Diplomarbeit Evaluation multipler Repräsentationsformen des
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Diplomarbeit Evaluation multipler Repräsentationsformen des Wissens Eine Untersuchung auf Grundlage neurobiologischer und psychologischer Erkenntnisse der Akquisition und Speicherung von Wissen. Prof. Dr. L. Nastansky Sommersemester 2003 Betreuer: Dipl.- Inform. Stefan Smolnik vorgelegt von: Jörg Filmar Wirtschaftspädagogik Mat.-Nr.: 6003932 Am Rippinger Weg 22 33098 Paderborn Eidesstattliche Erklärung Ich erkläre hiermit an Eides Statt, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und nur unter Verwendung der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe; die aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommenen Gedanken sind als solche kenntlich gemacht. Die Arbeit wurde bisher keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt und auch noch nicht veröffentlicht. Paderborn, den …………… ………………… (Datum) (Unterschrift) Inhalt Inhaltsverzeichnis 1 2 3 Einleitung.................................................................................................................1 1.1 Szenario.............................................................................................................1 1.2 Zielsetzung ........................................................................................................2 1.3 Vorgehensweise ................................................................................................3 Wissen ......................................................................................................................5 2.1 Der Wissensbegriff............................................................................................5 2.2 Wissensarten ...................................................................................................10 2.3 Definition ........................................................................................................13 Wissenserwerb.......................................................................................................14 3.1 Neurobiologische Betrachtung........................................................................14 3.1.1 Nervensystem..........................................................................................14 3.1.1.1 Neuronen .............................................................................................15 3.1.1.2 Synapsen .............................................................................................17 3.1.2 Gehirn......................................................................................................18 3.1.2.1 Aufbau des Gehirns.............................................................................18 3.1.2.2 Funktionen des Gehirns ......................................................................20 3.1.3 Sinnesorgane ...........................................................................................22 3.1.3.1 Das Auge – visuelle Wahrnehmung....................................................23 3.1.3.2 Das Ohr – auditorische Wahrnehmung ...............................................25 3.2 Psychologische Betrachtungen .......................................................................27 3.2.1 Behaviorismus.........................................................................................27 3.2.1.1 Klassische Konditionierung ................................................................28 3.2.1.2 Operante Konditionierung...................................................................30 3.2.2 Kognitivismus .........................................................................................32 3.2.2.1 Kognitive Entwicklungstheorie...........................................................33 3.2.2.2 Theorie des entdeckenden Lernens .....................................................35 3.2.3 Konstruktivismus ....................................................................................36 3.2.3.1 Anchored Instruction...........................................................................38 3.2.3.2 Cognitive Flexibility ...........................................................................39 3.2.4 3.2.4.1 Mischformen ...........................................................................................39 Sozial-Kognitive Lerntheorie..............................................................40 Inhalt 3.2.4.2 3.3 4 Zwischenfazit ..................................................................................................42 Wissensspeicherung ..............................................................................................44 4.1 Gedächtnis.......................................................................................................44 4.1.1 Gedächtnismodelle..................................................................................45 4.1.1.1 Mehrspeichermodell............................................................................45 4.1.1.2 Theorie des Arbeitsgedächtnis ............................................................47 4.2 5 Theorie der situierten Kognition .........................................................41 Wissensrepräsentation im Langzeitgedächtnis ...............................................48 4.2.1 Theorie der Doppelkodierung .................................................................49 4.2.2 Propositionale Wissensrepräsentation.....................................................50 4.2.3 Semantische Netze ..................................................................................51 4.2.4 Schemata .................................................................................................52 4.2.5 Mentale Modelle .....................................................................................54 Externe Wissensrepräsentation ...........................................................................56 5.1 Klassische Repräsentationsformen..................................................................56 5.1.1 Texte........................................................................................................56 5.1.2 Bilder.......................................................................................................57 5.2 Moderne Repräsentationsformen ....................................................................58 5.2.1 Multimedia ..............................................................................................58 5.2.2 Hypertext.................................................................................................61 5.2.3 Hypermedia .............................................................................................65 5.2.4 Virtuelle Realität .....................................................................................66 5.2.5 Topic Maps .............................................................................................68 5.3 Evaluation .......................................................................................................72 6 Ausblick..................................................................................................................86 7 Zusammenfassung.................................................................................................87 8 Literatur.................................................................................................................90 9 Anhang .................................................................................................................100 Inhalt Abkürzungsverzeichnis CR Konditionierter Reaktion CS Konditionierter Stimulus GCC Groupware Competence Center KI Künstliche Intelligenz KM Knowledge Management KZG Kurzzeitgedächtnis LZG Langzeitgedächtnis NS Neutraler Stimulus PET Positronen-Emmissions-Tomographie PNS Peripheres Nervensystem SGML Standard Generalized Markup Language UKZG Ultrakurzzeitgedächtnis UR Unkonditionierte Reaktion US Unkonditionierter Stimulus VR Virtuelle Realität WWW World Wide Web XML eXtensible Markup Language XTM XML Topic Map ZNS Zentrales Nervensystem Inhalt Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Höhlenmalerei in der "Grotte de Lascaux"................................................1 Abbildung 2: Die Beziehungen zwischen den Ebenen der Begriffshierarchie .................8 Abbildung 3: Der hierarchische Aufbau des Nervensystems des Menschen..................15 Abbildung 4: Modell eines Neurons ...............................................................................16 Abbildung 5: Das Auge...................................................................................................24 Abbildung 6: Die Sehbahn im visuellen System ............................................................24 Abbildung 7: Das Ohr .....................................................................................................26 Abbildung 8: Behaviorismus – Das Gehirn als passiver Wissenscontainer ...................28 Abbildung 9: Schematische Darstellung des klassischen Konditionierens.....................29 Abbildung 10: Kognitivismus – Das Gehirn als lineares Informationssystem ...............33 Abbildung 11: Kognitive Adaption.................................................................................34 Abbildung 12: Konstruktivismus- Das Gehirn als geschlossenes Informationssystem..37 Abbildung 13: Drei Phasen des Gedächtnisses...............................................................44 Abbildung 14: Informationsfluss im Mehrspeichermodell des Gedächtnis; .................46 Abbildung 15: Modell des Arbeitsgedächtnisses............................................................48 Abbildung 16: Propositionales Netzwerk .......................................................................51 Abbildung 17: Semantisches Netzwerk ..........................................................................52 Abbildung 18: Hypertext-Konzept..................................................................................62 Abbildung 19: Verknüpfungen in und zwischen Hypertexten........................................64 Abbildung 20: Beziehungen zwischen Multimedia, Hypertext und Hypermedia ..........65 Abbildung 21: Datenbrille mit Kopfhörer, Datenhandschuh..........................................67 Abbildung 22: Topic Types ............................................................................................69 Abbildung 23: Topic Occurrences ..................................................................................69 Abbildung 24: Topic Associations..................................................................................70 Abbildung 25: Visualisierung einer Topic Map im K-Viewer (zirkulär) .......................83 Inhalt Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Wissensarten ..................................................................................................12 Tabelle 2: Aufbau des Gehirns........................................................................................19 Tabelle 3: Spezialisierung der Gehirnhemisphären ........................................................21 Tabelle 4: Die Sinne des Menschen und ihre grundlegenden Merkmale........................23 Tabelle 5: Die vier operanten Lernprinzipien .................................................................32 Tabelle 6: Zusammenfassung der psychologischen Aspekte des Wissenserwerbs ........43 Tabelle 7: Beispiel Lehrer-Schema.................................................................................53 Tabelle 8: Diagrammtypen..............................................................................................58 Tabelle 9: Raster zur differenzierten Beschreibung medialer Angebote ........................60 Tabelle 10: Naive Annahmen zur Begründung des Multimediaeinsatz..........................76 Tabelle 11: Untersuchungsergebnisse zur Doppelcodierungstheorie .............................77 Tabelle 12: Situationsspezifische Auswahl geeigneter Wissensrepräsentationsformen.84 Tabelle 13: Gestaltgesetze der Wahrnehmung..............................................................100 1 Einleitung 1 1 Einleitung 1.1 Szenario Bereits in Urzeiten versuchten Menschen, ihr Wissen über Geschehnisse an andere weiterzugeben, um somit deren Fortbestand zu sichern. Ein prominentes Beispiel hierfür sind die Darstellungen von Jagdszenen in Form von Höhlenmalereien in der „Grotte de Lascaux“ in Südfrankreich (vgl. Abbildung 1). Abbildung 1: Höhlenmalerei in der "Grotte de Lascaux"1 Mehr als 15.000 Jahre später hat die Ressource Wissen nichts an Relevanz eingebüsst, sondern gewinnt insbesondere in der Funktion als Produktionsfaktor in Unternehmen mehr und mehr an Bedeutung. In Zeiten der Globalisierung, wachsender Innovationsgeschwindigkeit und Veränderlichkeit von Märkten spielt Wissen für die nachhaltige Wettbewerbs- und somit Überlebensfähigkeit einer Unternehmung eine entscheidende Rolle.2 „In an economy where the only certainty is uncertainty, the one sure source of lasting competitive advantage is knowledge.“3 Um der Bedeutung der Ressource Wissen gerecht werden zu können ist ein effizienter Umgang mit ihr erforderlich. Eine effiziente Handhabung von Wissen spiegelt sich u.a. in seiner Darstellungs- bzw. Repräsentationsform wider. Sicherlich erfüllten Höhlenmalereien die Ansprüche der damaligen Zeit, Wissen darzustellen, die Komplexität heutigen Wissens erfordert jedoch Repräsentationsformen die auf die individuellen Bedürf1 Quelle: http://www.ccny.cuny.edu/architecture/archprog/slide232/pages/005%20Caves%20at%20Lascaux.htm, am 13.07.03. 2 Vgl. North (2002, S. 1) 3 Nonaka (1991, S. 96) 1 Einleitung 2 nisse des Nutzers4 abgestimmt sind, um den Erwerb und die Speicherung von Wissen optimal zu unterstützen. Eine optimale Darstellung des Wissens ist also von fundamentaler Bedeutung und meint in diesem Zusammenhang, dass der Verwender den größtmöglichen Nutzen hinsichtlich des Erwerbs und der Speicherung aus dem Umgang mit des ihm repräsentierten Wissens erzielen kann. Für eine optimale Repräsentation des Wissens gilt es, neben formalen und technischen Aspekten insbesondere neurobiologische und psychologische Vorgänge beim Wissenserwerb und der Speicherung zu beachten. In der Neurobiologie und Psychologie stehen die Prozesse, die bei der Aufnahme und Speicherung von Wissen im menschlichen Gehirn bzw. Gedächtnis ablaufen, im Fokus des Interesses. Sowohl unterschiedliche Betrachtungsweisen des Wissenserwerbs und der Speicherung als auch multiple Formen der Wissensrepräsentation sind Bestandteile dieser Arbeit. In welchem (Abhängigkeits-)Verhältnis diese zu einander stehen, wird hier geklärt werden müssen. 1.2 Zielsetzung Die einführende Darstellung konnte bereits auf die Bedeutung der Ressource Wissen und in diesem Zusammenhang auf die Wichtigkeit von den für den Erwerb und die Speicherung des Wissens geeigneten Repräsentationsformen hinweisen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, multiple Repräsentationsformen des Wissens aufzuzeigen und diese auf der Grundlage neurobiologischer und psychologischer Erkenntnisse der Akquisition und Speicherung von Wissen zu evaluieren. Dem Begriff „multiple Repräsentationsformen“ kommt im Rahmen dieser Arbeit eine zweifache Bedeutung zu. Einerseits zielt die Betrachtung multipler Repräsentation auf interne, d.h. die im Gehirn oder unter psychologischer Betrachtung im Gedächtnis des Menschen repräsentierte Formen des Wissens ab. Andererseits existieren externe Wissensrepräsentationsformen außerhalb des Gedächtnisses, welche die Prozesse des Wissenserwerbs und der Speicherung unterstützen sollen. Die Erreichung des dieser Arbeit zu Grunde liegenden Ziels erfordert eine differenzierte Herangehensweise, die es im Folgenden vorzustellen gilt. 4 Zum Zweck einer besseren Lesbarkeit wird in der vorliegenden Arbeit auf die Verwendung weiblicher Personalsubstantive, wenn nicht durch Zitate bedingt, verzichtet. 