Päda1 AG und Lernen

bewusste/kontrollierte Verarbeitung von Informationen

begrenzte Kapazität (7 +/-2 Informationseinheiten, Miller, 1956)

zeitlich begrenzte Speicherung

– Informationen, die dauerhaft im Langzeitgedächtnis gespeichert werden, müssen in der Regel zunächst im Arbeitsgedächtnis verarbeitet werden.

• mögliche Ausnahme: implizites Lernen

– Aktive Verknüpfung von neuen Informationen mit Vorwissen (Integration), Auswahl und Organisation beruhen auf AG

=> AG ist zentral für Lernen als aktiver Informationsverarbeitung

bei sinnhaftem Lernmaterial: Steigerung des Lernerfolgs durch vorwissensgestützte Gruppierung von Informationen

=> spontane und ressourcenschonende Anwendung einer strukturierenden Lernstrategie (Organisationsstrategie)

bei sinnlosem Material (Auswendiglernen): Steigerung des Lernerfolgs durch mnemotechnische Strategien (einfache Merkstrategien) möglich

=> starke Beanspruchung kognitiver Ressourcen, wenn die Strategien noch nicht hinreichend routinisiert sind.

=> Prinzip mnemotechnischer Strategien: für sinnloses Material künstliche Brücken zum Vorwissen herstellen

Durch intensives, gezieltes Training von Mnemotechniken lässt sich die Behaltensleistung drastisch steigern!

• Beispiel SF (Chase & Ericsson, 1982): Verzehnfachung der Gedächtnisspanne für Ziffern in mehrwöchigem Training
• Gruppierung der Ziffern zu Drei- und vierstelligen Zahlen („Laufzeiten“) 

Wechselbeziehung von Speicherkapazität und der Verarbeitung des Lernmaterials:

=> Arbeitsgedächtnis umfasst Verarbeitungsprozesse, die seine Kapazität mitbestimmen.

=> Umgekehrt können wenig effiziente Verarbeitungsprozesse die Kapazität des Arbeitsgedächtnisses belasten (dynamische Arbeitsgedächtniskapazität)

1. Wenn zwei Aufgaben auf dieselbe Komponente des Arbeitsgedächtnisses zurückgreifen, kommt es bei gleichzeitiger Ausführung zu Interferenzen (wechselseitigen Störungen).

2. Wenn zwei Aufgaben auf unterschiedliche Komponenten des Arbeitsgedächtnisses zurückgreifen, können beide gleichzeitig ohne Leistungseinbußen ausgeführt werden. 

Vpn sollten während des Schachspielens eine von vier Zweitaufgaben ausführen:

1. Repetitives Tapping (Kontrollbedingung)
2. Generieren von Zufallszahlen → zentrale Exekutive
3. Folge von Tastendrücken auf einer Tastatur nach einem bestimmten Muster → visuell räumlicher Notizblock
4. Schnelle Wiederholung des Worts "see-saw" → phonologische Schleife (artikulatorische Unterdrückung)

– Abhängige Variable: Qualität der Schachzüge

Phonologische Schleife

• verbale Informationen (auch wenn sie über das visuelle System aufgenommen worden sind) werden temporär verfügbar gehalten
• phonologische Kodierung

Subsysteme der Phonologischen Schleife

• Phonologischer Kurzzeit-Speicher: kapazitätsbeschränkt, Inhalte zerfallen nach kurzer Zeit (wenn sie nicht verwendet werden)
• Artikulatorischer Kontrollprozess: (inneres) Vorsprechen frischt die Gedächtnisspur im Kurzzeitspeicher auf

auditorisch präsentierte Wörter: direkter Zugang zum phonologischen Kurzzeit-Speicher

visuell präsentierte Wörter: Umweg über den artikulatorischen Kontroll-Prozess (→phonologische Rekodierung)

Wortlängeneffekt (word length effect): Erinnerungsleistung sinkt mit der Länge der zu merkenden Wörter

Erklärung

• Kapazität der phonologischen Schleife: etwa so viele Wörter, wie eine Person in 2 Sekunden aussprechen kann kann ("2 Sekunden- Endlostonband")
• Das innere Vorsprechen längerer Wörter nimmt mehr Zeit in Anspruch → Kapazität des artikulatorischen Kontrollprozesses wird stärker beansprucht

Effekt verschwindet bei visueller Präsentation und artikulatorischer Unterdrückung

