Ruhr-Universität Bochum
Institut für Psychologie
Seminar im Wintersemester 2001/02
Allgemeine Psychologie II: Lernen
Seminarleitung: Kristian Folta
Referentinnen: Claudia Kempe, Katharina Pietsch


Grundlagen des Wissens- und Fertigkeitserwerbs:
Vom Konzept zur Lösung komplexer Probleme

1. Kognitionspsychologie
2. Gedächtnis
3. Erwerb von Wissen
4. Mechanismen der kognitiven Entwicklung
5. Erwerb von Fertigkeiten
6. Problemlösen
7. Literatur


1. Kognitionspsychologie

Zur sogenannten kognitiven Wende in der Psychologie, d.h. dem Aufstieg der kognitiven und dem Niedergang der behavioristischen Perspektive, haben verschiedene Ereignisse und Personen beigetragen. Ein entscheidender Einfluss von außen war zweifellos die Entwicklung des Computers. Mit der Entwicklung neuerer objektiverer Methoden zur Untersuchung mentaler Prozesse sind auch manche zunächst behavioristisch orientierte Forscher zu einer kognitiven Position übergewechselt, z.B. der Lernpsychologe Albert Bandura, der kognitive Prozesse in seine Erklärung sozialen Lernens einbezieht. Dieser Übergang ging einher mit der theoretischen Einsicht, daß eine angemessene Verhaltensanalyse ohne Einbeziehung der kognitiven Prozesse und Bedingungen unmöglich ist.

Der Begriff "Kognitivismus" bezeichnet eine Richtung in der Psychologie, die dadurch charakterisiert ist, daß sie sich relativ wenig mit Reizen und Reaktionen beschäftigt. Bei den Kognitivisten besteht die Tendenz, vieles am Behaviorismus mit der Begründung abzulehnen, er sei zu mechanistisch, zu unvollständig und zur Erklärung höherer geistiger Prozesse nicht geeignet. Anstelle dieser "zu stark simplifizierenden Betrachtung menschlichen Verhaltens" setzten die Kognitivisten relativ komplexe Konzepte. Der Kognitivismus beschäftigt sich mit Themen wie Wahrnehmung, Problemlösen durch Einsicht, Entscheidungsprozessen, Informationsverarbeitung und Verständnis. Durch Kognition wird also Wissen erworben. Kognition (lat. Auf Erkenntnis bezogen).

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2. Gedächtnis

2.1. Gedächtnisprozesse

Die Fähigkeit Wissen zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen, setzt folgende Prozesse voraus:

- Enkodieren (Enkodierung) ist die erstmalige Verarbeitung von Informationen, die zu einer Repräsentation im Gedächtnis führt
- Speichern (Speicherung) ist die Aufbewahrung des enkodierten Materials über die Zeit hinweg
- Abrufen (Retrieval) ist das Wiederauffinden der gespeicherten Information zu einem späteren Zeitpunkt y

2.2. Gedächtnissysteme

Das Sensorische Gedächtnis: Bei der Enkodierung für das sensorische Gedächtnis wird Reizenergie in einen neuralen Code umgewandelt. Das sensorische Gedächtnis verfügt über eine große Aufnahmekapazität, jedoch nur für kurze Dauer. Sinneseindrücke bleiben weniger als 1 Sekunde lang gespeichert. Es handelt sich hierbei also weniger um ein Gedächtnissystem im herkömmlichen Sinne, sondern es bietet uns die Möglichkeit einen "Extraeinblick" auf die Welt unserer Sinneseindrücke zu werfen. Durch Aufmerksamkeit können sensorische Informationen in das Kurzzeitgedächtnis übermittelt werden.

Das Kurzzeitgedächtnis: Es verfügt über eine begrenzte Aufnahmekapazität (7 +/- 2 Items)und ist ohne Wiederholung nur von kurzer Dauer, ungefähr 15 Sekunden. Die Beschränkung der Kapazität auf durchschnittlich sieben Einheiten, bei einmaliger Darbietung, bezieht sich nur auf die Zahl der Einheiten, aber nicht auf deren Komplexität. Es kann sich dabei also sowohl um Zahlen und Buchstaben handeln, aber auch um ganze Sätze oder Abkürzungen, wie z.B. AOK oder ZDF. Es wird auch häufig als Arbeitsgedächtnis bezeichnet, da Informationen nur im Kurzzeitgedächtnis bewußt verarbeitet werden können und es nur solches Wissen enthält, das gerade genutzt wird. Um die Aufgaben der Kognition zu erledigen, muß man eine Vielzahl unterschiedlicher Elemente in schneller Folge miteinander verbinden. Man kann sich das KZG als eine kurzfristige besondere Konzentration auf die notwendigen Elemente vorstellen.