1 Einleitung 3 1.3 Vorgehensweise Im zweiten Kapitel erfolgt zunächst eine interdisziplinäre Betrachtung des Wissensbegriffs. Daran anknüpfend werden die unterschiedlichen Wissensarten detailliert untersucht. Auf der Grundlage der bis zu diesem Punkt erlangten Erkenntnisse wird zum Abschluss des Kapitels eine für diese Arbeit geltende Arbeitsdefinition des Wissensbegriffs gegeben. Das dritte Kapitel beschreibt neurobiologische und psychologische Aspekte des Wissenserwerbs beim Menschen. Hierzu werden im Rahmen der neurobiologischen Betrachtung der Aufbau und die Funktion des Nervensystems sowie dessen elementare Bestandteile untersucht. Die Erkenntnisse sollen in der Folge als Basis für die Darstellung des anatomischen Aufbaus und der Funktionsweise des menschlichen Gehirns dienen. Neben der funktionellen Betrachtung des Gehirns wird hierbei auch auf die so genannte Spezialisierung der beiden Gehirnhälften eingegangen. Den Abschluss der neurobiologischen Untersuchung bildet die Beschreibung der fünf Sinnesorgane des Menschen. Hierbei stehen vor allem die Funktionsweise der Sinnesorgane Auge und Ohr sowie deren Aufnahme von Umweltreizen im Vordergrund. Die psychologische Betrachtung des Wissenserwerbs widmet sich vornehmlich den so genannten Lerntheorien. Hierbei gilt es, die drei klassischen Lerntheorien des Behaviorismus, Kognitivismus und Konstruktivismus im Detail zu beschreiben und deren Kernaussagen und Unterschiede herauszuarbeiten. Darüber hinaus werden zwei weitere Ansätze untersucht, die sich keiner der drei klassischen Lerntheorien direkt zuordnen lassen. Den Abschluss des dritten Kapitels bildet ein Zwischenfazit, das die bisher gesammelten Erkenntnisse aus der neurobiologischen und psychologischen Betrachtung des Wissenserwerbs zusammenfassend darstellt. Im Rahmen des vierten Kapitels gilt es, die Wissensspeicherung im Gedächtnis des Menschen zu untersuchen. Hierbei werden zunächst elementare Prozesse der Wissensspeicherung betrachtet, um darauf aufbauend zwei Modelle untersuchen zu können, welche die Wissensspeicherung im Detail beschreiben. Den Abschluss dieses Kapitels bildet die Betrachtung der verschiedenen Theorien zur internen Wissensrepräsentation im Langzeitgedächtnis. Im fünften Kapitel werden multiple externe Wissensrepräsentationsformen dargestellt. Hierbei gilt es, zunächst die klassischen Formen der Wissensrepräsentation zu beschreiben. In der Folge werden moderne Wissensrepräsentationsformen dargestellt. Im An- 1 Einleitung 4 schluss an diese Darstellung wird jede einzelne Wissensrepräsentationsform evaluiert. Hierbei wird eine Integration der neurobiologischen und psychologischen Feststellungen zum Wissenserwerb und zur Wissensspeicherung mit den Erkenntnissen der bereits erlangten Erkenntnisse zu den externen Wissensrepräsentationsformen angestrebt. Die Zusammenfassung der Evaluationsergebnisse bildet den Abschluss dieses Kapitels. Das sechste Kapitel bietet einen Ausblick, der sich kritisch mit den zukünftigen Möglichkeiten zur externen Wissensrepräsentation beschäftigt und die in dieser Arbeit nicht geklärten Fragen aufzeigt. Das siebte Kapitel liefert abschließend einen zusammenfassenden Überblick über die Kernaussagen der vorliegenden Arbeit. 5 2 Wissen 2 Wissen „Alles Wissen und alle Vermehrung unseres Wissens endet nicht mit einem Schlusspunkt, sondern mit Fragezeichen.“ Hermann Hesse (1877-1962) Deutscher Schriftsteller 2.1 Der Wissensbegriff In den unterschiedlichen Feldern der Forschung und Wissenschaft wird der Begriff Wissen aus verschiedenem Blickwinkel betrachtet.5 Die Verwendung des Begriffs erfolgt hierbei unter heterogenen Akzentuierungen und erfordert aus diesem Grund eine detaillierte Betrachtung aus neurobiologischer, psychologischer und philosophischer Sicht. Darüber findet der Wissensbegriff in den Forschungsfeldern der Künstlichen Intelligenz (KI), der Informatik und im modernen Managementvokabular Verwendung.6 Die neurobiologische Sichtweise des Wissensbegriffs lässt sich als das subsumieren, was die Funktionsabläufe im Zentralnervensystem festlegt und koordiniert.7 Gemeint sind damit Ordnungen, die die geistigen und motorischen Funktionen determinieren. Wissen lässt sich jedoch nicht auf Inhalte beschränken, die in rationalen Sprachen fassbar sind, sondern es ist die Vorraussetzung von Fertigkeiten eines Individuums.8 Hauptaugenmerk der neurobiologischen Betrachtung von Wissen liegt demnach weniger auf dem Resultat, sondern vielmehr auf den für den Wissenserwerb erforderlichen Quellen und Prozessen. In der Psychologie wird Wissen als individueller Besitz einer Person aufgefasst.9 Dieser individuelle Besitz kann als relativ dauerhafter Gedächtnisinhalt einer Person umschrieben werden. Die Bedeutsamkeit von Wissen wird durch Prozesse der sozialen Interaktionen festgelegt und individuell nur dann als Wissen aufgefasst, wenn eine Person von der Gültigkeit dieses Wissens überzeugt ist. Wissen wird in der Psychologie daher mit rein subjektiven Aspekten einer Person wie Überzeugung und Glauben verbunden. 5 Vgl. Strube/Schlieder (1996, S. 799). Vgl. Raub (2000, S. 3543). 7 Vgl. Singer (2000 b S. 518). 8 Vgl. Singer (2000 b, S. 518). 9 Vgl. für den folgenden Absatz: Gruber (1999, S. 95). 6 2 Wissen 6 Die Philosophie hingegen hält an der objektiven Richtigkeit des Wissens fest und bezieht sich damit auf Aspekte wie Wahrheit und Wahrheitswert.10 Die Frage, ob Wissen immer nur individuell konstruiert wird oder als objektive Informationsmenge zu bezeichnen ist, die unabhängig vom jeweiligen Wissensträger existieren kann, wird kontrovers diskutiert. So kann Wissen sowohl in der Philosophie als auch in der Psychologie als eine Menge mentaler Vorstellungen aufgefasst werden, die den Menschen befähigen, Aufgaben im Zusammenhang mit geeigneten Denktechniken zu bewältigen. Anders ausgedrückt kann Wissen als Denkinhalt verstanden werden, der seine Aktualisierung in Denkprozessen erfährt. Weitaus differenzierter wird der Begriff Wissen im Bereich der KI verwandt, die als wissenschaftliche Disziplin mit Hilfe von informationsverarbeitenden Systemen versucht, menschliche Wahrnehmungs- und Verstandsleistungen abzubilden.11 Aus Sicht der KI ist der Inhalt der Wissensbasis eines informationsverarbeitenden Systems als Wissen zu bezeichnen.12 Dieses Wissen gilt im Rahmen der Operationen des Systems als wahr, kann jedoch falsch oder unwahr sein und würde in diesem Fall eine Wissensrevision erforderlich machen.13 Der Wissensbegriff findet sowohl in der Organisationstheorie als auch in Bereichen der Informationstechnologie eine vielfältige Verwendung und kann dort als Wissensmanagement (engl. Knowledge Management, KM) identifiziert werden.14 „knowledge management; die Gesamtheit der Modelle und Konzepte, welche die strategische Bedeutung von Wissen als organisationale Ressource herausarbeiten sowie Techniken und Instrumente zur bewussten Gestaltung wissensrelevanter Prozesse in Organisationen entwickeln.“15 Im Rahmen des KM erfolgt eine Identifikation des Wissensbegriffs häufig über seine strukturellen Bestandteile, die es im Folgenden zu untersuchen gilt.16 Hierbei werden Elemente und Ebenen unterschieden. Zeichen, Daten, Informationen und Wissen stellen die Elemente des Wissensbegriffs dar, die über die Ebenen Zeichenvorrat, Syntax, Kontext und Vernetzung miteinander verknüpft werden. Zeichen, Daten, Informationen und 10 Vgl. für den folgenden Absatz: Strube/Schlieder (1996, S. 799), Gruber (1999, S. 95). Vgl. Görz/Wachsmuth (1995, S. 1). 12 Vgl. Strube/Schlieder (1996, S. 799). 13 Vgl. Strube/Schlieder (1996, S. 799). 14 Vgl. hierzu insbesondere Nonaka/Takeuchi (1995); Davenport/Prusak (1998); Probst/ Raub/Romhardt (1999). 15 Raub (2000, S. 3543). 16 Vgl. für den folgenden Absatz Probst/Raub/Romhardt (1999, S. 36). 11 2 Wissen 7 schließlich Wissen werden hierarchisch in einem Kontinuum angeordnet und über die zuvor genannten Ebenen miteinander in Beziehung gesetzt. Bei diesem sukzessiven Vorgehen, das häufig auch als „Anreicherungsprozess“17 bezeichnet wird, lassen sich zu Beginn aus einem gegebenen Zeichenvorrat einzelne Folgen von Zeichen auswählen. Eine Unterscheidung von Zeichen lässt sich über die Form ihrer Darstellung vornehmen.18 Hierbei können numerische Zeichen (Ziffern), alphabetische Zeichen (Buchstaben) und beliebige Zeichen (Ziffern, Buchstaben und Sonderzeichen) unterschieden werden.19 In der Kombination mit formalen Regeln (Syntax) werden diese Zeichenfolgen zu Daten. Analog zur Differenzierung von Zeichen können auch Daten nach der Art der Darstellung systematisiert werden.20 Hierbei werden neben numerischen, alphabetischen und alphanumerischen Daten zusätzlich ikonische Daten unterschieden, die sich aus Bildzeichen zusammensetzen.21 Daten fehlt jedoch zu einer sinnvollen Interpretation ein bestimmter Kontext oder Problemzusammenhang, ohne den sie an sich bedeutungslos sind.22 Werden Informationen als Nachricht verstanden, die vom Sender an einen Empfänger übermittelt werden, muss diese den Empfänger auch tatsachlich „informieren“. Der Informationsgehalt der Nachricht hängt jedoch letztlich von der individuellen Interpretation des Zusammenhangs der Daten ab.23 Erst die Einbettung von Daten in einen zweckmäßigen Kontext führt demnach zu Informationen, die den Grundstoff für die Generierung von Wissen bilden. „Wissen mit Sinn und Bedeutung entsteht nur unter der Vorraussetzung, dass Menschen auswählen, vergleichen, bewerten, Konsequenzen ziehen, verknüpfen, aushandeln und sich mit anderen austauschen“.24 Über die Darstellung in Abbildung 2 hinaus werden dem Wissensbegriff noch zusätzliche Begriffe wie Weisheit, Intelligenz, Aktion und Handlung zu- bzw. übergeordnet, denen im Rahmen dieser Arbeit jedoch keine weitere Beachtung geschenkt werden soll.25 17 Probst/Raub/Romhardt, (1999, S. 36). Vgl. Schneider/Werner (2000, S. 64). 19 Vgl. Schneider/Werner (2000, S. 64). 20 Vgl. Heinrich/Roithmayr (1998, S. 136, Sp. 2). 21 Vgl. Heinrich/Roithmayr (1998, S. 136, Sp. 2 f.). 22 Vgl. Reimann-Rothmeier et al (2001, S.16), Probst/Raub/Romhardt (1999, S. 36), Davenport/Prusak (1998, S. 27 f.). 23 Vgl. Davenport/Prusak (1998, S. 29). 24 Reimann-Rothmeier et al (2001, S.16). 25 Vgl. Probst/Raub/Romhardt (1999, S. 37), Davenport/Prusak (1998, S. 26), Eppich et al. (2002, S. 44 f.). 18 8 2 Wissen Wissen Vernetzung Informationen Kontext Daten Syntax Zeichen Zeichenvorrat Abbildung 2: Die Beziehungen zwischen den Ebenen der Begriffshierarchie26 Von entscheidender Bedeutung bei diesem Ansatz zur Beschreibung des WissensBegriffs ist die Vernetzung von Informationen mit den persönlichen Werten, Einstellungen und Erfahrungen des Menschen. Die Kopplung des Wissens an Personen drückt im Umkehrschluss jedoch nicht aus, dass Informationen losgelöst vom menschlichen Interpreten aufzufassen sind. Ein höherer Allgemeinheitsgrad von Informationen im Vergleich zu Wissen lässt sich hier als adäquates Unterscheidungsmerkmal festhalten.27 Die über das Begriffskontinuum von Zeichen, Daten, Informationen und Wissen transportierte Kernaussage, dass Wissen im Vergleich zu Daten und Informationen umfassender, tiefgründiger und reichhaltiger ist, ist für eine differenzierte Betrachtung des Begriffs Wissen im Zusammenhang mit dem KM bedeutsam.28 Im Folgenden werden darüber hinaus drei zentrale Aspekte des Wissensbegriffs betrachtet, die für den Umgang mit der Ressource Wissen im organisationalen Kontext notwendig sind.29 1. Implizite Dimension des Wissens: Wissen umfasst eine explizite (theoretische) Form, die artikulierbar und relativ leicht übertragbar ist. Andererseits beinhaltet Wissen auch eine implizite (praktische) Form, die sehr persönlich und 26 Quelle: Probst/Raub/Romhardt (1999, S. 36), Krcmar (2003, S. 14), modifiziert durch den Verfasser. Vgl. Capurro (2000, o. S.). 28 Vgl. Davenport/Prusak (1998, S. 31). 29 Vgl. Renzl (2003, S.2) sowie für die folgende Aufzählung ebenda. 27 2 Wissen 9 häufig unbewusst bzw. intuitiv vorhanden ist und sich nur schwer formalisieren lässt. 2. Handlungsorientierung des Wissens: Dieser Aspekt des Wissensbegriffs betont die Prozessperspektive, bei der Wissen in konkreten Situationen angewendet wird und sich in Form von Handlungen einer Person zeigt. Wissen kann umgekehrt aber auch als Erkenntnisprozess aus Handlungen hervorgehen und dient somit als Grundlage für die Entdeckung neuer Möglichkeiten. 3. Soziale Konstruktion des Wissens: „Wissen wird in Prozessen der Interaktion zwischen beteiligten Personen konstruiert“.30 Es kann nicht als objektiv gegeben verstanden werden, sondern ist abhängig von den Erfahrungen und Werten der beteiligten Personen.31 Besondere Relevanz kommt der Unterscheidung von impliziter und expliziter Dimension des Wissens zu, die auch von den Autoren Nonaka/Takeuchi verwendet wird.32 In ihren Ausführungen zur organisationalen Wissensgenerierung unterscheiden sie die vier Wissensformen implizites und explizites sowie individuelles und kollektives Wissen.33 Neues Wissen wird hierbei in einem spiralförmigen Prozess („knowledge spiral“34) der Interaktion zwischen diesen vier Wissensformen, generiert.35 Neben dem Übergang von individuellem zu kollektivem Wissen wird insbesondere der Transformationsprozess von implizitem zu explizitem Wissen („Externalization”36 ) beschrieben. Grundlegend für diese Annahme von Nonaka/Takeuchi ist es, dass implizites Wissen transferiert und artikuliert und somit in eine formale Sprache überführt werden kann.37 Der angenommene Transformationsprozess von implizitem zu explizitem Wissen wird jedoch kritisch beurteilt.38 Nonaka und Takeuchi beziehen sich in ihrem Modell der Spirale der organisationalen Wissensgenerierung auf Polanyi, „[...]das Wissenskonzept nach Polanyi wurde (jedoch, Anm. d. Verf.) miss- bzw. fehl interpretiert.“39 30 Renzl (2003, S. 2). Vgl. Renzl (2003, S. 2). 32 Siehe Nonaka/Takeuchi (1995). 33 Vgl. Nonaka/Takeuchi (1995, S. 62 ff. und S. 73 ff.). 34 Vgl. Nonaka/Takeuchi (1995, S. 70). 35 Vgl. Nonaka/Takeuchi (1995, S. 62 f.). 36 Vgl. Nonaka/Takeuchi (1995, S. 64). 37 Vgl. Renzl (2003, S. 5). 38 Vgl. Renzl (2003, S. 5). 39 Renzl (2003, S. 5). 31 10 2 Wissen „Beide Aspekte von Wissen (implizites und explizites Wissen, Anm. d. Verf.) habe ähnliche Struktur und keiner tritt jeweils ohne den anderen auf“.40 „Es ist daher nicht möglich von reinem explizitem oder reinem implizitem Wissen bzw. von der Überführung des einen in den anderen Teil zu sprechen.“41 Eine Form des impliziten Wissens, die auf der einen Seite unaussprechlich und im Verborgenen liegt, auf der anderen Seite aber dennoch an die Oberfläche transportiert werden kann, scheint einen unversöhnlichen Widerspruch zu beinhalten.42 Der sonst so häufig im Rahmen des KM zitierte Ansatz von Nonaka/Takeuchi wird aufgrund der Vorbehalte zu den darin verwendeten Annahmen in der vorliegenden Arbeit nicht weiter betrachtet. Nachdem interdisziplinäre Ansätze zum Wissensbegriff vorgestellt worden sind, bei denen insbesondere die formale Abgrenzung im KM-Ansatz über das Kontinuum Zeichen, Daten, Informationen und Wissen betrachtet wurde, werden im folgenden Abschnitt verschiedene Arten von Wissen dargestellt. 2.2 Wissensarten Eine Abgrenzung der Wissensarten kann über Dimensionen der Herkunft, Funktion oder aber auch nach der Art und Weise, wie es im menschlichen Gedächtnis gespeichert wird, vorgenommen werden.43 Häufig wird in der Literatur zwischen den Begriffspaaren implizit/prozeduralem und explizit/deklarativem Wissen unterschieden.44, 45 Ihren Ursprung haben beide Arten des Wissens in der Psychologie und Philosophie46, finden darüber hinaus aber auch im Bereich der Wissensrepräsentation der KI Verwendung.47 Prozedurales Wissen bzw. implizites Wissen kann als Wissen über Fertigkeiten beschrieben werden.48 Die aus dem angelsächsischen Sprachgebrauch stammenden Begriffe „Know-how“ und „procedural knowledge“ werden in der deutschen Übersetzung 40 Polanyi (1985, S. 16). Renzl (2003, S. 5). 42 Vgl. Renzl (2003, S. 5). 43 Vgl. Strube/Schlieder (1996, S. 799). 44 Vgl. hierzu u. a. Edelmann (1996, S. 202), Karagiannis/Telesko (2001, S. 54 f.), Reinmann-Rothmeier et al. (2001, S. 17f.), Probst/Büchel (1998, S. 26 f.), Birbaumer/Schmidt (1996, S. 568 ), Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 139 f.), Anderson (2001, S. 238 ff.), Renzl (2003, S. 2 ff.), Steiner (2001, S. 155). 41 45 Der in Abschnitt 2.1, im Rahmen des Wissensbegriffs aus der Perspektive des KM, untersuchte Ansatz von Nonaka/Takeuchi stellt hierbei einen Vorgriff auf die im Folgenden detaillierte Untersuchung der impliziten und expliziten Wissensart dar. 46 Vgl. hierzu insbesondere Polanyi (1985) 47 Vgl. Kurbel (1992, S. 36 f.). 48 Vgl. Edelmann (1996, S. 202). 2 Wissen 11 als prozedurales Wissen charakterisiert, sollten aber im Deutschen eher mit dem Begriff „Können“ übersetzt werden.49 Aufgrund fehlender Trennschärfe dieser Wissensarten im angelsächsischen Sprachgebrauch und der deutschen Übersetzung sowie im Hinblick auf die Verwendung einer einheitlichen Nomenklatur wird im Weiteren ausschließlich von implizitem Wissen die Rede sein. Implizites Wissen ist zwar offenbar vorhanden, auch ist sich eine Person dessen durchaus bewusst, jedoch erscheint es ihr sehr schwierig darüber Auskunft zu geben.50 Als Beispiele seien hier das Fahrrad fahren (psychomotorischer Bereich) bzw. das Multiplizieren von Zahlen (kognitiver Bereich) genannt, die eine Person zwar objektiv beherrschen, aber nur unter größten Anstrengungen verbalisieren kann.51 Mit zunehmender Verbesserung der persönlichen Fertigkeiten sind dem Individuum die für die Ausführung notwendigen Einzelheiten immer weniger bewusst und es entsteht eine Art Automatisierung.52 Nach Polanyi ist für das Verständnis des impliziten Wissens dessen Zweigliedrigkeit grundlegend.53 Implizites Wissen entsteht hierbei in einem Integrationsprozess zwischen einer unterstützenden und einer zentralen Bewusstseinsebene. Durch das Zusammenspiel zwischen beiden Ebenen können Alltagssituationen, wie z.B. das Einschlagen eines Nagels in die Wand bewältigt werden. Die Fokussierung der zentralen Bewusstseinsebene bei der Ausführung liegt hierbei auf dem Nagel und dessen Stellung zur Wand. Das unterstützende Bewusstsein hingegen steuert die Bewegung des Hammers und erfordert bei entsprechender Übung wenig bzw. keine mentale Beanspruchung. Das Wissen über die Ausführung einer Aktion erfolgt in vielen Fällen demnach ohne eine bewusste Fokussierung auf die Aufgabe und kann von der handelnden Person meist nur unzureichend artikuliert werden. Deklaratives bzw. explizites Wissen wird in der Literatur auch als Wissen über Fakten oder Sachverhalte bezeichnet.54 Dieser Art des Wissens wird, im Gegensatz zum impliziten Wissen, eine „Artikulierbarkeit“ unterstellt.55 Als anschauliches Beispiel für deklaratives Wissen kann folgende Aussage: „Berlin ist Deutschlands Hauptstadt“ genutzt 49 Vgl. Tschirner (1997, o. S.). Vgl. Strube/Schlieder (1996, S. 801). 