IB-Diplom: Simulation in der wissenschaftlichen Untersuchung

Unter den großen naturwissenschaftlichen Abschlüssen äußert sich das Diplomprogramm des IB ungewöhnlich klar zur Simulation. Die wissenschaftliche Untersuchung, die einzige interne Bewertung, die in Biologie, Chemie und Physik 20% der Fachnote ausmacht, erlaubt es Lernenden, ihre Untersuchung auf praktische Laborarbeit, auf Datenbanken, auf Modellierung oder Simulation oder auf eine Mischung daraus zu stützen (IBO).

Das ist eine deutlich andere Position als die der meisten britischen Lehrpläne, und sie lohnt eine genaue Betrachtung, denn Schulen mit Laboren übersehen sie häufig, während Schulen ohne Labore mehr in sie hineinlesen, als darin steht.

Was genau erlaubt das IB?

Die wissenschaftliche Untersuchung ist eine einzelne individuelle Untersuchung, für die zehn Stunden vorgesehen sind, die auf höchstens 3.000 Wörtern dargestellt und mit 24 Punkten bewertet wird, intern von der Lehrkraft beurteilt und extern moderiert. Die Methodik wählen die Lernenden selbst, und simulations- oder datenbankgestützte Untersuchungen werden nach denselben Kriterien bewertet wie Untersuchungen im Nasslabor.

Das entscheidende Wort ist denselben. Der Weg über die Simulation ist kein leichterer Weg und kein Zugeständnis an Schulen ohne Ausstattung. Die Untersuchung muss nach wie vor eine klar umrissene Forschungsfrage zeigen, eine von den Lernenden begründete Methodik, sauber aufbereitete Daten mit ausgewiesenen Unsicherheiten und eine Auswertung, die sich mit den Grenzen des gewählten Ansatzes auseinandersetzt. Wer sich für die Simulation entscheidet, erbt einen bestimmten Satz von Einschränkungen, die zu diskutieren sind, und Prüfende erkennen, ob darüber nachgedacht wurde.

Wo ist eine simulationsgestützte IA wirklich überlegen?

Mehrere Arten von Untersuchungen gelingen in der Simulation besser als am Schullabortisch, und zwar nicht aus Bequemlichkeit.

Untersuchungen mit großen Stichprobenzahlen. Wer prüft, wie sich die Reaktionsgeschwindigkeit über einen Konzentrationsbereich verändert, und dafür genügend Wiederholungen für aussagekräftige Fehlerbalken braucht, stößt am realen Labortisch an die Grenzen von Reagenzien, Zeit und Geduld. Zehn Stunden Laborzugang liefern selten einen Datensatz mit genug Punkten für die Auswertung, die die Kriterien honorieren.

Untersuchungen über einen weiten Parameterbereich. Besonders physikalische Untersuchungen leiden unter Apparaturen, die über eine Dekade einer Größe gut und außerhalb davon schlecht funktionieren. Eine Simulation erlaubt es zu erkunden, wo ein Zusammenhang gilt und wo er zusammenbricht, und das ist erheblich interessanter, als ihn in dem Bereich zu bestätigen, in dem er ohnehin gegolten hätte.

Untersuchungen, die gefährlich oder langsam sind oder kontrollierte Substanzen erfordern. Keine Schule kann Sechzehnjährigen die Reagenzien oder die Zeiträume überlassen, die manche wirklich interessante Fragestellung verlangt. Die Simulation nimmt die Beschränkung weg, ohne die Naturwissenschaft wegzunehmen.

Untersuchungen, bei denen die interessierende Größe die Methode selbst ist. Techniken zu vergleichen oder zu quantifizieren, wie sich ein bestimmter Verfahrensfehler bis zum Ergebnis fortpflanzt, ist am Labortisch schwierig, weil man den Fehler absichtlich und reproduzierbar begehen muss. In einer physikbasierten Simulation ist das unkompliziert, und es erzeugt genau die methodische Reflexion, die die oberen Bewertungsstufen verlangen.

Wo bleibt die Simulation weiterhin zurück?

An zwei Stellen, und Schulen sollten beide nüchtern betrachten.

Die erste ist die manuelle Fertigkeit. Der naturwissenschaftliche Kurs des IB erwartet insgesamt, dass Lernende praktische Technik entwickeln, und das Diplom bereitet auf ein naturwissenschaftliches Studium vor, in dem diese Technik vorausgesetzt wird. Die IA ist eine einzelne Arbeit innerhalb eines zweijährigen Kurses; jemand kann eine hervorragende simulationsgestützte Untersuchung vorlegen und trotzdem im übrigen Programm echte Stunden am Labortisch brauchen. Simulation für die IA zu nutzen, ist eine legitime methodische Entscheidung und kein Grund, das praktische Arbeiten einzustellen.

