Institut Mathematische, Naturwissen­schaftliche und Technische Bildung

Im MINT-Zentrum der PHSG im Hochschulgebäude Hadwig wird in Kooperation mit ausserschulischen Kooperationspartner:innen der Stadt St.Gallen (z.B. Naturmuseum St.Gallen) ein MINT-Begabungs- und Begabtenförderungsprogramm für (hoch)begabte Schüler:innen  der 4. bis 9. Klasse der Stadt St.Gallen angeboten. Die Kinder und Jugendlichen arbeiten während eines Jahres an einem oder mehreren selbst gewählten Projekten (z.B. Entwicklung eines experimentellen Designs zu einer aktuellen MINT-Frage), die unter Berücksichtigung des ausserschulischen Lernorts festgelegt werden.

Das Berzelius-Projekt umfasst ca. 30 ausleihbare Hightech-Geräte und multimediale Laborjournale. Ein interdisziplinäres Team soll Schüler:innen für das Experimentieren und die MINT-Fächer begeistern. Nach Workshops, TecDays, Konferenzbeiträgen und Lehrpersonenweiterbildungen stieg die Zahl der auf den Geräten durchgeführten Maturaarbeiten stark an. Ausgewählte Ergebnisse aus den Maturaarbeiten fliessen in die Multimedia-Laborjournale zurück. Auch niederschwellige Formate der Wissenschaftskommunikation wie Motion Comics werden entwickelt. Zudem sollen die Hightech-Geräte in Escape-Räume migriert und in ein Netz von Rätseln und Aufgaben verwoben werden.

Die BioDivSchool-WebApp zur Erfassung des ökologischen Potenzials einer Untersuchungsfläche ist nun in vier Sprachen verfügbar. Ein kurzes Manual erklärt die verschiedenen Funktionen. Die BioDivSchool-WebApp lässt sich mithilfe der dazugehörigen, neu erstellten Unterrichtsmaterialien für die Zyklen 2b und 3 (Lektionsplanung, Arbeitsmaterial, Dossier inklusive Lösungen für Schüler:innen) in den Unterricht einbetten. Diese Unterlagen sind auf Deutsch auch von der entsprechenden GLOBE-Angebotsseite abrufbar. Ein ebenfalls im Rahmen des Projekts erstellter Leitfaden soll Lehrpersonen bei Aufwertungsvorhaben auf dem Schulareal unterstützen.

Im Projekt «CaLSAM» wird der Frage nachgegangen, wie mehrsprachige Ressourcen von Schüler:innen im Mathematikunterricht gezielt aufgegriffen und für fachliches Lernen nutzbar gemacht werden können. Aufbauend auf bestehenden wissenschaftlichen Erkenntnissen zur Mehrsprachigkeitsdidaktik verbindet das Projekt Forschungs- und Praxisperspektiven. Im Zentrum stehen die Entwicklung und die Erprobung von Lernangeboten für Studierende und Lehrpersonen. Für Studierende werden im Rahmen von COIL-Formaten (Collaborative Online International Learning) Lehr- und Lernsettings gestaltet, in denen sie sich theoriegestützt und reflexiv mit Mehrsprachigkeit auseinandersetzen können. Für Lehrpersonen werden Weiterbildungsangebote entwickelt, die konkrete Unterrichtsstrategien zur Förderung mehrsprachiger Schüler:innen im Fach Mathematik aufgreifen. Ziel des Projekts ist es, angehende und praktizierende Lehrpersonen darin zu unterstützen, Mehrsprachigkeit als Ressource wahrzunehmen, diese didaktisch fundiert einzubeziehen und dadurch Zugänge zu fachlichem Lernen und Bildungsressourcen für alle Schüler:innen zu erweitern.

Digitale Medien ermöglichen es, Schüler:innen mithilfe von Scaffolds individuell zu unterstützen und damit der Variabilität von Lernenden und Lernkontexten gerecht zu werden. In «Scafalle» wird ein digitales Unterstützungssetting (z.B. als Applikation) für forschendes Lernen und Making entwickelt.

Viele Studierende der Primarstufe sind bei mathematischen Themen aus Zyklus 1 und Zyklus 2 fachlich unsicher und bringen ungünstige Einstellungen zu Mathematik mit. Dies kann in der Ausbildungszeit kaum aufgearbeitet werden und erschwert den Erwerb fachdidaktischer Kompetenzen. So erhöht sich das Risiko, dass angehende Lehrpersonen ihren Schüler:innen nicht gerecht werden können und die eigene erfahrene Benachteiligung in Mathematik später als Lehrperson an ihre Schüler:innen weitergeben. Ziel des Projekts ist es, diesen doppelten Teufelskreis zu unterbrechen, indem Ausprägungen dieser Chancenungerechtigkeit identifiziert werden und PH-übergreifend ein Konzept für Gegenmassnahmen entwickelt wird.