51 Vgl. Edelmann (1996, S. 202), Strube/Schlieder (1996, S. 801). 52 Vgl. Edelmann (1996, S. 202). 53 Vgl. für den folgenden Absatz: Renzl (2003, S. 8 f.). 54 Vgl. Steiner (2001, S. 155 f.). 55 Vgl. Strube/Schlieder (1996, S. 799). 50 12 2 Wissen werden. Das Wissen über den Fakt, dass Berlin die Hauptstadt Deutschlands ist, kann durch ein Individuum verbalisiert werden und ist ihr folglich auch bewusst. Die Verwendung des Begriffs „know-what“, zur Beschreibung von Faktenwissen ist in der deutschsprachigen Literatur eher unüblich und soll daher nicht näher betrachtet werden. Eine redundanzfreie Klassifizierung bzw. einheitliche Nomenklatur der Wissensarten erfordert es jedoch, analog zur Verwendung des impliziten Wissens, im Verlauf der vorliegenden Arbeit ausschließlich den Begriff des expliziten Wissens zu verwenden. Neben dem impliziten bzw. expliziten Wissen sollen hier weiterhin semantisches und episodisches Wissen untersucht werden. Beide Begriffe stammen aus der Gedächtnispsychologie und bezeichnen spezielle Gedächtnisinhalte, d.h. die Art und Weise, wie dieses Wissen im Gedächtnis einer Person repräsentiert ist.56 Episodisches Wissen bezeichnet hierbei das Wissen über spezielle Beispiele und Fälle und kann neben Kontextangaben über den Ort und die Zeit des Ereignisses gespeichert werden. Semantisches Wissen stellt die Bedeutung von Begriffen sowie deren inhaltliche Verknüpfung bzw. deren Relationen untereinander dar.57 Werden diese Relationen zu Kategorien zusammengefasst, wird dieses Wissen als konzeptuell bezeichnet.58 Tabelle 1 stellt die in diesem Abschnitt betrachteten Wissensarten dar. Wissensarten „Artikulierbar“ Know-how Semantisches Wissen Prozedurales Wissen Episodisches Wissen Implizites Wissen „Nicht Artikulierbar“ Explizites Wissen Deklaratives Wissen Know-what Tabelle 1: Wissensarten59 In der Literatur werden weitere Wissensarten unterschieden, die aber im Kontext dieser Arbeit nicht näher betrachtet werden sollen.60 56 Vgl. Strube/Schlieder (1996, S. 799). Vgl. Strube/Schlieder (1996, S. 799). 58 Vgl. Anderson (2001, S. 153) 59 Eigene Darstellung. 60 siehe hierzu: Strube/Schlieder (1996, S. 799 ff.). 57 2 Wissen 13 2.3 Definition Eine allgemeingültige Definition von Wissen lässt sich aufgrund der vielfältigen Verwendung des Begriffs nicht anführen. Da der Erwerb, die Speicherung und die Repräsentation von Wissen jedoch zentrale Aspekte dieser Arbeit sind, soll im Folgenden eine für den weiteren Verlauf dieser Arbeit geltende Arbeitsdefinition gegeben werden: „Wissen bezeichnet die Gesamtheit der Kenntnisse und Fähigkeiten, die Individuen zur Lösung von Problemen einsetzen“.61 Es umfasst sowohl implizite als auch explizite Dimensionen und stützt sich auf das Kontinuum aus Zeichen, Daten und Informationen.62 Wissen wird von einem Individuum geformt und stellt dessen Erwartungen über Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge dar.63 Diese Arbeitsdefinition wird in der Folge dazu genutzt, Prozesse beschreiben zu können, die den Erwerb und die Speicherung von Wissen darstellen. Eine Vielzahl der hierbei beschriebenen Prozesse erfordert jedoch aufgrund ihrer Komplexität eine differenzierte Verwendung des Wissensbegriffs. Daher wird, bei einer sich von der oben genannten Definition unterscheidenden Verwendung des Begriffs Wissen, im jeweiligen Kontext darauf hingewiesen. 61 Probst/Raub/Romhardt (1999, S. 46). Vgl. Probst/Raub/Romhardt (1999, S. 46). 63 Vgl. Probst/Raub/Romhardt (1999, S. 46). 62 3 Wissenserwerb 14 3 Wissenserwerb 3.1 Neurobiologische Betrachtung Die Neurobiologie kann als relativ neue biologische Grundlagenwissenschaft verstanden werden, die sich mit der Erforschung des Aufbaus und der Funktion des Nervensystems und des Gehirns beschäftigt.64 In der Neurobiologie wird Wissen als Programm verstanden, dass Funktionsabläufe im Zentralnervensystem des Menschen koordiniert und bestimmt.65 Unter Wissenserwerb aus neurobiologischer Sicht werden all jene Prozesse verstanden, die zur Modifikation dieser Funktionsabläufe führen.66 Bevor der eigentliche Wissenserwerbsprozess betrachtet werden kann, müssen die (neuro-) biologischen Grundlagen, auf denen dieser Prozess aufgebaut ist, verstanden werden. Hierfür wird im Folgenden zunächst der Aufbau des menschlichen Nervensystems betrachtet. In diesem Zusammenhang werden dann die einzelnen funktionellen Beziehungen zwischen den Nervenzellen, dem Gehirn und den Sinnesorganen untersucht, die zum Erwerb von Wissen führen. 3.1.1 Nervensystem Das Nervensystem des Menschen besteht aus Milliarden hochgradig spezialisierter Nervenzellen und lässt sich in der generellsten Einteilung in einen zentralen und einen peripheren Teil gliedern.67 Diese beiden Teilsysteme sind zwar anatomisch voneinander getrennt, jedoch funktionell miteinander verbunden.68 Das zentrale Nervensystem (ZNS) besteht aus Nervenzellen im Gehirn und im Rückenmark und besitzt keine direkte Verbindung zur Außenwelt.69 Die Aufgabe des ZNS ist es, die verschiedenen Körperfunktionen zu integrieren bzw. zu koordinieren, indem es alle eintreffenden und auszusendenden Botschaften verarbeitet. Das Rückenmark, welches sich in der Wirbelsäule des Menschen befindet, verbindet das Gehirn mit dem übrigen Körper über Nervenpfade im peripheren Nervensystem (PNS). Hierbei übernehmen Nerven, die außerhalb des Gehirn und des Rückenmarks lokalisiert sind, zwei zentrale Funktionen. Einerseits tragen sie die über die Sinnesrezeptoren (Messfühler, die im Auge, Ohr, Nase, Mund und Haut liegen) aufgenommenen Informationen der Au64 Vgl. Reichert (2000, S.1), Roth (1996, S. 26). Vgl. Singer (2000 b, S. 518). 66 Vgl. Singer (2000 b, S. 518). 67 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 66, Sp. 2). 68 Vgl. Jessel (1995, S. 74, Sp. 1). 69 Vgl. für den folgenden Absatz: Zimbardo/Gering (1999, S. 66 f.). 65 15 3 Wissenserwerb ßenwelt zum Gehirn, andererseits transportieren sie motorische Botschaften vom Rückenmark und Gehirn zu den Muskeln und Drüsen. Das PNS ist seinerseits in den animalen und den autonomen Teil untergliedert, die von unterschiedlichen Strukturen im Gehirn gesteuert werden.70 Der animale Teil des PNS ist der willentlichen Kontrolle unterworfen und versorgt das ZNS mit Informationen über Muskeln und die Außenwelt des Körpers.71 Der autonome Teil ist hingegen nicht der willentlichen Kontrolle des Individuums unterstellt.72 Er ist selbst regulierend für die Steuerung und Aufrechterhaltung der lebensnotwendigen Körperfunktionen wie z.B. der Herzmuskulatur zuständig.73 Darüber hinaus ist das autonome Nervensystem an Prozessen wie Magendrücken und schnellem Herzschlag beteilig.74 Trotz der Unterscheidung in der Kontrollmöglichkeit beider Teile des PNS arbeiten sie parallel zusammen und steuern sie gemeinsam die Aufrechterhaltung des „inneren Milieus“ des Körpers, wie z.B. den Kreislauf oder Temperaturhaushalt.75 Abbildung 3 fasst den hierarchischen Aufbau des Nervensystems zusammen. Nervensystem Zentrales Nervensystem Peripheres Nervensystem (Gehirn und Rückenmark) (Nervengewebe außerhalb des Rückenmarks und des Gehirns) Animales Nervensystem Autonomes Nervensystem (Willentliche Kontrolle) (Keine Kontrolle) Abbildung 3: Der hierarchische Aufbau des Nervensystems des Menschen76 3.1.1.1 Neuronen Die strukturellen und funktionellen Grundbausteine des Nervensystems bilden Nervenzellen, die auch Neurone genannt werden.77 Grundlegende Aufgabe eines Neurons ist 70 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 67, Sp. 2) Vgl. Jessel (1995, S. 74, Sp. 2) 72 Vgl. Kandel/Kupfermann (1995, S. 611, Sp.2) 73 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 68, Sp. 1) 74 Vgl. Kandel/Kupfermann (1995, S. 610, Sp.2) 75 Vgl. Fonds „Jahr des Gehirns 1999“ (1999, S. 18), Kandel/Kupfermann (1995, S. 611, Sp.1 f.) 76 Quelle: Zimbardo/Gering (1999, S. 67), modifiziert durch den Verfasser 71 3 Wissenserwerb 16 es, Informationen in Form von elektrischen Impulsen zu empfangen und zu verarbeiten, bzw. an andere Zellen im Körper des Menschen weiterzuleiten.78 Bei diesem informationsverarbeitenden Prozess nimmt das Neuron als Empfängerelement Impulse von anderen Neuronen auf, wandelt diese in elektrische Aktivität um und leitet sie von dort als Senderelement an andere Neuronen weiter.79 Elektrische Impulse, die auch als Aktionspotenziale bezeichnet werden, lassen sich mathematisch als Nullen, wenn kein Impuls vorliegt, und als Einsen, wenn ein Impuls vorhanden ist, beschreiben.80 Der Aufbau eines typischen Neurons lässt sich in vier Bereiche (Zellkörper, Dendriten, Axon und präsynaptische Endigungen) teilen, von denen jeder ganz bestimmte Aufgaben bei der Impulserzeugung übernimmt.81 Der Zellkörper (Soma) enthält den Zellkern mit den genetischen Informationen der Zelle und wird als das Stoffwechselzentrum betrachtet.82 Aus dem Zellkörper entspringen zwei Typen von Zellfortsätzen, die einerseits für den Empfang und andererseits für die Versendung von Impulsen zuständig sind. Die für den Impulsempfang des Neurons dienenden Dendriten sind in großer Anzahl vorhanden und sind meist baumartig verzweigt. Ein Neuron besitzt jedoch meist nur ein Axon, dessen Aufgabe die Impulsweiterleitung ist. Häufig verzweigen sich Axone in mehrere Äste und ermöglichen die Weiterleitung von elektrischen Impulsen zu verschiedenen Zielorten, bei der eine Entfernung von bis zu zwei Metern überbrückt werden kann. Am Ende eines Axons einer Impuls sendenden Zelle befinden sich präsynaptische Endigungen. Diese Endigungen sind jedoch nicht anatomisch mit der empfangenden Zelle verbunden, sondern durch den so genannten synaptischen Spalt getrennt. Abbildung 4 stellt den Aufbau eines Neurons in einem Modell dar. Abbildung 4: Modell eines Neurons83 77 Vgl. Birbaumer/Schmidt (1996, S. 101). Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 78), Roth (2001, S. 101). 79 Vgl. Reichert (2000, S. 17, Sp. 1). 80 Vgl. Spitzer (2002, S. 41). 81 Vgl. Kandel (1995a, S. 22, Sp. 1). 82 Vgl. für den folgenden Absatz: Kandel (1995 a, S. 22 f.), Kandel (1995a, S. 24 f.). 83 Quelle: http://www.biokurs.de/skripten/12/bs12-27.htm#Einfuehrung, am 28.04.03. 78 3 Wissenserwerb 17 Neben den Neuronen existiert ein weiterer Zelltyp, die so genannten Glirazellen (Stützzellen).84 Glirazellen sind jedoch nicht direkt an der Signalverarbeitung beteiligt, sondern nehmen u.a. Funktionen der Stützung des Halts und der Struktur des Gehirns, Schutz des Gehirns vor giftigen Stoffen aus dem Blutkreislauf und die Beseitigung von Zelltrümmern wahr.85 3.1.1.2 Synapsen Die Kontaktpunkte zwischen Neuronen, an denen eine Signalweitergabe stattfindet, werden als Synapsen bezeichnet.86 Um den synaptischen Spalt zwischen präsynaptischer (sendender) Zelle und postsynaptischer (empfangender) Zelle zu überbrücken, finden entweder eine chemische oder eine elektrische Übertragung von Impulsen statt.87 Im Falle der elektrischen Übertragung spricht man von elektrischen Synapsen.88 Hierbei ist der Abstand zwischen der präsynaptischen und der postsynaptischen Zelle sehr klein und wird durch spezielle Verbindungskanäle (Gap Junctions) überbrückt. Aufgrund dieses engen Kontakts zwischen den Zellen ist der elektrische Widerstand sehr gering bzw. es herrscht eine hohe Leitfähigkeit, die eine elektrische Erregungsübertragung ermöglicht. Die Signalübertragung an elektrischen Synapsen findet praktisch verzögerungsfrei statt. Bei chemischen Synapsen ist der synaptische Spalt zwischen den Zellen deutlich breiter als bei elektrischen Synapsen.89 Eine sofortige Signalweitergabe kann deshalb nicht erfolgen. Vielmehr werden an den Endigungen der durch das Aktionspotential erregten präsynaptischen Zelle chemische Botenstoffe freigesetzt. Diese Botenstoffe, die auch als Neurotransmitter bezeichnet werden, gelangen durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Zelle und werden dort gebunden. Durch das Verschmelzen des Neurotransmitters mit der postsynaptischen Zelle wird diese erregt und sendet ihrerseits Impulse an nachfolgende Zellen. Aus neurobiologischer Sicht beruht der Prozess des Wissenserwerbs auf aktivitätsabhängigen Modifikationen von Verschaltungsmustern zwischen Neuronen.90 Diese Ver84 Vgl. Fonds „Jahr des Gehirns 1999“ (1999, S. 13). Vgl. für die folgende Aufzählung Mainzer (1997, S. 17), Fonds „Jahr des Gehirns 1999“ (1999, S. 16), Zimbardo/Gering (1999, S. 80, Sp. 1). 86 Vgl. Reichert (2000, S. 18, Sp. 1). 87 Vgl. Mainzer (1997, S. 20 f.), Kandel (1995 a, S. 24, Sp. 2). 88 Vgl. für den folgenden Absatz Mainzer (1997, S. 21 f.), Birbaumer/Schmidt (1996, S. 140), Kandel/ Siegelbaum (1995, S. 190). 89 Vgl. für den folgenden Absatz Kandel/Siegelbaum (1995, S. 196 ff.). 90 Vgl. Singer (1996, S. 428). 85 3 Wissenserwerb 18 änderungen entstehen durch eine Abschwächung bzw. Verstärkung der synaptischen Verbindungen.91 Eine Verstärkung von synaptischen Verbindungen wird gefördert, wenn post- und präsynaptische Zellen zeitgleich erregt werden.92 Diese neuronalen Mechanismen des Wissenserwerbs lassen sich auch im Gehirn beobachten, dessen Funktion auf den Verschaltungsmustern der Neuronen und der Wirksamkeit der einzelnen Synapsen beruht.93 3.1.2 Gehirn Das Gehirn ist die wichtigste Komponente des ZNS und lässt sich als komplexes dynamisches System beschreiben.94 Es besteht aus etwa zehn Milliarden Nervenzellen, die mit ungefähr einer Billiarde Verbindungen untereinander verknüpft sind, und ist das zentrale Organ für alle geistigen Fähigkeiten.95 Seit Jahrhunderten bemühen sich Forscher darum, die komplexen Abläufe im Gehirn zu verstehen. Der Versuch, Nervenzellen im Detail zu beschreiben, gelang jedoch erst im späten 18. Jahrhundert unter zu Hilfenahme des Lichtmikroskops.96 Die bis dahin angenommene drüsenähnliche Funktion des Gehirns wich der bis heute geltenden Neuronentheorie, in der Neuronen die elementaren Signalübertragungseinheiten des Nervensystems sind.97 Bevor die spezifischen Fähigkeiten des Gehirns betrachtet werden, ist es notwendig, den anatomischen Aufbau des Gehirns näher zu beschreiben. 3.1.2.1 Aufbau des Gehirns Das Gehirn des Menschen lässt sich in zwei Hauptabschnitte, Vorderhirn und Gehirnstamm unterteilen. Das Vorderhirn setzt sich aus dem Großhirn und dem Zwischenhirn zusammen. Mittelhirn und Rautenhirn, das aus Brücke, Verlängertem Mark und Kleinhirn besteht bilden den Hirnstamm.98 Mit zwei Dritteln der gesamten Gehirnmasse nimmt das Großhirn den größten Teils des Gehirns ein.99 Das Großhirn ist in Längsrichtung in zwei Hälften (Hemisphären) geteilt, die durch den Gehirnbalken miteinander 91 Vgl. Singer (1996, S. 428). Vgl. Singer (1996, S. 429). 93 Vgl. Singer (1996, S. 428). 94 Vgl. Mainzer (1997, S. 31). 95 Vgl. Holzinger (2000, S. 31 f.), Changeux (2003, S. 22). 96 Vgl. Kandel (1995 b, S. 6 f.). 97 Vgl. Kandel (1995 b, S. 6 f.). 98 Vgl. Roth (2001, S. 91 f.). 99 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 73, Sp. 2). 92 19 3 Wissenserwerb verbunden sind.100 Überdeckt werden die beiden Großhirnhemisphären durch die stark gefaltete Großhirnrinde, die in vier Regionen (Frontallappen, Scheitellappen, Hinterhauptslappen und Schläfenlappen) unterteilt ist.101 Das Zwischenhirn ist tief im Inneren des Gehirns eingebettet.102 Große Teile des Zwischenhirns sind vom Endhirn bedeckt.103 Ohne direkte Abgrenzung schließt sich das Verlängerte Mark an das Rückenmark an und bildet dessen Fortsetzung.104 Die Brücke stellt ein Verbindungselement zwischen dem Verlängerten Mark und dem Mittelhirn dar, indem darüber hinaus Informationen vom Großhirn zum Kleinhirn weitergegeben werden.105 Entgegen seiner Bezeichnung beinhaltet das Kleinhirn den größten Teil der Neuronen, die im Gehirn lokalisiert sind.106 Das Kleinhirn zeichnet sich gegenüber anderen Gehirnteilen durch seinen streng geometrischen Aufbau aus, der an elektrische Schaltkreise erinnert.107 Tabelle 2 stellt die Unterteilung der beiden Hauptabschnitte und ihrer Bestandteile dar. Vorderhirn Großhirn (Endhirn) Zwischenhirn ZNS Mittelhirn Gehirn Brücke Hirnstamm Verlängertes Mark Kleinhirn Rückenmark Tabelle 2: Aufbau des Gehirns108 Eine weiterführende Unterscheidung hinsichtlich des Aufbaus des Gehirns kann anhand des limbischen Systems durchgeführt werden, das als zentrales Bewertungssystem des Gehirns angesehen wird.109 Eine Verletzung des Hippocampus als Bestandteil des lim- 100 Vgl. Holzinger (2000, S. 33). Vgl. Fonds „Jahr des Gehirns 1999“ (1999, S. 21). 