Kognition und Lernen

Studienseminar Koblenz Wahlmodul 242 Kognition und Lernen Wie kommt das Wissen in unseren Kopf? Elsbeth Stern • „Das mag jeder Mensch, dass er schl...
Author: Kathrin Kerner
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Studienseminar Koblenz Wahlmodul 242

Kognition und Lernen Wie kommt das Wissen in unseren Kopf?

Elsbeth Stern • „Das mag jeder Mensch, dass er schließlich etwas kann, was anfangs schwer war.“

Lernlust =/= Lernspaß • Kinder möchten sich als kompetent erleben • Kompetenzen stehen am Ende eines Lernweges • erfordern Anstrengungsbereitschaft • und dass man die Welt um sich herum mit seinem Geist durchdringen möchte: Wissbegier, Neugier, Interesse

„Die Schule hat einfach nicht die Aufgabe Spaß zu machen“ Elsbeth Stern

• Lehrer/innen müssen Kompetenzen vermitteln. • Kinder müssen wissen, was sie können und was nicht  realistisches Selbstbild. • Eltern und Lehrer/innen müssen viel von ihren Kindern/Schülern fordern – deren Leistungsgrenzen aber respektieren.

Medienkonsum und Lernerfolg Medienkonsum macht dick, dumm und unfroh“

Prof. Pfeiffer, Direktor am kriminologischen Forschungsinstitut Niedersachsen e.V.

„Medienkonsum macht dick, dumm und unfroh“ • Der Energieverbrauch des Gehirns ist um 1/3 herabgesetzt. • Die Großhirnrinde ist fast völlig inaktiv. • Selbst im Schlaf verbraucht das Gehirn deutlich mehr Energie als beim Konsum digitaler Medien.

„Medienkonsum macht dick, dumm und unfroh“ Noten

„Vielseher“

„Wenigseher“

3,3

2,5

Geschichte

deutlich schlechter

Mathematik

um 0,6 schlechter

Sport

deutlich schlechter

deutlich besser um 0,6 besser deutlich besser keine

Deutsch

Verbotene Spiele

11-14 %

„ Medienkonsum macht

dick, dumm und unfroh“ Psychische Befindlichkeit

„Vielseher“

„Wenigseher“

„richtig gut drauf“, meistens fröhlich (in %)

33

61

gelegentlich bis häufig traurig, missmutig (in %)

60

30

(lt. Allensbach)

Folgewirkungen Medienkonsum … • • • • • •

vermindert die tägliche Bewegungsdauer lässt das Körpergewicht ansteigen beeinflusst die Gestimmtheit negativ mindert die Fähigkeit zur Empathie erhöht die Gewaltbereitschaft schränkt soziale Kontakte ein

Folgen auf neuronaler Ebene • Digitale Spiele schwächen die neuronale Vernetzung der Hirnregionen Aber • Je höher der IQ, umso dichter ist das Netz neuronaler Verknüpfungen

Neurobiologisches Grundwissen

Zellen des Nervensystems*

Neuron* aus dem Rückenmark

Kommunikation von Neuronen an Synapsen* Synapsen sind Kontaktstellen zwischen zwei Neuronen; über sie werden Informationen weitergeleitet.

Synapsen

Gliazellen* aus der Netzhaut

Gliazellen – „Zellflüsterer“ Einsteins Gehirn unterschied sich von dem „normaler“ Menschen in der Anzahl an Gliazellen • • • •

machen 90 % der Hirnsubstanz aus befinden sich zwischen den Neuronen modulieren die Aktivität der Neurone arbeiten mit etwa 1/10 der Spannung von Neuronen • verstärken synaptische Kontakte • festigen so das Erlernte • arbeiten langsam und sorgen für Nachhaltigkeit

Gliazelle in Aktion*

Hypothalamus

(nach Spektrum der Wissenschaft, verändert)

Limbisches System

Das Limbische System • vermittelt Affekte, Gefühle und Motivation • ist der eigentliche Kontrolleur des Lernerfolgs • bewertet alles, was durch uns und mit uns geschieht, danach, – ob es gut/ vorteilhaft/ lustvoll war und wiederholt werden sollte oder – ob es schlecht/ nachteilig/ schmerzhaft war und vermieden werden sollte

• fragt unbewusst: Was spricht dafür, dass sich Hinhören, Lernen, Üben etc lohnen?