Das Langzeitgedächtnis: Seine Kapazität ist theoretisch unbegrenzt. Erinnerungen bleiben oft ein Leben lang behalten. Das Langzeitgedächtnis besteht aus dem gesamten Weltwissen einer Person und ihren Wissen über das eigene Selbst. Ähnlichkeiten der Kontexte von Enkodierung und Abruf erleichtern den Abrufprozeß. Also wäre es günstig am selben Ort eine Klausur zu schreiben, an dem man auch gelernt hat.

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3. Erwerb von Wissen

3.1. Unterscheidung: Deklaratives und prozedurales Wissen

Deklaratives Wissen - Wissen über Sachverhalte: Wissen über Sachverhalte umfasst sowohl Faktenwissen (Namen bestimmter Länder, Personen, Gegenstände), als auch Wissen über komplexe Zusammenhänge(z.B. Kenntnis der Ursachen und des Verlaufs des II. Weltkrieges). Wissen dieser Art ist gut zugänglich und sowohl für das private Leben wie für die berufliche Tätigkeit von Bedeutung. Zur Beschreibung der Struktur dieses Wissens werden Schemaansätze und Netzwerkmodelle herangezogen. Hiernach werden Informationen in einerorganisierten Form gespeichert.

Prozedurales Wissen - Ausführung von Fertigkeiten: Es ist ein Wissen wie man etwas tut. Prozedurales Wissen kann aus relativ allgemeinen Regeln bestehen, wie man Aufgaben bewältigt und Probleme löst, oder es kann sich um spezielle Fertigkeiten handeln. Fertigkeiten sind z.B. Fahrradfahren oder Maschinenschreiben, die dem psychomotorischen Bereich zuzuordnen sind. Außerdem umfasst es kognitive Fähigkeiten (z.B. Ausführung einer Rechenaufgabe). Diese können automatisiert werden und entziehen sich so dem bewußten Zugang.

3.2. Erwerb von Wissen

Erwerb von Wissen
= Aufnahme von verarbeiteter Information in das LZG und deren Speicherung dort durch
Kodierung Information wird verändert und umgewandelt
Wiederholung Information wird mehrmals dargeboten
Elaboration Information wird gründlich und tief verarbeitet
Organisation Information wird geordnet und gegliedert

Kodierung bedeutet Veränderung und Umwandlung einer Information zu einer sinnvollen Einheit. Durch diese Art der Speicherung können sehr viele Informationen gespeichert und damit auch viel Wissen erworben werden. Entscheidend dabei ist jedoch, dass bei dieser Umwandlung diese so verändert werden, dass sie uns sinnvoll erscheinen, sie wir uns vorstellen können und sie mit bereits gespeichertem Wissen verbunden- assoziiert- werden. Eine Art der Kodierungstechniken sind z.B. Mnemotechniken( vom griechischen Wort" mneme = Erinnerung). Es kann zum Beispiel ein einzelner Buchstabe in einem Wort für einen Namen oder andere Informationen stehen. Im Englischen werden die Spektralfarben in der richtigen Reihenfolge zum Namen einer Person: "Roy G. Biv" ("red, orange, yellow, green, blue, indigo, violet").

Unter Wiederholen versteht man den Prozess, in dem der Mensch sich selbst eine Information immer wieder, mehrmals durch stilles oder lautes Vorsprechen darbietet. Wenn mir zum Beispiel ein Bekannter seine Telefonnummer sagt und es eine Weile dauert bis ich einen Zettel und einen Stift gefunden habe, um mir die Nummer zu notieren, sage ich die Nummer ständig vor mir her, ich wiederhole sie ständig, um sie nicht zu vergessen.

Elaboration: Allein das Wiederholen von Information führt nicht zum gewünschten Erfolg, es kommt einmal darauf an, wie sie kodiert wird und zum anderen, ob man sich mit ihr näher, länger und ausführlicher beschäftigt, ob man sich mit ihr tiefer und gründlicher auseinandersetzt. Diesen Prozess der tieferen, gründlicheren und ausführlicheren Verarbeitung von Informationen bezeichnet man als Elaboration. Hierdurch werden viele Gedächtnisinhalte aktiviert und mit neuer Information verknüpft. Dabei sind Elaboration und Wiederholung aufeinander angewiesen.

Organisation: Informationen, die gespeichert werden, werden geordnet und gegliedert. Diesen Prozess der Ordnung und Gliederung einer Information bezeichnet man als Organisation. Hierdurch werden neue Informationen nicht nur mit bereits gespeichertem Wissen verbunden, es wird darüber hinaus ein Ordnungssystem (Netzwerk, Schema oder Skript )angelegt, das einen Überblick gestattet und in das neue Information eingebaut werden kann.

