochene Wort.

Math, the only place
where people can buy 64
Watermelons and no one
wonders why.

Ich werde nichts sagen, was allgemeingültig ist. Im Gegenteil, ich bin eine Null in pädagogischen Dingen, inkompetent, um etwas Qualifiziertes zur hiesigen Bildungslandschaft beizusteuern, und ich war auch nie in der akademischen Lehre tätig. Zwar habe ich wie Albert Einstein die alte Kantonsschule Aarau besucht und bin wie er nachher theoretischer Physiker und dann Bundesbeamter geworden. Aber weshalb unsere Wege danach so grauenhaft weit auseinandergegangen sind, ist noch heute Gegenstand intensiver Gespräche zwischen mir und meinem Therapeuten. Was ich Ihnen schildere, sind ein paar persönliche Erfahrungen, weshalb ich mich damals für ein MINT-Fach entschieden hatte und weshalb mich ein Teil dieser Erfahrungen bis heute nicht loslässt. Im Wesentlichen sind es vier Elemente:

Erstens, wie wahrscheinlich viele von Ihnen auch, schätze ich und schätzte ich schon sehr früh Leute, die nicht alles wissen, und fühlte mich zu Rätseln mehr hingezogen als zu Predigten. Denken Sie sich in Ihre Schulzeit zurück und stellen Sie sich vor, Ihr Mathematiklehrer hätte den Unterricht mit den Worten begonnen: „Liebe Schülerinnen und Schüler, mir ist das jetzt etwas peinlich, aber ich muss Euch mitteilen, dass wir zum Beispiel Folgendes noch nicht wissen: …

Goldbachsche Vermutung
Goldbachsche Vermutung

Wir vermuten, dass jede gerade Zahl grösser 4 die Summe zweier Primzahlen ist. Wir haben Computer, mit denen wir das für alle Zahlen bis 4x1018 nachweisen können. Aber wir wissen nicht, ob diese Vermutung für alle geraden Zahlen zutrifft.“

Brief von Goldbach an Euler
Brief von Goldbach an Euler

Wir kennen den Beweis für diese einfache Fragestellung nicht. Und das, obwohl die Vermutung bereits 1742, also vor über 270 Jahren formuliert wurde. Sorry!

Und dann hätte der Lehrer hinzugefügt: Folgendes wissen wir im Fall auch nicht:

Square peg problem
Square-peg-problem

Ihr macht irgendeine zusammenhängende Figur, als ob Ihr einen Kaugummi auf eine Tischplatte drücken würdet. Und ich behaupte, ich kann ein Quadrat finden, dessen vier Ecken auf den Randlinien des Kaugummis liegen. Einfache Behauptung. Wir wissen, dass es für viele solche Kurven stimmt, aber wir haben noch keinen Beweis für alle Kurven gefunden.

Oder noch einfacher:

Collatz-Problem
Collatz-Problem

Wir wissen aber nicht, ob und wenn ja, weshalb das für alle natürlichen Zahlen gilt! Oft explodieren die Folgen geradezu: Wenn man mit 27 anfängt, steigt die Folge bis auf 9232 und nach 111 Schritten landet man wieder bei 1. Mit dem Rechner hat man alle Zahlen bis über 20 Stellen ausprobiert. Es ist faszinierend, man kommt stets auf die 1, aber wir wissen nicht warum. Und ob es für alle Zahlen stimmt. Auch das, noch nicht bewiesen.

Wie hätten Sie reagiert, wenn Ihr Lehrer so vor Sie hingetreten wäre, statt Ihnen den Eindruck zu vermitteln, er würde Ihnen die Möglichkeit gewähren, einem Auserwählten beim Zelebrieren einer Messe zuzusehen? Vielleicht so wie ich später, als der Professor für Teilchenphysik uns mit den Worten empfing: „Meine Damen und Herren, ich bin sehr froh, dass Sie hier sind. Ich erläutere Ihnen, wo wir etwa stehen, aber dann ist es an Ihnen, weiterzumachen und zu übernehmen!“ – Ich kann Ihnen sagen, das ist uns eingefahren. Und wir haben den Kurs nachher wie eine Dossierübergabe wahrgenommen. Und genau das war es eigentlich auch.

