Die Berücksichtigung von Arbeitsgedächtnis-Ressourcen in Schulbüchern für das Fach Mathematik


Examensarbeit, 2017
95 Seiten, Note: 1,0

Leseprobe

Inhalt

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

TABELLENVERZEICHNIS

ZUSAMMENFASSUNG

1. EINLEITUNG

2. THEORETISCHE EINFÜHRUNG
2.1 Arbeitsgedächtnis-Ressourcen als Voraussetzungen für das Lernen
2.1.1 Lernen als Informationsverarbeitung
2.1.2 Das Gedächtnismodell nach Atkinson und Shiffrin
2.1.3 Das Arbeitsgedächtnis-Modell nach Baddeley
2.2 Die Rolle begrenzter Arbeitsgedächtnis-Ressourcen beim Lernen
2.2.1 Einschränkungen der Informationsverarbeitung
2.2.2 Die Cognitive Load Theorie
2.3 Der Einfluss von Arbeitsgedächtnis-Ressourcen auf Lernergebnisse im Fach Mathematik
2.4 Ressourcenorientiertes Lehren und Lernen mit Schulbüchern
2.4.1 Schulbücher im Kontext von Instruktionsdesign
2.4.2 Ansätze zur ressourcenorientierten Gestaltung von Lernmaterialien
2.4.3 Empfehlungen für ein arbeitsgedächtnisorientiertes und ressourcenschonendes Design von Mathematik-Schulbüchern

3. METHODE

4. ERGEBNISSE

5. DISKUSSION

6. FAZIT

7. LITERATURVERZEICHNIS

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

Abbildung 1. Modell der individuellen Voraussetzungen erfolgreichen Lernens nach Hasselhorn und Gold (2013, S. 70)

Abbildung 2. Mehrkomponentenmodell des Gedächtnisses nach Atkinson und Shiffrin (1968)

Abbildung 3. Arbeitsgedächtnis-Modell nach Baddeley (2000). Entnommen aus Hasselhorn und Gold (2013, S. 75)

Abbildung 4. Aufmerksamkeit und Arbeitsgedächtnis als Flaschenhals der Informationsverarbeitung nach Hecht (2014, S. 59)

Abbildung 5. Kognitive Überlastung nach Sweller, van Merrienboer und Paas (1998). Entnommen aus Hecht (2014, S. 38)

Abbildung 6. Reduktion der extrinsichen Belastung zur Regulation der kognitiven Belastung nach Sweller, van Merrienboer und Paas (1998). Entnommen aus Hecht (2014, S. 38)

Abbildung 7. Neuropsychologisches Gebäude des Rechenerwerbs nach Jacobs, Petermann und Tischler (2013, S. 188)

Abbildung 8. Angebot-Nutzungs-Modell der Wirkungsweise des Unterrichts nach Helmke (2012, S. 71)

Abbildung 9. Flussdiagramm zur Relevanz ressourcenorientierter Gestaltung nach Tuovinen (2000). Entnommen aus Hecht (2014, S. 45)

Abbildung 10. Ressourcenorientierte Gestaltung von Lernmaterialien als Wegweiser für Lernprozesse schwacher Schüler nach Krajewski und Ennemoser (2010, S. 345f.)

Abbildung 11. Gegenüberstellung von ungeeigneten und guten visuellen Darstellungsmitteln nach Krajewski und Ennemoser (2010, S. 349)

Abbildung 12. Anforderungsbereiche für ein arbeitsgedächtnisorientiertes und ressourcenschonendes Design von Schulbüchern im Fach Mathematik

Abbildung 13. Präsentationüberflüssiger und verwirrender Informationen im Schulbuch „Mathematik heute“. Entnommen aus Griesel et al. (2016, S. 46)

Abbildung 14. Entwicklung basaler Bruchrechen-Kompetenzen durch Einübung von neuem Konzept- und Prozeduralwissen im Schulbuch „Mathematik heute“. Entnommen aus Griesel et al. (2014, S. 87)

Abbildung 15. Offene Problemlöseaufgaben im Schulbuch „Mathematik heute“. Entnommen aus Griesel et al. (2014, S. 52)

Abbildung 16. „Seductive details“ im Schulbuch „Mathematik heute“. Entnommen aus Griesel (2014, S. 60)

Abbildung 17. „Rechenschlange“ als nachteilige Visualisierung der Addition und Subtraktion von Brüchen im Schulbuch „Mathematik heute“. Entnommen aus Griesel et al. (2014, S. 90)

Abbildung 18. Geschlossene Darstellung zusammengehöriger Informationen durch räumlich nahe Darbietung im Schulbuch „Mathematik heute“. Entnommen aus Griesel et al. (2014, S. 47)

Abbildung 19. Nachteilige Reihenfolge und hohe Informationsdichte der Lerninhalte im Schulbuch „Mathe.Logo“. Entnommen aus Kleine (2014, S. 71ff.)

Abbildung 20. Sichtbarkeit von Anforderungen und Lernzielen am Beispiel einer Aufgabenstellung im Schulbuch „Mathe.Logo“. Entnommen aus Kleine (2014, S. 71)

Abbildung 21. Fehlende Sichtbarkeit von Anforderungen und Lernzielen zu einer Aufgabenstellung im Schulbuch „Mathe.Logo“. Entnommen aus Kleine (2014, S. 79)

Abbildung 22. Auszug aus dem Schulbuch „Mathe.Logo“ mit häufigen Formatwechseln zwischen Aufgaben mitähnlichen Anforderungen. Entnommen aus Kleine (2014, S. 71)

Abbildung 23. Aufmerksamkeitsteilung am Beispiel einer Seite aus dem Schulbuch „Mathe.Logo“. Entnommen aus Kleine (2014, S. 88). .

Abbildung 24. Anschauliche Darstellung der zugrundeliegenden Regeln und Strukturen des Lerngegenstandes am Beispiel der Multiplikation von Brüchen. Entnommen aus Kleine (2014, S. 74)

Abbildung 25. Ungeeignete Visualisierung der Multiplikation von Brüchen im Schulbuch „Mathe.Logo“. Entnommen aus Kleine (2014, S. 75)

Abbildung 26. Eingangstest zur Erfassung des Vorwissens der Lernenden im Schulbuch „Mathematik“. Entnommen aus Bakenhus et al. (2014, S. 218)

Abbildung 27. Typischer Aufbau einzelner Seiten im Schulbuch „Mathematik“. Entnommen aus Bakenhus et al. (2014, S. 65f.)

Abbildung 28. Veranschaulichung der zugrundeliegenden Strukturen und Regeln des Lerngegenstandes und geschlossene Darstellung zusammengehöriger Informationen im Schulbuch „Mathematik“. Entnommen aus Bakenhus et al. (2014, S. 65) .

TABELLENVERZEICHNIS

Tabelle 1: „Checkliste“ zu den Anforderungen an ein ressourcenorientiertes Design von Mathematik-Schulbüchern

Tabelle 2: Auswertung zu der Analyse des Schulbuches „Mathematik heute".