Semantisches Gedächtnis Fakten, Vokabeln, Gesetzmäßigkeiten, … Schulwissen unter Angst erworben nicht kreativ nutzbar

Autobiographisches Gedächtnis individuelle Lebensereignisse, an Zeitachse orientiert stark emotional konnotiert, dadurch von Dauer

verlangt Interesse und erfolgt zwangsläufig Anstrengung setzt häufigen Kontakt kann nicht vergessen, aber voraus: Üben + Transfer verdrängt werden erste Tiefschlafphase

Traumphasen und folgende Tiefschlafphasen

Lernlust =/= Lernspaß • Kinder möchten sich als kompetent erleben • Kompetenzen stehen am Ende eines Lernweges • fordern Anstrengungsbereitschaft • und dass man die Welt um sich herum mit seinem Geist durchdringen möchte: Wissbegier, Neugier, Interesse

„Die Schule hat einfach nicht die Aufgabe Spaß zu machen“ Elsbeth Stern

• Lehrer/innen müssen Kompetenzen vermitteln. • Kinder müssen wissen, was sie können und was nicht  realistisches Selbstbild. • Eltern und Lehrer/innen müssen viel von ihren Kindern/Schülern fordern – deren Leistungsgrenzen aber respektieren.

Elsbeth Stern • „Das mag jeder Mensch, dass er schließlich etwas kann, was anfangs schwer war.“

Lernen

Lernen aus neurobiologischer Sicht • Das menschliche Gehirn konstruiert sich seine Inhalte selbst • Zu lernen bedeutet: synaptische Kopplungen werden umstrukturiert und/oder Übertragungseigenschaften von Synapsen werden verändert • Diese Veränderungen werden durch das limbische System gesteuert - Auf was richtet sich meine Aufmerksamkeit? - Welche Motive habe ich zu lernen? - Welche Emotionen sind damit verbunden?

Wie Lernen die Synapsen verändert

1. 2. 3. 4. 5.

Ein Dendrit einer Nervenzelle (blau) besitzt auf seinen Dornen Synapsen mit Axonen anderer Zellen (grün, rot). Lernen oder ein neuer Reiz lassen einen dendritischen Dorn sprießen, der den Dendriten mit einer neuen Zelle (gelb) verbindet. Wird das Erlernte weiter trainiert, werden die Synapsen auf dem neuen Dorn ausgebaut und der Dorn vergrößert sich; der alte Dorn wird nicht mehr gebraucht und verschwindet. Bleibt das Training oder der Reiz aus, schrumpft der Dorn und die zugehörige Synapse wird geschwächt oder inaktiviert. Soll dieselbe Fähigkeit wieder genutzt werden, kann der noch bestehende Kontakt ausgebaut werden. Das Gehirn lernt dann schneller als beim ersten Mal. MaxPlanckForschung, 1(2013), S. 25

Wissenschaftliche Begründung für das Prinzip „kalkulierte Überforderung“

MaxPlanckForschung, 1(2013), S. 39

Lernen im Unterricht Konsequenzen •





Wissen kann nicht übertragen werden; es wird im Gehirn eines jeden Lernenden neu konstruiert Wissensvermittlung wird durch Faktoren gesteuert, die unbewusst und deshalb nur schwer beeinflussbar sind Lernen findet nur statt, wenn das Gehirn des Lernenden einen Gewinn bzw. Sinn im Lernen und im Erwerb des Lerninhalts sieht

Lernen im Unterricht Konsequenzen • Der Lehrende kann den Prozess des Lernens nicht direkt beeinflussen • Er kann jedoch - die perzeptiven - die kognitiven - die emotionalen Randbedingungen des Lernens beeinflussen

Lernen im Unterricht Konsequenzen Den Lernprozess in Gang zu setzen: – Eine freundliche Lernatmosphäre schaffen. Die Einstellung zum Lernen wird allerdings vor allem durch die Familie vermittelt. – Bemüht sein um fachliche und didaktischpädagogische Kompetenz. Ob Lernende ihm diese zuschreiben, ist stark abhängig vom Selbstbild des Lehrenden.