3.3. Wissensrepräsentation (Wissensstrukturen)

3.3.1. Netzwerke

Im folgenden wird auf die Bedeutung des im Gedächtnis des Lerners gespeicherten Wissens die sogenannten Wissensstrukturen eingegangen:

Semantische Gedächtnismodelle gehen davon aus, daß die grundlegenden Bedeutungseinheiten, aus denen sich Wissensstrukturen zusammensetzen Propositionen sind. Eine Proposition umfaßt mindestens zwei Elemente: eine Relation und eine oder mehrere Argumente. Der Satz "Vitamin C verhindert Skorbut" enthält z.B. eine Proposition. Verhindern ist die Relation und Argumente sind Vitamin C (Subjekt) und Skorbut (Objekt):

Netzwerkdarstellung einer Proposition
Netzwerkdarstellung einer Proposition

Propositionen lassen sich als Netzwerke darstellen, wobei ein Knoten eine solche Proposition repräsentiert. Die Aktivierung bzw. Erregung in diesen Netzwerken geht von bestimmten Knoten z.B. durch die Wahrnehmung äußerer Reize (wie eine Lernaufgabe) aus und breitet sich entsprechend der Assoziationsstärke der Knoten aus. Der Vorteil einer solchen Darstellung liegt darin, daß eine Vielzahl von Propositionen in Form größerer Netzwerke verknüpft werden können. Netzwerkansätze gehen davon aus, daß unser gesamtes Wissen so gespeichert ist. Neues Wissen wird nach dem Ansatz erworben, wenn eine neue Proposition mit vorhandenen Propositionen im Netzwerk des Lerners verknüpft wird.

Einfachere Erklärung und Beispiel eines Begriffnetzwerkes: Die Netzwerktheorie nimmt an, dass der Mensch jede Information, die er speichert, mit bereits gespeicherten Informationen verbindet, und zwar netzartig. Eine neu eintreffende Information löst dann eine Suche nach bereits gespeicherten Informationen im Netzwerk aus. Ist die angekommene Information im Netzwerk bereits enthalten und wird sie gefunden, so wird die neue Information erkannt. Deutlich wird die netzartige Verknüpfung unseres Wissens, wenn man sich bewusst macht, mit wie viel anderen Begriffen wir einen Begriff assoziieren.

Wenn zum Beispiel der Begriff "Thailand" aktiviert wird könnte dies wie folgt aussehen:

Beispiel für ein Begriffsetzwerk
3.3.2. Schemata

In Erweiterung der Netzwerkansätze hat man versucht, thematisch zusammengehörige Wissenseinheiten als Schema zu beschreiben. Diese Wissenseinheiten sind durch Elaboration und Organisation entstanden. Schemata sind der begriffliche Rahmen oder kompakte Anordnungen von Wissen über Gegenstände, Menschen, und Situationen. Der Mensch verbindet demnach alle Informationen, die er speichern will, mit bereits gespeicherten Informationen und fast sie zu Einheiten zusammen. Derartige Wissenseinheiten nennt man Schemata.

Alles was wir beispielsweise über "Discos" erfahren, verbinden wir zu einer Einheit, zu einem Schema, so dass folglich all unser Wissen über Discos im Schema "Disco" zusammengefasst ist. Im Schema "Disco" ist wahrscheinlich gespeichert, wie Discos aussehen, was man da macht u.s.w. Schemata sind nicht von Dauer sondern verändern sich mit dem Wechsel der Ereignisse in unserem Leben.

3.4. Förderung des Erwerbs von Wissen

Es wird unterschieden zwischen direkter Förderung des Lerners und der Strukturierung der vom Lerner zu verarbeitenden Informationen.

3.4.1. Direkte Förderung elaborativer (wissensanreichernder) Prozesse

- Sich selbst Fragen stellen führt zur Unterscheidung von Haupt- und Nebengedanken und zur Identifizierung nicht verstandener Textstellen und hat damit neben der elaborativen auch selbstüberprüfende Funktion. Wichtige Begriffe eines Gegenstandsbereiches werden systematisch aufgebaut und dadurch in die eigene kognitive Struktur überführt.
- Das Generieren bildhafter Vorstellungen hilft vor allem bei konkreten Lehrstoffen.

3.4.2. Förderung elaborativer Prozesse durch Gestaltung verbaler Information:

- Die Erzeugung kognitiver Konflikte beim Lerner durch neue, widersprüchliche und inkongruente Informationen bewirken Neugier und diese wiederum Informationssuche, um mit dem Neuen vertraut zu werden, die Komplexität zu reduzieren und Widersprüche aufzulösen.
- Durch die Verwendung von Beispielen läßt sich der Bezug zwischen zwei getrennten Wissensbereichen herstellen, um so das Neue in das Bekannte einzufügen; nach der Elaborationshypothese ist zu erwarten, daß Sachverhalte, die durch Beispiele gut belegt und verdeutlicht sind, in eine differenzierte, vernetzte Wissensstruktur eingebettet werden, die ihrerseits den Abruf aus dem Gedächtnis erleichert.
- Systematisches Fragenstellen durch den Erzieher erleichtert z.B. das Erlernen von Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen.