Tabelle 3: Auswertung zu der Analyse des Schulbuches „Mathe.Logo“

Tabelle 4: Auswertung zu der Analyse des Schulbuches „Mathematik"

ZUSAMMENFASSUNG

In der vorliegenden Arbeit wurde eine qualitative Analyse von Schulbüchern für das Fach Mathematik auf zentrale Kriterien einer arbeitsgedächtnisbezogenen und ressourcenorientierten Gestaltung von Unterrichtsmaterialien durchgeführt. Der Fokus richtete sich genauer auf die Nutzung von Schulbüchern beim Lernen und eine daraus resultierende kognitive Belastung für limitierte Arbeitsgedächtnis-Ressourcen, die unter Bezugnahme auf Annahmen im Rahmen der Cognitive Load Theorie nach Sweller (1994) erklärt wurde. Weiter wurde auf Grundlage verschiedener Informationsverarbeitungs-modelle speziell die Funktionsweise des Arbeitsgedächtnisses in diesem Zusammenhang beleuchtet. Konkrete Möglichkeiten die Arbeitsgedächtnis-Ressourcenüber eine adäquate Schulbuchgestaltung zu entlasten wurden aus Befunden der pädagogisch-psychologischen Forschung zum Instruktionsdesign sowie Ansätzen für eine ressourcenorientierte Lernförderung abgeleitet. Diese wurden stichpunktartig in einer „Checkliste“ zusammengetragen, anhand welcher drei Schulbücher, die konventionell für den Mathematikunterricht in der Sekundarstufe verwendet werden, untersucht wurden. Im Mittelpunkt stand dabei die Frage, ob diese wesentliche Anforderungen an ein ressourcenorientiertes Schulbuchdesign erfüllen. Aufgrund der Berücksichtigung oder Vernachlässigung wichtiger Merkmale wurde schließlich eine Beurteilung darüber abgegeben, welche dieser Schulbücher hinsichtlich eingeschränkter kognitiver Voraus-setzungen von Kindern und Jugendlichen für den Gebrauch im schulischen Mathematikunterricht geeignet sind. Dies traf im Ergebnis nur auf eines der drei vorgestellten Schulbücher zu, daüberwiegend Diskrepanzen zwischen den Ansprüchen aus lern- und kognitionspsychologischer Perspektive und der Umsetzung in den verschiedenen Ausgaben festzustellen waren.

Schlüsselwörter:

Informationsverarbeitung, Arbeitsgedächtnis-Ressourcen, kognitive Belastung, Schulbuchforschung, Instruktionsdesign, ressourcenorientierte Lernförderung

1. EINLEITUNG

Die Qualität von Schule und Unterricht, genauer die Effektivität von Lehr- und Lernprozesse sowie nicht zuletzt die Schulleistungen von Kindern und Jugendlichen stehen gegenwärtig regelmäßig auf dem Prüfstand. In diesem Zusammenhang ist die Untersuchung der Bedingungen, die den Erfolg beziehungsweise Misserfolg von Lehren und Lernen erklären oder sogar vorhersagen, Gegenstand der Forschung. Im Speziellen liegt der Schwerpunkt zahlreicher Studien, Konzeptionen oder Modelle darauf, wie Verantwortliche in den Schulen und insbesondere Lehrkräfte mit der Gestaltung des Unterrichtsangebots einen Beitrag zur optimalen Förderung von Schülern[1] leisten können. Das Produkt dieser Überlegungen sind beispielsweise die populären Ideen der Kompetenzorientierung oder (Binnen-)Differenzierung im Kontext von homogenen und heterogenen Lerngruppen. Der wesentliche Gehalt dieser methodisch-didaktischen Auffassungen ist das Arrangement von Lehr- und Lernsequenzen mit schülergerechten Anforderungen, in denen insbesondere auch deren Probleme bei der Bearbeitung von Aufgaben oder dem Erwerb von Fähigkeiten – etwa dem Lesen, Schreiben oder Rechnen als zentrale Tätigkeiten in der Schule – berücksichtigt werden. In der Folge wird der Frage nach dem Umgang mit den Voraussetzungen der Schüler für das Lernen große Bedeutung zugeschrieben.

Eine Antwort darauf liefert aus pädagogisch-psychologischer Perspektive der Ansatz der ressourcenorientierten Lernförderung. Diesem liegt die Vorstellung zugrunde, dass aufgrund der Funktionsweise des Arbeitsgedächtnisses die kognitive Leistungsfähigkeit von Kindern und Jugendlichen limitiert ist. Darüber hinaus gelten diese begrenzten Arbeitsgedächtnis-Ressourcen als Kriterium für die Aufbereitung von Inhalten verbunden mit der Nutzung von Lernmaterialien im Schulunterricht (Sweller, 1994; Sweller & Chandler, 1994; Sweller, van Merriënboer & Paas, 1998; Paas, Renkl & Sweller, 2003; Moreno & Park, 2010; Sweller, 2010).

Grund dafür ist die besonders wichtige Rolle des Arbeitsgedächtnisses bei der mentalen Verarbeitung von Informationen, wie sprachliche beziehungsweise mathematische Elemente von Materialien oder auch einzelne Bestandteile komplexer Aufgabenstellungen. So veranschaulicht Woolfolk (2008) das Arbeits- gedächtnis als „Werkstatt des Gedächtnissystems“ und „Schnittpunkt, an dem Informationen vorübergehend gehalten werden und mit Wissensbeständen […] verknüpft werden“. Vorgänge im Arbeitsgedächtnis unterstützen die Speicherung und Bearbeitung von Informationen. Dabei werden unter Arbeitsgedächtnis-Ressourcen im Allgemeinen kognitive Prozesse und Strukturen verstanden, die belastet werden, um Informationen für die Lösung eines Problems – im schulischen Mathematikunterricht zum Beispiel eine Rechenanweisung – aufrecht zu erhalten (Berti, 2010).

Die Leistungsfähigkeit des Arbeitsgedächtnisses bemisst auf der einen Seite gewissermaßen das kognitive Potenzial von Schülern und kann als positive Bedingung für erfolgreiches Lernen gelten. Auf der anderen Seite führt die Begrenztheit von Arbeitsgedächtnis-Ressourcen jedoch vor allem bei Schülern mit schwächeren kognitiven Voraussetzungen zu Einschränkungen bei der Informationsverarbeitung, die Schwierigkeiten bei der Erfassung von Lerninhalten verursachen. Ressourcenorientierte Lernförderung ist im Sinne der Vermeidung oder Überwindung dieses Problems mit der Zielsetzung verbunden, die Beanspruchung der Arbeitsgedächtnis-Ressourcen zu reduzieren und auf diese Weise Defizite schwacher Lerner bei der Gestaltung von Lernumgebungen beziehungsweise -materialien zu berücksichtigen (Krajewski & Ennemoser, 2010).

Vor diesem Hintergrund ziehen Krajewski und Ennemoser (2010) dagegen mit der Behauptung „in konventionellen Unterrichtsmaterialien ist eine systematische Ressourcenorientierung praktisch nicht erkennbar“ eine ernüchternde Bilanz. Die Schlussfolgerungen aus dieser Kritik sind für den schulischen Unterricht von großer Tragweite, da Medien und Materialien sowohl Anhaltspunkte und Unterstützung beim Lehren als auch Anstoßfür Denk- und Arbeitsschritte von den Lernenden sind. Weiterer Nachdruck wird dieser Einschätzung durch theoretische und empirische Belege für die Auswirkungen der Gestaltung von Lernsituationen einerseits sowie der Auswahl von Materialien andererseits auf Lehr- und Lernergebnisse verliehen; so wird in dem Angebot-Nutzungs-Modell nach Helmke (2012) die „Qualität des Lehr-Lern-Materials“ oder in dem Modell zur Qualität von Schule und Unterricht nach Ditton (2000) die „Adäquatheit der Lerninhalte und -materialien“ hervorgehoben und als Charakteristika guten Unterrichts bestimmt.