Das Projekt ermöglicht erstmals eine realistische Bestandsaufnahme des Unterrichts im Freien (UiF) in der schweizerischen Lehrpersonenausbildung. Die Ergebnisse liefern eine empirische Grundlage zur Optimierung der Outdoor-Pädagogik und zur Weiterentwicklung entsprechender Kompetenzprofile. Insgesamt sinken Interesse, positive Überzeugungen und Selbstwirksamkeit im Studienverlauf leicht, was auf eine Bedeutungsverschiebung oder unzureichende curriculare Verankerung hindeutet. Ein koordinierter Kompetenzaufbau sowie der Aufbau hochschulinterner Netzwerke engagierter Dozierender erscheinen daher sinnvoll.

Als Partnerin von Energietal Toggenburg unterstützt die PHSG den Förderverein bei Bildungsprojekten. Die PHSG ist für die fachdidaktische Begleitung beim Aufbau und bei der Erprobung neuer Bildungsangebote zuständig. Für die Jahre 2024, 2025 und 2026 entwickeln Studierende der PHSG Lernaufgaben zu ausgewählten Energiethemen rund um das Erlebnishaus Energie in Wattwil. Die Studierenden werden fachlich und fachdidaktisch begleitet.

Eneventura, ein Planspiel zu Energiefragen, ermöglicht eine handlungsorientierte Umsetzung von Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) auf der Zielstufe Sekundarstufe I und in der Lehrer:innenbildung in Themenbereichen wie Energie, Klima, Lebensort Dorf/Stadt, Wirtschaft und Konsum. Die innovativen Begleitmaterialien und das Simulationsspiel können auf Deutsch und Französisch in der Lehrer:innenbildung und im Unterricht auf der Sekundarstufe I eingesetzt werden. Für Dozierende an Pädagogischen Hochschulen steht ein Begleitdossier zur Verfügung, das sie dabei unterstützt, am Beispiel von Eneventura bei (angehenden) Lehrpersonen BNE-Kompetenzen zu fördern und sie gleichzeitig darauf vorzubereiten, dies bei den Schüler:innen zu tun.

Um beide Geschlechter im MINT-Bereich zu fördern, muss auch der Naturwissenschaftsunterricht gendergerecht gestaltet werden. Dies erfordert von den Lehrpersonen Genderkompetenzen, die sie dazu befähigen, den Unterricht so zu gestalten und durchzuführen, dass er sowohl Jungen als auch Mädchen fördert. Das Ziel des Projekts besteht darin, einen tieferen Einblick in die Genderkompetenzen von Lehrpersonen auf der Sekundarstufe I zu erhalten.

Das Ziel des Projekts besteht darin, bei Sekundarschüler:innen die Diskursfähigkeiten zu stärken, indem mit fundierten naturwissenschaftlichen Argumenten gesellschaftliche Probleme lösungsorientiert diskutiert werden. Das Unterrichtsentwicklungsprojekt folgt dem neu entwickelten Socio-Scientific-Issues-Ansatz (SSI), der als didaktischer Rahmen zur Entwicklung des Unterrichts dient.

Im Naturmuseum St.Gallen (NMSG) werden in Zusammenarbeit mit der PHSG in Jugend- und Klassenlaboren unterschiedliche Experimentiernachmittage für Kinder und Jugendliche verschiedener Zielstufen angeboten. Die Inhalte werden von Fachpersonen aus PHSG und NMSG entwickelt, während Studierende der PHSG die Leitung übernehmen. Die Jugendlabore richten sich an Schüler:innen, die die Angebote zu Themen wie «Überwintern», «Allerlei rund ums Ei» oder «Welt der Steine» in ihrer Freizeit am Mittwochnachmittag besuchen möchten. Die Klassenlabore bieten ab der 3. Klasse unterschiedliche thematische Labore zu Fossilien, Bionik, erneuerbaren Energien oder Genetik an.

Mit diesem Projekt leistet die PHSG einen Beitrag zur Förderung des Interesses der jungen Generationen an Mathematik, Natur und Technik. Mathematische und technische Kompetenzen eröffnen Kindern eine reflektierte Teilnahme an der Diskussion von Fragen der Zukunft. Als Entdecker:innen können sich Kinder bereits im jungen Alter spielerisch mit Phänomenen in ihrem Alltag auseinandersetzen und so mathematische und technische Kompetenzen aktiv konstruieren. Im Primar- und Sekundarschulalter wird die Industrielandschaft als besonderer ausserschulischer Lernort bedeutsam. Das Format «Jules Vernes Kinder – Mathe- und Technik-Entdeckungstage» beinhaltet Angebote zur frühen Förderung für Kinder zwischen zwei und sechs Jahren (MATHEentdecken) sowie Angebote für ältere Kinder ab dem Primarschulalter bis zur 1. Oberstufe (Technikcampus).

Im Projekt «KomMINT» wurden Meilensteine der Kommunikationstechnologie für den Unterricht auf der Sekundarstufe I aufbereitet. Projektprodukte sind ein digitaler Kommentar für Lehrpersonen sowie diverse Aus- und Weiterbildungsangebote. Der Unterrichtskommentar stellt fertige Unterrichtseinheiten zu Kommunikationstechnologien kostenlos digital zur Verfügung. Der Unterricht orientiert sich an aktuellen Erkenntnissen der fachdidaktischen Forschung zum «Wesen der Naturwissenschaften» (Lehrplan 21, Kompetenz NT.1). Das Ziel besteht neben der Stärkung der MINT-Kompetenzen in der Förderung des Verständnisses naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung bei Jugendlichen.