Beteiligung des artikulatorischen Kontrollprozess an der phonologischen Rekodierung der Wör

Logie (1995): 2 Komponenten des visuell-räumlichen Notizblocks

• Visueller Kurzzeit-Speicher: Zwischenspeicher für Informationen über Form und Farbe
• Innerer „Schreiber“ („Zeichner“):
  • hält räumliche Informationen und Bewegungsinformationen verfügbar
  • Rehearsal-Prozess (ähnlich phonologischer Schleife)

→ Trennung zwischen visuellen und räumlichen Komponenten des Arbeitsgedächtnisses (analog zu ventralem vs. dorsalen Pfad der visuellen Wahrnehmung, Milner & Goodale, 1995)  

Ergebnisse von Klauer und Zhao (2004):

• Räumliche Zweitaufgabe stört die räumliche Erstaufgabe stärker als die visuelle Erstaufgabe
• Visuelle Zweitaufgabe stört visuelle, aber nicht räumliche Erstaufgabe

→ "doppelte DissoziaTon" von räumlichem und visuellem Arbeitsgedächtnis

Drei wichtige Funktionen der zentralen Exekutive (Baddeley, 1996):

1. Steuerung des gezielten Abrufs aus dem Langzeitgedächtnis

• → Welche Themen haben wir in der letzten Sitzung in welcher Reihenfolge behandelt?

2. Planung und Steuerung der Aufmerksamkeit bei mehreren Aufgaben, z.B.

• → Aufmerksamkeitswechsel zwischen Aufgaben
• → "multi-tasking"
• → Hemmung präpotenter Reaktionen (Beispiel Stroop-Aufgabe, Stroop, 1935)

3. Fokussierung der Aufmerksamkeit auf bestimmte Informationen, z.B.

• → Hemmung irrelevanter Reize (z.B. im Unterricht

1. Halbautomatisches, routinisiertes System

• Aufmerksamkeit wird effizient und ohne bewusste Entscheidung auf konkurrierende Aufgaben verteilt.
• Beispiel: Zubereitung eines mehrgängigen Menüs durch eine/n geübten Koch/Köchin.

2. Überwachendes Aufmerksamkeitssystem (supervisory attentional system, SAS)

Kommt in neuartigen Situationen oder bei Nicht-Anwendbarkeit von Routinen zum Einsatz.

• Beispiele:
• Zubereitung eines mehrgängigen Menüs durch eine/n ungeübte/n Koch/Köchin
• Reaktion auf Anbrennen der Hauptspeise beim Kochen

SAS = Zentrale Exekutive

Experiment von Strayer und Johnston (2001):

• Simulierte Fahraufgabe am PC (Verfolgen eines sich bewegenden Zielreizes mit dem Joystick)
• In unregelmäßigen Abständen verändert der Zielreiz seine Farbe ("rote Ampel" oder "grüne Ampel")
• Bei "roter Ampel" muss Taste gedrückt werden (analog zum Bremsen an einer roten Ampel).
• Zweitaufgabe: Telefonieren mit Headset (vorgegebenes Thema, z.B. Bill Clintons Amtsenthebungsverfahren) oder Radiohören (Kontrollgruppe)

Ergebnisse des Experiments von Strayer und Johnston (2001):

• "Rote Ampel" wird beim Telefonieren mehr als doppelt so häufig übersehen
• Reaktionszeit um 50 ms verlängert →Telefonieren beansprucht die zentrale Exekutive!

Diagnosekriterien: Unaufmerksamkeit, Impulsivität und motorische Überaktivität

Störung meist diagnostiziert im Kindesalter (Prävalenz 3-10%, genaue Schätzung wegen ungenauer Diagnostik schwierig)

Diagnosekriterien für Impulsivität im Rahmen von ADHS nach DSM IV:

• platzt häufig mit den Antworten heraus, bevor die Frage zu Ende gestellt ist,
• kann nur schwer warten, bis er/sie an der Reihe ist,
• unterbricht und stört andere häufig (platzt z. B. in Gespräche oder Spiele anderer hinein).