In Anlehnung an das im Voraus zitierte Urteil von Krajewsi und Ennemoser (2010)über konventionelle Unterrichtsmaterialien zählen in erster Linie auch Schulbücher zu den Lehr- und Lernmedien, in denen die Prinzipien der ressourcenschonenden und arbeits-gedächtnisorientierten Förderung von Schülern unzureichend beachtet werden. Dennoch besitzen Lehrbücher für den Unterricht im Fach Mathematik einen hohen Stellenwert, da deren Verwendung von dem Nachschlagen verschiedener Lehrsätze oder Formelnüber die Einführung und Erarbeitung von mathematischen Inhalten bis hin zur Anwendung gelernter Informationen in Übungsaufgaben reicht. Als Konsequenz ergibt sich die Notwendigkeit für eine vertiefende Analyse dieses Mediums auf Merkmale der Ressourcenorientierung, um die Diskrepanz zwischen den Ansprüchen an geeignete Fördermaterialien als Grundlage für Lehr- und Lernprozesse und der Gestaltung von Schulbüchern entweder bestätigen oder widerlegen zu können.

Aus diesem Grund richtet sich der thematische Fokus dieser Arbeit auf die Berücksichtigung von Arbeitsgedächtnis-Ressourcen in Schulbüchern für das Fach Mathematik. Dabei steht die Herstellung eines Praxisbezuges im Vordergrund, sodass sich die Ausführungen auf die Einführung der Bruchrechnung als zentrales Teilgebiet des Mathematikunterrichts in der Sekundarstufe an dem Real- oder Gesamtschulzweig konzentrieren. Abschließend zielen die Darstellungen in dieser Arbeit darauf ab, folgende Fragestellung zu erörtern: Sind die auszugsweise vorgestellten Schulbücher aufgrund der Berücksichtigung oder Vernachlässigung zentraler Prinzipien des arbeitsgedächtnis- beziehungsweise ressourcenorientierten Förderansatzes für die Nutzung im schulischen Mathematikunterricht sowie speziell zur Unterstützung lernschwacher Schüler geeignet?

Die inhaltliche Auseinandersetzung mit dieser Frage beginnt im Anschluss an diese Einleitung in der theoretischen Einführung (Kapitel 2). Darin wird ein Überblicküber vielfach rezipierte pädagogisch-psychologische Konzepte zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Arbeitsgedächtnisses gegeben, welcher um signifikante Forschungsergebnisse im Kontext von Lehren und Lernen ergänzt wird.

Zunächst wird die Bedeutung der Arbeitsgedächtnisleistung als kognitive Voraussetzung der Schüler für das Lernen erklärt (Kapitel 2.1). Die Erkenntnisse aus Theorie und Empirie sind in diesem Zusammenhang von dem Modell der guten Informationsverarbeitung nach Pressley, Borkowski und Schneider (1989) und dem Modell der individuellen Voraussetzungen erfolgreichen Lernens nach Hasselhorn und Gold (2013) geprägt (Kapitel 2.1.1). Des Weiteren wird die Rolle des Arbeitsgedächtnisses im kognitiven System mit dem Mehrkomponentenmodell nach Atkinson und Shiffrin (1968) konkretisiert (Kapitel 2.1.2). In Anlehnung an Baddeley und Hitch (1974,1994) und Baddeley (1986, 1996, 2000, 2006, 2007, 2012) werden verschiedene Arbeitsgedächtniskomponenten beschrieben und nach ihren Funktionen differenziert (Kapitel 2.1.3). Weiter wird die Rolle begrenzter Arbeitsgedächtnis-Ressourcen beim Lernen thematisiert (Kapitel 2.2). Dabei werden generelle Einschränkungen der Informationsverarbeitung durch Strukturen und Prozesse im Gedächtnissystem (Kapitel 2.2.1) und Annahmenüber die Belastung von Arbeitsgedächtnis-Ressourcen im Rahmen der Cognitive Load Theorie beleuchtet (Kapitel 2.2.2).

Es folgt darauf ein Exkurs zu dem Einfluss von Arbeitsgedächtnis-Ressourcen auf Lernergebnisse im Fach Mathematik (Kapitel 2.3). Im Speziellen werden Zusammenhänge zwischen Arbeitsgedächtnis-Ressourcen und mathematischen Kompetenzen, dem Auftreten von Rechenstörungen sowie besonderen Herausforderungen bei der Bruchrechnung dargestellt.

Die theoretische Einführung schließt mit Ausführungen zu dem ressourcenorientiertem Lehren und Lernen mit Schulbüchern ab (Kapitel 2.4). In diesem Kontext werden Befunde aus der Schulbuchforschung und Erkenntnisse der pädagogisch-psychologischen Forschung zum Instruktionsdesign gegenübergestellt (Kapitel 2.4.1) und Ansätze zur ressourcenorientierten Gestaltung von Lernmaterialien erläutert (Kapitel 2.4.2), um schließlich Empfehlungen für ein arbeitsgedächtnisorientiertes und ressourcenschonendes Design von Mathematik-Schulbüchern zu formulieren (2.4.3).

Die Arbeit wird an dieser Stelle mit einer Erklärung der methodischen Anlage fortgesetzt (Kapitel 3). Nach dem Verfahren einer qualitativen Analyse werden ausgewählte Schulbücher auf stichpunktartig herausgearbeitete Gestaltungskriterienüberprüft. Die Ergebnisse werden im Anschluss daran zusammengetragen und beispielhaft belegt (Kapitel 4). Zuletzt werden die wichtigsten Aspekte zu der zentralen Fragestellung diskutiert (Kapitel 5) und ein abschließendes Fazit hinsichtlich der Nutzung der vorgestellten Lehrbücher im schulischen Mathematikunterricht gezogen (Kapitel 6).

2. THEORETISCHE EINFÜHRUNG

Im Allgemeinen wird Lernen mit aktivem oftmals auch anstrengendem Denken in Verbindung gebracht und erfolgreiche Resultate auf ein gut funktionierendes Gedächtnis zurückgeführt. Die theoretische Einführung behandelt daher pädagogisch-psychologische Modelle und empirische Einsichten, welche dazu beitragen, diese Vorstellung zu präzisieren und die beim Lernen ablaufenden kognitiven Prozesse nachzuvollziehen. Dabei liegt der Fokus zunächst auf gedächtnisbezogenen Voraussetzungen von Schülern sowie Unterschieden zwischen kompetenten und schwachen Lernern. Daran anknüpfend werden Handlungsmöglichkeiten für Lehrkräfte beleuchtet, die durch Grenzen und Chancen einer arbeitsgedächtnisorientierten Lernförderung bestimmt sind. Im Mittelpunkt stehen zuletzt Kriterien für die Gestaltung von Lernmaterialien, darunter speziell Schulbücher als konventionelles Lehr- und Lernmedium im Unterricht, welche die Grundlage für die anschließende Untersuchung und Beurteilung einzelner Lehrwerke bilden.