Als ich Schüler war, glaubte ich, die Erkenntnisse über die Welt um uns herum würden etwa so anwachsen:

Erkenntnis-Zeit

1752 hatte ein Genie aus England dies entdeckt, und 1815 hatte ein Genie aus Frankreich das entdeckt, und 1832 hatte ein weiteres Genie aus Deutschland folgende geniale Idee gehabt etc. - als hätte es eine Stafette begnadeter Magister gegeben, die sich den Stab des Fortschritts durch die Geschichte hindurch weiterreichen.

Erst später habe ich gemerkt, dass es in Wirklichkeit so war:

Erkenntnis-Zeit in Realiität

Viele Irrwege, viele falsche Thesen, viele vorläufige Erkenntnisse und viele Rätsel, die bis heute ungelöst sind.

  • Weshalb gibt es 61 Elementarteilchen? Und warum kommen sie so häufig in Dreier-Paketen vor?
  • Wie genau funktioniert unser Gehirn? Sie haben zwischen 81 und 85 Milliarden Neuronen, einzelne haben bis zu 10‘000 Verbindungen. Wie entsteht daraus unser Bewusstsein? Und wie gross muss ein Netzwerk mindestens sein, damit Bewusstsein entstehen kann?
  • Was genau geht vor sich, wenn Zucker karamellisiert?
  • Wie genau funktioniert die Photosynthese, und ich meine  etwas spezifischer als mit dem Schulverslein: H20 plus CO2 und Sonnenlicht geben C6H1206 und Sauerstoff?
  • Haben Sie gewusst, wo das grösste Lebewesen in der Schweiz, und wahrscheinlich auch Europas, lebt? Am Ofenpass! Es ist ungefähr 37 ha gross und über 1000 Jahre alt. Ein Halimasch Pilz von ungeheuren Ausmassen. Es gibt etwa 3 bis 5 Millionen verschiedene Pilzarten, und sie machen unglaubliche, zum Teil auch fürchterliche Dinge. Erst etwa 130‘000 Arten sind katalogisiert. Was machen all die andern? Wir wissen es nicht!

Von Egon Friedell gibt es diesen wunderbaren Satz: „Kultur ist Reichtum, und zwar Reichtum an Problemen, und wir finden ein Zeitalter umso aufgeklärter, je mehr Rätsel es entdecken lässt“.

Belionota sumptuosa
Belionota sumptuosa (© Ben Sale; http://eol.org/)

Und ich bin sehr froh, dass heute im Unterricht, in der Literatur und in den sozialen Medien im Zusammenhang mit MINT-Fächern wieder mehr die Rätsel, die faszinierenden Geheimnisse und die ungelösten Probleme ins Zentrum gerückt werden, statt das beeindruckende Wissen, das von der Lehrperson ausgeht.

Hubble Deep Field
Hubble Ultra Deep Field (Credit: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University), and the HUDF09 Team)

Zweitens, ich sehe das bei meinen Kindern, und ich habe das selbst auch so erfahren: Die Schule kann gut und kurzweilig sein. Aber die Schule ist nicht cool. Und zwar schon deshalb nicht, weil man dort Sachen macht, die auch alle anderen machen. Bereits ein junger Mensch verspürt jedoch ein starkes Bedürfnis, sich abzugrenzen, sich individuell zu entwickeln, etwas zu tun, was andere nicht können.

Oliver Sacks
Oliver Sacks (By Siga - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8379088)

