Virtuelle interaktive Lernmedien als Ergänzung zu Printkursen erleichtern das Lernen

Inhalt:

1. Virtuelle interaktive Lernmedien als Ergänzung zu Printkursen erleichtern das Lernen - Einleitung

2 Der Kognitivismus
2.1. Lernen als Informationsverarbeitung
2.1.1. Eine Einführung in die kognitive Psychologie

3. Die praktische Anwendung kognitiver Erkenntnisse auf die Entwicklung von Lernsoftware

4. Zusammenfassung

5. Literatur

1. VIRTUELLE INTERAKTIVE LERNMEDIEN ALS ERGÄNZUNG ZU PRINTKURSEN ERLEICHTERN DAS LERNEN - EINLEITUNG

Diese vorliegende Ausarbeitung stellt Forschungsergebnisse des Kognitivismus vor. Auf dieser wissenschaftlichen Grundlage werden heute intelligente Lernprogramme entwickelt.

Moderne Lernprogramme, ganz gleich ob sie einzeln als CD-ROM existieren oder in Verbindung mit Kommunikationsmedien, wie InterRelayChat (IRC) und Email, im WWW implementiert sind, konstituieren sich nach den Erkenntnissen des Kognitivismus.

Es würde wohl den Rahmen sprengen, wenn man an dieser Stelle tief und ausführlich in die kognitive Psychologie einsteigen würde. Deshalb werden nur jene Inhalte allgemein verständlich abgehandelt, die für unsere Fragebogenentwicklung prägend sind. Nach einer kurzen Begriffserläuterung wird auf die Theorie kognitiver Prozesse eingegangen und deren Nutzung für die Entwicklung von modernen Lernmedien.

2. DER KOGNITIVISMUS

Der Kognitivismus sieht Lernen als einen Prozess der Informationsverarbeitung des menschlichen Gehirns. Als einer der Pioniere dieses Ansatzes gilt Robert M. Gagné. Er läutete die "kognitive Wende" ein. Gagné postulierte beispielsweise , dass Ereignisse in der Umwelt bestimmte Ketten "nervöser Impulse" entstehen lassen, die durch das Gehirn organisiert werden. Diese Tätigkeit läuft in bestimmten Mustern ab, letztere verändern den Organisationsprozess selbst und die Wirkung ist Lernen (vgl. Gagné, 1975).

2.1. LERNEN ALS INFORMATIONSVERARBEITUNG

2.1.1. EINE EINFÜHRUNG IN DIE KOGNITIVE PSYCHOLOGIE

"Große Intelligenzleistungen, wie beispielsweise wissenschaftliche Entdeckungen, beruhen auf elementaren kognitiven Prozessen." (Anderson,1996).

Wenn man Lernen und somit auch kognitives Lernen als relativ stabile Verhaltensänderung versteht, so sollte zunächst kognitives Verhalten erklärt werden. Kognitives Verhalten findet bei der Encodierung, Speicherung und Abruf des sensorischen Inputs statt. Dabei umfasst es auch, wie oben zum Teil bereits erwähnt, Wahrnehmen, Erkennen, Vorstellen, Behalten, Erinnern, Verstehen , Denken, Problemlösen, Analysieren, Bilden von Strategien.

Die Encodierung des sensorischen Inputs erfolgt einerseits durch so genannte "bottom up" Prozesse. Dabei werden einige bedeutungshaltige Empfindungen des sensorischen Gedächtnisses, also bestimmte Merkmale eines Reizes, im Kurzzeitgedächtnis entsprechend ihrer Tiefe, Organisation und Konstanz als Muster wahrgenommen und andererseits wird dieses Muster durch Wissen, Erwartungen, Erinnerungen, Vorstellungen, Wünsche, Werte, Normen und Motivationen , auch "top down" Prozesse genannt, klassifiziert. Wir bringen wahrgenommene Gegenstände und im weiteren Sinne Ereignisprozeduren mit unseren Wissen darüber in Einklang.