Neues muss anschlussfähig sein! • Gedächtnisinhalte werden nach Inhaltstypen analysiert und entsprechend in unterschiedlichen Schubladen abgelegt. • In je mehr Schubladen unterschiedlichen Typs ein Inhalt abgelegt wird, desto leichter kann er abgerufen werden (die zuständigen Schubladen fördern sich dabei gegenseitig). • Je anschlussfähiger ein Inhalt an den vorhandenen Schubladeninhalt ist, desto besser. • Je bildhafter, gestalt- oder sinnenhafter ein Inhalt ist, desto besser.

Der Lernprozess aus neurobiologischer Sicht

Lernen ist ein eigenaktiver, sich selbst organisierender Prozess. Er lässt sich in folgende Einzelschritte unterteilen: 1. 2. 3. 4. 5.

Wahrnehmen Erkennen Verstehen Speichen / Festigen Erinnern / Festigen

Schritte des Lernprozesses

Sichern

Einstieg

Erarbeiten

Durcharbeiten

Verstehen

Sichern

In den Verbalisieren Horizont der Schüler rücken

Festigen Einschleifen Automatisieren Anwenden Beweglichkeit herstellen

1. Schritt: Wahrnehmen • Den Sinnesorganen sind im Gehirn Wahrnehmungsfelder zugeordnet. Diese müssen aktiviert sein („stand-bySchaltung“), damit ein Reiz wahrgenommen wird. • ADHSler haben eine Störung im Bereich der Wahrnehmung

2. Schritt: Erkennen • bedeutet Anknüpfen an Bekanntes; der Anteil des Neuen darf nicht zu hoch sein (höchstens 15 %) • Das „Problem“ muss sichtbar werden, d.h. ins Bewusstsein gelangen und • Interesse wecken (Motivation, passendes Verhältnis von „bekannt“ zu „neu“ • Das limbische System wird aktiv

3. Schritt: Verstehen • Der neue Lerninhalt aktiviert Zellcluster im Gehirn, die synchron feuern; dadurch wird die neue Information repräsentiert. • Der bekannte Anteil aktiviert Neuronennetze, die ähnliche Inhalte repräsentieren; damit wird das Neue mit Vorhandenem verknüpft. • Das Erkennen von Strukturen aktiviert übergeordnete Neuronennetze, sog. Detektoren, z. B. der Detektor „Obst“ feuert bei Äpfeln, Birnen, aber auch bei exotischen, bisher unbekannten Obstsorten.

Limbisches System • Das limbische System sind die nach innen eingefalteten Ränder der Großhirnrinde + Hirnwindungen, die den Balken umschlingen + Hippocampus + Amygdala • Die Bauteile bilden einen neuronalen Schaltkreis, die über „Datenautobahnen“ miteinander verbunden sind.

Großhirnrinde = Kortex

Balken

Thalamus Amygdala Zwischenspeicher = Hippocampus blau = limbisches System „Datenautobahn“

Stammhirn

Kleinhirn Rückenmark

Die „Datenautobahn“ nach Helmut Wicht*

• umfasst das limbische System • entspricht dem Arbeitsgedächtnis • vernetzt die Bereiche der Großhirnrinde miteinander

*in Gehirn & Geist 9/2006, S. 64 - 66

Säume des Kortex

Amygdala-Kreis Papez-Kreis

Papez-Kreis

Amygdala-Kreis

„Datenautobahn“ Kreisverkehr: ringförmig miteinander verschaltete Nervenzellgruppen breite Trassen verbinden ihn mit dem Kortex

Spezialist für Emotionen: Furcht, Wut, Ekel Neues und Unerwartetes Gerüche

bewertet mit Lust/Unlust verändert das Vorwissen und schickt es zurück kontrolliert unsere Bewegungen

Aufmerksamkeit und Wahrnehmung hilft sich zu erinnern informiert motorische Zentren

