Pisa-Studie: Bestehst du diese sieben Aufgaben aus dem Test?

Deutschlands Schülerinnen und Schüler erzielten in der aktuellen Pisa-Studie ein so schlechtes Ergebnis wie nie. Doch könnten wir es selbst besser? Sieben Originalfragen aus dem Bereich Naturwissenschaften zeigen, was 15-Jährige können sollten – mit allen Antwortmöglichkeiten und den richtigen Lösungen.

In der neuen Pisa-Bildungsstudie schneiden Schülerinnen und Schüler in Deutschland so schlecht ab wie nie zuvor. Neben Lesekompetenzen und Mathematik stehen bei der Erhebung auch naturwissenschaftliche Kompetenzen im Mittelpunkt. Die Aufgaben, die Schülerinnen und Schüler im Alter von 15 Jahren bewältigen mussten, sind dabei bewusst alltagsnah formuliert – von Fast Fashion über Artenschutz bis hin zu Gewittern. Doch wie gut würden Erwachsene abschneiden?

Der "Tagesspiegel" hat eine Auswahl von sieben Originalfragen aus der Kompetenz Naturwissenschaft zusammengestellt. Wir präsentieren jede Aufgabe mit ihren Antwortmöglichkeiten, der korrekten Lösung und einer Einordnung, weshalb Jugendliche dieses Wissen mitbringen sollten.

Frage 1: Wie lässt sich die Baumwollproduktion umweltfreundlicher gestalten?

Die Herstellung von Baumwolltextilien verschlingt enorme Mengen an Wasser, Düngemitteln und Pestiziden. Die Aufgabe lautet: Welche Maßnahmen verringern die negativen Umweltfolgen? Zur Auswahl standen fünf Optionen:

Wasser effizienter nutzen

Die Qualität der hergestellten Textilien reduzieren

Die Anzahl der Beschäftigten auf den Baumwollfarmen erhöhen

Pestizide verwenden, die nur die relevante Schädlingsart bekämpfen

Chemische Abfälle in Gebieten entsorgen, die weit entfernt von den Baumwollfarmen liegen

Die Lösung: Richtig sind ausschließlich die erste und die vierte Option – also effizienterer Wasserverbrauch und der Einsatz gezielter Pestizide, die nur bestimmte Schädlinge bekämpfen. Die drei anderen Optionen mussten korrekt ausgeschlossen werden, um Punkte zu erhalten.

Die OECD ordnet diese Aufgabe der höchsten Kompetenzstufe 6 zu. Die Jugendlichen müssen jede einzelne Maßnahme wissenschaftlich bewerten und verstehen, dass weniger Wasserverbrauch die Entnahme aus der Natur senkt und dass Schmalband-Pestizide im Gegensatz zu Breitband-Pestiziden weniger Insektenarten schädigen. Es reicht nicht, nur eine richtige Antwort zu erkennen – alle fünf Optionen müssen durchdacht werden.

Frage 2: Welche Tiergruppe ist am stärksten vom Aussterben bedroht?

Ein Balkendiagramm zeigte den prozentualen Anteil vom Aussterben bedrohter Arten.

Die Schülerinnen und Schüler sollten angeben, welche Aussage durch die Daten gestützt wird:

Der Anteil bedrohter Arten ist bei Nadelbäumen und Amphibien gleich groß.

Der Anteil bedrohter Arten ist bei Säugetieren kleiner als bei allen anderen Gruppen.

Der Anteil bedrohter Arten ist bei Amphibien größer als bei allen anderen Gruppen.

Der Anteil bedrohter Arten ist bei Meeresschildkröten größer als bei allen anderen Gruppen.

Die Lösung: Korrekt ist die letzte Aussage – Meeresschildkröten weisen den höchsten Anteil vom Aussterben bedrohter Arten auf.

Diese Aufgabe gehört zur niedrigsten Kompetenzstufe 1a. Es geht schlicht darum, ein einfaches Balkendiagramm korrekt abzulesen und die Länge verschiedener Balken miteinander zu vergleichen. Fehlerhafte Antworten beruhen laut OECD meist darauf, dass die relativen Größen der Balken nicht sorgfältig genug erfasst werden. Das Lesen von Diagrammen gilt als grundlegende Fähigkeit im naturwissenschaftlichen Unterricht.

Frage 3: Welcher Quelle kann man beim Thema Artenvielfalt am ehesten vertrauen?

Politische Entscheidungsträger brauchen verlässliche Informationen, um Maßnahmen gegen den Artenverlust festzulegen. Vier Informationsquellen standen zur Auswahl:

Ein Wissenschaftler, der auf Astronomie spezialisiert ist

Quellen, die von Wissenschaftlerinnen geprüft wurden, die Expertinnen auf dem Gebiet sind

Eine Umweltschützerin, die ehrenamtlich bei einer Naturschutzorganisation arbeitet

Eine touristische Website, die Reisen zur Beobachtung bedrohter Arten anbietet

Die Lösung: Am zuverlässigsten sind Quellen, die von Fachleuten auf dem entsprechenden Gebiet geprüft wurden – also die zweite Option.

Die Aufgabe testet eine Kernkompetenz der naturwissenschaftlichen Bildung: die Fähigkeit, die Glaubwürdigkeit von Informationsquellen einzuschätzen. Ein Astronom mag ein brillanter Forscher sein, ist aber kein Experte für Artenvielfalt. Umweltschützerinnen und Touranbieter verfolgen möglicherweise eigene Interessen. Entscheidend ist, ob Fachleute die Aussagen überprüft haben – ein Prinzip, das in Zeiten von Desinformation wichtiger denn je ist.