102 Vgl. Roth (2001, S. 95). 103 Vgl. Köhler (2001, S. 48). 104 Vgl. Köhler (2001, S. 44). 105 Vgl. Kandel (1995 b, S. 10). 106 Vgl. Gall/Kerschreiter/Mojzisch (2002, S.95, Sp. 1). 107 Vgl. Heck/Sultan (2001, o. S.). 108 Quelle: Mainzer (1997, S. 12), modifiziert durch den Verfasser. 109 Vgl. Roth (1996, S. 194). 101 3 Wissenserwerb 20 bischen Systems führt zu schweren Beeinträchtigungen des Erinnerungsvermögens und zur Unfähigkeit, neues Wissen zu erwerben.110 3.1.2.2 Funktionen des Gehirns Die spezifischen Funktionen des Gehirns lassen sich in fünf Kategorien zusammenfassen.111 Hierzu zählen die Regulation innerer Vorgänge, die das Überleben unsere Körpers sichert, sowie die Reproduktion (Fortpflanzung). Die Verarbeitung von Informationen über die Außenwelt, die von den Sinnesorganen aufgenommen werden, kann mit der Kategorie Sinnesempfindung und Wahrnehmung umschrieben werden. Die Möglichkeit, Muskelbewegungen anzuregen, wird unter der Kategorie Bewegung zusammengefasst. Darüber hinaus besitzt das Gehirn die Fähigkeit zur Selbstmodifikation, indem es seinen Organismus an veränderte Umweltbedingungen anpasst. Alle spezifischen Leistungen des Gehirns beruhen im Wesentlichen auf den Wechselwirkungen zwischen Nervenzellen und deren synaptischen Verknüpfungen.112 Die funktionelle und strukturelle Architektur, d.h. die Lage und Stärke der Verbindungen zwischen Nervenzellen, beinhaltet das Wissen des Nervensystems.113 Eine Veränderung der funktionellen Architektur des Nervensystems im Gehirn kann aus neurobiologischer Sicht als Lernen bzw. Wissenserwerb bezeichnet werden.114 Wissen kann jedoch auf unterschiedliche Weise ins Gehirn des Menschen gelangen. Ein Teil des Wissens ist genetisch bedingt und stellt die erste Quelle für den Wissenserwerb dar.115 Dieses Wissen wurde im Laufe der Entstehung des Menschen erworben und wird in den Genen übertragen.116 Zwischen der Geburt und dem Beginn der Pubertät eines Individuums entstehen fortwährend neue synaptische Verbindungen zwischen Nervenzellen durch die Interaktion mit der Umwelt.117 Dieser Prozess der strukturellen Änderung der Gehirnarchitektur kann als zweite Quelle des Wissenserwerbs identifiziert werden.118 110 Vgl. Roth (1996, S. 209). Vgl. für den folgenden Absatz Zimbardo/Gering (1999, S. 69 f.). 112 Vgl. Singer (2002, S. 120). 113 Vgl. Singer (2002, S. 120). 114 Vgl. Singer (1996, S. 428). 115 Vgl. Singer (2002, S. 120). 116 Vgl. Singer (2002, S. 120). 117 Vgl. Singer (2000a, S. 139). 118 Vgl. Singer (2000a, S. 144). 111 21 3 Wissenserwerb Da der Mensch bis ins hohe Alter neues Wissen erwerben kann, muss ein weiterer Prozess des Wissenserwerbs existieren. 119 Dem erwachsenen Menschen fällt es jedoch viel schwerer neues Wissen zu erwerben, als jungen Menschen. Dies lässt sich darauf zurückführen, dass nur noch sehr wenig neue synaptische Verbindungen geschaffen werden, sondern vielmehr die Effektivität bereits vorhandener Verbindungen verändert wird. Diese Veränderungen der Effektivität vorhandener Verbindungen können als die dritte Quelle des Wissenserwerbs verstanden werden. Eine weitere Differenzierung der Gehirnfunktionen kann aus Studien an Patienten mit einem chirurgisch durchtrennten Balken, der die beiden Gehirnhälften miteinander verbindet, abgeleitet werden.120 Die Erkenntnisse aus der so genannten Split-Brain Forschung wurden insbesondere von den Forschern Roger Sperry und Michael Gazzaniga in den frühen siebziger Jahren vorangetrieben und geben Einblicke in die beträchtliche Arbeitsteilung und Spezialisierung der beiden Gehirnhemisphären.121 Tabelle 3 fasst die Leistungen der beiden Gehirnhemisphären zusammen. Großhirn Linke Hemisphäre Spontanes Sprechen und Schreiben Reaktion auf Komplexe Anweisungen Worterkennung Gedächtnis für Wörter und Zahlen Bewegungsabfolgen Positive Emotionen Rechte Hemisphäre Nachsprechen, aber kein spontanes Sprechen Reaktion auf einfache Anweisungen Gesichtserkennung Gedächtnis für Umrisse und Musik Räumliches Interpretieren Negative Emotionen Emotionale Ansprechbarkeit Tabelle 3: Spezialisierung der Gehirnhemisphären122 Bei diesen Erkenntnissen aus der Split-Brain Forschung muss jedoch beachtetet werden, dass sich diese auf chirurgisch veränderte Gehirnstrukturen beziehen. Das intakte Gehirn eines Menschen funktioniert als Netzwerk, das alle Teile und Funktionen integriert.123 119 Vgl. Singer (2000a, S. 144). Vgl. Anderson (2001, S. 23). 121 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 88 f.). 122 Quelle: Zimbardo/Gering (1999, S. 90), modifiziert durch den Verfasser. 123 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 91). 120 3 Wissenserwerb 22 Die Entwicklung moderner bildgebender Verfahren, wie z.B. der PositronenEmmissions-Tomographie (PET), ermöglicht Studien an gesunden Menschen.124 Bei diesen Verfahren werden die Hirndurchblutung und der Hirnstoffwechsel beobachtet, um die unterschiedlichen Aktivierungen der Hemisphären bei Aufgaben zu untersuchen.125 Die PET und andere bildgebende Verfahren liefern ähnliche Ergebnisse wie die Forschung an Split-Brain Patienten.126 Einschränkungen müssen auch bei diesen Verfahren bezüglich der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die Allgemeinheit gemacht werden, da bei zahlreichen Einzelpersonen eine umgekehrte Spezialisierung der Hemisphären feststellbar ist.127 Die Fähigkeiten des Gehirns zur Wahrnehmung, Handlung, Emotion und zum Denken werden von den jeweils hieran beteiligten Sinnen unterstützt, die es im Folgenden darzustellen gilt. Hierbei werden insbesondere das Sehen bzw. die visuelle Wahrnehmung und das Hören bzw. die auditorische Wahrnehmung sowie die daran beteiligten Sinnesorgane betrachtet. 3.1.3 Sinnesorgane Als Sinnesorgane (Auge, Ohr, Haut, Nase, Zunge) werden die Orte der Aufnahme von Reizen der Außenwelt bezeichnet.128 Die Funktion der fünf Sinnesorgane ist die Umwandlung von Lichtenergie, mechanischer, thermischer, oder chemischer Energie in die fünf Sinnesmodalitäten des Sehens, Hörens, Fühlens, Schmeckens und Riechens.129 Da das Gehirn für physikalische oder chemische Reize der Außenwelt unempfindlich ist, wandeln die Rezeptoren der Sinnesorgane diese Einwirkungen in elektrochemische neuronale Signale um.130 Im Gehirn werden diese neuronalen Signale mit Hilfe interner Kriterien interpretiert.131 Erst durch die Interpretation der neuronalen Signale im Gehirn, wird die Umwelt als solche wahrgenommen. Der Prozess der Reizübersetzung (Transduktion) kann über eine lange Kette von chemischen Vermittlungsschritten stattfinden oder relativ direkt zu einer elektrischen Erregung von Nervenzellen führen.132 Durch den Einfluss von chemischer Energie beim 124 Vgl. Roth (1996, S. 223). Vgl. Köhler (2001, S. 242 f.). 126 Vgl. Köhler (2001, S. 243). 127 Vgl. Köhler (2001, S. 243). 128 Vgl. Köhler (2001, S. 174). 129 Vgl. Mainzer (1997, S. 31). 130 Vgl. Roth (1996, S. 92 f.), Mainzer (1997, S. 33). 131 Vgl. Roth (1996, S. 114). 132 Vgl. Roth (1996, S. 93). 125 23 3 Wissenserwerb Riechen und Schmecken werden die Sinnesrezeptoren der Nase und Zunge beeinflusst.133 Tabelle 4 fasst die grundlegenden Merkmale des Wahrnehmungssystems zusammen. Sinne Reiz Sinnesorgan Rezeptor Sehen Lichtwellen Auge Hören Schallwellen Ohr Empfindungen der Haut Äußerer Kontakt Haut Geruch Geruchstragen- Nase de Substanzen Lösliche Sub- Zunge stanzen Netzhaut (Retina) Farben, Muster, Oberflächeneigenschaften Haarzellen der Geräusche, Töne Basilarmembran Nervenendigun- Berührung, gen der Haut Schmerz, Wärme, Kälte Geschmackszel- Düfte len GeschmacksempGeschmacksknospen der Zun- findungen ge Geschmack Empfindung Tabelle 4: Die Sinne des Menschen und ihre grundlegenden Merkmale134 Die für den Wissenserwerb besonders relevanten Sinnesorgane, Auge und Ohr, nehmen über ihre Rezeptoren visuelle und akustische Reize in besonderer Art und Weise auf und werden aus diesem Grund im Folgenden detailliert betrachtet. 3.1.3.1 Das Auge – visuelle Wahrnehmung Die Funktion des Auges während des visuellen Wahrnehmungsprozess ist die Umwandlung von gesammelter Lichtenergie in neuronale Signale und deren Weiterleitung ins Gehirn.135 Bei diesem komplexen Prozess werden annähernd 20 Prozent aller Neuronen des Gehirns benötigt.136 Die Netzhaut setzt dabei die in den gesammelten Lichtwellen enthaltenen Informationen in Nervenimpulse um, die über den Sehnerv ins Gehirn weitergeleitet werden.137 Die Sinnesrezeptoren der Netzhaut (Photorezeptoren) sind lichtempfindliche Zellen, die als Vermittler zwischen der Außenwelt und den neuronalen Prozessen arbeiten.138 Bemerkenswert ist hierbei, dass die Photorezeptoren während der Dunkelheit aktiv sind und 133 Vgl. Mainzer (1997, S. 33). Quelle: Zimbardo/Gering (1999, S. 114), modifiziert durch den Verfasser. 135 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 151). 136 Vgl. Computer.Gehirn (2001, S. 168). 137 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 124). 138 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 124). 134 24 3 Wissenserwerb erst bei Lichteinfall in ihrer Aktivität gehemmt werden.139 Abbildung 5 stellt den vereinfachten Aufbau des menschlichen Auges dar. Abbildung 5: Das Auge140 Umweltreize werden im visuellen System des Menschen auf einem bestimmten Pfad, der als Sehbahn bezeichnet wird, ins Gehirn geleitet.141 Zunächst wird das einfallende Licht auf die Netzhaut projiziert und in Form von neuronalen Botschaften ins Sehzentrum der beiden Hirnhemisphären geleitet. Dabei werden die neuronalen Botschaften je zur Hälfte von den Rezeptoren an die gegenüberliegende Gehirnhemisphäre geleitet. Die andere Hälfte der Botschaft wird auf der Seite zur entsprechenden Hemisphäre geleitet, an der sie entstanden ist. Abbildung 6 stellt den Pfad der neuronalen Botschaften Verarbeitungsrichtung über die Sehbahn ins Gehirn dar. Abbildung 6: Die Sehbahn im visuellen System142 139 Vgl. Roth (1996, S. 95). Quelle: http://www.g-netz.de/Der_Mensch/sinnesorgane/gesichtssinn.shtml, am 05.05.2003. 141 Vgl. für den folgenden Absatz Zimbardo/Gering (1999, S. 125 ff.). 142 Quelle: http://www.gesundheit.de/roche/ro35000/r35190.html , am 22.05.2003. 140 3 Wissenserwerb 25 Bei dem Prozess der Reizumwandlung verlieren die Umwelteinflüsse ihre Spezifität, d.h. dass die neuronalen Signale prinzipiell vom Gehirn nicht unterschieden werden können.143 Um die neuronalen Signale dennoch interpretieren zu können, werden diese nach dem Ort des Auftretens der Erregung festgelegt. Beim Sehen werden alle Erregungen interpretiert, die mit der Aktivität der Sehnerven und der Netzhaut in Verbindung gebracht werden.144 Der Begriff Wahrnehmung bezieht sich auf dem Gesamtprozess des „Erfahrbarmachens“145 von Gegenständen und Ereignissen durch ein Individuum und lässt sich in drei Stufen beschreiben. 146 Die Reizumwandlung kann hierbei als erste Stufe im Wahrnehmungsvorgang (Empfindung) bezeichnet werden. Auf der zweiten Stufe des Wahrnehmungsprozesses, der Organisation, wird eine interne Repräsentation des äußeren Reizes gebildet, die eine ausreichende Beschreibung der äußeren Umwelt liefert. Hierbei werden Schätzungen zur Größe, Form und Entfernung von Objekten durchgeführt, die auf dem Vergleich von bereits erworbenem Wissen und aktuellen Reizinformationen beruhen. Diese Vorgänge laufen besonders schnell und ohne bewusste Anstrengungen im Gehirn ab. Die dritte Stufe des Wahrnehmungsvorgangs, die Identifikation und Einordnung, verleiht der inneren Repräsentation eine subjektive Bedeutung. So kann ein Gegenstand als rund identifiziert werden und Fußbällen zugeordnet werden. Besonders relevant für den visuellen Wahrnehmungsvorgang ist die Wahrnehmungsorganisation, in der Sinneseindrücke zu kohärenten zusammenhängenden Szenen zusammengefügt werden.147 Die Prinzipien, nach denen sich die einzelnen, visuellen Sinneseindrücke zu einem sinnvollen Ganzen zusammensetzen lassen, werden als Gestaltgesetze der Wahrnehmung bezeichnet.148 3.1.3.2 Das Ohr – auditorische Wahrnehmung Über die Funktionsweise des Ohrs wird dem Gehirn eine Kontaktaufnahme mit der Außenwelt ermöglicht. In der anatomischen Einteilung lässt sich das menschliche Ohr in drei Bereiche, Außen-, Mittel-, und Innenohr gliedern. Abbildung 7 stellt den schematischen Aufbau des Ohrs dar. 143 Vgl. Roth (1996, S. 249). Vgl. Roth (1996, S. 249 f.). 145 Zimbardo/Gering (1999, S. 106). 146 Vgl. für den folgenden Absatz Zimbardo/Gering (1999, S. 106 f.). 147 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 130). 148 Vgl. Roth (1996, S. 258), siehe hierzu Tabelle 13 im Anhang. 144 3 Wissenserwerb 26 Abbildung 7: Das Ohr149 Umweltreize, die als Schallwellen auf das Ohr treffen erregen die Sinnensrezeptoren im Innenohr und lösen nach ihrer Umwandlung in neuronale Signale Schallempfindungen im Gehirn aus.150 Eintreffende Schallwellen gelangen über das Außenohr zum Trommelfell und versetzen dieses in Schwingungen.151 Diese Schwingungen werden über die Bestandteile des Mittelohrs mechanisch verstärkt und werden als Druckwelle in die Schnecke des Innenohrs weitergegeben, wo sie schließlich die Haarzellen der Basilarmembran reizen. In der Folge der Erregung werden Transmitter freigesetzt, die neuronale Signale über die Hörnerven ins Gehirn transportieren. Während des auditorischen Wahrnehmungsprozesses werden bedeutsame Komponenten von Schallinformationen analysiert.152 Bei diesem Prozess wird Nutzschall, der die Lautsprache enthält, von Störschall getrennt. Gesprochene Worte oder Musik enthalten Nutzschallmuster und können mit bereits erlernten Mustern verglichen werden. Störschall hingegen überlagert die eigentlichen Informationen als Umgebungs- bzw. Hintergrundgeräusche die jedoch, bei entsprechender mentaler Anstrengung, unterdrückt werden können. Der Wissenserwerb aus neurobiologischer Sicht, kann zusammenfassend als die Veränderung neuronaler Strukturen im Gehirn bezeichnet werden, deren Modifikation im Wesentlichen auf die Verarbeitung von Umweltreizen, die über die Sinnesorgane des Mensche aufgenommen worden sind, zurückzuführen ist. 149 Quelle: http://www.g-netz.de/Der_Mensch/sinnesorgane/gehoersinn.shtml, am 05.05.03. Zimbardo/Gering (1999, S. 411). 151 Vgl. für den folgenden Absatz Computer.Gehirn (2001, S. 162), Nicholls/Martin/Wallace (2002, S. 330 ff.), Zenner (1998, S. 321). 152 Vgl. für den folgenden Absatz Zenner (1998, S. 326 f.) 150 3 Wissenserwerb 27 3.2 Psychologische Betrachtungen In der Psychologie werden die Begriffe Wissenserwerb und Lernen häufig synonym verwandt.153 Lernen ist ein Prozess, der zu einer Veränderung von Verhaltensweisen oder auch zum Aufbau von Erfahrungsstrukturen eines Individuums führt.154 Während eine Veränderung von Verhaltensweisen eines Individuums durch die Interpretation seiner Aktivitäten direkt beobachtbar ist, lässt sich der Aufbau von Erfahrungsstrukturen nicht unmittelbar am äußeren Verhalten feststellen. Der Aufbau von Erfahrungsstrukturen ist ein innerer Vorgang, der Gedächtnisinhalte und Strukturen betrifft und somit auch als eine Veränderung von kognitiven Strukturen beschrieben werden kann. Die im Folgenden dargestellten Lerntheorien erklären den Prozess des Wissenserwerbs aus psychologischer Sicht und beruhen auf unterschiedlichen theoretischen Ansichten.155 Hierbei können Behaviorismus, Kognitivismus und Konstruktivismus als drei Grundorientierungen unterschieden werden, die wiederum in verschiedene Theorieansätze gegliedert werden können.156 Die Sozial-Kognitive Lerntheorie und die Theorie der situierten Kognition setzen sich partiell aus den drei oben genannten Grundorientierungen zusammen. Sie lassen sich nicht trennscharf zuordnen und werden daher, im Rahmen dieser Arbeit, als Mischformen subsumiert. 3.2.1 Behaviorismus Der Behaviorismus kann aus historischer Sicht als älteste Lerntheorie angesehen werden, als deren Begründer der Psychologe John Watson (1878-1958) gilt.157 Nach Watson ist ausschließlich das äußere, beobachtbare Verhalten einer Person als Grundlage für psychologische Untersuchungen heranzuziehen. Subjektive Gefühle der Versuchsteilnehmer, die so genannte Introspektive, seien nach Watson objektiv nicht zu verifizieren und daher für wissenschaftliche Daten nicht verwendbar. Die behavioristische Lerntheorie konzentriert sich demnach nur auf äußere Verhaltensweisen und sieht die im Inneren des Menschen ablaufenden Lernprozessen als irrelevant an.158 Nach der Anschauung des Behaviorismus stellt das Gehirn des Menschen einen passiven Wissenscontainer dar, der als „Black-Box“ symbolisiert wird.159 Prozesse, die 153 Vgl. hierzu u.a. Edelmann (1996, S. 201), Prenzel/Schiefele (1993, S. 120). Vgl. für den Rest des Absatzes Sloane/Twardy/Buschfeld (1998, S. 93), Dörner/Selg (1996, S. 176 ff). 155 Mit der Aufführung der ausgewählten Ansätze wird kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben. 156 Vgl. Holzinger (2000, S. 110). 157 Vgl. Für den folgenden Absatz Zimbardo/Gering (1999, S. 207). 158 Vgl. Sloane/Twardy/Buschfeld (1998, S. 115). 159 Vgl. Holzinger (2000, S. 111). 