2.1 Arbeitsgedächtnis-Ressourcen als Voraussetzungen für das Lernen

Das schulische Lernen wird grundsätzlich durch Veranlagungen und Fertigkeiten von den Kindern und Jugendlichen beeinflusst. In den folgenden Kapiteln wird verdeutlicht, warum unter diesen kognitive Voraussetzungen – wie die verfügbaren Ressourcen des Arbeitsgedächtnisses – hervorzuheben sind.

2.1.1 Lernen als Informationsverarbeitung

Die Vermittlung beziehungsweise der Erwerb und die Anwendung von Wissen kennzeichnen das Lehren und Lernen in der Schule. Während demnach auf Seiten der Lehrkräfte die Darbietung von Informationen in Form von Äußerungen oder unter Zuhilfenahme von Medien und Materialien im Vordergrund steht, lässt sich die Schüleraktivität beim Lernen als Verarbeitung von Informationen beschreiben (Hasselhorn & Gold, 2013). In diesem Zusammenhang sind Informationen ein umfassender Begriff für von den Lernenden innerlich undäußerlich wahrgenommene Reize, wie sprachlich-akustische Eindrücke, visuell-räumliche Muster oder vorhandenes Wissen und situative emotionale Empfindungen. Im schulischen Unterricht wird den Lernenden eine Vielzahläußer- licher Reize in Form von Instruktionen der Lehrenden dargeboten. Die Grundvorstellung von der Informationsverarbeitung ist dabei, dass diese Reizeüber die Sinnesorgane registriert und im Gehirn repräsentiert sowie durch bestimmte Prozesse bearbeitet werden, welche schließlich wiederum das Denken und Handeln steuern.

Das schulische Lernen – konkret das Verstehen, Verknüpfen und Nutzen von Inhalten – weist in der Folge eine direkte Verbindung zu Gedächtnisprozessen auf. Aus fachwissenschaftlicher Sicht werden drei grundlegende Schritte unterschieden: Erstens die Enkodierung als Aufnahme und Umwandlung der gegebenen Informationen für die Weiterverarbeitung im kognitiven System, zweitens die kurz- oder langfristige Speicherung dieser Informationen und drittens der Abruf als Suchen und Erinnern langfristig gespeicherter Informationen oder Vernetzung mit neuen Informationen (Mietzel, 2007). Vor diesem Hintergrund ist es offensichtlich und eine allgemein gültige Feststellung, dass Lehr- und vor allem Lernbemühungen ohne diese mentalen Vorgänge nicht vorstellbar sind, sondern vielmehr deren Erfolg oder Misserfolg durch die Gedächtnisleistung unmittelbar beeinflusst wird.

Zusammenfassend kann das Gedächtnis als ein Informations-verarbeitungssystem betrachtet werden und entspricht etwa dem Bild von einem Computer (Woolfolk, 2008). In diesem sind die zuvor beschriebenen Aufgaben wiederum unter einzelnen zusammenwirkenden Komponenten verteilt. Dazu zählen nach Atkinson und Shiffrin (1968) sensorische Register, das Kurz- beziehungsweise Arbeitsgedächtnis sowie das Langzeitgedächtnis (eine ausführliche Darstellung dieses Modells folgt in Kapitel 2.1.2).

In Bezug darauf werden zunächst sensorische Register und im Weiteren insbesondere das Arbeitsgedächtnis bei der Erfassung, Transformation und Organisation von Informationen beansprucht. Unter Berücksichtigung von Lehr- und Lernprozessen besteht die Funktion dieser beiden Teile des Gedächtnis-systems darin, die für den Umgang mit Unterrichtsinhalten und -materialien benötigten Informationen bereitzuhalten. In diesem Punkt wird dem Arbeitsgedächtnis eine herausragende Rolle zugeschrieben, da es alle temporären Informationen beispielsweise in Form von Lauten und Bildern enthält. Allerdings wird die Aufrechterhaltung dieser dadurch erschwert, dass aufgenommene Informationen instabil sind und sehr schnell verloren gehen. Eine Alltagssituation, in welcher das der Fall sein kann, ist zum Beispiel das Vergessen einer Telefonnummer zwischen dem Heraussuchen aus dem Telefonbuch und der Eingabe ins Telefon durch eine auftretende Ablenkung. Diesem Problem kann zum einen mit der Steuerung der Aufmerksamkeit auf die sensorischen Register und der damit erzielten kontinuierlichen Aktivierung der Informationen entgegengewirkt werden. Zum anderen wirken das ständige mentale Wiederholen von Informationen sowie die Verknüpfung derer mit bereits im Langzeitgedächtnis gespeichertem Wissen unterstützend auf das Behalten im Arbeitsgedächtnis (Woolfolk, 2008). Im Kontext dieser Prozesse ist die Bezeichnung der Gedächtniskomponente als Arbeitsgedächtnis zu verstehen.

Daran anknüpfend hängt nach Hasselhorn und Gold (2013) die Qualität der Informationsverarbeitung beim Lernen in erster Linie von der Aufmerksamkeitsregelung und der Funktionstüchtigkeit des Arbeitsgedächtnisses ab. Für eine genauere differenzierte Betrachtung individueller Merkmale von Schülern als Voraussetzungen für das Lernen bildet das Modell der guten Informationsverarbeitung nach Pressley et al. (1989) die theoretische und empirische Grundlage. Demnach ist positives Lernverhalten durch die Fähigkeit der Lernenden zur guten Informationsverarbeitung bedingt. Die Vorstellung davon wird mit einer Auflistung der wichtigsten Eigenschaften sogenannter „guter Informationsverarbeiter“ (good information processors) konkretisiert. Diese kompetenten Lerner zeichnen insbesondere vorteilhafte kognitive Ressourcen aus, zu denen neben gut funktionierenden sensorischen Systemen und einem leichtem Zugang zu Wissensstrukturen im Langzeitgedächtnis wiederum eine relativ große Kurzzeitgedächtniskapazität[2] zählt. Lernbezogene Fähigkeiten von Schülern dieüber eine gute Informationsverarbeitung verfügen sind im Rahmen des Modells beispielsweise, dass diese sich auf aufgabenrelevante Informationen konzentrieren oder neue Inhalte mit vorhandenem Vorwissen verknüpfen. Im Hinblick darauf wird die Bedeutung der Arbeitsgedächtnisleistung für das Lernen klar, die darin besteht, Reize zu kontrollieren und neue Informationen zu strukturieren.

Insgesamt werden in dem Modell der guten Informationsverarbeitung eine Vielzahl an Kriterien zur Beschreibung der Ursachen und Ausprägungen des individuellen Lernverhaltens von Schülern zusammengetragen. Die erwünschten oder unerwünschten Reaktionen von den Lernenden auf Informationen, die sie im Unterricht etwa durch dargebotene Materialien und Instruktionen erhalten, werden dabeiüberwiegend von den Verarbeitungsprozessen im Arbeitsgedächtnis beeinflusst.