Die „Datenautobahn“ • ist das limbische System, das eigentliche Arbeitsgedächtnis • bewertet alle neuen Informationen  Interesse oder Langeweile • vernetzt neu eingehende Informationen von den Sinnesorganen mit dem gespeicherten Wissen im Kortex • schickt bearbeitetes Wissen zurück an den Kortex oder zum Zwischenspeichern an den Hippocampus • Kontrolliert Bewegungen

4. Schritt: Festigen • findet im Schlaf statt (über den Hippocampus in den Tiefschlafphasen) • förderlich ist häufiges Wiederholen und Erinnern • förderlich ist ein starker emotionaler Kontext

5. Schritt: Erinnern • ist an andere Strukturen gebunden als das Einspeichern (gilt für das deklarative Gedächtnis) • muss also stattfinden, um den Zugriff auf die Gedächtnisinhalte zu ermöglichen • ist ein eigenständiger Lernprozess

Gedächtnis

Behalten - Abspeichern • Das Gehirn hat mehrere Filter hintereinander geschaltet, um zu vermeiden „zugemüllt“ zu werden: - Ultrakurzzeitgedächtnis 3 sec - Kurzzeitgedächtnis 3 - 4 Min - mittelfristiges Gedächtnis 20 Min - Langzeitgedächtnis 3 Tage bis Jahre • Nachhaltigkeit beim Lernen erfordert also viel Zeit und häufigen Kontakt mit dem Lernstoff.

Gedächtnisstufen UltrakurzzeitGedächtnis 3 sec KurzzeitGedächtnis 20 Min. LangzeitGedächtnis 1 – 3 Tage

Die Sinneseindrücke von etwa 3 sec verschmelzen zu einem Sinneseindruck

Nachhaltiges Gedächtnis

Im Zeitabstand von 3 Wochen, Monaten und Jahren muss der Inhalt erinnert/abgerufen worden sein

Innerhalb dieses Zeitraums müssen Inhalte erneut aufgerufen werden, um evt. abgespeichert zu werden Die abgespeicherten Inhalte müssen innerhalb dieser Frist abgerufen werden

„Lernen im Schlaf“ • Tatsächlich kann man nachhaltig nur im Tiefschlaf abspeichern. Schlafmangel schränkt das Gedächtnis ein. • Die erste von fünf Tiefschlafphasen einer Nacht dauert besonders lange; sie ermöglicht, auch wenig emotionale Inhalte wie Vokabeln und Formeln abzuspeichern. • Medienkonsum (eine Stunde vor dem Einschlafen) führt dazu, dass die erste Tiefschlafphase entfällt  das Gedächtnis für schulische Inhalte leidet deutlich.

Der Weg raus – Abrufen und Erinnern • Gedächtnisinhalte nehmen beim Abrufen/Erinnern einen anderen Weg als beim Einspeichern/Behalten. • „Der Weg raus“ muss also ebenso gebahnt, d. h. geübt werden wie „der Weg rein“.

Gedächtnis und Sprache

Die Funktion der beiden Gehirnhälften

Gedächtnissysteme Autobiografisches Wissenssystem Gedächtnis semantisches G.

unabdingbar an Sprache gebunden

Prozedurales Gedächtnis

Priming

S. d. Wiss. 9/96, S. 54

Priming

erleichtertes Erinnern ähnlich erlebter Situationen und bekannter Reizmuster vgl. Fotosammlung

Prozedurales Gedächtnis

speichert mechanische und motorische Bewegungs- und Handlungsabläufe

Wissenssystem = semantisches G.

Weltkenntnisse Schulwissen Semantik + Syntax Zusammenhänge

Episodisches oder autobiografisches Gedächtnis

singuläre Ereignisse autobiografische Inhalte nach Ort und Zeit bestimmte Fakten vgl. Filme

An Sprache gebunden sind das … semantische Gedächtnis + episodische Gedächtnis d.h. auf diesen Gedächtnisebenen findet Lernen nur vermittelt durch Sprache statt, Wissen wird über Begriffe abgespeichert

Neurobiologen stellen fest:

Wörter fungieren als Grundbausteine unseres bewussten Denkens „Kein Begriff, keine Aussage kann präziser verstanden werden, als es die individuelle Denkstruktur zulässt.“ (Muckenfuß)

