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Kognition und Lernen: Wie kommt das Wissen in unseren Kopf?

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Studienseminar Koblenz
Lernprozess III:
Neurobiologische Lernvoraussetzungen beachten
Kognition und Lernen:
Wie kommt das Wissen in unseren
Kopf?
02.09.2013
Modell des Lehr-Lern-Prozesses
Grundeinstellungen
zum Lehren und Lernen
Lehren
Kompetenzen
Grundprinzipien des
Lehrens und Lernens
Lernen
Lernumgebung
Im Lernkontext ankommen
Aufgabenstellungen
Vorstellungen entwickeln
Moderation
Lernprodukt erstellen
Lernprodukt verhandeln
Materialien/Methoden
Diagnose/Rückmeldung
Lernzugewinn erproben
Vernetzen und transferieren
materiale
Steuerung
Kompetenzen
personale
Steuerung
© Studienseminar Koblenz
Grundsätzliches
• Realität =/= Wirklichkeit
• Wissen wird individuell
konstruiert.
• Lernen ist ein eigenaktiver und
sich selbst organisierender
Prozess.
Lernen im Unterricht:
Neurobiologische Voraussetzungen
• 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 Lehrer/die Lehrerin kann den Prozess
des Lernens nur indirekt beeinflussen.
• Er/sie kann eine freundliche und konzentrierte Lern- und Arbeitsatmosphäre
herstellen.
• Dazu gilt es die perzeptiven, die kognitiven
und die emotionalen Rahmenbedingungen
des Lernens zu beeinflussen.
Gliederung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Die Frage nach Sinn und Nutzen
Wie das Wissen in den Speicher
gelangt
Der Weg heraus muss gebahnt werden
Sprache und Kognition
Schritt für Schritt im Lernprozess
Konsequenzen für den Unterricht
Gliederung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Die Frage nach Sinn und Nutzen
Wie das Wissen in den Speicher
gelangt
Der Weg heraus muss gebahnt werden
Sprache und Kognition
Schritt für Schritt im Lernprozess
Konsequenzen für den Unterricht
Der „Flaschenhals“
Das Limbische System (emotionale Gehirn)
ist der Flaschenhals für das Lernen
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?
Gliederung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Die Frage nach Sinn und Nutzen
Wie das Wissen in den Speicher
gelangt
Der Weg heraus muss gebahnt werden
Sprache und Kognition
Schritt für Schritt im Lernprozess
Konsequenzen für den Unterricht
Lernen erfolgt langsam!
• Das Gehirn hat mehrere Filter
hintereinander geschaltet, um nicht
„zugemüllt“ zu werden:
– Arbeitsgedächtnis 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!
G-Filter
Reichweite
UKZ
3 sec
KZG
3 – 4 Min.
MFG
20 Min.
Lernschritt
wahrnehmen:
aufmerksam werden
erkennen
(„Flaschenhals“):
Vorwissen assoziieren
verstehen: Neues von
Vorhandenem abgrenzen,
bewusst machen
erinnern, wiederholen und
Hausaufgaben im Tiefschlaf abspeichern
Wo. – Mon. abrufen und nutzen:
LZG
Jahre
üben, transferieren,
(nachhaltig)
Routine bilden
LZG
1 – 3 Tage
Gedächtnisstufen
UltrakurzzeitGedächtnis
3 sec
KurzzeitGedächtnis
20 Min.
LangzeitGedächtnis
1 – 3 Tage
Die Sinneseindrücke von etwa 3 sec
verschmelzen zu einem Sinneseindruck
entspricht Gegenwart
Nachhaltiges
Gedächtnis
Im Zeitabstand von 3 Wochen, Monaten
und Jahren muss der Inhalt erneut
erinnert/abgerufen worden sein
Innerhalb dieses Zeitraums müssen
Inhalte erneut aufgerufen werden, um
evt. abgespeichert zu werden
Die –hoffentlich - abgespeicherten Inhalte
müssen innerhalb dieser Frist abgerufen
werden
Forschungsergebnisse zu
Hausaufgaben
• „… dass Lehrer, die häufig Hausaufgaben
aufgeben, insgesamt erfolgreicher (sind) als
Lehrer, die das nicht tun.“
• „… dass in der Schule erledigte Hausaufgaben
sich weniger positiv auf Leistung und Motivation
der Schüler auswirken als jene Aufgaben, die zu
Hause gemacht werden.“
• „… dass der Umfang von Hausaufgaben
unerheblich ist: Zehn Minuten je Fach reichen
aus!“
(laut Angaben des Bildungsforschers Ulrich Trautwein, 2005).
Der „Radierer“
• Medienkonsum im Zeitraum einer
Stunde nach den Hausaufgaben
löscht die Information im
Zwischenspeicher (Hippocampus).