Das typisches Wissen bzw. Regelmässigkeiten werden in Schemata des Langzeitgedächtnisses gespeichert. Bestimmtes Wissen von typischen Handlungsabfolgen, z.B. in den Supermarkt gehen, Einkaufswagen nehmen, Ware aus dem Regal nehmen, in den Wagen legen, zur Kasse gehen und bezahlen, nennt man auch Script (vgl. Anderson 1996). Schemata und Scripte organisieren unser Wissen, durch sie bleiben wir auch in unbekannten Situationen handlungsfähig.

Hier muss allerdings klar herausgestellt werden, dass Informationen bestimmte typische Merkmalsausprägungen sind (z.B. "Zimmer"), die einer bestimmten Kategorie, dem Schema (z.B. "Haus") oder Skript, subsumiert werden.

"Schemata repräsentieren Konzepte in Form von Oberbegriffen, Teilen und anderen Zuweisungen von Ausprägungen zu Attributen"(Anderson, 1996, S.152)

Dieses organisierte Wissen, welches sich durch kognitives Verhalten etablierte, ist, wie im weiteren Text noch präzisiert wird, prägend für die Herausbildung von Fähigkeiten, durch die ich weiteres Wissen erwerben kann. Das resultierende Verhalten ist ein anderes als zuvor, kognitives Lernen hat stattgefunden.

Wir nehmen nur Ereignisse wahr, auf die wir unsere Aufmerksamkeit richten.

Wir verarbeiten nur die für uns bedeutsamen Informationen (semantische Verarbeitung). Damit wir dafür über genügend kognitive Ressourcen verfügen, werden unwichtige Ereignisses vernachlässigt. Wenn alle Inputs des sensorischen Gedächtnisses in das Kurzzeitgedächtnis übertragen werden könnten, wären wir schnell kognitiv überlastet, gestresst. Ein Beispiel für ein Überschreiten kognitiver Verarbeitungsmöglichkeiten ist das Überlastungsmodell (vgl. Stokols 1972, 1976) aus der "Crowding"forschung. "Man schätzt, daß der Mensch pro Sekunde 10000 extereozeptive und propriozeptive Sinneswahrnehmungen aufnimmt."(Watzlawick, Beavin und Jackson, 1996, S.92)

Deshalb können nur eine geringe Anzahl an vorwiegend prägnanten Informationen in das Kurzzeitgedächtnis transferiert werden. Es handelt sich daher um eine selektive Wahrnehmung.

Schemata helfen, über die oben genannten Top-down Prozesse, die kognitive Belastung (Work-Load) unseres Kurzzeitgedächtnisses für die Verarbeitung typischer, bekannter Informationen zu reduzieren, denn diesbezügliche Muster sind schon im Langzeitgedächtnis gespeichert. Wir können also dadurch beispielsweise mit geringen Aufwand bestimmte Ereignisse interpretieren. Somit verfügen wir über genügend Ressourcen, um eine begrenzte Anzahl neuer, unbekannter, prägnanter Informationen aufnehmen zu können, denen wir also wieder mehr Aufmerksamkeit widmen.

Es können jedoch nur etwa 7 (+/- 2) Items (hier für Informationen verwendet) sequentiell im Kurzzeitgedächtnis gespeichert werden. Wenn ich aber bestimmte Muster aus dem Langzeitgedächtnis mit diesen Items verknüpfe, kann ich jene in einen Chunk recodieren (z.B. könnten die Zahlen 27081981 auch als Chunk "Datum" 27.08.1981 behalten werden ) und es bleibt nicht nur mehr Kapazität für weitere Chunks, sondern es findet auch ein Transfer in das Langzeitgedächtnis statt.