Hasselhorn und Gold (2013) entschlüsseln das Modell der guten Informationsverarbeitung mit dem Modell der individuellen Voraussetzungen erfolgreichen Lernens (INVO-Modell) weiter (Abb. 1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1. Modell der individuellen Voraussetzungen erfolgreichen Lernens nach Hasselhorn und Gold (2013, S. 70)

Demnach lassen sich die lernrelevanten Merkmale von Schülern, die sich nach Pressley et al. (1989) ergeben, vier wesentlichen Bereichen zuordnen: Zuerst sind die Funktionen der Aufmerksamkeitsteuerung und des Arbeitsgedächtnisses bei der Aufnahme und Verarbeitung von Informationen hervorzuheben, weiter der Umfang und die Qualität des verfügbaren Vorwissens aus dem Langzeitgedächtnis, dazu die Nutzung und metakognitive Regulation von Lernstrategien und zuletzt die Motivation sowie das Selbstkonzept. Darüber hinaus ergänzen Hasselhorn und Gold (2013) die ursprüngliche Vorlage nach dem aktuellen Stand der pädagogisch-psychologischen Forschung zu intraindividuellen Schwankungen seitens der Lernenden um den Faktor der Willensbildung (Volition) und lernbegleitende Emotionen. Die Abhängigkeit erfolgreicher Lernbemühungen von diesen individuellen Voraussetzungen der Schüler wird mit der Darstellung ineinandergreifender Zahnräder veranschaulicht. Diese weist zum einen auf ein Zusammenwirken der beschriebenen Einzelbereiche hin. Zum anderen zeigt es aber auch imübertragenen Sinn, dass die individuellen Eigenschaften das Lernen der Schülerinnen und Schüler „anstoßen“ beziehungsweise „ausbremsen“ können oder der Umgang mit Unterrichtssituationen in der Schule sowohl „reibungslos“ als auch „schwerfällig“ verlaufen kann. Aus der Abbildung kann auch entnommen werden, dass der Lernprozess zu großen Anteilen durch das Leistungsvermögen des Gedächtnisses vorangetrieben wird. Dabei spielt vor allem das Arbeitsgedächtnis als dessen Komponente auf Seiten der kognitiven Lernvoraussetzungen eine bedeutsame Rolle.

Das Verständnis von Lernen als Informationsverarbeitung geht mit einer gedächtnisbasierten Erklärung von Lern- und Leistungsaspekten in der Schule einher. Als Begründung für allgemein vorzufindende Differenzen zwischen Schülern gelten in Bezug darauf unterschiedliche kognitive Veranlagungen. Unter diesen sind wiederum die verfügbaren Ressourcen des Arbeitsgedächtnisses hervorzuheben, da diese Gedächtniskomponente zentrale Aufgaben im Informationsverarbeitungsprozessübernimmt.

2.1.2 Das Gedächtnismodell nach Atkinson und Shiffrin

Die kognitive Verarbeitung von Informationen liegt wie im Voraus erläutert dem Denken und Handeln von Schülern in Lernsituationen zugrunde. In diesem Zusammenhang zeigen verschiedene Modelle, welche Prozesse und Strukturen im menschlichen Gedächtnissystem die Informationsverarbeitung beeinflussen. Eine fundamentale Veranschaulichung der Abgrenzungen sowie Verbindungen zwischen einzelnen Teilen des Gedächtnisses beinhaltet das Mehrkomponentenmodell nach Atkinson und Shiffrin (1968).

Ausgehend von diesem Modell wird eine dreiteilige Struktur des kognitiven Systems beschrieben. Zu diesen drei Gedächtniskomponenten zählen sensorische Register sowie ein Kurzzeit- beziehungsweise Langzeitgedächtnis (Abb.2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2. Mehrkomponentenmodell des Gedächtnisses nach Atkinson und Shiffrin (1968)

In Bezug auf die mentale Informationsverarbeitung fördern diese Elemente des Gedächtnisses Behaltens-, Speicherungs- oder Bearbeitungsprozesse auf unterschiedliche Weise. Zunächst werden Informationen sowie Reize in modalitätsspezifische (z. B. visuelle, akustische oder haptische) sensorische Register aufgenommen. Darin werden diese nur sehr kurz gehalten undüber eine Art von Filterungsprozessen verbunden mit der Aufmerksamkeitsteuerung[3] in das Kurzzeitgedächtnisübertragen. Dessen Funktion besteht darin, die weitergeleiteten Informationen kurzfristig zu speichern. Weiter kontrolliert diese Komponente die Verwendung neuer Informationen und den Abruf von bereits vorhandenem Wissen aus dem Langzeitgedächtnis. Zuletzt ist dieses Gedächtnissystem an der Elaboration der Informationen, das heißt der Eingabe und Vernetzung in bestehende Wissensstrukturen des Langzeitgedächtnisses, beteiligt (Büttner, Gold & Hasselhorn, 2010). Unter Berücksichtigung dieser weitreichenden Funktionen wird an Stelle des Begriffs Kurzzeitgedächtnis oftmals auch die Bezeichnung als Arbeitsgedächtnis verwendet (Hasselhorn & Gold, 2013). Die Kapazität des Langzeitgedächtnisses gilt im Gegensatz zu den anderen beiden Gedächtniskomponenten als unbegrenzt, sodass darin die verarbeiteten Informationen dauerhaft gespeichert werden (Woolfolk, 2008).

Auch mit Blick auf das Mehrkomponentenmodell nach Atkinson und Shiffrin (1968) wird die zentrale Rolle des Arbeitsgedächtnisses bei der Informations-verarbeitung bestätigt. Zudem ist eine Komplexität der Aufgaben in diesem Prozess festzustellen. Aus diesem Grund werden im nachfolgenden Kapitel speziell die kognitiven Ressourcen des Arbeitsgedächtnisses, die diesen Anforde- rungen gerecht werden sollen, erklärt. Vor diesem Hintergrund gibt das Arbeitsgedächtnis-Modell nach Baddeley und Hitch (1974, 1994) beziehungsweise Baddeley (1986, 1996, 2000, 2006, 2007, 2012) wichtige Hinweise auf strukturelle und funktionale Merkmale dieses Gedächtnissystems.

2.1.3 Das Arbeitsgedächtnis-Modell nach Baddeley

Aufgrund der Bedeutung des Arbeitsgedächtnisses für alle kognitiven Prozesse liegen viele Ansätze zur Bestimmung des Aufbaus und der Funktionsweise dieser Gedächtniskomponente vor. Zentrale Forschungsfragen, welche Überschneidungen und Differenzen zwischen den Konzepten markieren, sind nach Miyake und Shah (1999) unter anderem, wie die Informationen im Arbeitsgedächtnis verschlüsselt und gespeichert werden, auf welche Weise das Arbeitsgedächtnis reguliert wird, ob das Arbeitsgedächtnis ein einheitliches Konstrukt ist oder aus mehreren Teilsystemen besteht, welche Mechanismen die Kapazitäten des Arbeitsgedächtnisses begrenzen, und welche Rolle das Arbeitsgedächtnis bei komplexen kognitiven Aktivitäten spielt.

