Das Problemlösen gilt als eine Schlüsselkompetenz des 21. Jahrhunderts (OECD, 2013) und damit auch insbesondere des naturwissenschaftlichen Unterrichts. Reusser formuliert treffend:

„Der Begriff des problemorientierten Lernens und Lehrens ist in den letzten Jahren zum Leitkonzept eines die Selbstständigkeit fördernden, kognitiv aktivierenden Unterrichts bzw. der Gestaltung von entsprechenden Lernumgebungen in Schulen und Hochschulen geworden. Die Kernidee besteht darin, schulisches Lernen im Geiste des Problemlösens zu gestalten“ (Reusser, 2005, S. 159).

Das Modell berücksichtigt vier domänenübergreifende Elemente des komplexen Problemlösens:

1. Problem verstehen und charakterisieren (PVC),

2. Problem repräsentieren (PR),

3. Problem lösen (PL) und

4. Lösung reflektieren und kommunizieren (LRK)

(Koppelt und Tiemann, 2009).

Auf der Grundlage der Informationen der Aufgabenstellung (PVC) kann ein mentales Modell gebildet werden, welches zur Problemrepräsentation führt (PR). Diese Wissensstruktur kann anschließend genutzt werden, um eine Problemlösung herbeizuführen (PL), die es zu evaluieren und zu kommunizieren gilt (LRK) (Scherer, 2014).

Modell des komplexen Problemlösens (Koppelt und Tiemann, 2014)