3.4.3. Förderung organisierender Prozesse: Reduktion und Strukturierung von Informationsmengen

- Durch Mapping-Techniken wird nur das Wesentliche - z.B. eines Textes - in die Wissensstruktur überführt. Eine Makro-Struktur wird aufgebaut, z.B. durch systematisches Zusammenfassen verbaler Information oder durch graphische Darstellung der Information in einer Art Landkarte (Map), in der die jeweiligen Begriffe als Orte und die Relationen zwischen ihnen als Verbindungen dargestellt werden.
- Es gilt zu überlegen, nach welchen Kriterien ein Text organisiert wird: Die gegenstandsorientierte Organisation bedeuten, einen Gegenstand unter verschiedenen Aspekten behandeln; bei der aspektorientierten werden zwei Gegenstände vergleichend unter einem Aspekt, dann unter dem nächsten usw. behandelt.


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4. Mechanismen der kognitiven Entwicklung nach Piaget

Organisation (interner Aspekt) und Anpassung (Adaptation: externer Aspekt) sind die beiden einander ergänzenden Prozesse ein- und desselben Mechanismus: Indem sich das Denken den Dingen anpaßt, strukturiert es sich selbst, und indem es sich selbst strukturiert, strukturiert es auch die Dinge. Die Adaptation besteht aus zwei gegenläufigen Prozessen: der Assimilation und der Akkomodation.

Kognitive Organisation ist die Tendenz des Denkens, integrierte Systeme auszuformen, deren einzelne Teile sich zu einem Ganzen verbinden. Mit fortschreitender Entwicklung, in der die kognitive Organisation strukturelle Veränderungen durchläuft, organisiert sich das Denken in Schemata und Operationen, wobei der menschliche Geist ein kohärentes Weltbild hervorbringt.

Kognitive Adaptation (Anpassung) entsteht durch die Interaktion zwischen Organismus und Umwelt. Jeder Organismus verfügt über die angeborene Tendenz, sich an seine Umwelt anzupassen.

Assimilation ist der Prozeß, in dem das Individuum die Realität in seine aktuelle kognitive Organisation einpaßt (also einen neuen Gegenstand in etwas Bekanntes einfügt).

Akkomodation ist die Anpassung der kognitiven Organisation an die Erfordernisse der Wirklichkeit, die durch die von ihr assimilierten Elemente hervorgerufen wird. Die vorhandenen Schemata werden umorganisiert, um sie einem neuen Gegenstand bzw. einer neuen Erfahrung anzupassen.

Beispiel: Das Sportarten-Schema eines Schülers ist vor allem durch Leichtathletik geprägt. In diesem Falle würde beim Kennenlernen der Sportart Hürdenlauf eine Assimilation an das vorhandene Sportarten-Schema erfolgen, beim Kennenlernen der Sportart Tontaubenschießen aber eine Akkomodation, also eine Veränderung bzw. Erweiterung, also Anpassung des Sportarten-Schemas.

Kognitive Äquilibration (Gleichgewichtung): Jeder Organismus strebt 1) innerhalb der kognitiven Elemente nach einem Gleichgewicht mit sich selbst und 2) nach einem Gleichgewicht mit der Umwelt, welches durch die Übereinstimmung des Denkens 1) mit sich selbst (Organisation) und Übereinstimmen des Denkens 2) mit den Dingen (Adaptation) gewonnen wird. Dabei wird ein durch eine Veränderung des Organismus oder der Umwelt hervorgebrachtes Ungleichgewicht durch Äquilibration wieder ausgeglichen (vor allem durch das Zusammenwirken von Assimilation und Akkomodation).

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5. Erwerb von Fertigkeiten

Mit einer Fertigkeit ist hier ein Verhalten gemeint, das aus einer komplexen Folge von Handlungen besteht und in festgelegter Weise wiederholt wird. Psychomotorische Fertigkeiten sind z.B. Fahrradfahren oder Maschinenschreiben, eine kognitive Fertigkeit ist z.B. das Ausführen einer Rechenaufgabe. Für beide Arten von Fertigkeiten ergeben sich die gleichen Lernverläufe, in denen deklaratives Wissen in prozedurales Wissen überführt wird. Deshalb kann anstatt von Fertigkeiten auch von Prozeduren gesprochen wrden.

5.1. Das Stufenmodell - Überführung von deklarativem Wissen in prozedurales Wissen

Das Stufenmodell beruht auf der Annahme, daß der Fertigkeitserwerb von einem deklarativen Wissen ausgeht, das durch anschließende Übung in eine prozedurale Form überführt wird.

Stufe 1:

kognitive Stufe: Erlernen der Regel für die Fertigkeitsausführung als genaue Beschreibung der Prozedur

Das Erlenern einer Fertigkeit beginnt auf der kognitiven Stufe damit, daß der Lerner ein Wissen über den genauen Ablauf der Fertigkeit und ihre Ausführung erwirbt. Die genaue Beschreibung der Prozedur ist dann im Sinne eines Wissens über Sachverhalte in deklarativer Form im Gedächtnis repräsentiert. Dieses Wissen wird im Rahmen bereits verfügbarer Prozeduren angewendet.