Zu diesen Punkten werden in dem ursprünglichen (Baddeley, 1986, 1996; Baddeley & Hitch, 1974,1994) und weiterentwickelten (Baddeley, 2000, 2006, 2007, 2012) Arbeitsgedächtnis-Modell nach Baddeley relevante theoretische und empirisch belegte Aussagen getroffen. Baddeley (2000) definiert das Arbeitsgedächtnis als temporäres Speichersystem in Abhängigkeit von der Aufmerksamkeitskontrolle, welches die Kapazitäten für komplexe Denkprozesse unterstützt. Folglich enthält das Arbeitsgedächtnis alles, woran Personen in einem bestimmten Moment kurzfristig denken. Im Hinblick auf das Lernen prägen diese mentalen Vorgänge sowohl das Sprachverständnis von Schülern als auch deren Fähigkeit schwierigere Probleme zu lösen. Um die Vorstellung zu dem vorübergehenden Aufrechterhalten von Informationen im Arbeitsgedächtnis zu verdeutlichen, ist das Kopfrechnen im schulischen Mathematikunterricht als Beispiel geeignet: Bei der Multiplikation der Zahlen 36 und 6 werden verschiedene Schritte – etwa zunächst 6 x 6, darauf 6 x 30 und schließlich die Addition der Zwischenergebnisse 36 und 180 – gedanklich ausgeführt, während die Information im kognitiven System erhalten bleibt (Mietzel, 2007).

Die Antwort auf die Fragen nach den Regulationsprozessen sowie der Verschlüsselung und Speicherung von Informationen im Arbeitsgedächtnis ist nach Baddeley (1986, 1996, 2000, 2006, 2007, 2012) beziehungsweise Baddeley und Hitch (1974, 1994) in einem System mit mehreren Komponenten begründet. Das Arbeitsgedächtnis ist demnach als ein Gefüge zu verstehen, in dem die Funktionen einzelner Teilsysteme zu differenzieren sind. Dies stellt einen zentralen Unterschied und eine neue tiefgründige Erkenntnis gegenüber der Annahme von einem einheitlichen Kurzspeichersystem in dem Gedächtnismodell nach Atkinson und Shiffrin (1968) dar.

In dem ursprünglichen Modell nach Baddeley (1986, 1996) sowie Baddeley und Hitch (1974, 1994) wurden drei Komponenten des Arbeitsgedächtnisses identifiziert. Diese wurden als zentrale Exekutive (central executive), phonologische Schleife (phonological loop) und visuell-räumlicher Notizblock (visuo spatial sketchpad) benannt. In neueren Entwürfen dieses Arbeitsgedächtnis-Modells (Abb. 3) wurde eine vierte Komponente, der episodische Puffer (episodic buffer), hinzugefügt (Baddeley, 2000).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3. Arbeitsgedächtnis-Modell nach Baddeley (2000). Entnommen aus Hasselhorn und Gold (2013, S. 75)

Der zentralen Exekutive werden mit der Überwachung und Steuerung des Einsatzes kognitiver Ressourcen bei der Informationsverarbeitung die wichtigsten Aufgaben zugeteilt, sodass sie als „Leitstelle“ undübergeordnetes Hauptsystem gilt (Baddeley, 1986). Davon ausgehend werden die phonologische Schleife und der visuell-räumliche Notizblock als Hilfssysteme eingeordnet. Diese beiden Arbeitsgedächtniskomponenten sind inhalts- oder modalitätsspezifische Speichersysteme zur Verarbeitung von verbalen und akustischen beziehungs-weise visuell-räumlichen Informationen. Die Koexistenz von zwei Teilsystemen mit eigenen Leistungskapazitäten wurde in Studien zur Untersuchung von Interferenzeffekten bei der Anwendung von Doppelaufgaben bewiesen. Interferenz wird als Folge der parallelen Durchführung von zwei Aufgaben beschrieben und geht mit der Behauptung einher, dass auf diese Weise schlechtere Ergebnisse erzielt werden als wenn jede Aufgabe einzeln ausgeführt wird. Doppelaufgaben umfassen zwei Herausforderungen für die getesteten Personen. Dementsprechend wird neben der Belastung der kognitiven Ressourcen durch phonologische Informationen auch eine Beanspruchung mit visuell-räumlichen Informationen herbeigeführt. Zum Beispiel wird die primäre Aufgabe eine Wort- oder Buchstabenreihe zu wiederholen um eine mathematische Problemlöseaufgabe ergänzt (Hecht, 2014). Da die Versuchspersonen bei der simultanen Ausführung solcher Aufgaben nur geringfügig schlechtere Leistungen als im Vergleich zur getrennten Bearbeitung zeigten, wird im Ergebnis von einer aktiven Aufrechterhaltung inhaltsspezifischer Informationen in unterschiedlichen Subsystemen ausgegangen. Des Weiteren wurde bei der simultanen Ausführung von zwei sprachlichen oder zwei räumlich-visuellen Aufgaben eine große Interferenz festgestellt (Baddeley, 1996). Im Allgemeinen weist das Phänomen der Interferenz auf begrenzte Arbeitsgedächtnis-Ressourcen hin. Zuletzt ist der episodische Puffer eine Art Bindeglied zwischen diesen Teilsystemen, in dem er zeitweise Informationen aus allen Komponenten sowie dem Langzeitgedächtnis miteinander verknüpft (Baddeley, 2012).

Auf Grundlage dieses funktionalen Modells ist nachzuvollziehen, wie die kognitiven Ressourcen des Arbeitsgedächtnisses in vielfältigen Regulations-prozessen und bei der inhaltsspezifischen Verarbeitung von Informationen beansprucht werden. Im Folgenden werden die Rollen der verschiedenen Komponenten in diesem Kontext differenziert beleuchtet. Die Ausführungen konzentrieren sich jedoch auf die Zentrale Exekutive sowie die phonologische Schleife und den visuell-räumlichen Notizblock, da diese gegenüber dem episodischen Puffer in Bezug auf Verarbeitungsprozesse beim Lernen genauer erforscht sind.

Zentrale Exekutive. Bei der Informationsverarbeitung wird die Nutzung der Arbeitsgedächtnis-Ressourcen von der Zentralen Exekutive gesteuert. Dabeiübt diese Kontrolleüber das phonologische beziehungsweise visuell-räumliche Hilfssystem sowie den episodischen Puffer aus. Somitübernimmt die Zentrale Exekutive die Koordination, Überwachung und Anpassung aller wesentlichen Arbeitsgedächtnisprozesse, wobei sie als modalitätsübergreifendes System ohne eigene Speicherkapazität angesehen wird (Baddeley, 2012). Zudem ist dieseübergeordnete Komponente des Arbeitsgedächtnisses einerseits für die Überführung von Informationen in das Langzeitgedächtnis wie auch andererseits den Abruf von darin bereits gespeichertem Wissen und die Verknüpfung mit neuen Inhalten zuständig.

Die unterschiedlichen und umfangreichen kognitiven Prozesse in diesem Zusammenhang werden in der neurowissenschaftlichen und kognitions-psychologischen Forschung als exekutive Funktionen bezeichnet. Im weiteren Sinne werden darunter nach Drechsler (2007) „Regulations- und Kontrollmechanismen […], die ein zielorientiertes und situationsangepasstes Handeln ermöglichen“ und „ins Spiel (kommen), wenn die Situation ein Abweichen von eingeschliffenen Handlungsroutinen erfordert“ verstanden. In Bezug auf das Lernen stehen exekutive Funktionen folglich für (meta-)kognitive Fähigkeiten oder Aktivitäten, die Voraussetzung für das Setzen von Handlungszielen sowie der Überwachung der Zielerreichung beim Lernen sind (Hasselhorn & Gold, 2013).