Detektoren • sind Nervennetze im Gehirn, die das Gemeinsame einer Vielzahl von Wissenselementen repräsentieren, z.B. Kirschen - Äpfel – Birnen = Obst

• werden sprachlich als Oberbegriffe bezeichnet, sind „Knotenpunkte“ in der Sprache • entstehen selbst organisiert, aber beschleunigt, wenn man Schüler anleitet zu kategorisieren

„Sprache im Unterricht ist wie ein Werkzeug, das man gebraucht, während man es noch schmiedet.“

Begriffe • repräsentieren die Vorstellungen des Einzelnen zu einem Sachverhalt • bilden das Verstandene ab • richten den Blick der Schüler • präzisieren das Denken • ermöglichen den Austausch von Gedanken und Vorstellungen • beschleunigen den Gedankenaustausch

Sprache • Das episodische und das semantische Gedächtnis (deklarative Gedächtnisse) sind unabdingbar an Sprache geknüpft. • Wörter fungieren als Grundbausteine unseres bewussten Denkens. • Erst nach dem Aufbau eines gesicherten Grundwortschatzes entwickeln Kinder ein deklaratives Gedächtnis.

Sprechen fördert die Hirnaktivität Begriffe werden 7fach besser behalten, wenn sie nicht nur gelesen, sondern auch laut ausgesprochen werden. Das Gehirn ist besonders aktiv und kreativ, wenn man einen Waldspaziergang macht und seine Gedanken eher beiläufig mit einem Gesprächspartner austauscht.

Merkmale dieser „Lernsituation“ • Motorische Aktivität (hier: Sprechen) fördert die Hirnaktivität • Grün wirkt entspannend und löst Blockaden • Das Beiläufige der Situation lässt die Gedanken „fließen“, begünstigt das zufällige Aktivieren von Engrammen • Das Hören des selbst Gesagten und das Zuhören aktivieren das limbische System

Abrufen von Gedächtnisinhalten • Der soziale Kontakt bewirkt eine positive Grundgestimmtheit, die Sicherheit vermittelt und Raum für „Luxusfunktionen“ schafft (Offenheit für Neues)

Konsequenzen für Unterricht

Fachinhalte kommunizieren 1. Aufgaben stellen, aus der sich Kommunikation zwingend ergibt. 2. Methoden einsetzen, die zur Kommunikation über Fachinhalte führen. 3. Methoden u. Strategien der Präsentation vermitteln 4. Zum diskursiven Austausch anleiten. 5. Zur Reflexion des Lernweges anleiten.

Schüler zur Kommunikation anleiten • Sowohl in den Bildungsstandards als auch in den EPAs wird ausdrücklich gefordert, dass Schüler über Fachinhalte sachgerecht kommunizieren können. • Wer kommunikative Kompetenzen fordert, muss sie auch lehren, d.h. der Unterricht muss Gelegenheiten bieten, Kommunikation zu lernen und zu üben.

Literatur •

Abb. http://www.neurobiologie.fu-berlin.de/Neurovorlesung%20161104.pdf, 21.04.2010, Hans-Joachim Pflüger, Neurobiologie, fu-berlin.de



Pfeiffer, Christian, Direktor am krimonologischen Forschungsinstitut Niedersachsen e.V., aktuelle Forschungsberichte downloaden unter http://www.kfn.de/Publikationen.htm

Was ich noch sagen wollte … • Die Hattie-Studie bestätigt nicht den lehrerzentrierten Frontalunterricht, sondern den instruierenden Unterricht. • Gerald Hüther unterscheidet nicht zwischen Lernlust (autobiographisches Gedächtnis) und Lernfreude (semantisches Gedächtnis), s. Folie Nr. 10 • Richard D. Precht hat kein hinreichendes Wissen, um sich an der Diskussion zu beteiligen

Semantisches Gedächtnis Lernfreude! Fakten, Vokabeln, Gesetzmäßigkeiten, … Schulwissen unter Angst erworben nicht kreativ nutzbar