Stufe 2:

Wissenskompilation: Bildung einer Prozedur für die Fertigkeitsausführung

Bei weiterer Übung wird auf einer darauffolgenden Stufe eine spezielle Prozedur für die Fertigkeitsausführung ausgebildet, indem das deklarative Wissen - d.h. die Regel für die Fertigkeit - in eine prozedurale Form überführt wird. Anderson bezeichnet diesen Vorgang als Wissenskompilation. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigkeitsausführung flüssiger wird und die Regel nicht mehr ständig vergegenwärtigt zu werden braucht. Das deklarative Wissen kann vergessen werden oder verfügbar bleiben und neben dem prozeduralen Wissen existieren, welches dann aber die Fertigkeitsausführung bestimmt.

Stufe 3:

Wissensoptimierung und -verfeinerung ("tuning"): Automatisierung der Fertigkeit

Schließlich geht das Lernen in eine Stufe der Automatisierung der Fertigkeit über, auf der die Ausbildung der Prozedur für die Fertigkeitsausführung weiter verfeinert wird. Die Fertigkeit wird immer sicherer beherrscht, ihre Ausführung erfolgt immer schneller und exakter. Gleichzeitig verschwindet das vorher oftmals zu beobachtende Hersagen der Regel für die Fertigkeit. Das deklarative Wissen, das die Fertigkeitsausführung in den Anfängen gesteuert hatte, tritt vollständig zurück. Gewöhnlich ist der Lerner sogar nicht mehr in der Lage, dieses Wissen zu verbalisieren.

5.2. Produktionssysteme

Fertigkeiten bzw. das ihnen unterliegende prozedurale Wissen lassen sich mit Hilfe sogenannter Produktionssysteme beschreiben.

Die Produktion besteht aus einem Bedingungsteil (WENN), der eine oder mehrere Bedingungen umfaßt, sowie einem Aktionsteil (DANN), der eine oder mehrere Aktionen enthält. Wenn bei der Produktion die angegeben Bedingungen vorliegen, dann werden die damit verknüpften Aktionen ausgeführt, die den Schaltvorgang ausmachen. Kognitive Fertigkeiten werden in der Regel durch eine Reihe aufeinander bezogener Produktionsregeln dargestellt, die man als Produktionssystem bezeichnet.

Beispiel für eine Produktion:
WENN
ein Auto im zweiten Gang fährt,
und es fährt schneller als 20 km/h,
und es hat eine Kupplung,
und es hat einen Schalthebel,
DANN
drücke die Kupplung,
und ziehe den Schalthebel in den zweiten Gang,
und nimmt den Fuß von der Kupplung.

Eine Produktion wird nur dann angewendet, wenn eine Übereinstimmung der aktivierten Propositionen mit ihrem Bedingungsteil (WENN) vorliegt. Die Aktion führt zur Aktivierung weiterer Propositionen, die die Zustandsänderung widerspiegeln, wonach die Aktion wirksam werden kann. Die Ausführung einer Produktion verändert also wiederum das Gefüge der aktivierten Propositionen.

5.3. Modellierung kognitiver Fertigkeiten auf der Grundlage von Produktionssystemen

Die ACT-Theorie von Anderson beschreibt mittels einer Ausdifferenzierung des Stufenmodells die Modellierung kognitiver Fertigkeiten auf der Grundlage von Produktionssystemen:

2. Stufe des Fertigkeitserwerbs: Wissenskompilation:

Der Prozeduralisierungsprozeß überführt das deklarative Wissen über die Fertigkeit in eine prozedurale Form. Es werden spezifische Produktionen gebildet, in die dieses Wissen eingeht. Prozeduralisierung, die im Verlauf von Übung auftritt und wissensspezifische Prozeduren erzeugt, macht also das ständige Bewußthalten des deklarativen Wissens über die Fertigkeit überflüssig und führt zu einer zügigeren Fertigkeitsausführung.

Der Kompositionsprozeß läuft paralell und im Zusammenwirken mit der Prozeduralisierung ab und wird als Zusammenführung aufeineranderfolgender Produktionen in einer einfache Produktion angesehen, welche den Effekt der Produktionsfolge hat. Dies führt zur Anwedung des Wissens in einem Stück und damit zur Beschleunigung der Fertigkeitsausführung.

Beispiel für eine Wissenskompilation:
Ausgangspunkt seien die beiden folgenden Produktionen
P1 WENN
Ziel ist, eine Telefonnummer zu wählen,
und ZAHL1 ist die erste Zahl der Nummer,
DANN
wähle ZAHL1.
P2 WENN
Ziel ist, eine Telefonnummer zu wählen,
und ZAHL1 ist gerade gewählt worden,
und ZAHL2 kommt nach ZAHL1,
DANN
wähle ZAHL2.

Kompostition:
Die obige Produktionssequenz dürfte nur für Kinder realistisch sein, die noch ungeübt im Telefonieren sind. Erwachsene sollten vermittels Komposition die folgende Makroproduktion ausgebildet haben, welche die Wähloperation in einem Schritt ausführt:

P1 & P2 WENN
Ziel ist, eine Telefonnummer zu wählen,
und ZAHL1 ist die erste Zahl in der Telefonnummer
und ZAHL2 kommt nach ZAHL1,
DANN
wähle ZAHL1 und dann ZAHL2.