Im Rahmen des vorgestellten Arbeitsgedächtnis-Modells gehören nach Baddeley (1996, 2000, 2007) die Fähigkeit zur Aufmerksamkeitsausrichtung, Verlagerung des Aufmerksamkeitsfokus und Regulation der Aufmerksamkeits-verteilung, beispielsweise bei gleichzeitiger Ausübung von zwei Aufgaben, sowie die Verknüpfung von Inhalten aus dem Arbeitsgedächtnis mit dem Langzeitgedächtnis zu den Funktionen der Zentralen Exekutive.

Eine anerkannte Bestimmung exekutiver Funktionen, bei deren Regulation die Zentrale Exekutive als Arbeitsgedächtniskomponente eine wichtige Rolle spielt, geben Miyake et al. (2000) ab. Demnach gelten konkret kognitive Prozesse zur Hemmung (Inhibition), zum Wechsel des Aufmerksamkeitsfokus (Shifting) und zur Aktualisierung von Arbeitsgedächtnisinhalten (Updating) als grundlegende exekutive Funktionen. Für das Lernen sind diese exekutiven Funktionen von Bedeutung, um sich aufdrängende aber aufgabenirrelevante und unangebrachte Reaktionen bewusst zu unterdrücken, flexibel zwischen relevanten und irrelevanten Aufgaben zu wechseln und gezielt Informationen zu fokussieren, auszublenden oder im Arbeitsgedächtnis aktiv zu halten.

Exekutive Funktionen sind einer alternativen Schematisierung von Drechsler (2007) zufolge vier Regulationsebenen (kognitive Regulation, Aktivitäts- regulation, emotionale und soziale Regulation), zwei Komplexitätsebenen (basal oder komplex) sowie drei basalen Prozessen (Initiieren, Wechseln und Hemmen) zuzuordnen. In Bezug darauf nennt Drechsler (2007) drei basale kognitive Regulationsprozesse, auf denen gute Informationsverarbeitung und schließlich erfolgreiche Lernprozesse basieren. Zu diesen zählen erstens Initiieren, das heißt die Fähigkeit, Handlungen aus eigenem Antrieb heraus zu starten; zweitens Wechseln, worunter die gezielte (shifting) oder sprunghafte (switching) Zuwendung zu beziehungsweise Abwendung von inneren undäußeren Reizen oder Aufgabeninhalten verstanden wird; sowie drittens Hemmen, um dominante jedoch irrelevante Handlungsimpulse zu unterdrücken. Hinzu kommt wiederum – auch als weitere Überschneidung mit der Auffassung von Miyake et al. (2000) – das Aufrechterhalten und Erneuern von Informationen im Arbeitsspeicher. Als komplexe kognitive Regulationsprozesse erklärt Drechsler (2007) die Überwachung eigener kognitiver Leistungen hinsichtlich Zielen und Ergebnissen (Monitoring), das Problemlösen und Planen, die Ablauforganisation, die Aufmerksamkeitsverteilung und Konfliktverarbeitung bei sich gleichzeitig ergebenden Herausforderungen sowie die Kontrolle von Enkodier- oder Abrufstrategien. Drechsler (2007) macht darüber hinaus klar, welche Nachteile für das Lernen mit Störungen dieser regulativen Prozesse einhergehen. Eine Beeinträchtigung der basalen kognitiven Regulationsprozesse kann zu einer oberflächlichen Informationsaufnahme, dem sprichwörtlichen „Faden verlieren“, kurzfristigen Schwierigkeiten beim Merken von Inhalten, dem Fehlen spontaner Handlungen, einer Verlangsamung des Lernens, dem Haftenbleiben an Inhalten, einem mangelndem Umstellvermögen oder Impulsivität und Ablenkbarkeit führen.

Daran anknüpfend wird in der pädagogisch-psychologischen Forschung von Zusammenhängen zwischen exekutiven Funktionen und Schulerfolgen sowie dem Auftreten von Lern- oder Verhaltensstörungen ausgegangen. Speziell der Zentralen Exekutive wird eine große Bedeutung für die Mathematikleistungen von Schülern zugeschrieben (Grube & Barth, 2004).

Phonologische Schleife. Eines der Hilfssysteme des Arbeits-gedächtnisses, welches der Steuerung durch die Zentrale Exekutive unterliegt, ist die phonologische Schleife (phonological loop). In dieser Komponente werden sprachliche und akustische Informationen gespeichert und verarbeitet. Als strukturelle und prozedurale Ressourcen sind daran ein phonetischer Speicher (phonological store) und ein artikulatorischer Kontrollprozess beteiligt (Baddeley, 1986, 2000, 2007, 2012). Der phonetische Speicher dient der Aufrechterhaltung der modalitätsspezifischen Informationen, wobei dies nurüber eine sehr kurze Zeit von höchstens zwei Sekunden möglich ist. Um den Zerfall der Informationen zu verhindern, wird der artikulatorische oder auch subvokale Kontrollprozess notwendig. Durch inneres Sprechen oder Wiederholen (rehearsal) kann der Inhalt des phonetischen Speichers aufgefrischt undüber einen längeren Zeitraum darin behalten werden. So werden Arbeitsgedächtnis-Ressourcen für das Wiederholen dieser Einheiten, das unmittelbare Abrufen der Informationen oder Aussprachevorgänge verbraucht (Woolfolk, 2008). Zudem können aber auch visuell oder bildlich dargebotene Inhalte, wie Buchstaben beim Lesen, in sprachliche Informationenübersetzt und in der phonologischen Schleife verarbeitet werden (Hasselhorn & Gold, 2013).

Die phonologische Informationsverarbeitung im Arbeitsgedächtnis nimmt nach Schuchardt, Kunze, Grube und Hasselhorn (2006) sowohl Einfluss auf Schriftspracheleistungen als auch auf Rechenleistungen von Kindern. Beim Rechnen können ebenfalls Informationen vorliegen, die sprachlich verarbeitet werden müssen, wenn eine Aufgabe zum Beispiel durch einen Text formuliert wird oder darin eingebettet ist.

Visuell-räumlicher Notizblock. In Abgrenzung zum Behalten sprachlicher und akustischer Informationen werden räumliche Bewegungen und visuelle Muster mit Hilfe des visuell-räumlichen Notizblockes (visuo spatial sketchpad) im Arbeitsgedächtnis verarbeitet (Baddeley, 1986, 2000). Nach Baddeley (2007, 2012) ist auf Grundlage von Studien zur Untersuchung von Interferenz-phänomenen festzustellen, dass visuelle und räumliche Informationen innerhalb dieser Komponente getrennt voneinander gespeichert und bearbeitet werden. Visuelle Informationen umfassen die Eigenschaften eines Objektes, während räumliche Informationen dessen Platzierung in der Umwelt einschließen. Der Unterschied kann sich auch anhand des Beispiels vorgestellt werden, wenn eine Person bei einem Stromausfall in der Mitte eines dunklen Raumes steht und sich einerseits an die Farben der Wände oder andererseits den Weg zur Tür erinnert.