=> Impulsivität und Unaufmerksamkeit sind Folgen der Störungen der zentralen Exekutive

Ursachen von ADHS unklar, multiple Faktoren wahrscheinlich

mögliche biopsychologische Ursache: Störungen der neuronalen (dopamingesteuerten) Informationsverarbeitung im präfrontalen Kortex

• (→exekutive Funktionen) und in den Basalganglien (Striatum)
• (→Bewegungssteuerung) (fronto-striatales System)

Informationen, die dauerhaft behalten werden sollen, müssen zunächst in den Hilfssystemen verarbeitet werden:

• phonologische Schleife: sprachlich vermittelte Informationen (insbesondere neue Wörter/Begriffe)
• visuell-räumlicher Notizblock: visuell vermittelte Informationen

Grundlegende kognitive Fertigkeiten beanspruchen verschiedene Subsysteme in wechselnden Anteilen, z.B.

• Lesenlernen (Wagner & Torgesen, 1987) /Vokabellernen: phonologische Schleife wichtig
• Denken und Problemlösen: zentrale Exekutive wichtig

=> Ressourcenbeanspruchung vor allem bei (noch) unzureichender Routinisierung von Fertigkeiten

Wofür sind die Teilsysteme des Arbeitsgedächtnisses beim Lernen relevant?

Zielgerichtete kognitive Aktivitäten beim Lernen beanspruchen die zentrale Exekutive:

=> vor allem bei (noch) unzureichender Routinisierung von Strategien

=> Nutzungsdefizit bei Erwerb neuer Lernstrategien (Miller & Seier, 1994; s. → Thema Selbstgesteuertes Lernen) 

Lerner/innen unterscheiden sich in der Kapazität ihres Arbeitsgedächtnisses (bzw. einzelner AG-Komponenten).

Messung der Kapazität der Hilfssysteme:

• Phonologische Schleife: Einfache Spannenaufgaben (z.B. Reproduktion von Wort- oder Ziffernlisten)
• Visuell-räumlicher Notizblock: z.B. Muster-Rekonstruktionsaufgaben

• Lesespanne: Lesen vom Sätzen und gleichzeitiges Behalten von Wörtern oder Buchstaben
• Operation Span: Lösen von Rechenaufgaben und gleichzeitiges Behalten von Buchstaben
• Wort- und Ziffern-Rückwärtsspanne
• n-back-Aufgaben (Kirchner, 1958)

Prinzip der komplexen Spannenaufgaben:

• Informationen müssen behalten werden, während gleichzeitig neue Informationen aktiv verarbeitet werden
• kognitive Kontrolle steht im Vordergrund

=> grundlegende Anforderung bei (expliziten) Lernprozessen aller Art

Fragestellung: Welche Rolle spielen die Arbeitsgedächtniskapazität und die Effizienz von grundlegenden Leseprozessen in Schulfächern wie Deutsch, in denen die Lektüre von Texten wesentlich ist?

Effizienz von grundlegenden Leseprozessen: Wie viel kognitive Ressourcen werden für das Verstehen einfacher Sätze benötigt? 

Hypothesen (Richter & Naumann, 2009)

Die Arbeitsgedächtniskapazität (zentrale Exekutive) und die Effizienz von Lesefähigkeiten sollten deutliche Zusammenhänge mit der Schulleistung im Fach Deutsch haben.

Zusammenhang von Lesefähigkeiten und der Schulleistung sollte umso größer sein, je geringer die Arbeitsgedächtniskapazität ist (kompensatorische Beziehung).

Überprüfung anhand der Daten von 80 Schüler(innen) aus neunten Klassen (Gymnasium)

Messung der Effizienz basaler Lesefähigkeiten mit der Schülerversion des ELVES-Subtests Satzverifikation (Richter & van Holt, 2005)

Messung der Arbeitsgedächtniskapazität mit der computergestützten Operation Span Task (Unsworth et al., 2005)

Kriterium für die Schulleistung: Zeugnisnote im Fach Deutsch

ELVES-Subtest Satzverifikation: Basale Lesefähigkeitskomponenten

• Wortebene: Worterkennung (lexikalischer Zugriff)
• Satzebene: Semantische Integration der einzelnen Wörter zu einem kohärenten Satzsinn

Testitems: 16 wahre und falsche begriffliche Aussagen (Bedeutungserklärungen), z.B.

• Gram ist ein Gefühl.
• Ein Bungalow ist ein Haus mit einem spitzen Giebeldach.

Aufgabe der Testperson: Möglichst rasch entscheiden, ob die Aussage wahr oder falsch ist.