Autobiographisches Gedächtnis Lernlust! individuelle Lebensereignisse, an Zeitachse orientiert stark emotional konnotiert, dadurch von Dauer

verlangt Interesse und erfolgt zwangsläufig Anstrengung setzt häufigen Kontakt kann nicht vergessen, aber voraus: Üben + Transfer verdrängt werden erste Tiefschlafphase

Traum-  Tiefschlafphasen

Lernlust Offenheit für Neues Anstrengungsbereitschaft

Aktives Aufsuchen von Lust versprechenden Situationen

Durchhaltevermögen

erfordert einen aktiven Lebenstrieb

erfordert häufigen Kontakt

einmaliger Kontakt reicht aus

semantisches Gedächtnis

autobiographisches Gedächtnis

Lernfreude

Kleine Kunde zur Neurobiologie

Information wird nicht einfach eins zu eins gespeichert, sondern verarbeitet

• Ein bestimmtes Reizmuster veranlasst entsprechende Neurone zu feuern. • Neurone, die gleichzeitig feuern, schließen sich zu einem Cluster zusammen und verstärken ihre Kontakte untereinander umso mehr, je häufiger sie gemeinsam erregt werden. Dadurch werden sie schneller und stabiler. • Ein Neuron kann einer Vielzahl verschiedener Cluster angehören und unterschiedlich stark feuern. • In Form der Cluster ist die Information gespeichert. Sie ändert sich mit jedem Abrufen.

Gelernt werden komplexe Muster und Strukturen.

• Gemeinsam mit dem aktuell sich herausbildenden Cluster feuern einzelne Neurone ähnlicher Cluster, sog. Detektoren (z.B. bei „Apfel“ wird auch „Obst“ aktiviert). • Diese übergeordneten Cluster repräsentieren Strukturen; sie ermöglichen es, den neuen Lerninhalt mit vorhandenem Wissen zu vernetzen.

Das Gehirn lernt nicht alles, es sucht nach Sinn und braucht Zeit

• Das Gehirn filtert aus der Vielzahl der Informationseinheiten die heraus, die das Überleben begünstigen: das limbische System bewertet alle eingehenden Informationen, indem es ihnen ein Gefühl zuordnet. • Das Gehirn hat mehrere Filter hintereinander geschaltet, um zu vermeiden „zugemüllt“ zu werden: Ultrakurzzeitgedächtnis (3 sec), Kurzzeitgedächtnis (3-4 Min.), mittelfristiges Gedächtnis (20 Min.), Langzeitgedächtnis (3 Tage – Jahre). • Nachhaltigkeit beim Lernen erfordert also viel Zeit und häufigen Kontakt.

Das Gehirn entwickelt sich und es bleibt plastisch.

• Bei Gebrauch werden neuronale Kontakte vermehrt und intensiviert, bei Nichtgebrauch eingeschmolzen. Man kann also nicht Nichtlernen; das Gehirn verändert sich zu jeder Zeit. • Damit verändert sich auch die eingespeicherte Information. • Auch das Vergessen ist ein Lernprozess. • Dauerstress und Angst lassen Hirnstrukturen schrumpfen, die dem Abspeichern dienen.

Abspeichern und Abrufen/ Erinnern sind unterschiedliche Lernprozesse

• Der Zugriff auf abgespeicherte Informationen erfolgt für das deklarative Gedächtnis auf einem anderen Wege als wie diese ins Gehirn hineingelangt ist. • Beide Lernprozesse müssen stattgefunden haben, um Wissen aktiv zu erinnern und zu nutzen.

Lernen aus neurobiologischer Sicht

Dendriten

Synapsen

limbische System

neuronale Kontakte Das Gehirn entwickelt sich und es bleibt plastisch

Information wird nicht eins zu eins gespeichert, sondern verarbeitet

Gelernt werden komplexe Muster und Strukturen

Das Gehirn lernt nicht alles, es sucht nach Sinn und braucht Zeit

Eigenaktivität und Interaktion

Strukturierung und Vernetzung

Interesse und Durchhaltevermögen

Es gibt kein Nichtlernen

passende Aufgaben stellen und den Diskurs fördern

informieren und Strukturen bewusst machen

begeistern und ermutigen

wiederholen, üben und benutzen