Die Verarbeitung visueller und räumlicher Informationen ist nach Jacobs und Petermann (2007) besonders für ein mentales Vorstellungsvermögen von Anzahlen, Mengen, Längen und Größen bedeutsam. Auch nach Berg (2008) wirkt sich die visuell-räumliche Arbeitsgedächtniskomponente entscheidend auf die Entwicklung von Rechenfertigkeiten aus.

2.2 Die Rolle begrenzter Arbeitsgedächtnis-Ressourcen beim Lernen

Die Grundidee von dem Arbeitsgedächtnis als Lernvoraussetzung schließt sowohl die Verfügbarkeit als auch die Beanspruchung und Nutzung von kognitiven Ressourcen mit ein. Daraus ergibt sich ebenso die Frage nach den Auswirkungen der Eigenschaften des Arbeitsgedächtnisses auf Lernprozesse. So folgt an dieser Stelle eine kritische Betrachtung möglicher Schwierigkeiten für das Lernen. Darüber hinaus werden Optionen aufgezeigt, mit diesen begrenzten Ressourcen durch eine angemessene Gestaltung von Lernsituationen und -materialien umzugehen.

2.2.1 Einschränkungen der Informationsverarbeitung

In zahlreichen kognitionspsychologischen Theorien und Studien wird aufgezeigt, dass Einschränkungen bei der gedächtnisbasierten Informations-verarbeitung vorliegen. Als Grund dafür gelten selektive Vorgänge bei der Aufnahme von Informationen sowie begrenzte kognitive Ressourcen für die weitere Bearbeitung. In diesem Zusammenhang verwenden Hasselhorn und Gold (2013) das Bild von einem Flaschenhals für die Veranschaulichung prozeduraler und struktureller Engpässe (Abb.4), die im Hinblick auf Aspekte der Aufmerksamkeit sowie der Funktionstüchtigkeit des Arbeitsgedächtnisses entstehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4. Aufmerksamkeit und Arbeitsgedächtnis als Flaschenhals der Informationsverarbeitung nach Hecht (2014, S. 59)

Ausgangspunkt für die Informationsverarbeitung sowie das Lernen ist die Lenkung der Aufmerksamkeit auf in die sensorischen Register aufgenommene Reize. Von einer darin enthaltenen Vielzahl an Informationen wird jedoch nur eine Auswahl wahrgenommen und in das Arbeitsgedächtnis weitergeleitet. Dabei kann sich der Aufmerksamkeitsfokusähnlich wie ein Scheinwerfer, welcher nur bestimmte Punkte beleuchtet, vorgestellt werden (Krummenacher, 2017). Es werden folglich nicht alle Informationen im Gedächtnissystem bearbeitet oder gespeichert, sondern bewusst oder unbewusst berücksichtigt beziehungsweise ignoriert. Vielmehr noch stellt diese Filterfunktion der Aufmerksamkeit eine erste Einschränkung des Informationsverarbeitungsprozesses dar, indem Informationen nur seriell, das heißt der Reihe nach, und nicht parallel erfasst werden können (Hasselhorn & Gold, 2013).

Auch Informationen, die das Arbeitsgedächtnis erreichen, können dort nur bedingt aufrechterhalten werden. Die verfügbaren Arbeitsgedächtnis-Ressourcen beschränken die Informationsverarbeitung insofern, dass nur eine begrenzte Menge von Informationen auch nurüber eine sehr kurze Zeit darin aktiviert bleibt. In Bezug auf die Verarbeitungsmenge gilt die sogenannte Gedächtnisspanne als Maßfür die Arbeitsgedächtniskapazität sowie Prädikator für dessen Leistungsfähigkeit. Die Gedächtnisspanne ist nach Hasselhorn und Gold (2013) definiert als die maximale Anzahl von Inhalten – etwa Ziffern und oder Wörter – die nach einmaliger Darbietung in einer bestimmten Reihenfolge richtig wiedergegeben werden kann. Untersucht wird diese beispielsweise mit einer Aufgabe, in der Versuchspersonen eine im Sekundenrhythmus erweiterte Ziffern- oder Wortfolge der dargebotenen Reihenfolge entsprechend „vorwärts“ oder „rückwärts“ reproduzieren müssen. Ähnliche Tests enthalten die Anweisung, unzusammenhängende Sätze zu lesen sowie auf den Wahrheitsgehalt zuüberprüfen oder Rechenaufgaben auf ihre Richtigkeit zu kontrollieren und im Anschluss daran die letzten Wörter der Sätze beziehungsweise die Lösungen der Aufgaben in der korrekten Reihenfolge vorzutragen (Hasselhorn & Gold, 2013).

Nach Miller (1956) liegt die Grenze an Informationselementen die im Arbeitsgedächtnis behalten werden bei sieben plus oder minus zwei. Weiteren theoretischen Ansichten zufolge ist sogar von einer noch geringeren Zahl an Einheiten auszugehen: Sweller (2004) beziffert diese auf zwei bis vier, während Ayres und Paas (2009) eine Einschätzung von drei bis fünf Elementen abgeben. Allerdings kann die begrenzte Aufnahmekapazität des Arbeitsgedächtnisses teil- weise dadurch erweitert werden, dass einzelne Elemente zu einheitlichen Gruppen höherer Ordnung zusammengefasst werden (der aus dem Englischen stammende Fachbegriff dafür lautet „chunking“). Wie Informationen durch das Bilden von Gruppierungen leichter zu merken sind, zeigt nach Woolfolk (2008) das Zusammenfassen von unsortierten Zahlen 3,2,6,4,9,7 in drei Zweiergruppen (32-64-97) oder weiter zu zwei Dreiergruppen (326-497).

[...]


[1] Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird die männliche Schreibweise verwendet. Sämtliche Personenbezeichnungen gelten grundsätzlich für beide Geschlechter.

[2] Der Begriff Kurzzeitgedächtnis wird vorwiegend inälteren Theorien zur Erklärung der Informationsverarbeitung verwendet und bezeichnet alle sowie ausschließlich Formen des kurzfristigen Speicherns von Informationen im Gedächtnissystem. Daher ist das Kurzzeitgedächtnis nicht das Gleiche wie das Arbeitsgedächtnis, da in diesem Informationen sowohl behalten als auch bearbeitet werden. Dennoch werden diese Bezeichnungen aufgrund der teilweise funktionalen Überschneidungenähnlich gedeutet (Woolfolk, 2008).

[3] Aufgrund der filternden Funktion der Aufmerksamkeit wird in weiteren kognitions-psychologischen Konzepten auch der Begriff „selektive Aufmerksamkeit“ verwendet.

Ende der Leseprobe aus 95 Seiten

Details

Titel
Die Berücksichtigung von Arbeitsgedächtnis-Ressourcen in Schulbüchern für das Fach Mathematik
Hochschule
Justus-Liebig-Universität Gießen
Note
1,0
Autor
Jahr
2017
Seiten
95
Katalognummer
V429466
ISBN (eBook)
9783668731325
ISBN (Buch)
9783668731332
Dateigröße
3990 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Arbeitsgedächtnis, Schulbücher, Instruktionsdesign, Schulbuchforschung
Arbeit zitieren
Jannik Stiehl (Autor), 2017, Die Berücksichtigung von Arbeitsgedächtnis-Ressourcen in Schulbüchern für das Fach Mathematik, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/429466

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