154 28 3 Wissenserwerb im Inneren des Gehirns, also in der Black-Box ablaufen, sind nicht von Interesse.160 Hauptaugenmerk des Behaviorismus liegt auf den Zusammenhängen zwischen registrierbaren Umweltreizen (Input) und den hierauf beobachtbaren Verhaltensreaktion (Output) eines Individuums.161 Abbildung 8 stellt die Grundauffassung des Behaviorismus zusammenfassend dar. „Passiver Wissenscontainer“ Input Blackbox Output Abbildung 8: Behaviorismus – Das Gehirn als passiver Wissenscontainer162 3.2.1.1 Klassische Konditionierung Einen Ansatz des Behaviorismus stellt die Theorie der klassischen Konditionierung dar, als deren Begründer der russische Psychologe Iwan Pawlow (1849-1936) gilt.163 In seinen Studien untersuchte Pawlow insbesondere Reflexe des natürlichen Speichelfluss bei Hunden, wenn ihnen Nahrung zugeführt wurde.164 Im Sinne der klassischen Konditionierung stellt die dargebotene Nahrung einen Umweltreiz für den Hund dar. Der abgesonderte Speichel des Hundes drückt die hierauf folgende Reaktion aus. Eher zufällig fand Pawlow heraus, dass die Versuchstiere schon beim Anblick des Assistenten, der das Futter brachte, Speichel absonderten.165 Hieraus wurde gefolgert, dass bei der Kopplung zweier Reize der Lernprozess einsetzt. Das heißt in diesem Fall, dass die Kopplung des Assistenten mit dem Futter zum Lernen in Form einer Speichelabsonderung beim Hund führt. In der Folge veränderte Pawlow seine Versuchsanordnungen und untersuchte, „[…]ob Reflexe durch andere als die angeborenen Reize ausgelöst werden können.“166 Der auslösende Reiz, in diesem Fall das Futter, wird als unkonditionierter Stimulus (US) be- 160 Vgl. Holzinger (2000, S. 115). Vgl. Gräsel (1999, S. 216). 162 Quelle: Holzinger (2000, S. 115), modifiziert durch den Verfasser. 163 Vgl. Mietzel (1998, S. 126). 164 Vgl. für den Rest des Absatzes Gräsel (1999, S. 218ff.). 165 Vgl. für den folgenden Absatz: Gräsel (1999, S. 218 ff.). 166 Gräsel (1999, S. 218 f.). 161 29 3 Wissenserwerb zeichnet.167 Die Reflexreaktion der Speichelabsonderung stellt die unkonditionierte Reaktion (UR) dar. Der Anblick des Assistenten, der später durch das Läuten einer Glocke ersetzt wurde, symbolisiert den zweiten Reiz, den neutralen Stimulus (NS). Das Läuten der Glocke während der Futteraufnahme des Hundes kombiniert NS und US und führt bei fortwährender Wiederholung dazu, dass der ehemals NS den US substituiert. Der Organismus lernt in diesem Prozess eine neue Assoziation zwischen zwei dargebotenen Reizen. Nach der Konditionierung löst allein das Läuten der Glocke, das nun einen konditionierten Stimulus (CS) darstellt, einen Speichelfluss aus. Die Reaktion des Hundes auf das Läuten der Glocke kann nun als konditionierte Reaktion (CR) bezeichnet werden. Abbildung 9 stellt das klassische Konditionieren schematisch dar. NS Glocke Vor der Konditionierung Orientierungsreaktion US Futter NS Glocke UR Speichelfluss Während der Konditionierung US Futter CS Glocke UR Speichelfluss Nach der Konditionierung CR Speichelfluss Abbildung 9: Schematische Darstellung des klassischen Konditionierens.168 Die natürliche US-UR-Verbindung wurde durch das Lernen des Hundes durch eine, wenn auch abgeschwächte, CS-CR-Verbindung ersetzt.169 Wird jedoch in der Folge das Läuten der Glocke ohne die gleichzeitige Darreichung von Futter durchgeführt, unterbleibt allmählich die CR- Reaktion.170 Lernen ist nach der Theorie der klassischen Konditionierung somit lediglich ein sensorisch messbares Kriterium der Reaktionsstruktur auf eine Reizbewertung durch den Or167 Vgl. für den folgenden Absatz Gräsel (1999, S. 219), Zimbardo/Gering (1999, S. 210). Quelle: Gräsel (1999, S. 219), modifiziert durch den Verfasser. 169 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 210). 170 Vgl. Dörner/Selg (1996, S. 180). 168 3 Wissenserwerb 30 ganismus.171 Die Unterstellung, dass Umwelteinflüsse das menschliche Verhalten kontrollieren, vernachlässigt jedoch individuelle Faktoren und ist daher eher für das erreichen wenig komplexer Lernziele geeignet.172 3.2.1.2 Operante Konditionierung Die operante Konditionierung173, als zweite zentrale behavioristische Lerntheorie, geht vor allem auf die Forschungsarbeiten von Burrhus F. Skinner (1904-1990) und Edward L. Thorndike (1874-1949) zurück.174 Ausgangspunkt der operanten Konditionierung sind spontane oder durch Umweltmanipulationen hervorgerufene Verhaltensweisen eines Individuums.175 Wie auch Pawlow experimentierten Skinner und Thorndike an Tieren und versuchten ihre Ergebnisse auf das menschliche Verhalten zu übertragen. Thorndike beobachtete hierbei Katzen bei ihrem Versuch, aus einem Käfig zu entfliehen, um an außerhalb dieses Käfigs platziertes Futter zu gelangen.176 Hierfür war innerhalb des Käfigs ein Mechanismus angebracht, der bei Betätigung durch die Katze eine Tür öffnete. Durch die Wiederholung des Versuchs erlernten die Katzen eher zufällig wie sie sich befreien konnten. Hierbei wird eine Reiz-Reaktions-Verbindung gelernt, bei der die Flucht aus dem Käfig den Reiz und das Betätigen des Mechanismus die Reaktion darstellt. Der Lernende stellt, nach Thorndikes Paradigma, eine Assoziation zwischen Reizen und Reaktionen her. Verhaltensweisen, die zu einem befriedigenden Ergebnis führen, nehmen in ihrer Auftrittswahrscheinlichkeit zu und werden bei fortwährender Wiederholung zur bestimmenden Reaktion auf den dargebotenen Reiz. In seinen Forschungsarbeiten baut Skinner auf Thorndikes Erkenntnissen zur Verhaltensänderung auf.177 Er erweitert diese in seinen Experimenten mit Ratten und Tauben um die Fragestellung, in welcher Weise eine systematische Variation äußerer Reize das Verhalten wirksam beeinflussen kann.178 Als äußere Reize setzte Skinner Futter ein, das die Tiere bei erfolgreicher Durchführung von Versuchen erhielten, etwa beim Drücken eines Hebels.179 Bei der Wiederholung des Versuchs ließ sich feststellen, dass der Hebel häufiger gedrückt wurde. Der Reiz (Futter) hatte die Reaktion bzw. das Verhalten 171 Vgl. Wicher (1989, S. 13). Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 208). 173 Die Begriffe operantes Konditionieren und operantes Lernen werden in der Literatur synonym verwandt. Vgl. hierzu Schermer (2001a, S. 507). 174 Vgl. Dörner/Selg (1996, S. 182 f.). 175 Vgl. Rost (2001, S. 513). 176 Vgl. für den folgenden Absatz Zimbardo/Gering (1999, S. 218 f.). 177 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 219). 178 Vgl. Mietzel (1998, S. 134). 179 Vgl. Gräsel (1999, S. 221) 172 3 Wissenserwerb 31 (Drücken des Hebels) verstärkt bzw. gefestigt.180 „Wenn so ein Verhalten deutlich von den Konsequenzen „kontrolliert“ wird, erschließt man einen Lernprozess, der „operantes Konditionieren“ genannt wird.“181 Eine Manipulation des Verhaltens nach Skinner kann einerseits durch Bestrafung und andererseits durch Verstärkung erfolgen.182 Als Verstärker werden Reize bezeichnet, die in konsistenter Beziehung zum veränderten Verhalten des Organismus stehen und dieses festigen. Bestrafungen werden als die Verabreichung eines unangenehmen (aversiven183) Reizes definiert, die die Auftretenswahrscheinlichkeit eines Verhaltens abnehmen lässt. Beim operanten Konditionieren wird zwischen negativen und positiven Verstärkern, sowie zwischen negativen und positiven Bestrafungen unterschieden. Als Beispiel für eine positive Verstärkung kann die Darreichung von Futter als Belohnung auf ein gewünschtes Verhalten angeführt werden.184 Eine negative Verstärkung liegt vor, wenn durch die Entfernung eines Reizes die Auftrittswahrscheinlichkeit eines Verhaltens ansteigt. Ein Beispiel für einen negativen Verstärker ist ein Warnsignal beim Angurten im Auto. Durch Anlegen des Gurtes wird der störende Ton entfernt. Bei positiver Bestrafung folgt auf ein gezeigtes Verhalten ein aversiver Reiz.185 Als Beispiel kann hier das Anfassen einer heißen Herdplatte angeführt werden. Eine Bestrafung wird durch die daraus resultierenden Schmerzen dargestellt, dies reduziert in der Zukunft die Wahrscheinlichkeit des Anfassens. Folgt auf ein gezeigtes Verhalten die Entfernung eines als angenehm wahrgenommenen Reizes, wird dies als negative Bestrafung bezeichnet. Die Variation von positiver/negativer Verstärkung bzw. Bestrafung, der Darbietung und den Entzug von Reizen sowie den daraus resultierenden Verhaltenskonsequenzen lassen sich als vier operante Lernprinzipien in Tabelle 5 zusammenfassen. 180 Vgl. Dörner/Selg (1996, S. 182 f.) Dörner/Selg (1996, S. 183) 182 Vgl. Für den folgenden Absatz: Zimbardo/Gering (1999, S. 219) 183 Vgl. Schermer (2001 a, S. 510) 184 Vgl. Für den folgenden Absatz: Zimbardo/Gering (1999, S. 219 f.). 185 Vgl. Für den folgenden Absatz: Zimbardo/Gering (1999, S. 220). 181 32 3 Wissenserwerb Operantes Lernprinzip Verhaltenskonse- Positive Auftrittswahrschein- quenz besteht in der haltenskonsequenz lichkeit des Verhaltens Verstärkung Angenehm Steigt Unangenehm Sinkt Angenehm Sinkt Unangenehm Steigt Reizdarbietung Bestrafung Bestra- Negative Empfindung Ver- fung Reizentfernung Verstärkung Tabelle 5: Die vier operanten Lernprinzipien186 Dem operanten Konditionieren werden vereinzelt kritische Vorwürfe gegenüber gebracht, die mit Bestechung oder Dressur überschrieben werden und auf einen Missbrauch von Verstärkern abzielen.187 Hierbei werden jedoch die positiven Aspekte des Lernens der operanten Konditionierung ausgeblendet. Für den Wissenserwerb scheint eine Rückmeldung und damit verbundenes Lob, im Sinne einer positiven Verstärkung für den Lernenden, sehr hilfreich zu sein.188 Sowohl die operante als auch die klassische Konditionierung können Erklärungen für das Lernen liefern und werden etwa zur geplanten Änderung von Verhaltensweisen erfolgreich eingesetzt.189 Eine Erklärung von Lernprozessen, bei denen direkt beobachtbares Verhalten nicht vorliegt, können jedoch durch behavioristische Lerntheorien nicht erklärt werden.190 3.2.2 Kognitivismus Mitte der sechziger Jahre des 20. Jahrhunderts entstand der Begriff der „kognitiven Wende“191, der für eine zunehmende Orientierung der Psychologie am Kognitivismus steht.192 Im Gegensatz zum Behaviorismus sind interne Denk- und Verarbeitungspro- 186 Quelle: Rost (2001, S. 514), modifiziert durch den Verfasser. Vgl. Dörner/Selg (1996, S. 183 f.). 188 Vgl. Dörner/Selg (1996, S. 183). 189 Vgl. Steiner (2001, S. 164). 190 Vgl. Holzinger (2000, S. 131), Hasebrook (1995, S. 164). 191 Vgl. Herzig (2001, S, 46). 192 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 13), Edelmann (1996, S. 8). 187 33 3 Wissenserwerb zesse im Kognitivismus Gegenstand der Betrachtung.193 Der Begriff Kognition (lateinisch cognitio = Erkenntnis) umfasst alle Prozesse des Wahrnehmens, Erinnerns, Denkens, Problemlösens und Entscheidens sowie die Strukturen des Gedächtnisses.194 Lernen wird in der kognitionstheoretischen Deutung als informationsverarbeitender Prozess verstanden.195 Die Verarbeitung von Informationen setzt deren Aufnahme (Input) aus der Umwelt voraus.196 Menschliches Verhalten wird jedoch nicht als direkte Reaktion auf diesen Input angesehen.197 Vielmehr werden Informationen in einem aktiven Prozess der Kognition in selektiver Weise aufgenommen und vor dem Hintergrund der Erfahrungen und Kenntnisstände des Individuums interpretiert und verarbeitet.198 Handlungsentscheidungen, die auf Grundlage der aufgenommenen Informationen und der kognitiven Verarbeitung getroffen werden, stellen den Output des informationsverarbeitenden Systems dar. Den Prozess der Informationsverarbeitung aus Sicht des Kognitivismus skizziert Abbildung 10. „lineares informationsverarbeitendes System“ Input Kognition Output Abbildung 10: Kognitivismus – Das Gehirn als lineares Informationssystem199 Als bedeutende Vertreter des Kognitivismus können Jean Piaget (1896-1980) und Jerome Seymour Bruner (1961) genannt werden, deren theoretische Ansätze in den folgenden Abschnitten betrachtet werden.200 3.2.2.1 Kognitive Entwicklungstheorie Die kognitive Entwicklungstheorie geht auf Jean Piaget zurück, der im Rahmen seiner Forschungsarbeiten Veränderungen untersuchte, denen das Denken von Kindern im Verlauf ihrer kognitiven Entwicklung unterworfen ist.201 Piaget stellt fest, dass jeder 193 Vgl. Holzinger (2000, S. 133) Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 13) 195 Vgl. Herzig (2001, S. 46) 196 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 13) 197 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 13) 198 Vgl. Herzig (2001, S. 46) 199 Quelle: Holzinger (2000, S. 133; S. 111), modifiziert durch den Verfasser. 200 Vgl. Steinmetz (2000, S. 820). 201 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 462). 194 34 3 Wissenserwerb Organismus in einer dynamischen Interaktion mit der Umwelt steht, und er unterstreicht die aktive Rolle des Individuums beim Wissenserwerb.202 Für die dynamische Interaktion mit der Umwelt haben drei wesentliche Eigenschaften des menschlichen Geistes besondere Bedeutung: die kognitive Adaption, die kognitive Organisation und die kognitive Äquilibration.203 Die kognitive Adaption beschreibt die grundlegende Tendenz jedes Organismus, sich in irgendeiner Weise in die Umwelt ein- bzw. anzupassen.204 Diese Anpassung eines Individuums an seine Umwelt vollzieht sich in den komplementären Prozessen der Assimilation und Akkomodation. Bei der Assimilation werden Reizinformationen aus der Umwelt so interpretiert, dass sie sich in bereits vorhandene, bzw. bekannte kognitive Strukturen (Schemata) einpassen lassen. Die Veränderung bestehender kognitiver Schemata zum Zweck der Anpassung an wahrnehmbare Umweltbegebenheiten oder zur Beseitigung von Widersprüchen zu anderen Schemata wird als Akkomodation bezeichnet. Abbildung 11 stellt die kognitive Adaption schematisch dar. Assimilation Organismus Kognitive Adaption Umwelt Akkomodation Abbildung 11: Kognitive Adaption205 „Kognitive Organisation bezeichnet die Tendenz des menschlichen Geistes, das Leben nicht als eine zerhackte Folge unverbundener Einzelbilder wahrzunehmen, sondern Beziehungen herzustellen [...]“.206 Werden bei der Interaktion mit der Umwelt Erfahrungen gemacht, die nicht assimiliert werden können, versucht der Organismus ein Gleichgewicht zwischen der wahrgenommenen Umwelt und seiner kognitiven Strukturen herzu- 202 Vgl. Mietzel (1998, S. 96). Vgl. Jank/Meyer (2002, S. 192). 204 Vgl. für den folgenden Absatz: Zimbardo/Gering (1999, S. 463), Mietzel (1998, S. 71 ff.), Piaget 1947, S. 10 ff.). 205 Quelle: Jank/Meyer (2002, S. 192), modifiziert durch den Verfasser. 206 Jank/Meyer (2002, S. 193). 203 3 Wissenserwerb 35 stellen.207 Dieses Bestreben des Organismus, einen Gleichgewichtszustand zwischen Assimilation und Akkomodation wieder herzustellen, wird als kognitive Äquilibration bezeichnet.208 Piaget unterscheidet in seiner Entwicklungstheorie zwischen vier aufeinander aufbauenden kognitiven Phasen bzw. Stufen, die Kinder während ihrer Entwicklung durchlaufen.209 Diese Stufen werden als sensomotorische Stufe (Säuglingsalter), Stufe des intuitiv-anschaulichen Denkens (Kindergarten- und Vorschulalter), Stufe der konkreten Denkoperationen (Grundschulalter) und die Stufe der formalen Denkoperationen (ab dem Jugendalter) bezeichnet.210 „Eine höhere Phase unterscheidet sich von der vorausgegangenen darin, daß das Kind zum einen über (quantitativ) mehr Informationen verfügt und zum anderen eine neue Qualität des Wissens und Verstehens entwickelt hat.“211 Aus quantitativen Gründen wird auf eine differenzierte Betrachtung der vier kognitiven Phasen im Rahmen dieser Arbeit verzichtet. Lernen kann nach Piaget als Funktion der kognitiven Entwicklung bezeichnet werden.212 Je höher der erreichte kognitive Entwicklungsstand ist, desto höher sind die verfügbaren kognitiven Operationen.213 3.2.2.2 Theorie des entdeckenden Lernens Neben der kognitiven Entwicklungstheorie Piagets wird mit dem Kognitivismus die Theorie des entdeckenden Lernens nach Jerome S. Bruner (1915-1987) verknüpft.214 Zentrale Begriffe der Theorie des entdeckenden Lernens sind Transferförderung, Problemlösefähigkeit, intuitives Denken und intrinsische Motivation.215 Der Transfer beschreibt Prozesse, bei denen der Lernende zunächst allgemeine Begriffe erwirbt (früheres Lernen), die in der Folge als Grundlage dienen, um neue Begriffe als Sonderfälle des Eingangs erlernten Begriffs einzuordnen (späteres Lernen).216 Eine positive Beeinflussung der Übertragung von früherem Lernen auf späteres Lernen wird als Transferförderung bezeichnet. Um den Transfer von bereits Gelerntem auf neue Begriffe leisten zu können, muss der Lernende über Techniken des Problemlösens verfügen. 207 Vgl. Jank/Meyer (2002, S. 194). Vgl. Mietzel (1998, S. 96). 209 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 463). 210 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 463 f.). 211 Mietzel (1998, S. 78). 212 Vgl. Weinert (2001, S. 123). 213 Vgl. Weinert (2001, S. 123). 214 Vgl. Blumstengel (1998, 111), Holzinger (2000, S. 137). 215 Vgl. Edelmann (1996, S. 214 ff.). 