Die zweite ist die Qualität der Simulation selbst. Eine Untersuchung, die auf einer Plattform mit vorgefertigten Animationen aufbaut, hat bei der Auswertung ein fatales Problem: Es gibt nichts Echtes zu analysieren. Wenn das Ergebnis vorab geschrieben und nicht berechnet wurde, gibt es keine Messunsicherheit zu charakterisieren, keinen systematischen Fehler zu identifizieren, kein Rauschniveau und keine ehrliche Diskussion der Modellgrenzen. Befragen lässt sich nur eine Simulation, die tatsächlich etwas simuliert.

Das ist der praktische Test, bevor eine Klasse ihre IA auf irgendeiner Plattform aufbaut: Erzeugt die Simulation Daten mit realistischer Streuung, und können die Lernenden erklären, woher diese Streuung kommt? Wenn jeder Durchlauf dieselbe saubere Zahl liefert, ist sie ungeeignet, wie gut sie sonst auch sein mag.

Und das kollaborative Element?

Der naturwissenschaftliche Kurs des IB umfasst eine fächerübergreifende kollaborative Projektarbeit, die um ein gemeinsames Problem herum angelegt ist und aus verschiedenen fachlichen Blickwinkeln bearbeitet wird. Für Schulen mit geografisch verteilter Schülerschaft, etwa internationale Schulen mit mehreren Standorten oder Online-Schulen, ist das der organisatorisch schwierigste Teil der Gruppe-4-Erfahrung, denn der ganze Sinn besteht darin, dass Lernende gemeinsam an etwas arbeiten.

Eine gemeinsam genutzte simulierte Umgebung löst das gut, denn Lernende in verschiedenen Ländern können an derselben Apparatur, am selben Problem und mit derselben, für alle verfügbaren Ausstattung arbeiten, und das kann kein verteiltes Netz physischer Labore leisten.

Wie sollte eine IB-Schule das tatsächlich nutzen?

Unsere Empfehlung, mit dem Vorbehalt, dass sie von einem Anbieter mit offensichtlichem Eigeninteresse kommt:

Stellen Sie Simulation nicht als den bequemen Weg dar. Sie hat eigene Anforderungen, und wer sie in der Erwartung geringerer Arbeit wählt, liefert schwache IA ab.
Nutzen Sie sie, um den Fragenraum zu erweitern. Das beste Argument für Simulation in der IA ist, dass sie wirklich interessantere Forschungsfragen möglich macht, und nicht, dass sie der Schule Geld spart.
Vermitteln Sie die Grenzen ausdrücklich. Wer benennen kann, was das eigene Modell nicht erfasst, zeigt genau das Verständnis, das die Kriterien honorieren.
Behalten Sie den Labortisch. Wo Labore vorhanden sind, nutzen Sie Simulation zur Vorbereitung darauf statt als Ersatz. Das Modell des umgedrehten Praktikums gilt für das IB genauso wie überall sonst.

Wo WhimsyLabs hineinpasst

WhimsyLabs läuft auf einer Physik-Engine, und genau diese Eigenschaft zählt für die IA. Reagenzien haben realistische Konzentrationen und Verunreinigungen, Messungen tragen echte Unsicherheit, und Ergebnisse werden berechnet statt vorgeschrieben. Wer einen Zusammenhang untersucht, erhält deshalb eine Streuung, die erklärt werden muss, und wer einen Verfahrensfehler einbaut, sieht ihn sich fortpflanzen. Das gibt IB-Lernenden etwas zu analysieren und etwas Ehrliches, das sie in ihre Bewertung schreiben können.

Die Plattform läuft außerdem im Browser auf gewöhnlicher Hardware, was für internationale und online lernende IB-Jahrgänge zählt, die über Zeitzonen hinweg mit eigenen Geräten arbeiten. Und weil unsere Bewertung darauf beruht, was jemand getan hat, und nicht darauf, was jemand geschrieben hat, verfügen Lehrkräfte bei der Moderation eines Satzes von Untersuchungen über eine Aufzeichnung des tatsächlichen Vorgehens hinter jeder einzelnen.

Das IB hat wohlüberlegt entschieden, dass eine gut konstruierte simulationsgestützte Untersuchung wissenschaftliches Denken ebenso belegen kann wie eine im Nasslabor. Es lohnt sich, dieses Angebot anzunehmen, sorgfältig und mit einer Plattform, die das Gewicht trägt.