Viele Kinder in der Schweiz und in Deutschland wachsen mehrsprachig auf. Im Projekt «MATHEspRechen» wird der Frage nachgegangen, wie die sprachlichen Ressourcen von Kindern für das Mathematiklernen im Kindergarten fruchtbar gemacht werden können. Das Projekt ist ein Kooperationsprojekt zwischen der PHSG und der PH Karlsruhe. Es wird von der Stiftung Movetia gefördert.

Eines der wichtigsten Ziele des Arithmetikunterrichts in Zyklus 1 und 2 ist das Entwickeln von flexiblen Rechenkompetenzen. Um flexibel rechnen zu können, müssen Kinder sowohl inhaltliche Herausforderungen meistern als auch einen Blick für Beziehungen zwischen Aufgaben und Zahlen entwickeln. Gelingt dies nicht, verfestigt sich bei manchen Kindern das zählende Rechnen zur hauptsächlichen Rechenstrategie, was in eine Sackgasse führt. Im Forschungsprojekt wird qualitativ untersucht, wann, wie und wozu Kinder mit Schwierigkeiten in Mathematik Beziehungen und Strukturen beim Rechnen erkennen und nutzen.

Das mobiLLab ist ein Hightech-Labor, das Lehrpersonen wahlweise an ihre Schule holen oder mit ihrer Klasse an der PHSG besuchen können. Das Projekt soll bei den Jugendlichen das Interesse an Naturwissenschaften und Technik fördern. Mit modernsten Instrumenten und Methoden untersuchen sie an zwölf Stationen alltagsnahe Fragestellungen und erhalten so einen Einblick in die aktuelle Forschungs-, Industrie- und Arbeitswelt. Die Jugendlichen werden bei ihrer Arbeit mit den Hightech-Geräten von Studierenden der PHSG unterstützt, die im Technik-Modul dafür ausgebildet werden. Zur Vorbereitung steht umfangreiches multimediales Unterrichtsmaterial zur Verfügung.

In den letzten 15 Jahren wurden in der Schweiz zahlreiche MINT-Förderangebote initiiert. MINT-Initiativen wie zum Beispiel mobiLLab, Berzelius, Smartfeld, oder Jugend- und Klassenlabore im Naturmuseum St.Gallen erfreuen sich guter Besucherfrequenzen. Somit werden jährlich zahlreiche Lehrpersonen und mehrere Tausend Schüler:innen verschiedener Zielstufen von diesen MINT-Förderangeboten angesprochen. In diesem Projekt wird der Nutzung der MINT-Angebote nachgegangen. Das Ziel besteht darin, im Laufe der kommenden Jahre einen Rahmen für eine zielgerichtete Weiterentwicklung von MINT-Initiativen festzulegen. Dazu werden die Einstellungen und die Nutzung der Lehrpersonen und der Schüler:innen erfasst und dokumentiert. Auf dieser Basis sollen Massnahmen für die Weiterentwicklung der bestehenden Initiativen formuliert werden.

Das Open-Access-Journal «Progress in Science Education» (PriSE) bietet nicht nur etablierten Forschenden, sondern auch Nachwuchsforschenden die Möglichkeit, ihre Beiträge (inklusive erster Ergebnisse) zu veröffentlichen. Dadurch wird ein Austausch zwischen Forschenden, Lehrpersonen und anderen Interessierten aus dem Bereich «science and education» ermöglicht. Durch qualitativ hochstehende Beiträge und als Kommunikationsorgan von DiNat und Netzwerk BNE der Dozierenden (éducation21) hat sich PriSE sowohl national als auch international etabliert.

Smartfeld, eine Leadorganisation der IT-Bildungsoffensive des Kantons St.Gallen, fördert unter dem Credo «Technologie + Kreativität» MINT- und Zukunftskompetenzen von Kindern und Jugendlichen. Gemeinsam entwickeln die Partner praxisnahe Workshops für alle Schulstufen. 2025 wurden über 360 Workshops mit mehr als 6’300 Schüler:innen durchgeführt. Mit Smartfeld EduAI wurde 2025 mit Fokus auf Lehrpersonen eine nationale Initiative zur Vernetzung und gemeinsamen Entwicklung guter Unterrichtspraxis «MINT im Zeitalter von KI» gestartet. Im EduLab gestalten Lehrpersonen und Bildungsakteure dazu gemeinsam Unterrichtsaktivitäten, erproben sie im Schulalltag und entwickeln diese evidenzbasiert weiter.

Die Fachstelle Umweltbildung des Kantons St.Gallen bietet Lehrpersonen Unterstützung im Unterricht und bei Projekten in den Bereichen «Umwelt» sowie «Bildung für nachhaltige Entwicklung» und ist ausserdem Ansprechpartnerin für GLOBE Ostschweiz. In den Jahren 2024 und 2025 beteiligten sich die Vertreter:innen der PHSG an der Weiterentwicklung einzelner Angebote von GLOBE (z.B. Bioindikation).