216 Vgl. für den folgenden Absatz: Edelmann (1996, S. 214 ff.) 208 3 Wissenserwerb 36 Probleme selbstständig zu erkennen, zu analysieren, daraufhin Hypothesen zur Lösung zu formulieren und diese schließlich zu prüfen, wird als Problemlösefähigkeit bezeichnet. Als weiteren zentralen Begriff der Theorie des entdeckenden Lernens, führt Bruner das intuitive Denken an. „Das intuitive Denken […] geht von Erfahrungen aus, zielt auf Erfassen des Problems in seiner Gesamtheit, ermöglicht neuartige Lösungen und ist relativ einfallsartig und ggf. sprunghaft.“217 Durch das entdeckende Lernen wird die intrinsische Motivation des Lernenden gefördert, sich selbstständig mit der Umgebung auseinander zusetzen und Probleme zu lösen.218 Im Rahmen der Theorie des entdeckenden Lernens hängt der Wissenserwerb von der Bereitschaft eines Individuums ab, zu lernen.219 Entscheidende Variablen für den individuellen Wissenserwerb sind nach Bruner die Befähigung zum Problemlösen, die Art des Wissenserwerbs und der häufig intuitiv erfasste Inhalt des Wissens.“220 3.2.3 Konstruktivismus Neben den Lerntheorien des Behaviorismus und des Kognitivismus beschreibt auch der im Folgenden betrachtete Konstruktivismus Prozesse des Wissenserwerbs aus psychologischer Sicht. Der Konstruktivismus kann als Theorie der Konstruktion, des Verstehens und des Interpretierens von Wissen beschrieben werden.221 „Für den Konstruktivismus ist Wissen kein Abbild der externen Realität, sondern eine Funktion des Erkenntnisprozesses.“222 Der Wissenserwerb ist nach konstruktivistischem Ansatz ein aktiver, individueller Prozess des Aufbaus, der Organisation und der Neu- und Umstrukturierung von Wissen und baut auf Vorwissen auf.223 Im Vergleich zum Kognitivismus wird das Gehirn des Menschen nicht als offenes, sondern informationell geschlossenes System aufgefasst.224 Informationen über die Außenwelt werden nicht als objektive Begebenheiten aufgenommen, „[…]sondern nur nach eigenen Regeln durch Interpretation [..].“225 Im Rahmen des konstruktivistischen Informationsansatzes sind In- und Output energetischer Art, in Form von Nervenreizun- 217 Edelmann (1996, S. 216). Vgl. Edelmann (1996, S. 217). 219 Vgl. Edelmann (1996, S. 217). 220 Vgl. Edelmann (1996, S. 218). 221 Vgl. Dubs (1999 , S. 246). 222 Schulmeister (1997, S. 73). 223 Vgl. Helmke/Schrader (2001, S. 251). 224 Vgl. Holzinger (2000, S. 146), Jank/Meyer (2002, S. 289). 225 Schulmeister (1997, S. 77). 218 37 3 Wissenserwerb gen der Sinnesorgane.226 Informationen werden aufgrund dieser Nervenreizungen erst innerhalb des Gehirns erzeugt bzw. konstruiert.227 Diese Erkenntnis wurde insbesondere durch die Autoren Humberto Maturana und Francesco Valera geprägt, deren Arbeiten eine Verknüpfung zwischen der neurobiologischen und psychologischen Betrachtung zum Wissenserwerb herstellen.228 Abbildung 12 stellt das Gehirn des Menschen als ein informationell geschlossenes System dar. Input Output „Energetischer In- bzw. Output“ „Informationell Geschlossenes System“ Abbildung 12: Konstruktivismus- Das Gehirn als geschlossenes Informationssystem.229 Der Konstruktivismus stellt jedoch keine einheitliche Position dar.230 Als Varianten können der gemäßigte Konstruktivismus sowie der radikale Konstruktivismus unterschieden werden.231 Während die gemäßigte Form des Konstruktivismus von der Existenz einer externen Welt ausgeht, stellen radikale Konstruktivisten das Vorhandensein der Umwelt in Frage.232 „Was wir aus unseren Erfahrungen machen, das allein bildet die Welt, in der wir bewusst leben.“233 Als Konsequenz ist Wissen, nach radikal konstruktivistischer Vorstellung nicht vermittelbar, sondern wird immer in Verbindung mit bereits vorhandenem Wissen individuell konstruiert.234 Die Annahmen des gemäßigten Konstruktivismus haben in der Instruktionspsychologie zur Entwicklung von Lernumgebungen geführt, die eine aktive Auseinandersetzung des Lernenden mit Problemen anregen und zur Förderung des Wissenserwerbs beitragen.235 Die im Folgenden betrachteten Ansätze der „Anchored Instruction“ und der „Cognitive 226 Vgl. Thissen (1997, S. 6), Holzinger (2000, S. 149). Vgl. Thissen (1997, S. 6). 228 Vgl. Holzinger (2000, S. 148 f.). 229 Quelle: Holzinger (2000, S. 146), Baumgartner/ Payr (1999, S 108), modifiziert durch den Verfasser. 230 Vgl. Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 140). 231 Vgl. Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 140). 232 Vgl. Holzinger (2000, S. 146), Jank/Meyer (2002, S. 300). 233 Glaserfeld (1996, S. 22). 234 Vgl. Thissen (1997, S. 8). 235 Vgl. Gerstenmeier/Mandl (1995, S. 874). 227 3 Wissenserwerb 38 Flexibility“ stellen keine lerntheoretischen Ansätze im engeren Sinne, sondern lerntheoretisch begründete Lernumgebungen dar.236 3.2.3.1 Anchored Instruction Der Anchored Instruction-Ansatz wurde von der Cognition and Technology Group an der Vanderbilt University, Nashville, Tennessee entwickelt und beschäftigt sich mit dem Problem, dass Wissen zwar prinzipiell vorhanden, aber im konkreten Fall nicht abrufbar ist.237 Ein solches Wissen wird als „Träges Wissen“238 bezeichnet. Zur Überwindung des Problems von trägem Wissen ist die Existenz eines Ankerreizes entscheidend, der das Interesse und die Aufmerksamkeit des Individuums wecken soll.239 „Im “Anchored Instruction“-Ansatz […] werden komplexe Ankerreize gesetzt, indem authentische Problemsituationen dargeboten werden, die die Lernenden anregen, sich mit einem Problem intensiv auseinander zusetzen.“240 Die zu lösenden Probleme werden hierbei in zusammenhängenden Geschichten integriert.241 In der praktischen Umsetzung dieser Theorie werden Lernenden anregende Abenteuergeschichten in Form eines Videos („Adventures of Jasper Woodbury“242) dargeboten.243 Am Ende einer Abenteuergeschichte wird ein komplexes Problem gestellt, das die Lernenden eigenständig lösen müssen. Die hierfür benötigten Informationen sind in der Geschichte enthalten. Der Anchored Instruction-Ansatz ermöglicht es dem Lernenden, sein Wissen aus unterschiedlichen Zusammenhängen zu gewinnen.244 „Die Übertragbarkeit des Wissens wird durch Paare ähnlicher Geschichten gefördert, d.h. es werden unterschiedliche Problemstellungen in verschiedenen (multiplen) Kontexten angeboten […].“245 Der Lernende sammelt dadurch bereits beim Wissenserwerb Erfahrungen, die eine individuelle Bewertung darüber zulassen, ob Wissen auf andere Situationen übertragbar oder situationsspezifisch ist.246 236 Vgl. Herzig (2001, S. 55). Vgl. Gerstenmeier/Mandl (1995, S. 875). 238 Thissen (1997, S. 3). 239 Vgl. Gerstenmeier/Mandl (1995, S. 875), Holzinger (2000, S. 161). 240 Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 144). 241 Vgl. Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 144). 242 Siehe hierzu: http://peabody.vanderbilt.edu/projects/funded/jasper/jasperhome.html, am 15.06.03. 243 Vgl. für den folgenden Absatz: Gerstenmeier/Mandl (1995, S. 875 f.), Blumstengel (1998, S. 122). 244 Vgl. Gerstenmeier/Mandl (1995, S. 876). 245 Herzig (2001, S. 55). 246 Vgl. Gerstenmeier/Mandl (1995, S. 876), Herzig (2001, S. 55). 237 3 Wissenserwerb 3.2.3.2 39 Cognitive Flexibility Der Cognitive Flexibility-Ansatz betont den zentralen Aspekt, dass Lernende beim Wissenserwerb multiple bzw. flexible Perspektiven einnehmen sollen, um Übersimplifizierungen zu vermeiden.247 Übersimplifizierungen entstehen, wenn Einschränkungen auf spezifische Aspekte eines Lernobjekts vorgenommen werden.248 Zur Vermeidung von Übersimplifizierungen „[..] wird den Lernenden dasselbe Konzept (Lernobjekt) zu unterschiedlichen Zeiten, mit veränderten Zielsetzungen und in verschiedenen Kontexten präsentiert und zu anderen Konzepten in Beziehung gesetzt.“249 Durch die Einnahme von unterschiedlichen Perspektiven durch den Lernenden entstehen zunächst zufällige Eindrücke vom Konzept.250 In der Folge werden diese zufälligen Eindrücke vom Lernenden systematisiert und zu einer kognitiven Landkarte zusammengesetzt. Kognitive Landkarten stellen unsere Vorstellungen von Dingen und Sachverhalten netzwerkartig dar. Das psychologische Modell der kognitiven Landkarte entspricht hierbei dem neurobiologischen Modell synaptischer Verschaltungsmuster zwischen Neuronen im Gehirn des Menschen. (Vgl. hierzu Abschnitt 3.1.1.2.) Der Cognitive Flexibility-Ansatz wird für den Wissenserwerb als besonders geeignet angesehen, wenn fortgeschrittene Lernende „[…] in wenig strukturierten Gebieten, z.B. Medizin oder Literaturwissenschaften […]“ arbeiten.251 An dieser Stelle sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die Ansätze der Cognitive Flexibility und der Anchored Instruction keine Lerntheorien im engeren Sinne darstellen, sondern den Wissenserwerb zwischen Prozessen der Instruktion und Konstruktion kennzeichnen.252 Für das Verständnis des Wissenserwerbs aus konstruktivistischer Sicht stellen sie jedoch wichtige Ansätze dar. 3.2.4 Mischformen Die sozial-kognitive Lerntheorie und die Theorie der situierten Kognition lassen sich keiner der bisher betrachteten Lerntheorien direkt zuordnen, sondern stellen Verknüpfungen hieraus dar und werden auf Grund dessen unter dem Abschnitt „Mischformen“ betrachtet. 247 Vgl. Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 144), Gerstenmeier/Mandl (1995, S. 876). Vgl. Gerstenmeier/Mandl (1995, S. 876). 249 Herzig (2001, S. 55). 250 Vgl. für den folgenden Absatz: Herzig (2001, S. 55), Jank/Meyer (2002, S. 179). 251 Gerstenmeier/Mandl (1995, S. 876). 252 Vgl. Herzig (2001, S. 54 f.). 248 3 Wissenserwerb 40 Die Theorie der situierten Kognition stellt eine Kombination aus kognitivistischen und konstruktivistischen Ansätzen dar.253 Die sozial-kognitive Lerntheorie, die auf Arbeiten Albert Banduras zurückgeht, hat seine Wurzeln im Behaviorismus.254 Im Verlauf seiner Tätigkeiten entfernt sich Bandura jedoch von den Annahmen des Behaviorismus und gilt heute als bedeutender Vertreter einer kognitivistischen Theorie.255 3.2.4.1 Sozial-Kognitive Lerntheorie Die sozial-kognitive Lerntheorie versucht, Aspekte des sozialen Lernens zu beschreiben und betont hierbei kognitive Prozesse der Informationsverarbeitung.256 Obwohl Bandura seine Annahmen im Behaviorismus begründet sieht, hält er insbesondere die operante Konditionierung (vgl. hierzu 3.2.1.2) innerhalb des Behaviorismus zur Erklärung für menschliches Lernen für nicht ausreichend.257 „Ein Mensch lernt für Bandura nicht nur durch Auswertung von Verhaltenskonsequenzen, sondern auch dadurch, dass er andere (sog. Modelle) beobachtet.“258 Für das Lernen ist es jedoch unerheblich, ob das beobachtete Modell (als Person) anwesend ist oder über Medien wie Film und Text dargestellt wird.259 In seinen Studien zum sozial-kognitiven Lernen untersucht Bandura z.B., wie Kinder aus beobachtetem aggressivem Verhalten von Erwachsenen lernen.260 Hierzu wird den Kindern ein Film präsentiert, in dem eine Person auf eine Puppe einschlägt und hierfür gelobt wird. In einer folgenden Testphase wurde den Kindern ebenfalls eine Puppe zum Spielen gegeben. Hierbei wurde registriert, dass Kinder ein ähnlich aggressives Verhalten gegenüber der Puppe zeigten, wie zuvor im Film dargestellt wurde. Auf Grundlage dieser Beobachtungen formuliert Bandura sich gegenseitig beeinflussende Teilprozesse, die ein „Lernen am Modell“261 bedingen.262 Hierzu zählen Aufmerksamkeitsprozesse, die durch ein positives Beziehungsverhältnis zwischen Modell und Beobachter und eine emotionale Erregung gefördert werden können. Der Beobachter muss das Gesehene in angemessener Weise kognitiv verarbeiten, indem er die Modellierungsreize in mentale Schemata umformt und organisiert. Diese kognitive 253 Vgl. Holzinger (2000, S. 154), Tulodziecki (1996, S. 47). Vgl. Mietzel (1998, S. 159). 255 Vgl. Edelmann (1996, S. 285), Schermer (2001 b, S. 663 f.). 256 Vgl. Edelmann (1996, S. 282 ff.). 257 Vgl. Mietzel (1998, S. 159). 258 Mietzel (1998, S. 159). 259 Vgl. Edelmann (1996, S. 282). 260 Vgl. für den folgenden Absatz: Gräsel (1999, S. 224). 261 Lernen am Modell wird in der Literatur auch als Beobachtungslernen, Modellieren oder Nachahmungslernen bezeichnet. Siehe hierzu: Steiner (2001, S. 158), Zimbardo/Gering (1999, S. 463). 262 Vgl. für den folgenden Absatz: Edelmann (1996, S. 286 f.), Steiner (2001, S. 158 f.). 254 3 Wissenserwerb 41 dellierungsreize in mentale Schemata umformt und organisiert. Diese kognitive Umformung der beobachteten Reize in ein Schema bzw. innere Repräsentation des Modells wird als Kodierungsprozess bezeichnet. Die spätere Ausführung auf Grundlage der inneren Repräsentation des Modells stellt den motorischen Reproduktionsprozess dar. Die aus der operanten Konditionierung bekannten Verstärkungsprozesse stellen als letzten Teilprozess eine förderliche Bedingung des Lernens am Modell dar. Hierbei bleibt festzuhalten, dass der Beobachter nicht direkt eine Verstärkung seines Verhaltens erfährt, sondern stellvertretend am Erfolg des beobachteten Modells teilnimmt.263 Diese stellvertretende Verstärkung wird im oben genannten Beispiel durch das Lob für ein aggressives Verhalten des Modells gegenüber der Puppe symbolisiert.264 Der eigentliche Lernprozess findet in der so genannten Aneignungsphase, die sich aus Aufmerksamkeits- und Kodierungsprozessen zusammensetzt, durch die kognitive Auseinandersetzung eines Individuums mit der Umwelt statt.265 3.2.4.2 Theorie der situierten Kognition Die Theorie der situierten Kognition266 stellt den Wissenserwerb in einer engen Verzahnung mit dem sozialen und physischen Kontext, in dem Individuen handeln, dar.267 Hierbei gehen Vertreter der situierten Kognition davon aus, dass Wissen weder vom Akt des Erwerbs, noch von der Situation in der es erworben wird, zu trennen sei.268 Ein Transfer des Wissens auf andere Situationen oder andere Kontexte, die sich von den Begebenheiten, in denen es erworben wurde unterscheiden, ist dem Lernenden daher so gut wie unmöglich.269 Mit dieser Auffassung korrespondiert die Kritik der Vertreter der situierten Kognition, dass die an Schulen und Universitäten typische Lehrform des Frontalunterrichts zu stark Kontext gebunden ist.270 Mit dem Transfer des in Schule und Universitäten erworbenen Wissens auf Situationen des Alltags- und Berufslebens kann jedoch nur gerechnet werden, „[…] wenn der instruktionale und der Anwendungskontext einander ähnlich sind […].“271 263 Vgl. Steiner (2001, S. 159). Vgl. Steiner (2001, S. 159). 265 Vgl. Edelmann (1996, S. 288). 266 „Situierte Kognition“ und „situiertes Lernen“ werden in der Literatur synonym verwandt. Siehe hierzu: Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 143). 267 Vgl. Gerstenmaier (1999, S. 237). 268 Vgl. Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 140). 269 Vgl. Klauer (2001, S. 635). 270 Vgl. Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 141). 271 Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 141). 264 3 Wissenserwerb 42 Dem sozialen Kontext, d.h. die Interaktion mit anderen Lernenden oder mit der Umwelt, wird in der Theorie der situierten Kognition ein besonderer Stellenwert zugemessen.272 Lernen ist ein Prozess, „[…] in dem personinterne Faktoren mit personexternen, situativen Komponenten in Wechselbeziehungen stehen.“273 Für den Wissenstransfer förderliche Komponenten sind daher die Gruppenarbeit, der Gebrauch von Hilfsmitteln sowie die Berücksichtigung des Anwendungskontexts von Wissen.274 Vorteil des situierten Lernens ist, dass der Lernende den Zweck und die Einsatzmöglichkeiten durch eine aktive Auseinandersetzung mit dem zu lernenden Wissen erkennt.275 Gelernt wird nach der Theorie der situierten Kognition durch eine aktive Benutzung des Wissens und sozialer Interaktion mit der Umwelt.276 3.3 Zwischenfazit Die Fülle der im Verlauf dieses Kapitels betrachteten theoretischen Ansätze des Wissenserwerbs macht eine Zusammenfassung der Ergebnisse erforderlich. Die neurobiologische Betrachtung liefert grundlegende Erkenntnisse darüber, wie Wissen durch die Aufnahme von Umweltreizen über die Sinnesorgane des Menschen erworben wird. Strukturelle und funktionelle Verknüpfung von Neuronen und Synapsen im Gehirn repräsentieren das Wissen eines Menschen. Die psychologischen Ansätze zum Wissenserwerb werden, aus Gründen der Übersichtlichkeit, anhand ausgewählter Kriterien in Tabelle 6 gegenübergestellt. Hierbei werden ausschließlich die drei Grundkategorien Behaviorismus, Kognitivismus und Konstruktivismus dargestellt.277 272 Vgl. Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 140). Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 140). 274 Vgl. Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 141). 275 Vgl. Holzinger (2000, S. 155). 276 Vgl. Holzinger (2000, S. 155). 277 Die so genannten Mischformen können hierbei nicht berücksichtigt werden. 