Dieser Prozess wird auch elaboriertes Wiederholen genannt. Hier findet schon eine für das Langzeitgedächtnis typische Organisation des Lernstoffes statt. Somit kann man eine effizientere Kurzzeitgedächtnisleistung erzielen und bei reduzierten Work-Load den weiteren Schemata Erwerb verbessern. Es handelt sich dabei um einen Mechanismus, der beim Herausbilden von Problemlösefähigkeiten wichtig ist. Nicht passives Wiederholen per se von Items führt also zu einem besseren Transfer in das Langzeitgedächtnis, nur weil die Verweilzeit im Kurzzeitgedächtnis grösser ist und das Kurzzeitgedächtnis (später wird der Begriff "Arbeitsgedächtnis" gebraucht) notwendig erscheinen lässt.

Craik und Lockhart (1972) stellten die "Theorie der Verarbeitungstiefe" auf (vgl. Anderson, 1996).

Diese besagt: "(...), daß das Entscheidende nicht die Dauer des Memorierens der Information sei, sondern vielmehr die Tiefe in der die Information verarbeitet wird."(Anderson,1996, S.171). Das bedeutungshaltige und tiefe Verarbeiten führt somit zu einer besseren Gedächtnisleistung.

Neben der semantischen Verarbeitung konnte festgestellt werden, dass elaborierte Verarbeitung zu besseren Behalten beiträgt. Dabei wird das zu behaltende Material mit fremden oder eigenen Informationen angereichert. Wobei selbstgenerierte Elaborationen besser sind , nach einigen Experimenten von Stein und Bransford (1979).

Slamecka und Graf (1978) konnten sogar nachweisen, dass elaborative Verarbeitung zum besseren Behalten führt, selbst wenn es sich um nicht verstärkt bedeutungshaltige Inhalte handelte (vgl. Anderson 1996).

Weiterhin konnte belegt werden, dass die Höhe der Motivation zu Lernen keinen Effekt beim Abruf erzielt.

"Die Verarbeitungstiefe, und nicht die Absicht zu lernen, bestimmt den Umfang des Erinnerns." (Anderson, 1996, S.190)

Die "Theorie der dualen Kodierung" bezeichnet eine unterschiedliche Repräsentation verbaler und visueller Information im Gehirn und eine Unabhängigkeit entsprechender kognitiven Ressourcen.

Pavio (1971, 1986) belegt, dass visuelles Material besser behalten werden kann, als verbales bzw. verbales Material zum besseren Behalten führt, wenn man es mit visuellen Vorstellungen verknüpft.

Wenn man hier ein Zwischenfazit zieht, wie ein Lernstoff konstituiert sein sollte, könnte man Folgendes anführen:

Eine Erreichung hoher kognitiver Verarbeitungskapazität beim Lernenden muss das Ziel bei der Entwicklung der Lehrmedien sein.

-1- Der Lernstoff sollte mannigfaltig und heterogen dargeboten werden, sodass keine Interferenzen und damit keine kognitive Mehrbelastung entstehen. Unterschiedliche, unabhängige kognitive Ressourcen werden daher beansprucht . Textinformationen könnten mit Grafiken oder anderen visuellen Materialien angereichert werden, um die Verarbeitungskapazität und Gedächtnisleistung zu erhöhen ("duale Kodierung").

-2- Der Lernstoff sollte so beschaffen sein, dass er mit bestehendem Wissen gut verknüpft werden kann (elaboriertes Lernen).

3. DIE PRAKTISCHE ANWENDUNG KOGNITIVER ERKENNTNISSE AUF DIE ENTWICKLUNG VON LERNSOFTWARE

Diese vorangegangene theoretische Abhandlung impliziert aber auch, dass Lernen ein individueller, nicht direkt beobachtbarer Prozess ist. Lernende verfügen über unterschiedliches kognitives Wissen und kognitive Fähigkeiten. Nur durch ein hohes Maß an Interaktion zwischen Lehrer und Schüler und einer optimalen individuellen Anpassung (Adaption) des Lernstoffes, kann Lernen verbessert und erleichtert werden.

Früher konnten lediglich Privatlehrer an diese Maxime annähernd anknüpfen.