• Selbst bereits Verstandenes geht
verloren.
Der „Knockout“
• Medienkonsum im Zeitraum einer Stunde vor dem
Einschlafen verdrängt das Schulwissen von seinem
Platz in der „Warteschlange.“
• Folge: Das Wissen wird nicht abgespeichert!
• Medienkonsum vor dem Schlafengehen verändert die
Architektur des Schlafes: Die erste Tiefschlafphase
entfällt, stattdessen fällt man sofort in Traumschlaf.
• Die erste von insgesamt fünf Tiefschlafphasen ist
besonders lang und tief und wird genutzt, um abstrakte
und emotional wenig bewegende Inhalte wie Formeln,
Vokabeln … abzuspeichern.
Folgen auf neuronaler Ebene
• Digitale Spiele schwächen die
neuronale Vernetzung der
Hirnregionen.
• Aber: Je höher der IQ, umso
effizienter ist das Netz neuronaler
Verknüpfungen.
Gliazellen: „Zellflüsterer“
• Einsteins Gehirn unterschied sich von dem „normaler“
Menschen durch eine besonders hohe Anzahl an
Gliazellen.
• Gliazellen machen 90 % der Hirnsubstanz aus.
• befinden sich zwischen den Neuronen.
• modulieren die Aktivität der Neurone.
• arbeiten sehr langsam und mit etwa 1/10 der
elektrischen Spannung von Neuronen.
• verstärken die synaptischen Kontakte.
• festigen so das Erlernte und sorgen für Nachhaltigkeit.
Gliazellen
aus der Netzhaut
Gliazellen
Gliederung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Die Frage nach Sinn und Nutzen
Wie das Wissen in den Speicher
gelangt
Der Weg heraus muss gebahnt werden
Sprache und Kognition
Schritt für Schritt im Lernprozess
Konsequenzen für den Unterricht
Der Weg heraus –
Abrufen und Erinnern
• Gedächtnisinhalte nehmen beim
Abrufen/Erinnern einen anderen Weg als
beim Einspeichern/Behalten.
• Der „Weg heraus“ stellt einen
eigenständigen Lernprozess dar.
• Dieser muss ebenso gebahnt, d.h. geübt
werden wie der „Weg hinein“.
Gliederung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Die Frage nach Sinn und Nutzen
Wie das Wissen in den Speicher
gelangt
Der Weg heraus muss gebahnt werden
Sprache und Kognition
Schritt für Schritt im Lernprozess
Konsequenzen für den Unterricht
Lernen im Sprachbad
sprachlich
reichhaltig
kognitiv
anregend
Sprachbad
Sprachbewusstheit
entwickeln
Lernen im unterrichtlichen
Sprachbad
sprachlich
reichhaltig
sprachfördern
d
sprachsensibel
kognitiv
anregend
BildungssprachlichesSprachbad
Sprachbewusstheit
entwickeln
lernergerecht
bewältigbar
Lernen im unterrichtlichen
Sprachbad
sprachlich
reichhaltig
sprachfördern
d
sprachsensibel
kognitiv
anregend
BildungssprachlichesSprachbad
lernergerecht
bewältigbar
Sprachliche
Standardsituationen
Sprachbewusstheit
entwickeln
Wissen ist an Sprache gebunden
Neuro- und evolutionsbiologische Begründung
Gedächtnissysteme
nicht-deklaratives Gedächtnis
(unbewusste Wiedererkennung)
Priming
prozedurales
Gedächtnis
deklaratives Gedächtnis
(bewusste Wiedererkennung)
semantisches
Gedächtnis
episodisches
Gedächtnis
E = mc2
•unbewusstes
Wiedererkennen von
Reizen und
Sinneseindrücke
•Erinnern von ähnlich
erlebten Situationen
•Fertigkeitswissen
•erlernte Bewegungsabläufe
•Gewohnheiten
•Aussprache
•Gefühl der
Sprachrichtigkeit
•Schul- und
Bildungswissen
•Wissen um generelle
Zusammenhänge
•Faktengedächtnis
•sprachlichgrammatikalische
Kenntnisse
•Erinnerung an
Lebensereignisse
•Speicherung
einzelner Ereignisse
geordnet nach Ort
und Zeit
Gedächtnissysteme
nicht-deklaratives Gedächtnis
(unbewusste Wiedererkennung)
Priming
prozedurales
Gedächtnis
deklaratives Gedächtnis
(bewusste Wiedererkennung)
semantisches
Gedächtnis
episodisches
Gedächtnis
E = mc2
•unbewusstes
Wiedererkennen von
Reizen und
Sinneseindrücke
•Erinnern von ähnlich
erlebten Situationen
•Fertigkeitswissen
•erlernte Bewegungsabläufe
•Gewohnheiten
•Aussprache
•Gefühl der
Sprachrichtigkeit