273 43 3 Wissenserwerb Kategorie Behaviorismus Kognitivismus Konstruktivismus Gehirn ist …passiver …informationsverar- …informationell ge- ein… Behälter beitendes „Gerät“ schlossenes System …abgelagert …verarbeitet …konstruiert …eine Input- …ein interner Verar- …mit einer Situation Output Reaktion beitungsprozess arbeiten zu können Reiz- Reaktion Problemlösung Konstruktion Wissen wird… Wissen ist… Paradigma Tabelle 6: Zusammenfassung der psychologischen Aspekte des Wissenserwerbs278 Sowohl der Konstruktivismus als auch der Kognitivismus scheinen besonders geeignet zu sein, um Prozesse des Wissenserwerbs realitätsnah zu beschreiben. Zwar kann der Wissenserwerb auch aus Sicht des Behaviorismus erklärt werden, es ist jedoch insbesondere die Betrachtung des Gehirns als passiver Behälter, welche die Theorie als zu radikal und wenig realitätsnah erscheinen lässt. Letztlich sind jedoch Abneigungen bzw. Vorlieben hinsichtlich der theoretischen Erklärung des Wissenserwerbs aus psychologischer Sicht in den subjektiven Präferenzen des Betrachters begründet bzw. werden durch die jeweils vorherrschende Anschauung in der Forschung bestimmt. Nachdem der Wissenserwerb des Menschen im Hinblick auf neurobiologische und psychologische Aspekte betrachtet wurde, werden im Folgenden verschiedene theoretische Erklärungsansätze zur Wissensspeicherung im Gedächtnis vorgestellt. Hierbei, und auch im Zusammenhang mit der Untersuchung externer Wissensrepräsentationsformen im darauf folgenden Kapitel, wird, der Dominanz in der Literatur folgend, den bislang gewonnenen Erkenntnissen aus der psychologischen Betrachtung zum Wissenserwerb eine besondere Bedeutung zugemessen.279 278 279 Quelle: Baumgartner/Payr (1999, S 110), modifiziert durch den Verfasser. Vgl. hierzu u.a. Anderson (1996), Kluwe (1998), 44 4 Wissensspeicherung 4 Wissensspeicherung 4.1 Gedächtnis Als Gedächtnis wird die Fähigkeit des Menschen beschrieben, durch Lernprozesse erworbenes Wissen abzuspeichern und bei Bedarf wieder abzurufen.280 Hierbei stellt das Gehirn die biologische und das Gedächtnis die funktionale Einheit eines Individuums dar.281 Angemerkt sei an dieser Stelle, dass das Gedächtnis an keiner Stelle des menschlichen Gehirns Abteilungen bildet, sondern eine nicht körperlich angreifbare Einheit darstellt.282 Die Voraussetzung, Wissen zu einem späteren Zeitpunkt nutzen zu können, wird durch die drei kognitiven Prozesse des Enkodierens, Speicherns und des Abrufens geschaffen.283 Die Enkodierung beschreibt hierbei die erstmalige Verarbeitung von Informationen aus der Außenwelt, die zu einer mentalen Repräsentation dieser Informationen im Gedächtnis führen. Der Prozess des Speicherns beschreibt die Aufbewahrung der enkodierten Informationen über eine Zeitspanne im Gedächtnis. Um gespeichertes Wissen wieder aufzufinden, muss der Prozess des Abrufens erfolgreich vollzogen werden. (Vgl. Abbildung 13) Enkodierung Speicherung Abruf Ins Gedächtnis bringen Im Gedächtnis halten Aus dem Gedächtnis holen Abbildung 13: Drei Phasen des Gedächtnisses284 Beim Gedächtnis wird, in Analogie zu den Wissensarten, (vgl. Abschnitt 2.2) zwischen impliziten und expliziten Inhalten unterschieden.285 Im expliziten Gedächtnis ist das Wissen über Fakten und Ereignisse gespeichert, das bei Bedarf bewusst abgerufen wird. Das implizite Gedächtnis ist für die Wiedergabe von Fertigkeiten, Bewegungsfolgen und Prozessen verantwortlich. Ein Abrufen der Inhalte des impliziten Gedächtnisses erfolgt ohne willentliche Anstrengung. 280 Vgl. Singer (1996, S. 428). Vgl. Holzinger (2000, S. 36). 282 Vgl. Holzinger (2000, S. 36). 283 Vgl. für den folgenden Absatz: Zimbardo/Gering (1999, S. 234 ff.). 284 Quelle: Atkinson et al. (2001, S. 262), modifiziert durch den Verfasser. 285 Vgl. für den folgenden Absatz Roth (2001, S. 151), Köhler (2001, S. 221), Birbaumer/Schmidt (1996, S. 567 ). 281 4 Wissensspeicherung 45 Eine weitere Unterscheidung zwischen den Inhalten des Gedächtnisses und der damit verbunden Speicherung wurde von Endel Tulving eingeführt.286 Tulving unterscheidet zwischen semantischem und episodischem Gedächtnis, in dem eben solches Wissen gespeichert wird.287 Die Annahme Tulvings wurde in der Literatur jedoch vielfach kritisch beurteilt und kontrovers diskutiert.288 Hierzu sei festgehalten: „To conclude, we do not think that more progress will be made toward an understanding of memory for semantic and episodic information until more theoretical work is done.“289 4.1.1 Gedächtnismodelle 4.1.1.1 Mehrspeichermodell Das Mehrspeichermodell von Atkinson und Shiffrin stützt sich auf die Vorstellung, dass das menschliche Gedächtnis aus drei Komponenten besteht.290 Hierzu zählen das sensorische Register bzw. Ultrakurzzeitgedächtnis (UKZG), ein zwischengeschaltetes Kurzzeitgedächtnis (KZG) und ein Langzeitgedächtnis (LZG).291 Informationen über die Umwelt fließen durch das Gedächtnissystem von einer Komponente zur nächsten.292 Zunächst gelangen Informationen im UKZG in eine Reihe von sensorischen Speichern, die auf jeweils eine Sinnesmodalität begrenzt sind. Hier werden diese Informationen in relativ rohem Zustand, jedoch aber vollständig und ganzheitlich aufbewahrt. Die Speicherdauer des UKZG wird durch das permanente Einfließen von neuen Umweltreizen determiniert und beträgt weniger als eine Sekunde. Das Einlesen der Informationen ins KZG, das auch als Arbeitsgedächtnis oder temporärer Speicher bezeichnet wird, stellt den nächsten Verarbeitungsschritt dar. Es werden jedoch nur Informationen ins KZG geleitet, denen der Mensch seine selektive Aufmerksamkeit schenkt. Zusätzlich werden Assoziationen im LZG aktiviert, sobald relevante Informationen ins KZG aufgenommen werden. Hierbei wird z.B. einem visuell wahrgenommen Wort sein verbaler Name und seine Bedeutung zugeordnet. Auf diese Weise gelangen zusätzliche Informationen vom LZG ins KZG. Zwischen LZG und KZG besteht eine wechselseitige Beziehung. 286 Vgl. Kluwe (1996, S. 202). Vgl. Kluwe (1996, S. 202). 288 Vgl. McKoon/Ratcliff/Dell (1986, S. 295). 289 McKoon/Ratcliff/Dell (1986, S. 304). 290 Vgl. Mietzel (1998, S. 182). 291 Vgl. Mietzel (1998, S. 182), Holzinger (2000, S. 39). 292 Vgl. für den folgenden Absatz: Baddeley (1979, S. 180), Holzinger (2000, S. 40), Zimbardo/Gering (1999, S. 240 ff). 287 46 4 Wissensspeicherung Die zentrale Komponente für die Verarbeitung von Informationen in diesem Modell stellt das KZG dar.293 Ohne die Arbeit des KZG ist weder ein Aufrufen von Informationen aus dem LZG, noch eine Übertragung hierein möglich.294 Die Kapazität des KZG ist jedoch sowohl zeitlich als auch inhaltlich sehr begrenzt.295 Allgemein kann von einer Speicherdauer von 20 bis 30 Sekunden und einer Kapazität von sieben (+/− 2) Informationseinheiten (Chunks296) ausgegangen werden.297 Die Bezeichnung Chunk kennzeichnet eine Informationseinheit, die von einem Individuum ins KZG aufgenommen werden und unterschiedlich komplex sein kann. Das Wort „Auto“ stellt beispielsweise eine Informationseinheit dar, hingegen bedeutet eine Folge von vier unzusammenhängenden Buchstaben „tuao“ vier Informationseinheiten. Für das Speichern der Informationen im LZG sind Prozesse der stillen oder gesprochenen Wiederholung von Informationen im KZG besonders wichtig.298 Werden Informationen im KZG fortwährend wiederholt, können diese im LZG gespeichert werden, anderenfalls werden sie durch neue Informationen ersetzt. Die Speicherdauer und Kapazität des LZG sind nahezu unbegrenzt. Nach dieser Theorie müssen Informationen im KZG mit beschränkter Kapazität memoriert werden, bevor sie im LZG abgespeichert werden können. (Vgl. Abbildung 14) UKZG KZG LZG Temporärer Arbeitsspeicher (Wiederholung) Dauerhafter Speicher Umweltreize Visuell Auditiv Haptisch Reaktion Abbildung 14: Informationsfluss im Mehrspeichermodell des Gedächtnis299; 300 293 Vgl. Baddeley (1979, S. 180). Vgl. Baddeley (1979, S. 180). 295 Vgl. Mietzel (1998, S. 188). 296 Vgl. Kluwe (1996, S. 199). 297 Vgl. für den Rest des Absatzes Holzinger (2000, S. 39 f.), Roth (2001, S. 156) 298 Vgl. für den folgenden Absatz: Baddeley (1979, S. 183), Holzinger (2000, S. 39), Anderson (1996, S. 172). 299 Quelle: Baddeley (1979, S. 183), Holzinger (2000, S. 39), modifiziert durch den Verfasser. 294 4 Wissensspeicherung 47 4.1.1.2 Theorie des Arbeitsgedächtnis In der Theorie des Arbeitsgedächtnisses nach Allan Baddeley wird eine Unterteilung bzw. Modifikation des oben dargestellten Mehrspeichermodells vorgenommen.301 Hierbei stellt das KZG den Untersuchungsschwerpunkt dar und wird in den Arbeiten Baddeleys als Arbeitsgedächtnis („working memory“302) bezeichnet. Baddeley geht in seiner Theorie davon aus, dass das bestimmende Moment für die Anzahl der Elemente, die unmittelbar nach ihrer Darbietung wiedergegeben werden können, die Geschwindigkeit ist, mit der wir das Material memorieren können.303 Nach Baddeley koordiniert hierbei eine zentrale Exekutive bzw. Leitzentrale mehrere Hilfssysteme, zu denen ein räumlichvisueller Notizblock und eine so genannte Artikulationsschleife zählen.304 Die Artikulationsschleife ist für die Speicherung von verbalem Material zuständig und unterliegt einer rein zeitlichen Beschränkung.305 Baddeley stellt fest, dass ein Individuum nur so viele Informationen zu behalten vermag, wie es in ca. 1,5 Sekunden artikulieren kann.306 Allmählich verblassende Informationen können, bevor diese vergessen werden, durch ein inneres Sprechen wieder aufgefrischt werden. „Eine wichtige Funktion hat das innere Sprechen sicher auch beim Lesen. Die meisten Menschen »hören« das, was sie lesen, von einer Art inneren Stimme gesprochen.“307 Das zweite Hilfssystem, der räumlich-visuelle Notizblock ist für das Memorieren von Bildern zuständig.308 Räumliche und bildliche Informationen werden mittels eines abstrakten Kodes im LZG gespeichert.309 Diese Informationen werden mit Hilfe der zentralen Exekutive aus dem LZG abgerufen und mit dem zweiten Hilfssystem, dem räumlich-visuellen Notizblock, verarbeitet.310 (Vgl. Abbildung 15) 300 Haptisch (griechisch), den Tastsinn betreffend. Vgl. Holzinger (2000, S. 41). 302 siehe hierzu Baddeley (1986a). 303 Vgl. Anderson (1996, S. 171 ff.). 304 Vgl. Baddeley (1986b, S. 190). 305 Vgl. Anderson (1996, S. 174). 306 Vgl. für den Rest des Absatzes: Baddeley (1986b, S. 191 ff.). 307 Baddeley (1986b, S. 195). 308 Vgl. Anderson (1996, S. 174). 309 Vgl. Baddeley (1986b, S. 202; S. 208). 310 Vgl. Baddeley (1986b, S. 202). 301 48 4 Wissensspeicherung räumlichvisueller Notizblock Zentrale Exekutive Artikulationsschleife Abbildung 15: Modell des Arbeitsgedächtnisses311 Der entscheidende Unterschied zwischen dem KZG im Mehrspeichermodell von Atkinson und Shiffrin und der Theorie des Arbeitsgedächtnisses, liegt in der Annahme, dass Informationen keine Verweildauer im KZG haben müssen, um im LZG gespeichert zu werden.312 Die Artikulationsschleife und der räumlich- visuelle Notizblock arbeiten als Systeme, die durch Memorieren Informationen für die temporäre Verwendung bereitstellen.313 Untersuchungen der Gehirnaktivität mittels PET zeigen, das die beiden Speicher des Arbeitsgedächtnisses in verschieden Hemisphären lokalisiert sind.314 Verbale Informationen werden in der linken Hemisphäre gespeichert, räumliche Informationen in der rechten.315 Diese Ergebnisse unterstützen eine angenommene Hirnhälftenspezialisierung beim Menschen. (Vgl. hierzu Abschnitt 3.1.2.2) Auf biologischer Ebene ist insbesondere der Hippocampus an der Speicherung von Informationen beteiligt. Der Hippocampus arbeitet hierbei als ein Verweissystem, das verschiedene Aspekte des Gedächtnisinhalts, die in unterschiedlichen Teilen des Gehirns gespeichert sind, zusammenfügt.316 4.2 Wissensrepräsentation im Langzeitgedächtnis „Wissen ist auf verschiedene Weise im LZG repräsentiert […].“317 Im LZG werden jedoch nicht zusammenhangslose Einzelinformationen abgelegt, sondern in Systemen organisiert und strukturiert gespeichert bzw. repräsentiert.318 Die im Folgenden betrachten Theorien stellen hierzu unterschiedliche Erklärungsansätze dar, wie Wissen im Gedächtnis repräsentiert319 sein kann.320 Die Auswahl der vorgestellten Theorien erhebt 311 Quelle: Baddeley (1990, S. 71), modifiziert durch den Verfasser. Vgl. Anderson (1996, S. 174). 313 Vgl. Squire/Kandel (1999, S. 93). 314 Vgl. Atkinson et al. (2001, S. 267). 315 Vgl. Atkinson et al. (2001, S. 267). 316 Vgl. Atkinson et al. (2001, S. 277). 317 Kluwe (1992, S. 150). 318 Vgl. Zimbardo/Gering (1999, S. 255). 319 Wissensrepräsentation im Gedächtnis kann im Rahmen dieser Arbeit auch als interne Wissensrepräsentation bezeichnet werden. 312 4 Wissensspeicherung 49 weder einen Anspruch auf Vollständigkeit noch kann zum jetzigen Zeitpunkt davon ausgegangen werden, dass eine einzige Theorie allein die Speicherung von Wissen im Gedächtnis erklärt.321 4.2.1 Theorie der Doppelkodierung In der Theorie der Doppelkodierung bzw. dualen Kodierungstheorie, nach Allan Piavio wird zwischen zwei Formen der inneren Repräsentation von Wissen unterschieden.322 Diese Formen sind einerseits räumliche Vorstellungen wie z.B. Bilder und andererseits lineare Folgen von Sachverhalten und Ereignissen, zu denen Texte gezählt werden.323 Piavio geht davon aus, dass für die Verarbeitung und Speicherung von Bildern und Texten zwei unabhängige, jedoch miteinander verbundene Kodierungssysteme zur Verfügung stehen.324 Das imaginale Kodierungssystem verarbeitet visuelle Informationen und repräsentiert diese in Form von ganzheitlichen, analogen Abbildern wahrgenommener Sachverhalte.325 Das verbale System verarbeitet linguistische Informationen, die ähnlich ihrer wahrgenommenen Abfolge in Wort und Text repräsentiert werden. Beide Systeme stehen in Verbindung zueinander, d.h. Bilder werden bildhaft kodiert und zusätzlich verbal benannt und in Folge dessen verbal kodiert. Analog hierzu können sprachliche Inhalte verbal kodiert und mit bildhaften Vorstellungen verknüpft werden. Einschränkungen erfährt die doppelte Kodierung jedoch bei abstrakten Wörtern wie z.B. „Demokratie“, zu dem die Speicherung eines Bildes nur schwer vorstellbar ist.326 Bilddarstellungen, die konkret zu benennen sind, wie z.B. die Zeichnung eines Hundes, können jedoch als Bild- und Sprachsymbol gespeichert werden. Anlog hierzu können beim Lesen des Wortes Hund sowohl Bild- als auch Sprachsymbole gespeichert werden. Piavio fand heraus, „[…] daß benennbare Bilder besser behalten werden als Wörter, und daß konkrete Wörter besser behalten werden als abstrakte. Dieser Behaltensvorteil für Bilder oder Wörter, die mit einem Vorstellungsbild gekoppelt sind, wird als Bildüberlegenheitseffekt bezeichnet.“327 320 Vgl. Kluwe (1992, S. 150). Vgl. hierzu Norman (1982, S. 63 ff.). 322 Vgl. Kluwe (1992, S. 150). 323 Vgl. Kluwe (1992, S. 150). 324 Vgl. Hasebrook (1995, S. 99). 325 Vgl. für den folgenden Absatz Kluwe (1992, S. 150). 326 Vgl. für den folgenden Absatz Hasebrook (1995, S. 99). 327 Hasebrook (1995, S. 99). 321 4 Wissensspeicherung 50 Die Theorie der Doppelkodierung wird zum Teil mit dem Annahmen Piagets zur Akkomodation und Assimilation (vgl. hierzu 3.2.2.1) und der Hemisphärentheorie (vgl. hierzu 3.1.2.2) in Verbindung gebracht.328 Die Speicherung und das Abrufen von Wissen sind an Schemata gebunden, deren Existenz es ermöglicht, durch Prozesse der Assimilation Bilder im Gedächtnis zu repräsentieren. Die Hemisphärentheorie geht ebenso wie die Theorie der Doppelkodierung von einer getrennten Verarbeitung bzw. Speicherung von Bild und Sprache aus. 4.2.2 Propositionale Wissensrepräsentation Kerngedanke der propositionalen Wissensrepräsentation ist, dass vor allem der Bedeutungsgehalt von Abläufen und Ereignissen in abstrakter Form im Gedächtnis gespeichert wird.329 Irrelevante Details bzw. der genaue Wortlaut einer Erzählung bleiben meist nur kurz präsent und werden nicht gespeichert.330 Ausgehend von diesem Kerngedanken lassen sich im Gedächtnis gespeicherte Bedeutungsgehalte als Propositionen darstellen.331 „Unter einer Proposition versteht man die kleinstmögliche selbstständig als wahr bzw. falsch beurteilbare Wissenseinheit.“332 Der Begriff Bleistift stellt jedoch noch keine Proposition dar, sondern muss durch eine bestimmte Relation auf seinen Wahrheitsgehalt überprüfbar sein.333 Propositional gespeichertes Wissen kann z.B. in der Aussage: „Der Bleistift ist spitz“ repräsentiert sein. Wörter oder Begriffe dürfen demnach nicht mit Propositionen gleichgesetzt werden, obwohl sie immer sprachlich, d.h. mit Worten, dargestellt werden. Propositionen beziehen sich nur auf Bedeutungen, die hinter Wörtern stehen. Die Notation von Propositionen kann in Form von Listen oder grafisch als Netzwerk erfolgen.334 Proposition setzen sich aus mindestens zwei Teilen, einer Relation und einem oder mehrerer Argumente zusammen.335 In der netzwerkartigen Darstellung wird jede Proposition durch eine Ellipse dargestellt, die über Pfeile mit ihren Argumenten verbunden ist.336 Argumente der Proposition werden als Subjekt (S), Objekt (O) und Relation (R) gekennzeichnet.337 Abbildung 16 stellt die Verbindung von zwei Aussa328 Vgl. für den folgenden Absatz Strittmatter/Seel (1984, S. 11 ff.). Vgl. Schiefele/Heinen (2001, S. 796). 330 Vgl. Kluwe (1992, S. 153). 331 Vgl. Schiefele/Heinen (2001, S. 796). 332 Schermer (1991, S. 150). 333 Vgl. Für den Rest des Absatzes Schermer (1991, S. 150), Mietzel (1998, S. 208). 334 Vgl. Kluwe (1992, S. 153). 335 Vgl. Schermer (1991, S. 151). 336 Vgl. Anderson (1996, S. 144). 337 Vgl. Mietzel (1998, S. 208). 