Durch die ständige technische Weiterentwicklung computerbasierter Systeme verfügen heute auch moderne virtuelle Lernmedien über diese Möglichkeit. Die Rolle des Lehrers übernimmt der "Tutor", der aber vielmehr nur als "Coach" fungiert und den Lernenden in seinem selbstorganisierenden und eigenstrukturierenden Lernprozess unterstützt.

Im Rahmen der Erforschung künstlicher Intelligenz wurden die wissenschaftlichen Ergebnisse analog auf Computermodelle übertragen. Das war die Chance für die Entstehung virtueller Lernmedien. 1984 wurde der von Anderson et.al. entwickelte LISP Tutor an der Carnegie Mellon Universität eingesetzt. LISP ist eine Programmiersprache im Bereich der künstlichen Intelligenz. "Dabei handelt es sich um Computersysteme, die mit den Studenten beim Lernen interagieren und die auftretende Probleme so behandeln, wie es auch ein menschlicher Tutor tun würde."(Anderson,1996, S.296). Nachdem der LISP-Tutor auch bei anderen Universitäten eingesetzt wurde,"(...) konnte gezeigt werden, daß auf diese Weise schneller gelernt wird als bei der üblichen

Hörsaalinstruktion."(Anderson, 1996, S.296). Der Tutor hat die Funktion eines Privatlehrers. Gerade bei Problemlösungen ist seine aktive Anwesenheit sehr wichtig, um geeignete feedbacks zu geben. Um eine optimale Adaption der Lehr/Lernsoftware an den Lernenden zu ermöglichen, ist zunächst zu klären, in welcher Art und Weise vorhandenes Wissen beim einzelnen Individuum repräsentiert wird, um es dann durch gezielte interaktive Maßnahmen in das Lernprogramm zu modellieren, damit letzteres wieder darauf reagieren kann.

Für die Erklärung von Wissensrepräsentationen beim Lerner greift man gern zum Expertenmodell der Domäne. Dabei unterscheidet man zwischen deklarativen, prozeduralen, strategischen und metakognitiven Wissen. Das Wissen des Lerners wird als Teilmenge des Expertenwissens betrachtet (Specht, ohne Jahresangabe). Das bestimmtes Vorwissen wichtig für eine elaborierte Verarbeitung ist, wurde bereits oben erwähnt. Diese Elaborierungsprozesse sind bedeutende Voraussetzungen für die Entstehung deklarativen Wissens, d.h. dem Wissen über bestimmte Sachverhalte. Die modellhafte Abbildung des deklarativen Wissens im Lernprogramm, quasi als Wissensstand des Lerners, manifestiert sich unter anderen durch die Darstellung von bestimmten Lernepisoden oder individuellen Fehlern des Anwenders. Man kann auch den vertrauten Umgang des Lerners mit der Lernsoftware erfassen, z.B. Anzahl der Zugriffe oder Zugriffszeiten als Indikator für Beständigkeit.

Anderson (1996) unterscheidet beim prozeduralen Wissen, darunter zählt der Erwerb kognitiver Fertigkeiten, z.B. Regeln bzw. Lösungen von Aufgaben lernen, zwischen drei Stufen:

1) Regeln von Fertigkeiten sollen erlangt werden.
2) Der deklarative Inhalt der 1. Stufe soll jetzt in eine prozedurale Form umgewandelt werden (Wissen über Regeln).
3) Immer grössere Automatisierung durch ständige Übung wird erreicht.