•Schul- und
Bildungswissen
•Wissen um generelle
Zusammenhänge
•Faktengedächtnis
•sprachlichgrammatikalische
Kenntnisse
Evolution der Gedächtnissysteme
•Erinnerung an
Lebensereignisse
•Speicherung
einzelner Ereignisse
geordnet nach Ort
und Zeit
Gedächtnissysteme
nicht-deklaratives Gedächtnis
(unbewusste Wiedererkennung)
Priming
prozedurales
Gedächtnis
deklaratives Gedächtnis
(bewusste Wiedererkennung)
semantisches
Gedächtnis
episodisches
Gedächtnis
E = mc2
•unbewusstes
Wiedererkennen von
Reizen und
Sinneseindrücke
•Erinnern von ähnlich
erlebten Situationen
•Fertigkeitswissen
•erlernte Bewegungsabläufe
•Gewohnheiten
•Aussprache
•Gefühl der
Sprachrichtigkeit
nicht an Sprache gebunden
•Schul- und
Bildungswissen
•Wissen um generelle
Zusammenhänge
•Faktengedächtnis
•sprachlichgrammatikalische
Kenntnisse
•Erinnerung an
Lebensereignisse
•Speicherung
einzelner Ereignisse
geordnet nach Ort
und Zeit
an Sprache gebunden
Wissen wird über Begriffe abgespeichert
Gedächtnissysteme
nicht-deklaratives Gedächtnis
(unbewusste Wiedererkennung)
Priming
prozedurales
Gedächtnis
deklaratives Gedächtnis
(bewusste Wiedererkennung)
semantisches
Gedächtnis
episodisches
Gedächtnis
Fachunterricht
E = mc2
•unbewusstes
Wiedererkennen von
Reizen und
Sinneseindrücke
•Erinnern von ähnlich
erlebten Situationen
•Fertigkeitswissen
•erlernte Bewegungsabläufe
•Gewohnheiten
•Aussprache
•Gefühl der
Sprachrichtigkeit
nicht an Sprache gebunden
•Schul- und
Bildungswissen
•Wissen um generelle
Zusammenhänge
•Faktengedächtnis
•sprachlichgrammatikalische
Kenntnisse
•Erinnerung an
Lebensereignisse
•Speicherung
einzelner Ereignisse
geordnet nach Ort
und Zeit
an Sprache gebunden
Wissen wird über Begriffe abgespeichert
Kognitiver Anspruch und
kontextuelle Stützung
kognitiv herausfordernd
kontextuell nicht
eingebunden
kontextuell
eingebunden
kognitiv nicht herausfordernd
Sprachbindung des
Gedächtnisses
• An Sprache gebunden sind das
semantisches Gedächtnis und das
episodisches Gedächtnis
• Auf diesen Gedächtnisebenen findet
Lernen nur vermittelt durch Sprache statt.
• Das kognitive Wissen wird über Begriffe
gespeichert.
• Ohne Sprache keine Bewusstheit.
Neurobiologische Feststellung
• Wörter fungieren als Grundbausteine
unseres bewussten Denkens!
• „Kein Begriff, keine Aussage kann präziser
verstanden werden, als es die individuelle
Denkstruktur zulässt.“ (Muckenfuß)
Die Bedeutung von Begriffen
• Begriffe repräsentieren die Vorstellungen
des Einzelnen zu einem Sachverhalt
• Begriffe bilden das Verstandene ab
• Begriffe richten den Blick der Schüler
• Begriffe präzisieren das Denken
• Begriffe ermöglichen den Austausch von
Gedanken und Vorstellungen und
• beschleunigen den Gedankenaustausch
Sprechen fördert die
Hirnaktivität
• Begriffe werden 7-fach besser behalten,
wenn sie nicht nur gelesen, sondern auch
laut ausgesprochen werden.
• Mündliche Aufgaben laut erledigen!
• Das Gehirn ist besonders aktiv und
kreativ, wenn man einen Waldspaziergang
macht und seine Gedanken eher beiläufig
mit einem Gesprächspartner austauscht.
Lerner zum Sprechen anleiten
Methoden-Werkzeuge:
• Worthilfen
• Wortfelder
• Wortgeländer
• Begriffe ableiten
• Begriffe definieren und abgleichen
• Text anreichern
• adressatengerecht formulieren
• Fachbegriffe mit Alltagsgebrauch abgleichen
• Synonyme nutzen
• …
Gliederung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Die Frage nach Sinn und Nutzen
Wie das Wissen in den Speicher
gelangt
Der Weg heraus muss gebahnt werden
Sprache und Kognition
Schritt für Schritt im Lernprozess
Konsequenzen für den Unterricht
Lernschrittfolge
aus Sicht der
„Antennen ausrichten!“
„Rechner hochfahren!“
„Dateien öffnen!“
Neurobiologie
1.