Frage 4: Was bringt Windenergie der Umwelt?

Eine Küstenstadt erwägt den Bau eines Offshore-Windparks. Die Schülerinnen und Schüler sollten in eigenen Worten erklären, welchen Umweltvorteil die Stromerzeugung durch Wind gegenüber fossilen Brennstoffen bietet.

Die Lösung: Als korrekt galten Antworten, die darauf hinweisen, dass bei der Stromerzeugung durch Wind kein CO2 freigesetzt wird – oder dass fossile Brennstoffe mehr Kohlendioxid ausstoßen. Auch die Minimalantwort "weniger CO2" genügte.

Die OECD stuft diese Aufgabe auf Kompetenzstufe 5 ein – also vergleichsweise hoch. Die Jugendlichen müssen nicht nur wissen, dass erneuerbare Energien existieren, sondern den konkreten Mechanismus benennen können: Windkraft erzeugt Strom, ohne fossile Brennstoffe zu verbrennen, was CO2-Emissionen und Luftverschmutzung reduziert. Das erfordert ein echtes Verständnis des Zusammenhangs zwischen Energieerzeugung und Klimawandel.

Frage 5: Was passiert bei einem Stromausfall in einer Stadt?

Als fiktiver Bürgermeister einer abgelegenen Stadt sollten die Jugendlichen ein konkretes Problem beschreiben, das bei unzureichender Stromversorgung entstehen würde.

Die Lösung: Akzeptiert wurden unter anderem folgende Antworten:

Ohne funktionierende Ampeln steigt die Zahl der Verkehrsunfälle.

Ohne elektrische Beleuchtung wird es nachts gefährlich.

Krankenhauspatienten an lebenserhaltenden Geräten wären in Gefahr.

Fehlende Heizung oder Kühlung gefährdet schutzbedürftige Menschen.

Ohne Kommunikationstechnik können Rettungsdienste nicht kontaktiert werden.

Kühlanlagen fallen aus, Lebensmittel verderben.

Elektrofahrzeuge lassen sich nicht aufladen.

Keine Punkte gab es hingegen für Antworten wie "Der Fernseher funktioniert nicht" – weil das kein ernsthaftes Problem für eine Stadt darstellt. Ebenso scheiterten Antworten, die ein Problem nannten, ohne den Zusammenhang zum fehlenden Strom herzustellen.

Auch diese Aufgabe erreicht Kompetenzstufe 5. Die Jugendlichen müssen über Ursache und Wirkung nachdenken und ihr Wissen über die Abhängigkeit moderner Infrastruktur von Elektrizität auf eine konkrete Situation übertragen. Es geht nicht um auswendig gelerntes Faktenwissen, sondern um die Fähigkeit, logische Zusammenhänge zwischen Energieversorgung und Alltagsleben herzustellen.

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Frage 6: Was geschieht mit Stubenfliegen, wenn sich Schwarze Soldatenfliegen vermehren?

Die Schwarze Soldatenfliege kann die Ausbreitung von Stubenfliegen eindämmen. Die Aufgabe verlangte eine Erklärung, was mit der Stubenfliegenpopulation passiert, wenn die Zahl der Schwarzen Soldatenfliegen in einem Gebiet zunimmt.

Die Lösung: Korrekte Antworten mussten eine Räuber-Beute-Beziehung benennen: Wenn sich die Schwarze Soldatenfliege ausbreitet, schrumpft die Population der Stubenfliegen.

Die OECD verortet diese Frage auf Kompetenzstufe 2 – also im unteren Bereich. Ein grundlegendes Verständnis der Populationsdynamik in der Natur gehört zum Basiswissen. Die Jugendlichen müssen diesen Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung erkennen und formulieren können.

Redaktioneller Hinweis

Die Originalfrage im Pisa-Test war aus unserer Sicht falsch formuliert, da die Schwarze Soldatenfliege die Stubenfliege im Normalfall nicht jagt und auch nicht frisst. Vielmehr verdrängt sie sie im Larvenstadium, beispielsweise indem sie ihr das Futter wegfrisst. Die Larven der Schwarzen Soldatenfliege scheiden zudem Stoffe aus, die die Eiablage von Stubenfliegen hemmen. An der Korrektheit der Antwort ändert das jedoch nichts.

Frage 7: Warum sieht man den Blitz, bevor man den Donner hört?

Bei einem Gewitter nimmt man den Lichtblitz stets vor dem Donner wahr. Die Aufgabe fragte nach der besten Erklärung dafür:

Licht bewegt sich mit einer höheren Geschwindigkeit durch Luft als Schall.

Licht muss sich nicht durch die Luft fortbewegen, um gesehen zu werden, Schall dagegen schon, um gehört zu werden.

Lichtteilchen sind nicht so schwer wie Schallteilchen, deshalb sind sie leichter wahrzunehmen.

Die Augen können Licht schneller wahrnehmen als Ohren den Schall.

Die Lösung: Richtig ist in diesem Zusammenhang die erste Aussage – Licht breitet sich in der Luft schneller aus als Schall.

Diese Frage liegt auf Kompetenzstufe 2 und prüft ein fundamentales physikalisches Prinzip. Wer die unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten von Licht und Schall kennt, kann ein alltägliches Phänomen wissenschaftlich korrekt erklären. (red)