Zusammenfassend kann man sagen, das tiefes Elaborieren von Informationen dazu führt, das Arbeitsgedächtnis zu entlasten, dadurch Lösungen von Aufgaben leichter zu lernen und durch weiteres Üben die Lösungen selbst zu lernen, um daraus verschiedene Problemlösefertigkeiten bzw. Strategien zu entwickeln (siehe ACT-Theorie). Dabei sind uns die Schritte, die uns zum Strategieerwerb geführt haben nicht mehr bewusst. "Man kann wirkungsvolle Prozeduren zur Ausführung von Aufgaben entwickeln, ohne daß man angeben könnte, was man genau tut."(Anderson, 1996, S.231)

Die intelligenten Tutorensysteme, die Anderson und seine Gruppe entwickelten, funktionieren nach der ACT-Theorie. Andersons Theorie basiert auf der Aktivationsausbildung innerhalb propositionaler Netzwerke. Dort sind einige Items assoziativ verbunden. "Wird ein Item dargeboten, so breitet sich nach der Netzwerktheorie die Aktivation von dem zugehörigen Begriff zu weiteren, mit dem Begriff assoziierten Gedächtnisinhalten aus." (Anderson, 1996, S.183).

Die ACT-Theorie wurde in intelligenten Tutorensystemen eingesetzt, um menschliches Problemlösen in einer Lernsoftware zu modellieren. Ein solches Computersystem ist in der Lage Problemlösungen zu simulieren. Durch diese Simulation können Fehler und Schwächen entdeckt werden und durch tutorielle Feed-backs kann der Lerner auf Fehler aufmerksam gemacht und unterstützt werden.

Kenntnisse über verschiedene Möglichkeiten der Problemlösung wird auch strategisches Wissen genannt. Probleme werden planerisch erschlossen.

Das erfolgt durch Mittel-Ziel-Analysen. Das rationale Ziel ist dabei, durch geringes Work- Load das Problem schnell zu lösen. Durch eine "Was wäre wenn" Methode wird dann die geeignetste Strategie gewählt.

Es gibt Lernprogramme in denen bestimmte Lernstrategien implementiert sind und damit helfen Problemlösefertigkeiten beim Lerner zu optimieren.

Es konnte allerdings experimentell nachgewiesen werden, dass bei zu leichter Zugänglichkeit der Problemlösungen, z.B. durch benutzerfreundliche Bildschirmoberflächen, welche die Musterlösungen sofort zur Verfügung stellten, kein nennenswerter Strategieerwerb erfolgte (vgl. Rainer Zwiesler, 1993). Die VPN planten dort nur Schritt für Schritt.

Es ist auch vorstellbar, dass bei geringen Vorwissen, Webseiten, wegen Vielfalt der Links, eher zu einem hohen Work-Load führen und der Strategieerwerb nicht unterstützt wird. Damit würden vielleicht die Nachteile durch zu hohe Komplexität die Vorteile einer Zeitersparnis durch "spiralförmiges" Lernen überwiegen.

Wenn der Lerner dem Lernprogramm mitteilen kann, welche Strategie er bevorzugt oder das Programm es selber erkennen kann, so spricht man von metakognitiven Strategien. Dieser Sachverhalt kann nochmals wesentlich zur Adaption beitragen. Nachfolgend sollen stichpunktartig bestimmte Empfehlungen für die Gestaltung eines Lernprogrammes vorgestellt werden ohne den Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben:

-1- Lernmedien sollen den Lehrstoff aus verschiedenen Perspektiven darstellen, damit unterschiedliche Fertigkeiten erworben werden können.
-2- Die in den Lernmedien modellierten Lernstrategien sollen sich an die individuellen Präferenzen des Lerners anpassen.
-3- Vorteilhaft ist die Erstellung eines Benutzerprofils, damit beispielsweise die Benutzeroberfläche an den Lerner angepasst werden kann.
-4- Es sollte möglich sein, den Schwierigkeitsgrad der Aufgaben individuell zu variieren, zum Beispiel durch Begrenzung der Antwortzeiten oder Erteilung einer Hilfestellung bei der Beantwortung der Fragen.
-5- Es könnten verschiedene Methoden bereitgestellt werden, welche die Stile und Fertigkeiten der Lernenden berücksichtigen, zum Beispiel die Möglichkeit untergeordnete Teilziele zu erreichen.