Testitems enthalten bekannte Wörter

→ Hoher Anteil richtiger Antworten (> .9)

→ Reaktionszeit wesentliche diagnostische Variable

Substanzielle Zusammenhänge: Bessere Schulleistungen im Fach Deutsch bei Schülern/innen mit

• stärker routinisierten Lesefähigkeiten
• und größerer Arbeitsgedächtniskapazität 

=> Arbeitsgedächtniskapazität moderiert den Zusammenhang der Effizienz basaler Lesefähigkeiten mit der Schulleistung (Interaktionseffekt)

=> Effizienz basaler Lesefähigkeiten für Schulleistung im Fach Deutsch umso wichtiger, je geringer die individuelle Arbeitsgedächtniskapazität ist. 

Untersuchungsbeispiel:

• Wie unterscheiden sich Kinder mit und ohne Lernstörung im Hinblick auf ihre Arbeitsgedächtniskapazität? (Schuchardt et al., 2008)
• Gibt es Besonderheiten in der Struktur des Arbeitsgedächtnisses?

Untersuchung an 245 Grundschulkindern

• Diagnose einer Lernstörung nach ICD-10 bei 129 Kindern
• 65 Kinder mit Lese-Rechtschreib-Störung (diagnostiziert mit standardisierten Lese- bzw. Rechtschreibtests)
• 10 Kinder mit isolierter Rechtschreibstörung
• 19 Kinder mit Rechenstörung (diagnostiziert mit standardisierten Rechentests)
• 22 Kinder mit kombinierter Störung schulischer Fertigkeiten
• 13 Kinder mit Lernbehinderung (unterdurchschnittliche Intelligenz)

Bearbeitung verschiedener Arbeitsgedächtnisaufgaben (phonologische Schleife, visuell-räumlicher Notizblock, zentrale Exekutive)

heorie der kognitiven Belastung (cognitive load theory; Chandler & Sweller, 1991; Sweller, 1999): Unterscheidung von drei Arten kognitiver Belastung beim Lernen

1. Intrinsische kognitive Belastung (intrinsic cognitive load): Inhaltsbedingte kognitive Belastung, bedingt durch (a) Komplexität des Lerngegenstand (Elementinteraktivität) und (b) Vorkenntnissen der Lernenden
2. Extrinsische kognitive Belastung (extrinsic cognitive load): Sachfremde kognitive Belastung, bedingt durch die Art der Präsentation des Lernmaterials („Instruktionsdesign“)
3. Lernrelevante kognitive Belastung (germane cognitive load): Kognitive Belastung, die durch (nicht direkt inhaltsbedingte, optionale) lernförderliche kognitive Aktivitäten entsteht (→ kogniTve/metakogniTve Lernstrategien).

Gesamtbelastung des kognitiven Systems (d.h. keine Überlappung zwischen unterschiedlichen Arten)

Gute Lehre/Lehrmedien sorgen für geringe extrinsische kognitive Belastung beim Lernen

Beispiele für (unnötig) hohe extrinsische Belastung:

• schlecht geschriebene Lehrbuchtexte (geringe Kohärenz; s. → Thema Lernen mit Texten und Multimedia)
• unstrukturierte, schlecht lesbare oder fehlerhafte Präsentationen
• „verführerische Details“ (seductive details): Informationen, die Interesse wecken (sollen), aber für das eigentliche Lernziel irrelevant sind (Garner, Brown, Sanders & Menke, 1992):
  • z.B dekorative Abbildungen/unterhaltsame Videos
  • irrelevante verbale Informationen

Kognitive Ressourcen = begrenzte und individuell unterschiedliche Kapazität des Arbeitsgedächtnisses (exekutive Funktionen, zentrale Aufmerksamkeit)

Erfolgreiches Lernen setzt Verfügbarkeit kognitiver Ressourcen voraus.

Arbeitsgedächtniskapazität ist keine statische Größe, sondern hängt von der Effizienz von Lernprozessen ab.

Arbeitsgedächtnismodell von Baddeley: je nach Art des Lernprozesse sind Subkomponenten in unterschiedlicher Weise beteiligt.

Individuelle Unterschiede der Arbeitsgedächtniskapazität und Methoden zu ihrer Messung

Theorie der kognitiven Belastung: Unterscheidung unterschiedlicher Komponenten der Arbeitsgedächtnisbelastung – wichtig für die Fragen der Steuerung/Reduktion kognitiver Belastungen beim Lernen