Prozeduralisierung:
Die zusammengesetzte Produktion P1 & P2 macht es erforderlich, daß eine spezifische, zu wählende Telefonnummer im Arbeitsgedächtnis gehalten und den Variablen ZAHL1 und ZAHL2 zugewiesen wird, wenn die Produktion zur Anwendung kommen soll. Prozeduralisierung macht diesen Vorgang dadurch überflüssig, daß eine neue Produktion gebildet wird, in der der zweite und dritte Bedingungssatz in P1 & P2 eliminiert sind und die Ziffern der spezifischen Telefonnummer entsprechend an ZAhl1 und ZAHL2 gebunden sind (z.B. ZAHL1 = 6, ZAHL2 = 9):

P1 & P2* WENN
Ziel ist, Dieters Telefonnummer zu wählen,
DANN
wähle 6 und dann 9.

Durch fortlaufende Komposition und Prozeduralisierung kann eine Produktion aufgebaut werden, die die vollständige Nummer wählt:

P* WENN
Ziel ist, Dieters Telefonnummer zu wählen,
DANN
wähle 6962.

Es kommt durchaus vor, daß gleichzeitig mit diesem Prozeduralisierungsprozeß das deklarative Wissen vollständig vergessen wird. Dann kann die Telefonnummer nur erinnert werden, wenn sie tatsächlich gewählt wird.


3. Stufe des Fertigkeitserwerbs: Wissensoptimierung ("tuning"):

Der Generalisierungsprozeß ist der Prozeß der Erweiterung einer Produktion auf weitere Fälle. Die grundlegende Funktion dieses Prozesses besteht darin, daß neue Produktionsregeln gebildet werden, die das erfassen, was einzelne Produktionen gemeinsam haben. Bei der Förderung des Erwerbs von Fertigkeiten bietet es sich an, gewisse Varation in den Lernbedingungen vorgeben, um Generalisation anzuregen.

Beispiel für eine Generalisation:
Ausgangspunkt einer Generalisation seien die beiden durch Kompilation von Produktionen für verbale Ausdrücke entstandenen Produktionen:
P1 WENN
Ziel ist anzugeben, daß der Mantel mir gehört,
DANN
sage "mein Mantel".
P2 WENN
Ziel ist anzugeben, daß der Ball mir gehört,
DANN
sage "mein Ball".
Aus diesen Produktionsregeln kann die folgende Generalisation gebildet werden:
P3 WENN
Ziel ist anzugeben, daß OBJEKT mir gehört,
DANN
sage "mein OBJEKT".
In P3 ist OBJEKT eine Variable, die verschiedene Werte annehmen kann.

Der Diskriminationsprozeß schränkt den Bereich der Anwendung übermäßig allgemeiner Prozeduren ein. Dadadurch wird die Anwendung von Produktionen auf die geeigneten Umstände beschränkt. Voraussetzung dazu ist, daß Beispiele für korrekte wie auch für nicht korrekte Anwendungen der Prozedur vorliegen und diese miteinander verglichen werden. Dadurch kann der Lerner Merkmale unterscheiden, die sich für die fehlerhafte Anwendung der Produktion als kritisch erwiesen haben. Diese können in neue Produktionsregeln eingehen, welche nun für eine spezifische Situation gilt. Die Lernsituation sollte so organisiert sein, daß Diskriminationsprozesse begünstigt werden, indem z.B. Beispiele sowohl von geeigneten als auch von ungeeigneten Bedingungen gegeben werden.

Beispiel für eine Diskrimination:

Die Produktionsregel P3 für die Bezeichung der Besitzanzeige aus dem vorigen Beispiel ist übermäßig allgemein, da das Geschlecht nicht berücksichtigt ist. Z.B. erweist sich die Regel bei weiblichen Objekten als falsch. Durch den Vergleich von Umständen, in denen die Regel korrekt sowie nicht korrekt angewendet wurde, kann festgestellt werden, daß die Variable OBJEKT an unterschiedliche Werte gebunden ist und der Wert bei der korrekten Anwendung sich auf ein männliches Objekt bezog, bei der nicht korrekten Anwendung dagegen auf ein weibliches Objekt. Es kann dann für ein weibliches Objekt eine gesonderte Regel gebildet werden, die zur korrekten Aktion führt:

P4 WENN
Ziel ist anzugeben, daß OBJEKT mir gehört,
und OBJEKT ist weiblich,
DANN
sage "meine OBJEKT".