Sie kennen wahrscheinlich alle den britischen Neurologen Oliver Sacks, der vor drei Jahren verstorben ist und berühmt geworden ist durch seine Veröffentlichungen wie „Awakenings“ oder „The man who mistook his wife for a hat“. Als es im Jahr 2000 hiess, er würde seine Lebenserinnerungen veröffentlichen, waren alle gespannt auf neue Erzählungen über Patienten mit sonderbarem Verhalten und dessen physiologischen Ursachen. Stattdessen schilderte er über 360 Seiten, wie er von seinem Onkel Dave - einem Glühbirnenfabrikanten und mit Leib und Seele Chemiker - in die geheimnisvolle Welt der Elemente eingeführt wurde. Im Büro des Onkels standen Glühlampen mit Osmiumfäden oder mit Glühfäden aus Tantal, die sich wie Spinnweben zickzackförmig durch das Innere der Birne wanden. Und natürlich auch Wolfram, von dem gleich eine Vielzahl von Stangen und Barren herumlagen, unglaublich schwer, höchster Schmelzpunkt aller Metalle und härter als Stahl. Und der Onkel führte den Neffen in die Fabrik und zeigte ihm andere Elemente, vom glänzenden Platin, schwerer als Gold, über das Kalzium, das er aus einer Flasche herausfischte, und mit dem Sackmesser zerschnitt, weil es so weich war, und ihm zeigte, wie die glänzende Oberfläche sofort oxidierte, bis zum Silber und dem leichten Aluminium.

Und er erklärte ihre seltsamen Namen: Kupfer, Cu, von lateinisch Cuprum und griechisch Kupros, der Name der Insel Zypern, wo in der Antike Kupfer gewonnen wurde. Das kleine schottische Dorf Strontian gab seinen Namen dem Element Strontium. Thule im hohen Norden war verantwortlich für Thulium. Und das Dörflein Ytterby in Schweden hat seinen Namen gleich vier Elementen weitergegeben (Ytterbium, Terbium, Erbium und Yttrium). Uncle Tungsten, oder eben Onkel Wolfram, wie er in der Familie Sacks genannt wurde, zeigte ihm auch, wie Salzsäure und Ätznatron im richtigen Verhältnis vermischt eine zuerst sehr heisse, aber abgekühlt völlig harmlose Flüssigkeit ergeben, nämlich Wasser und Salz. Und natürlich begann der Oliver zu Hause, sein eigenes Labor einzurichten und brachte sich selbst in kurzer Zeit mehr Dinge über Mineralien, Metalle und Chemie bei, als andere in ihrer ganzen Schulzeit lernen würden. Weil es eben sein eigenes Ding war.

Vielen von uns ist es ähnlich ergangen. Ich persönlich habe ein Haustelefon gebaut. Und ich habe alte Radios auseinander genommen oder als Verstärker gebraucht, mit einer Diode und einer Kupferspule um eine WC Rolle einen kleinen Radioempfänger gebastelt, und mit dem Lötkolben habe ich in meinem Zimmer so viel Zinn verbrannt, dass es im ganzen Haus seltsam roch. Meine Eltern liessen mich grosszügig gewähren, mindestens bis zu jenem Abend, als ich mit einem selbstgebauten Sender den Empfang der Sportsendung am Fernseher störte.

Kinder und Jugendliche brauchen Raum für solche Eigenentwicklungen. Und Musse. Ich bin fest davon überzeugt, dass die Zeit, welche ein Kind scheinbar gelangweilt, tagträumend und herummäandrierend auf inspirierenden Schulwegen, auf Estrichen und unter Bäumen verbringt, für seine Entwicklung einen Segen darstellt, und nicht einen Zeitverlust auf dem Weg zu einer von anderen herbeigewünschten Karriere. Und manchmal ist eine Piste, die man ihm legt, insbesondere eine Piste zu einem MINT-Fach, aber eine Piste, die es selbstständig, alleine oder mit Gleichgesinnten verfolgen kann, zu Beginn ungleich vielversprechender als das MINT-Fach in der Form des Unterrichts.

Drittens, natürlich waren und sind die Lehrerinnen und Lehrer wichtig. Es gibt Lehrer, die können ausserordentlich gut erklären. Schritt für Schritt geduldig, gründlich und nachvollziehbar fast jede Schülerin, bzw. jeden Schüler die Treppe hinaufführen. Und es gibt Lehrerinnen, die darin vielleicht weniger stark sind, dafür zu begeistern vermögen, die Schüler anstecken und anregen und in ihnen Lust und Energie wecken, mehr wissen zu wollen. Die Schülerinnen oder Studenten haben nach der Lektion vielleicht nicht alles verstanden, aber sie verlassen das Schulzimmer mit leuchtenden Augen und stürmen sofort das Internet.

