Naturwissenschaftlicher Unterricht

Grundidee und Bedeutung

Naturwissenschaftlicher Unterricht ist schulische Bildung mit Schwerpunkt auf den Naturwissenschaften. Er kann in getrennten Einzelfächern stattfinden oder als integriertes Fach organisiert sein. Der englische Begriff dafür ist science education.

Ziel ist, Schülerinnen und Schülern naturwissenschaftliche Bildung zu vermitteln: Sie sollen Naturphänomene, Stoffe, Lebewesen, technische Grundlagen und wissenschaftliche Arbeitsweisen verstehen. Klassische Fächer sind vor allem Biologie, Chemie und Physik; daneben können Technikbezüge und integrierte Fächerverbünde eine Rolle spielen. Naturwissenschaften gehören zusammen mit Informatik zur Gruppe der MINT-Fächer. Informatik erfüllt in der gymnasialen Oberstufe jedoch nicht die Anwahlauflagen für Naturwissenschaften und kann höchstens zusätzlich zu einem der drei klassischen Fächer belegt werden.

Historische Entwicklung

In der historischen Einteilung der allgemeinbildenden höheren Schulen, also Gymnasien und (Ober-)Realschulen, gab es humanistische, neusprachliche und realistische Schulen. Der naturwissenschaftliche Unterricht wurde dabei zu einem wichtigen Schwerpunkt, musste sich aber erst allmählich gegen die Dominanz der alten Sprachen durchsetzen. Später kamen wirtschaftskundliche Schulformen wie das Wirtschaftsgymnasium hinzu.

Mathematik und Astronomie gehörten schon lange zur grundlegenden Allgemeinbildung der Artes liberales. Ein stärker empirisch-weltkundliches Fach, also ein Fach mit Bezug auf Beobachtung und Weltwissen, kam erst mit der Geografie in der Aufklärung in den Bildungskanon. Seit dem 19. Jahrhundert richtete sich naturwissenschaftlicher Unterricht besonders auf getrennte Fächer wie Biologie, Chemie und Physik sowie auf Grundlagen der Technik.

Das Leitbild einer naturwissenschaftlichen Bildung entstand im Zeitalter der Aufklärung im Zusammenhang mit der wissenschaftlichen Revolution. Ein Beispiel aus dieser Zeit ist die Gründung der Ingenieurhochschule École polytechnique in Frankreich im Jahr 1794. In Deutschland konnte sich dieses Leitbild zunächst nicht gegen den Neuhumanismus durchsetzen. Der moderne naturwissenschaftliche Schulunterricht mit den drei klassischen Fächern entwickelte sich im 19. Jahrhundert im Zuge der Industrialisierung, gewann am Gymnasium zunehmend Bedeutung und erreichte im 20. Jahrhundert auch die Volksschule.

Durch die Reform der gymnasialen Oberstufe 1972 entfiel die frühere Typisierung der Gymnasien nach Fächerprofilen. Seitdem gab es Bestrebungen, Schulen durch naturwissenschaftliche Leistungskurse und Profilklassen wieder stärker zu profilieren. Dabei spielen auch Schultraditionen eine große Rolle.

Arbeitsweisen und Kompetenzen

Ein zentrales Bildungsziel ist das Vermitteln wissenschaftlicher methodischer Untersuchungen. Besonders charakteristisch ist die experimentelle Erfahrung: Schülerinnen und Schüler sollen nicht nur Ergebnisse lernen, sondern auch verstehen, wie naturwissenschaftliches Wissen entsteht. Dazu gehört auch der Kontakt mit Laboren.

Grundlegend ist der Dreischritt Hypothese – experimentelle Überprüfung – Schlussfolgerung. Eine Hypothese ist eine begründete Vermutung. Sie wird durch ein Experiment geprüft. Aus den Beobachtungen und Ergebnissen wird anschließend eine Schlussfolgerung gezogen. In höheren Klassen können praktische Prüfungen und berufliche Praktika in den Unterricht einbezogen werden.