5.4. Förderung des Erwerbs von Fertigkeiten

Die Bedeutung der Instruktion:
Das deklarative Wissen, das am Anfang des Fertigkeitserwerbs steht, wird in Form einer Instruktion vermittelt. Der Übungsprozeß kann durch eine gute Instruktion unterstützt werden. Am wirkungsvollsten ist es natürlich, wenn der Lerner seine gesamte Aufmerksamkeit auf die Instruktion richtet. Je nach Art der Aufgabe kann es sinnvoll sein, auch sehr kleine Schritte des Vorgehens zu instruieren oder eher manche Vorgehensweise vom Lerner selbst herausfinden zu lassen. Eine Instruktion sollte immer auf eine Vereinfachung des Fertigkeitsablaufs gerichtet sein, so daß zuerst ein Handlungsgerüst erlernt wird, das dann später ausdifferenziert wird. Eine Vereinfachung der Lernaufgabe kann durch die Isolation einer Teilfertigkeit oder Ausgliederung von Fertigkeiten in Teilfertigkeiten bewerkstelligt werden.

Ganz-Lernmethdode oder Teil-Lernmethode?
Abhängig von Schwierigkeit und Umfang der Lernaufgabe, von den Voraussetzungen des Lerners (z.b. Motivation, Intelligenz und Vorkenntnisse), von Länge und Verteilung der Lernphasen ist die Einteilung der Übungen. Die Ganz-Lernmethode, bei der alle Teile der Fertigkeit auf einmal gelernt werden sollen, ist vor allem nützlich, wenn die Lernaufgabe ein integriertes Ganzes darstellt und eine Kontinuität zwischen den einzlnen Teilabschnitten besteht. Hier werden die Beziehungen eines jeden Teils der Lernaufgabe in ihrer Gesamtheit besser erfaßt.
Die Teil-Lernmethode, bei der jeweils Teile der Fertigkeit getrennt gelernt und anschließend integriert werden, ist besonders beim Erlernen von motorischen Fertigkeiten angebracht. Diese Methode hat den Vorteil, daß der Lerner durch Beherrschung von Teilfertigkeiten früher einen greifbaren Lernerfolg hat und dadurch u.U. stärker motiviert ist.

Verteiltes oder massiertes Lernen?
Beim verteilten Lernen ist der Lernprozeß in aufeinanderfolgende Lernphasen aufgeteilt, die durch Pausen voneinander getrennt sind, dies bietet oft Vorteile beim Erwerb von Fertigkeiten und Wissen über Sachverhalte. Massiertes Lernen, bei dem eine Fertigkeit in einem Zug, also ohne Unterbrechung erworben werden soll, sollte dann eingesetzt werden, wenn die Aufgaben entweder kurz oder leicht genug sind oder wenn die Einarbeitung in das Lerngebiet sehr aufwendig ist und bei einer Unterbrechung des Lernens die notwendige Konzetration verloren geht, wie z.B. beim Programmieren.

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6. Problemlösen

6.1. Was ist Problem?

Ein Problem unterscheidet sich von einer Aufgabe, denn eine Aufgabe ist mit dem vorhandenen Wissen lösbar, ein Problem gedoch nicht. Zum Problemlösen werden also anderere kognitive Strukturen herangezogen, als für das Lösen einer Aufgabe. Es kann nicht einfach auf vorhandenes Wissen zurückgegriffen werden, sondern es werden Problemlösestrategien benötigt.

Kognitive Struktur
Wissensstruktur
(epistemische Struktur)
Problemlösestruktur
(heuristische Struktur)
Inhalt: Begriffe, Regeln
Inhalt: Heurismen (Problemlöseverfahren)
reproduktives Verfahren
produktives Verfahren
Leistung: Bewältigung von Aufgaben (Anwendung eines Algorithmus)
Leistung: Bewältigung von Problemen (Anwendung von Problemlösetrategien)
Algorithmus: feste Abfolge von Lösungsschritten, die den besten Lösungserfolg garantieren
Heuristiken: Problemlösestrategien, machen ein erfolgreiches Vorgehen wahrscheinlich ("Faustregeln")

Von einem Problem wird gesprochen, wenn ein Individuum ein Ziel hat, allerdings nicht weiß, wie es dieses erreichen soll. Seine Wissensstrukturen erweisen sich als unzulänglich. Im Rahmen des dann einsetzenden Problemlöseprozesses wird auf mentale Operationen zurückgegriffen, die das vorhandene unvollständige Wissen verwenden, um Lösungswege zu finden. Dieser Prozeß beruht sowohl auf verfügbarem Sachwissen über die zu bewältigende Situation als auch auf der Umorganisation, dem situationsspezifischen Einsatz und der neuartigen Verknüpfung dieses Wissens im Sinne entsprechender Problemlöseprozeduren. Problemlöseprozeduren sind spezielle Fertigkeiten hochkomplexer Art. Problemlösefertigkeiten werden auch Strategien genannt.

Eine Strategie ist ein effektiver Umgang mit einem Problem, also absichtsvolles, geplantes Vorgehen bei der Lösungssuche. Problemlösestrategien sind Fertigkeiten, deren Erwerb durch die Prozesse der Wissenskompilation und Wissensoptimierung gekennzeichnet ist. Alle Prozesse beim Erwerb von Fertigkeiten können beim Erwerb von Strategien eine Rolle spielen.