Ich habe zum Glück sowohl von der einen wie auch von der anderen Sorte Lehrer erlebt. Aber auch von den restlichen 3/4, welche weder gut erklären noch halbwegs begeistern konnten. Ja, die sich nicht einmal besonders Mühe zu geben schienen. Und vor allem in den MINT-Fächern hatte man geradezu zuschauen können, wie der Lernstoff über die sich duckenden Jugendlichen hinwegrollte und reihenweise Opfer zurückliess. Heute, so dünkt es mich, ist es eindeutig besser. Die Lehrerinnen und Lehrer sind sich der Herausforderung bewusst. Und es gibt beeindruckende Beispiele, wie viel geschickter man denselben oder anspruchsvolleren Stoff weitergeben kann. Statt die trigonometrischen Funktionen so zu vermitteln:

Sinus, Cosinus

Sie erinnern sich -

habe ich vor einigen Jahren in einem Mathematik-Lehrbuch diese Einführung gefunden:

Fehlendes-Quadrat-Rätsel
Fehlendes-Quadrat-Rätsel

Frage, was ist hier falsch? Dasselbe Dreieck. Selbe Anzahl Häuschen, einfach umgestellt, und trotzdem bleibt eines übrig. Die Antwort, Sie kennen sie natürlich: Die Winkel sind nicht gleich.

Statt dass man öde Folgen und Reihen abspult, beginnt man heute mit einer Geschichte, die mit dem Italiener Pietro Mengoli begann, weil dieser  1644 in Bologna erfolglos darüber nachgrübelte, was

Basler Problem ohne Lösung
Basler Problem ohne Lösung

wohl ergeben könnte, und die mit einer Reihe von Basler Mathematikern endete (Jakob und Johann Bernoulli sowie Leonhard Euler) – weshalb die Aufgabe bis heute das Basler Problem genannt wird - als Leonhard Euler 1735, also knapp hundert Jahre später die Lösung fand.

Basler Problem mit Lösung
Basler Problem mit Lösung

Ein Resultat, das damals wie heute sehr erstaunt, brachte es doch einen rätselhaften Zusammenhang zwischen Quadratzahlen und dem Kreis zum Vorschein (Pi), der bis heute nicht restlos geklärt ist.

In Basel habe ich auch eine Veranstaltung erlebt, sie hiess „Vom Kleinsten bis zum Grössten“, bei der je ein Professor jeder „MINT-Fakultät“ die im Saal versammelten Mittelschüler mit viel Witz und Bildern und spannenden Angaben davon zu überzeugen versuchte, warum das Studium seines Fachgebiets – und es ging von Teilchenphysik, über Zellbiologie, Botanik, Chemie bis zu Materialwissenschaften und Kosmologie – ein absoluter Knüller ist und alles andere in den Schatten stellt. Es war unterhaltende Wissensvermittlung, man hat viel gelacht und einiges gelernt, und in jeder Pause hörte man die Jugendlichen lauter diskutieren: „Nein, ich mache Molekularbiologie, nein, Nanotechnologie ist besser, oder nein, Astronomie usw.“

An vielen Unis gibt es ähnliche Veranstaltungen, und an Mittelschulen wird darauf verwiesen. Oder sie gehen mit den Schülern nach Winterthur ins Technorama – einer der besten Institutionen, die in der Schweiz je gebaut wurden. Oder sie senden ihnen einen Link zu einem Video, der zeigt, dass die Elemente nicht aus der Erdkruste stammen, so wie wir das gelernt haben. Sondern von Sternen, in Kernfusionen - mindestens bis zum Element Eisen (bis zu dieser Ordnungszahl erzeugt eine Fusion noch mehr Energie als sie verbraucht, Gold etwa wird in Supernovae produziert. Also wenn Sie ihrer Liebsten das nächste Mal eine Goldkette schenken, weisen Sie darauf hin. Sie machen einen saugescheiten Eindruck und die Wertschätzung steigt bestimmt…).

Viele - wahrscheinlich nicht alle - aber viele Lehrerinnen und Lehrer machen heute eine vorbildliche und sehr engagierte Arbeit. Was zuweilen fehlt, ist der Respekt gegenüber dem Lehrer-Beruf, der heute nicht einfacher geworden ist. Man vergisst leicht: Der Lehrerberuf ist zwar etwas speziell, aber er ist ungeheuer wichtig. Und ohne diesen Beruf gibt es keine anderen Berufe.