Die Bildungsstandards der KMK von 2024 legen Kompetenzen und Basiskonzepte für die Vermittlung der Naturwissenschaften fest. Für die Biologie werden als Basiskonzepte genannt: Struktur und Funktion, Stoff- und Energieumwandlung, Information und Kommunikation, Steuerung und Regelung, individuelle Entwicklung sowie evolutive Entwicklung. Basiskonzepte sind grundlegende Denkrahmen, mit denen viele einzelne Inhalte geordnet und verstanden werden können.

Lernen, Fehlvorstellungen und Förderung

Die Didaktik untersucht, wie Kinder und Jugendliche naturwissenschaftliche Vorstellungen entwickeln. Besonders wichtig sind dabei Präkonzepte, also Alltagsvorstellungen, die Schülerinnen und Schüler bereits vor dem Unterricht mitbringen. Solche Vorstellungen können beim Lernen helfen, aber auch zu Fehldeutungen führen. Unterricht soll deshalb an vorhandene Vorstellungen anknüpfen und Fehlverständnisse gezielt bearbeiten.

Wissen soll so organisiert werden, dass faktisches Wissen gründlich angelegt ist, Fakten und Begriffe in einen konzeptuellen Rahmen eingeordnet werden und das Wissen leicht wieder aufgerufen und angewendet werden kann. Ein weiterer wichtiger Begriff ist Metakognition: Damit ist gemeint, dass Lernende ihr eigenes Wissen und Verstehen kritisch überprüfen.

Ein besonderer Fokus liegt in jüngerer Zeit auf der Mädchenförderung. Mädchen und Frauen sind im deutschsprachigen Raum in naturwissenschaftlichen Tätigkeiten bis heute deutlich unterrepräsentiert. Als Beispiele nennt der Artikel den Girls’ Day und das FTC-Programm des Stuttgarter Königin-Katharina-Stift-Gymnasiums.

Eine Fachbeliebtheitsstudie von 2025 zeigte, dass Naturwissenschaften bei Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe I häufig zu den unbeliebteren Fächern zählen, besonders Physik. In der Oberstufe verbessert sich das Bild nach freiwilliger Anwahl durch eher leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler, allerdings nicht in der Biologie.

Getrennte Fächer und Fächerverbünde

Naturwissenschaftlicher Unterricht kann in getrennten Fächern oder in integrierten Formen organisiert sein. Fächerverbünde sollen unter anderem mehr Unterrichtszeit gewinnen und Zusammenhänge zwischen naturwissenschaftlichen Bereichen stärker bündeln.

Beispiele für solche Verbünde sind Natur und Technik (NuT) als einführendes Fach in der unteren Sekundarbildung in Bayern, Naturphänomene (NPh) in den Jahrgängen 5/6 der Gymnasien in Baden-Württemberg, Naturwissenschaftliches Arbeiten (NWA) in der Realschule in Baden-Württemberg, Naturwissenschaft und Technik (NwT) als wählbares Profilfach der Gymnasien G8 in Baden-Württemberg sowie Naturwissenschaft, Informatik und Technik (NIT) als künftiges Fach der Gymnasien G9 in Baden-Württemberg ab 2028.

Aus dem Bedürfnis nach Fächerverbünden entstand außerdem das Fach Naturwissenschaften, oft Nawi genannt, als Integrationsfach. Es wurde zuerst an Gesamtschulen eingeführt. Inzwischen ist diese Form häufig in der Orientierungsstufe der Klassen 5/6 verbreitet und teilweise auf die ganze Sekundarstufe I außerhalb der Gymnasien ausgeweitet, also auf Mittel- und Realschulen sowie Förderschulen. In Bremen und Nordrhein-Westfalen gibt es Nawi in Oberschule beziehungsweise Gesamtschule bis Klasse 8. In Schleswig-Holstein ist Nawi in Gemeinschaftsschulen teils verpflichtend, teils abhängig von der Entscheidung der Schule.

Für das Gymnasium ist integrierter Nawi-Unterricht umstritten. Der Grund ist, dass Lehrkräfte selten in allen drei Naturwissenschaften ausgebildet sind und sich fehlende Inhalte daher selbst erarbeiten müssen.