4. ZUSAMMENFASSUNG

Nach diesen zahlreichen Erkenntnissen der kognitiven Psychologie kann man Folgendes resümieren:

Elaborierte Verarbeitungsprozesse beim Encodieren, Speichern und Abrufen, sowie verschiedene Repräsentationen von Wissensinhalten im Gehirn (visuell oder verbal), entlasten das Arbeitsgedächtnis (geringer Work-Load ) und verbessern damit den weiteren Wissenserwerb.

Man kann also annehmen, dass der Lernprozess erleichtert wird.

Damit virtuelle interaktive Lernmedien diesen Prozess optimal unterstützen können, bedarf es vier Bedingungen (davon liegen die Punkte 2-4 auf Seiten der Lernprogramme):

-1- Dem Lerner sollten idealerweise diese kognitiven Prozesse bekannt sein.
-2- Hohe Adaptivität - Anpassungmöglichkeit der Lernsoftware an den Lerner und umgekehrt.
-3- Hohe Interaktivität - gut ausgebautes Kommunikationsnetzwerk.
-4- Hohe Multimedialität - Verbindung von Textinhalten mit Grafiken und/oder Bildmaterial auf einer Benutzeroberfläche.

Weil nicht alle Lerner diese Voraussetzung erfüllen, die virtuellen interaktiven Lernprogramme unterschiedliche Qualität aufweisen und einige Internetseiten, IRC, Newsgroups und Emails zwar Wissen kommunikativ vermitteln , aber diesen oben genannten Empfehlungen zum Teil nicht genügen, kann man nicht generell auf eine objektive optimale

Lernerleichterung durch Verwendung von virtuellen Lernprogrammen schliessen.

5. LITERATUR

Anderson, John R. (1996).Kognitive Psychologie. Heidelberg - Berlin - Oxford: Spectrum Akademischer Verlag GmbH

Flade, Antje (1999). Mobilität aus Ökopsychologischer Sicht. Fernstudienkurs der Fernuniversität Hagen

Gagné, Robert Mills (1975). Die Bedingungen des menschlichen Lernens - Beiträge zu einer neuen Didaktik. Schroedel Verlag

Paivio, A.S. & Brown, A.L.(1986) Mental representations: A dual coding approach. New York: Oxford Univercity Press

Pauschenwein, Jutta (24.02.1999) Vortrag über virtuelles Lernen. Online im Internet: URL: http://www-ang.kfunigraz.ac.at/~pauschen/virtuell/vortraege/v25.2.99/index.htm Pauschenwein, Jutta (2.3.2000). Aktuelle Homepage. Online im Internet: URL: http://www-ang.kfunigraz.ac.at/~pauschen/virtuell

Slamecka, N.J., & Graf, P.(1978). The generation effect: Delination of a phenomenon. Journal of Experimental Psychology, Human Learning and Memory, 4, 592-604

Specht Markus(ohne Jahresangabe). Adaptive Methoden in computerbasierenden Lehr/Lernsystemen; Dissertation Psychologie 1 der Uni Trier. Online in Internet: URL: http: file://129.26.167.17:8080/pub/rtft0html/812fertig/html

Stein, B. S., & Bransford, J. D. (1979). Constraints on effective elaboration. Effects of precision and subject generation, Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, 18, 769 - 777

Stokols, D.(1972). On the distinction between density and crowding : Some implications for future research. Psychological Review, 79, 275-277.

Stokols, D.(1976). The experience of crowding in primary and secondary environments Environment and Behavior, 8, 49-86

Watzlawick ,Paul, Beavin, Janet H., Jackson Don D. (1996): Menschliche Kommunikation - Formen, Störungen, Paradoxien. Bern: Hans Huber

Zimbardo, Philip G.(1992): Psychologie. Augsburg: Springer-Verlag, Sonderauflage für Weltbild Verlag GmbH

Zwiesler, Rainer (20.7.1993). Lösen komplexer Planungsaufgaben

- Eine experimentelle Untersuchung zum Strategieerwerb. Diplomarbeit. Online in Internet: URL: http://rpssg.3psychologie.uni regensburg.de/zwir02102/diplom/diplomarb.html