Viertens schliesslich, die Jugendlichen – und eigentlich wir alle – wollen etwas mit dem gelernten Wissen anfangen können. Jugendliche möchten die Welt nicht nur verstehen, sie möchten sie auch verändern können. Und sie sollten das Wissen als Werkzeug dafür erkennen können, denn sie sollen die Welt auch verändern. Ich gehöre zur Generation der Mengenlehre-Geschädigten. Diese wirklich sonderbare Vorbereitung auf die Algebra hatte die meisten meiner Mitschülerinnen und Mitschüler davon überzeugt, dass sie für den Rest ihres Lebens vieles ausprobieren wollten, Hauptsache, es hatte nichts mit Mathematik zu tun. Ich musste auch jahrelang Vogelnamen auswendig lernen, obwohl es nur Namen waren (aber wir haben nie gelernt, weshalb einige Vögel Zugvögel sind und andere nicht. Weshalb sogar in derselben Art einzelne Vögel migrieren und andere nicht). Und ich bin überzeugt, die meisten meines Alters haben nicht ein einziges wesentliches Hindernis im Leben, bei der Arbeit oder im Alltag bewältigt, bei dem sie auf die Integralrechnung zurückgreifen mussten.

Meines Erachtens ist es heute etwas viel verlangt, dass sich Mittelschülerinnen oder Mittelschüler für ein MINT-Fach begeistern sollen, ohne dass man ihnen zeigen kann, wofür es gut ist. Theorie und Anwendung müssen besser sichtbar näher beieinander liegen. Ich sage das auch deshalb, weil seit zwei drei Jahren - meines Erachtens zuweilen zu pauschal - gefordert wird, man sollte an allen Schulen Programmieren lernen müssen, damit die Jugendlichen besser auf die Digitalisierung vorbereitet werden. Einmal abgesehen davon, dass die Jugendlichen von heute in der Regel besser auf die Digitalisierung vorbereitet sind als viele Erwachsene, dünkt es mich, sollte so etwas gut durchdacht, und wenn schon, dann spielerisch und anwendungsbezogen eingeführt werden.

Meine Damen und Herren, im Studienjahr 2016/17 waren rund 70‘000 Personen für ein MINT-Studium eingeschrieben, was knapp einem Drittel aller Studierenden betrifft. Die Zahl der MINT-Doktoranden hat von 2007 bis 2016 um knapp 35 Prozent zugenommen. Innerhalb eines Jahrzehnts ist ihr Anteil an allen Doktortiteln von 50% auf 56% gestiegen. Die Digitalisierung hat die Nachfrage nach MINT-Berufen natürlich verstärkt, und dieser Trend dürfte anhalten. Es gibt Möglichkeiten, das Interesse zu wecken und zu stärken. Smartfeld ist dafür ein gutes Beispiel und eine wunderbare Initiative, zu der ich auch im Namen des Bundesrates herzlich gratuliere. Ich persönlich hatte und habe immer noch eine grosse Freude an Mathematik und Physik, auch wenn ich im Bundeshaus Chaos-Theorie und den Big Bang höchstens im übertragenen Sinn antreffe. Aber es gibt auch ganze Reihe anderer wichtiger und schöner Fächer sowie Tätigkeiten ausserhalb von MINT. Und kaum etwas ist unglücklicher als ein Kind in eine Richtung zu stossen, bei der es gar nicht glücklich wird. Die Naturwissenschaften, die Technik, die Informatik, sie bieten unerhörte Möglichkeiten. Aber es sollte nicht vergessen werden, was Tom Friedman in der New York Times einmal mit den Worten zusammenfasste:

„The stuff that really matters in life you can’t download. You have to upload it the old fashioned way“.

PS: Mathematik ist gar nicht so schwierig wie es aussieht. Beispiel?

Zeichnen Sie ein Rechteck mit drei Strichen.

Lösung:

Rechteck mit drei Strichen

Letzte Änderung 13.08.2018

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