Verwunderung,
Interesse, Widerspruch,
Fragen,
kognitive Dissonanz
Vorwissen aktivieren
Den Wissensbestand
2.
aktivieren für Ideen und
Vermutungen! Anspornen,
um sich reinzuknien!
Problemstellung entdecken
3.
Erstes Verstehen:
Verstehensinseln und lücken erkunden!
„Knabberglück“
Vorstellungen entwickeln
Gemeinsamkeiten und 4.
Unterschiede aufdecken!
Fehler nutzen!
Lernmaterial bearbeiten
Lernprodukt diskutieren
5.
7.
Neues einordnen
und dekontextualisieren,
Fachbegriffe zuordnen
sich rückversichern
Sein Können erproben!
Hausaufgaben: Transfer
und Routine erwerben!
Schlafen!
Lernzugewinn definieren
Vernetzen
Speichern
Abrufen
Wissenszuwachs
6.
bewusst machen!
Mit Ideen vom Anfang der
Stunde abgleichen!
Üben: Transferaufgaben 8.
und Übungsaufgaben,
um Routine zu erwerben.
Vorwissen erweitern!
Wahrnehmungsfelder
„Antennen ausrichten!“
„Rechner hochfahren!“
Großhirnrinde
„Dateien öffnen!“
1. Limbisches System
Verwunderung, Interesse, Widerspruch,
kognitive Dissonanz
„Flaschenhals“
Vorwissen aktivieren
2.
Den Wissensbestand aktivieren für Ideen
und Vermutungen!
Anspornen, um sich reinzuknien!
Problemstellung entdecken
3.
Arbeitsgedächtnis
Erstes Verstehen:
Verstehensinseln und -lücken erkunden!
„Knabberglück“
Arbeitsgedächtnis
Vorstellungen entwickeln
4.
Gemeinsamkeiten und
Unterschiede in Lernprodukten aufdecken!
Fehler nutzen!
Lernmaterial bearbeiten
Lernprodukt diskutieren
5.
Zwischenspeicher
Hippocampus
Neues einordnen und dekontextualisieren,
Fachbegriffe zuordnen,
sich rückversichern
7.
Tiefschlafphasen
Großhirnrinde
Sein Können erproben! Hausaufgaben:
Transfer und Routine erwerben!
Schlafen!
Lernzugewinn definieren
Vernetzen
Speichern
Abrufen
Zwischenspeicher
Hippocampus
6.
Wissenszuwachs bewusst machen!
Mit Ideen vom Anfang der Stunde
Abgleichen!
Langzeitgedächtnis
8.
Üben: Transferaufgaben und
Übungsaufgaben, um Routine zu erwerben
Vorwissen erweitern!
Die Lernschrittfolge im Unterricht
Lehren
Kompetenzen
Lernen
Lernumgebung
Problemstellung entdecken
Aufgabenstellungen
Vorstellungen entwickeln
Moderation
Lernmaterial bearbeiten
Lernprodukt diskutieren
Materialien/Methoden
Diagnose/Rückmeldung
Lernzugewinn definieren
Vernetzen und transferieren
materiale
Steuerung
Kompetenzen
personale
Steuerung
© Studienseminar Koblenz
Gruppenarbeit der Referendare
• Leitgedanke: Die Neurobiologie bestätigt
das LLM.
• Gruppe 1: Kollegengespräch
• Gruppe 2: Schülergespräch
• Gruppe 3: Elterngespräch
Modell des Lehr-Lern-Prozesses
Lehren
Kompetenzen
Lernen
Lernumgebung
Problemstellung entdecken
Aufgabenstellungen
Vorstellungen entwickeln
Moderation
Lernmaterial bearbeiten
Lernprodukt diskutieren
Materialien/Methoden
Diagnose/Rückmeldung
Lernzugewinn definieren
Vernetzen und transferieren
materiale
Steuerung
Kompetenzen
personale
Steuerung
© Studienseminar Koblenz
Gliederung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Die Frage nach Sinn und Nutzen
Wie das Wissen in den Speicher
gelangt
Der Weg heraus muss gebahnt werden
Sprache und Kognition
Schritt für Schritt im Lernprozess
Konsequenzen für den Unterricht
Lernen im Unterricht
• Konsequenzen, um den Lernprozess im
Unterricht in Gang zu setzen:
• Bemüht sein um eine „umfassende“ Kompetenz!
• Ob Lernende die pädagogische, die fachliche
und die didaktisch-methodische Kompetenz der
Lehrkraft zuschreiben, ist stark abhängig vom
Selbstbild des Lehrenden.
• Eine freundliche Lernatmosphäre schaffen!
• Die Einstellung zum Lernen wird allerdings vor
allem durch die Familie vermittelt.
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
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