Ein Problem ist gekennzeichnet durch 1. einen unbefriedigender Ausgangszustand, 2. einen erwünschter Zielzustand und 3. eine Barriere, die die Umwandlung des Ausgangszustandes in den Zielzustand verhindert und deren Überwindung eine besondere Anstrengung im Sinne der eneuartigen Verwendung von Wissen erforderlich macht.

Das Problem läßt sich durch einen sogenannten Problemraum (oder Problembaum oder Aktionsbaum) darstellen. Dieser wird eingegrenzt von Ausgangs- und Zielzustand und enthält alle Zwischenzustände bei der Lösung eines Problems. Problemlösen ist hier die Suche in einem Problemraum, und Problemlösestrategien sollen diese Suche effektivieren. Jeder Pfad durch den Problemraum repräsentiert eine mögliche Abfolge von Operationen, die der Problemlöser tätigen kann, Markierungspunkte sind die einzelnen Zwischenzustände. Eine Problemlösestrategie bewirkt die Konzentration auf erfolgversprechende Lösungspfade.

Der Problembaum des Kannibalen-Missionare-Problems:

Drei Missionare und drei Kannibalen stehen gemeinsam vor einem Fluß und wollen ihn überqueren. Es gibt ein Boot, in das höchstens zwei Personen passen. Zu keinem Zeitpunk dürfen sich jedoch auf einem Ufer - auch nicht beim Ein- oder Aussteigen - mehr Kannibalen als Missionare befinden (denn dann ergeht es den Missionaren schlecht.)

Beispiel für einen Problembaum

Man kann durch das Zeichnen eines Problembaumes hier recht schnell zu einer Lösung kommen, indem man alle möglichen Züge einträgt und dann jeweils diejenigen wegstreicht, die wegen der unangenehmen Konsequenzen für die Missionare nicht erlaubt sind:

Beispiel für einen Problembaum

Man sieht hier, daß es vier Lösungswege gibt, die im Grunde aber nur Variationen eines einzigen Weges darstellen. (Nach dem zweiten Zug ist die Situation bei dem ersten und dem zweiten "Ast" des Baumes die gleiche, deshalb wurde hier der weitere Weg des zweiten Astes nicht weiter ausgeführt, sondern durch die drei Punkte nur angedeutet.)

6.2. Erwerb von Problemlösestrategien

Der Erwerb von Wissen wird in Schulen meist sehr sorgfältig organisiert, die Übung von Problemlöseverhalten dagegen grob vernachlässigt. Da das Lösen von Problem andere kognitive Strukturen benötigt als der Wissenserwerb, befähigt ein umfangreiches Sachwissen oder viele erworbene Fertigkeiten noch nicht zum Problemlösen. Die Verwendung von heuristischen Strukturen müßte also ebenso geübt werden wie die von epistemischen.

Verschiedene Formen des problemlösenden Denkens:

- Problemlösen durch Versuch und Irrtum
- Problemlösen durch Umstrukturieren der Problemsituation
- Problemlösen durch Anwendung von Strategien
- Problemlösen durch Kreativität

Einzelstrategien und Techniken:

- Mittel-Ziel-Analyse: Es werden zuerst bestimmte Ziele festgelegt und dann jene Methoden (Mittel), mit deren Hilfe diese Ziele am besten zu erreichen sind.
- Modellbildung: Modelle dienen der Repräsentation, sie reduzieren die Komplexität, und sie erlauben es, bestimmte Sachverhalte unter einer bestimmten Perspektive zu sehen.
- Analogien bilden: Man sucht zu einem Problem eine Entsprechung in einem völlig anderen Bereich.
- Analytische Fragen stellen: Man stellt zu bestimmten Problemen nur Fragen, die mit Ja oder Nein beantwortet werden können. Dies führt zu einer Anregung elaborativer Prozesse.
- Verbalisieren: Die Methode des lauten Denkens: Während man das Problem bearbeitet, spricht man seine Gedanken laut aus. (Dies ist vergleichbar mit der Situation, wenn man jemand anderem ein Problem erklärt, das man nicht lösen kann und das Problem durch diese Erklärung plötzlich versteht.)
- Brainstorming: Durch forciertes Assoziieren werden auch zunächst abwegig erscheinende Lösungsmöglichkeiten in Betracht gezogen.

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7. Verwendete Literatur

Edelmann, W. (2000). Lernpsychologie. 6. Auflage, BeltzPVU, Weinheim, Kapitel 4 und 5

Lefrancois, G. R. (1972). Psychologie des Lernens. 2. Auflage, Springer Verlag, Heidelberg, Kapitel 8 und 9

Weidenmann, B., Krapp, A., Hofer, M., Huber, G. L., & Mandl, H. (1993). Pädagogische Psychologie. 3. Auflage, VerlagsUnion, Kapitel 6 und 7

Die Beispiele in den Kästen in Kapitel 5 wurden entnommen aus: Weidenmann u.a. (1993)

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