329 51 4 Wissensspeicherung gen, „Karin spitzte den Bleistift“ (P1) und „Der Bleistift ist neu“ (P2), als propositionales Netzwerk dar.338 O den Bleistift P1 S Karin S P2 O spitzte R neuen Abbildung 16: Propositionales Netzwerk339 4.2.3 Semantische Netze Semantische Netze bzw. Netzwerke sind propositionalen Netzwerken sehr ähnlich.340 „Semantic networks are useful for representing the formal relationship among things […].”341 Wissen wird in semantischen Netzen auf der Grundlage von Netzwerkstrukturen repräsentiert, die aus einer beliebigen Anzahl von Knoten und Kanten bestehen.342 Hierbei stellen Knoten allgemeine Sachverhalte wie z.B. Objekte, Ereignisse, Konzepte und abstrakte Begriffe dar. Die Beziehungen zwischen den Knoten werden durch Kanten dargestellt. Gebräuchliche Beziehungen sind „ist ein“ und „hat“. „Gemäß der Theorie der Semantischen Netzwerke ist das LZG eine Struktur, die mathematisch einem „gerichteten Graphen“ entspricht.“343 Abbildung 17 stellt ein semantisches Netz dar, indem Wissen über ein Konzept (Automobil) hierarchisch repräsentiert ist. 338 Vgl. Mietzel (1998, S. 208). Quelle: Mietzel (1998, S. 208) modifiziert durch den Verfasser. 340 Vgl. Anderson (1996, S. 147). 341 Norman (1982, S. 54). 342 Vgl. für den Rest des Absatzes Kurbel (1992, S. 38). 343 Dörner/Selg (1996, S. 166). 339 52 4 Wissensspeicherung Automobil hat Motor hat Motorblock ist ein ist ein PKW ist ein Limousine LKW hat Fahrerkabine Abbildung 17: Semantisches Netzwerk344 Mit den Beziehungen zwischen den Knoten ist ein Vererbungsmechanismus verbunden.345 Eigenschaften oder Merkmale, die für Knoten einer höheren Hierarchieebene zutreffen, bestehen demnach auch für die tiefer liegenden Ebenen.346 Für das oben gezeigte Beispiel bedeutet dies, dass eine Limousine der höheren Ebene „Automobil“ zugeordnet werden kann. Diese Feststellung impliziert, dass z.B. fehlende Informationen eines Begriffs oder Konzepts einer übergeordneten Ebene entnommen bzw. hiermit assoziiert werden können.347 4.2.4 Schemata „Schemata sind [..] Wissensstrukturen, die für das Erkennen von Gegenständen in Alltagssituationen, für das entsprechende Abspeichern im Gedächtnis und unter Umständen für das Lösen von Problemen eine wichtige Rolle spielen.“348 Der Begriff Schema geht auf den Philosophen Kant zurück und wurde 1923 von Bartlett in die Psychologie eingeführt.349 Darüber hinaus nimmt der Begriff Schema in den Untersuchungen Piagets zum Wissenserwerb (vgl. hierzu Abschnitt 3.2.2.1) eine zentrale Rolle ein.350 Anstelle von Schemata wird in der Literatur auch von Scripts oder Frames gesprochen, die relativ häufig vorkommende Handlungs- und Ereignisfolgen repräsentieren, im Rahmen dieser Arbeit aber keine detaillierte Betrachtung finden sollen.351 344 Quelle: Kurbel (1992, S. 39), modifiziert durch den Verfasser. Vgl. Kurbel (1992, S. 38). 346 Vgl. Anderson (1996, S. 147). 347 Vgl. Anderson (1996, S. 149). 348 Steiner (2001, S. 166). 349 Vgl. Schnotz (1994, S. 61). 350 Vgl. Schermer (1991, S. 152), Steiner (2001, S. 166). 351 Schnotz (1994, S. 64 ff.). 345 53 4 Wissensspeicherung Schemata erweisen sich insbesondere bei der Repräsentation größerer Informationsmengen als besonders geeignet.352 „Schemas are organized packets of knowledge […].“353 Dabei enthalten Schemata nicht das gesamte Wissen einer Person zu einem bestimmten Thema, sondern solches Wissen, das auf die meisten konkreten Beispiele eines Themas zutrifft.354 Die Funktion von Schemata wird im Folgenden anhand eines Beispiels erklärt. Die Information, dass jemand ein Lehrer ist, assoziiert ein Individuum häufig mit bestimmten Annahmen und Vorstellungen bezüglich seiner Tätigkeiten.355 Bei einem entsprechenden Kenntnisstand werden diese Vorstellungen aus einem bereits verfügbaren „LehrerSchema“ abgeleitet, das in Tabelle 7 exemplarisch darstellt ist. Lehrer Kategorie: Beruf Funktion: Wissen vermitteln Ausbildung: Universität Alter: 23- 65 Tabelle 7: Beispiel Lehrer-Schema356 In Schemata wird Wissen abstrahiert, d.h. im oben beschriebenen Lehrer-Schema sind keine irrelevanten Details wie z.B. die Haarfarbe oder das Gewicht enthalten.357 Informationen, die nicht mit dem Wertebereich eines Schemas konvergieren, können diesem Schema jedoch nicht zugeordnet werden. Eine 20 Jahre alte Person kann nicht dem Wertebereich eines Lehrers zugeordnet werden und demnach diese Tätigkeit nicht ausführen. Dies widerspricht jedoch der Möglichkeit, dass diese Person ein Nachhilfelehrer sein kann. Schemata repräsentieren Wissen, das für das Verstehen von Sachverhalten eine wichtige Rolle spielt und ermöglichen es einer Person, Schlussfolgerungen zu ziehen.358 352 Vgl. Schermer (1991, S. 152). Norman (1982, S. 54). 354 Vgl. Herkner (2001, S. 168). 355 Vgl. für den folgenden Absatz Kluwe (1992, S. 155). 356 Quelle: Kluwe (1992, S. 155), modifiziert durch den Verfasser. 357 Vgl. für den folgenden Absatz Kluwe (1992, S. 156 f.). 358 Vgl. Kluwe (1992, S. 157). 353 4 Wissensspeicherung 54 Mittels Schemata kann Wissen über Sachverhalte in unterschiedlicher Komplexität repräsentiert werden.359 Hierbei werden bestimmte Schemata in andere eingebettet, wobei diese hierbei die Rolle von Sub-Schemata übernehmen. Übergeordnete Schemata stehen jedoch in keiner Rivalität zu Sub-Schemata. Die verschiedenen Schemata kooperieren miteinander, so dass ein Sachverhalt sowohl als Ganzes als auch in seinen verschieden Teilen unter entsprechenden Schemata subsumiert werden kann. Wird ein komplexer Sachverhalt einem Schema zugeordnet, ist dies zugleich ein Hinweis auf die Passung der übrigen Schemata. In der Abgrenzung zu Propositionen repräsentieren Schemata nicht nur Wissen, dass für bestimmte Dinge wichtig ist, sondern „[…] was bestimmten Dingen in der Regel gemeinsam ist.“360 4.2.5 Mentale Modelle Mentale Modelle können als „large-scale“361 Wissenseinheiten aufgefasst werden und stellen eine Mischform aus bildhaften und propositionalen Repräsentationen dar.362 Im Gegensatz zu propositionalen Repräsentationen enthalten mentale Modelle jedoch ganzheitliche und dynamische Abbildungen komplexer Problembereiche.363 Durch mentale Modelle wird ein Gefüge von individuellem Wissen repräsentiert, das auf Annahmen über einen bestimmten Sachverhalt basiert.364 Anders ausgedrückt wird durch mentale Modelle eine „strukturelle Analogie“365 der Realität mental repräsentiert, die räumliche, zeitliche oder kausale Beziehungen enthalten können.366 Mentale Modelle gelten spezifischen Phänomenen oder Sachverhalten, die vor allem durch ihre Komplexität gekennzeichnet sind. 367 Beispiele hierfür sind z.B. elektrischer Strom oder die Funktionsweise eines Computers. Als Grundlage für mentale Modelle dienen Erfahrungen, die Individuen im Umgang mit diesen Sachverhalten erworben haben. Mentale Modelle erlauben es einer Person, z.B. das Verhalten dynamischer Systeme anschaulich zu machen und damit mental zu simulieren.368 Beispiele für ein vereinfach- 359 Vgl für den folgenden Absatz Schnotz (1994, S. 66). Anderson (1996, S. 151). 361 Vgl. Kluwe (1992, S. 157). 362 Vgl. Kluwe (1992, S. 157), Weidenmann (2002a, S. 54). 363 Vgl. May (1996, S. 406). 364 Vgl. Kluwe (1992, S. 157). 365 Schiefele/Heinen (2001, S. 795), aus: Johnson-Laird, N.P. (1983). 366 Vgl. Schiefele/Heinen (2001, S. 796). 367 Vgl. für den folgenden Absatz Kluwe (1992, S. 157). 368 Vgl. Schiefele/Heinen (2001, S. 796). 360 4 Wissensspeicherung 55 tes mentales Modell von einem Strom führenden Kabel sind ein mit Wasser gefüllter Gartenschlauch oder eine Herde Schafe, die durch eine Rohrleitung getrieben wird.369 Die Analyse mentaler Modelle ist jedoch schwierig, da bislang weder geeignete experimentelle Methoden noch übergreifende Theorien zur Verfügung stehen.370 Norman drückt dieses Problem folgendermaßen aus: „But in truth, neither I nor anyone else knows the answer to the puzzle of mental images. Personally, I think we will not know until there is another breakthrough in our understanding of representation.”371 Eine Abgrenzung von mentalen Modellen zu Schemata kann über die von ihnen repräsentierten Sachverhalte vorgenommen werden.372 Während Schemata allgemeine Sachverhalte mittels gespeicherter Strukturen darstellen, repräsentieren mentale Modelle jeweils spezifische Sachverhalte aufgrund einer Analogie.373 Den in diesem Abschnitt betrachteten Ansätzen zur internen Repräsentation bzw. Speicherung von Wissen im Gedächtnis stehen die im folgenden Kapitel untersuchten Ansätze zur externen Wissensrepräsentation gegenüber. Der Begriff externe Wissensrepräsentation subsumiert hierbei unterschiedliche Darstellungsformen von Wissen außerhalb des Gedächtnisses. 369 Vgl. Hasebrook (1995, S. 124). Vgl. Kluwe (1992, S. 158), May (1996, S. 406). 371 Norman (1982, S. 65). 372 Vgl. Schnotz (1994, S.162). 373 Vgl. Schnotz (1994, S.162). 370 5 Externe Wissensrepräsentation 56 5 Externe Wissensrepräsentation 5.1 Klassische Repräsentationsformen Im Rahmen der externen Wissensrepräsentation kann zwischen klassischen und modernen Formen differenziert werden. Diese vom Autor gewählte Unterscheidung lässt sich hinsichtlich der modernen Repräsentationsformen im Wesentlichen auf die Integration von informationstechnischen Entwicklungen, zu denen allgemein der Computer gezählt wird, zurückführen. Zunächst sollen jedoch die historisch früher ausgebildeten Repräsentationsformen, zu denen Texte und Bilder zählen, untersucht werden. 5.1.1 Texte „In der heutigen westlichen Kultur wird traditionell die Repräsentation in Form von Text bevorzugt eingesetzt […].“374 Die Bestandteile eines Textes sind Symbole, die sich aus den Buchstaben des Alphabets sowie einer Reihe von Sonderzeichen und Zahlen zusammensetzen.375 Per Konvention ist das Symbolsystem der Buchstaben an Laute gebunden, die nach bestimmten Syntaxregeln zu Wörtern und Sätzen kombiniert werden können.376 Die Wörter „Auto“ und „Car“ haben jedoch weder als grafisches Wortbild noch als akustisches Klangbild Ähnlichkeit mit dem bezeichneten Gegenstand.377 Damit der Leser die Bedeutung des Wortes im obigen Beispiel erkennt, muss er dessen Konvention in der deutschen bzw. der englischen Sprache kennen.378 Texte sind daher eine spezielle Form der sprachlichen Kommunikation, in denen das repräsentierte Wissen über das Symbolsystem der jeweiligen Sprachgemeinschaft kodiert ist.379 In der Regel ist die Repräsentation von Texten an einen permanent verfügbaren, stabilen Zeichenträger gebunden, der als Printmedium bezeichnet wird.380 Zu diesen Printmedien zählen insbesondere Bücher und Zeitschriften. Die auf dem physischen Medium Papier basierenden Texte werden auch als lineare Texte bezeichnet.381 Die Linearität dieser Texte ist in der Regel durch sachlogische Zusammenhänge vorgegeben, die z.B. bei Büchern allgemein durch ihre Seitenfolge bedingt ist. So macht es für den Erwerb von Wissen aus Texten nur in Ausnahmefällen Sinn, die vom Autor vorgegebene Struk374 Vgl. Steiger (2000, S. 44). Vgl. Schnotz (2002, S. 66), Steiger (2000, S. 45). 376 Vgl. Weidenmann (1993, S. 516). 377 Vgl. Schnotz (2002, S. 66). 378 Vgl. Schnotz (2002, S. 66). 379 Vgl. Weidenmann (1993, S. 516), Schnotz (1994, S. 11). 380 Vgl. Schnotz (2002, S. 66). 381 Vgl. für den Rest des Absatz Blumstengel (1998, S. 72). 375 5 Externe Wissensrepräsentation 57 tur zu verlassen und einzelne Sätze ohne den Zusammenhang, zu lesen. Solche Ausnahmefälle sind beispielsweise Lexika, Wörter- und andere Referenzbücher, in denen eine formale Ordnungsrelation besteht. Texte können neben der visuellen Darstellung, die über Oberflächenstrukturen mit dem Sinnensorgan Auge aufgenommen werden, auch auditiv dargeboten werden.382 Hierzu zählt unter anderem eine vorgetragene Rede, deren Reizinformationen über Schallwellen vom Ohr aufgenommen werden. (Vgl. hierzu Abschnitt 3.1.3) 5.1.2 Bilder Neben der Repräsentation durch visuell oder auditiv dargebotene Texte lässt sich Wissen auch in bildhafter Form darstellen. Bei der bildhaften Wissensrepräsentation wird zwischen realistischen Bildern, im Folgenden als Bilder bezeichnet, und logischen Bildern, im Folgenden als Diagramme bezeichnet, unterschieden.383 Während in Texten symbolische Zeichen zur Darstellung des bezeichneten Sachverhalts genutzt werden, verwenden Bilder und Diagramme ikonische Zeichen.384 (siehe hierzu Abschnitt 2.1) Beispiele für Bilder sind z.B. Strich- und Umrisszeichnungen (vgl. Abbildung 5), Fotografien und Gemälde, die eine relativ große strukturelle Ähnlichkeit mit dem dargestellten Objekt aus der Realität aufweisen.385 „Bei [..] Bildern besteht eine konkrete (Herv. durch Verf.) strukturelle Übereinstimmung mit dem repräsentierten Gegenstand, indem Höhe durch Höhe, Breite durch Breite, Farbe durch Farbe usw. dargestellt wird.“386 Diagramme basieren auf einer Analogierelation und stellen eine abstrakte Form der strukturellen Übereinstimmung zum repräsentierten Gegenstand dar.387 In Diagrammen werden bevorzugt Zahlen, Daten und Strukturen grafisch dargestellt.388 Bei der grafischen Darstellung kann unter anderem zwischen Struktur-, Fluss-, Kreis-, Säulen- und Liniendiagrammen unterschieden werden.389 In Tabelle 8 sind die verschiedenen Diagrammtypen dargestellt. 382 Vgl. Schnotz (2002, S. 77). Vgl. Schnotz (2002, S. 65). 384 Vgl. Schnotz (2002, S. 66). 385 Vgl. Schnotz (2002, S. 65). 386 Schnotz (2002, S. 65). 387 Vgl. Schnotz (2002, S. 65). 388 Vgl. Weidenmann (2002b, S. 83). 389 Vgl. Schnotz (2002, S. 65). 383 58 5 Externe Wissensrepräsentation Kreis- Balken- Säulen- Kurven- Punkte- diagramm diagramm diagramm diagramm diagramm Tabelle 8: Diagrammtypen390 Während bei Bildern konkrete Übereinstimmungen mit dem darstellten Gegenstand bestehen, können in Diagrammen repräsentierte und repräsentierende Merkmale verschieden sein.391 So können in einem Säulendiagramm durch räumliche Distanzen auch nichträumliche Merkmale, wie z.B. Geburtenzahlen eines Jahrgangs oder Exportquoten eines Landes repräsentiert werden. Eine Übereinstimmung muss hierbei jedoch zwischen den Relationen der dargestellten Merkmale im Diagramm und dem dargestellten Sachverhalt bestehen. 5.2 Moderne Repräsentationsformen 5.2.1 Multimedia „Der Begriff „Multimedia“ wurde noch 1995 zum Wort des Jahres gewählt, aber in der letzten Zeit ist er alltäglich und normal geworden.“392 Angesichts der Vielfalt vorliegender Definitionen ist es jedoch problematisch, die Terminologie „Multimedia“ eindeutig zu bestimmen.393 Im Weiteren soll ein Überblick über bestehende Definitionsansätze von Multimedia gegeben werden, aus denen sich eine umfassende und für diese Arbeit geltende Definition ableitet, die die wichtigsten Charakteristika in sich vereint. Häufig steht bei der Definition des Multimediabegriffs die digitale Speicherungsform im Vordergrund.394 Die „[..] Mischung von Audio, Video und Daten wird Multimedia genannt: der Begriff klingt kompliziert, beschreibt aber im Grunde nichts anderes als gemischte Bits.“395 Darüber hinaus wird auf die Digitalisierung von analogen Medien 390 Quelle: Schnotz (2002, S. 77), modifiziert durch den Verfasser. Vgl. für den folgenden Absatz Schnotz (2002, S. 65 f.). 392 Klimsa (2002, S. 5). 393 Vgl. Kerres (2002, S. 20). 394 Vgl. Blumstengel (1998, S. 69 f.), Kerres (2002, S. 21). 395 Negroponte (1995, S. 27). 391 5 Externe Wissensrepräsentation 59 Bezug genommen.396 „Bei Multimedien können Informationen entweder vom Computer generiert werden oder von einer analogen Vorlage eingelesen und digitalisiert werden.“397 In anderen Definitionen des Multimediabegriffs wird eine technische Sicht gewählt, in der die Kombination von zeitabhängigen (kontinuierliche) und zeitunabhängigen (diskrete) Medien in den Vordergrund gestellt wird.398 Hierbei stellen z.B. Bilder und Texte diskrete Medien dar, da ihre Wiedergabe zeitlich ungebunden erfolgt. Im Gegensatz hierzu ist die Wiedergabe von Audioinformationen an eine Zeitachse gebunden.399 Folgt man dieser Sichtweise, wäre die Kombination von Text und Bild in einer Anwendung im Internet keine multimediale Darstellung, da diese Kombination kein zeitabhängiges Medium enthält. Steinmetz erweitert diesen restriktiven Definitionsansatz um zusätzliche Aspekte.400 Von Multimedia im weiteren Sinne kann demnach gesprochen werden, wenn mehrere Medien gemeinsam in einem Multimediasystem bearbeitet werden. Die Bezeichnung Multimediasystem bezieht sich hierbei auf eine Verwendung von Computern als Integrationsplattform. Die Verwendung des Multimediabegriffs aus rein technischer Sicht wird in der Literatur kritisch beurteilt, da hierbei psychologische Aspekte der Wahrnehmung und kognitiven Verarbeitung unberücksichtigt bleiben.401 Weidenmann schlägt eine Einbeziehung von Kategorien wie Codierung, Modalität, mentales Format und mediales Angebot zur Beschreibung multimedialer Angebote vor. Mit der Kategorie Codierung wird der Grundgedanke zum Ausdruck gebracht, dass sich Botschaften in verschiedenen Symbolsystemen (Zahlen-, verbales- und piktoriales System) kodieren lassen. Die Kategorie Modalität entspricht der zuvor gewählten Bezeichnung Sinnesmodalität (vgl. hierzu Abschnitt 3.1.3), mit der ein Betrachter ein mediales Angebot wahrnimmt. Mit der Kategorie mentales Format „[…] soll erfasst werden, in welcher Qualität die sensorisch wahrgenommenen Daten im Verlauf der Sinnentnahme, des Wissenserwerbs und der Speicherung verarbeitet werden.“402 Die Bezeichnung mentales Format wird hierbei in der Analogie zu den unterschiedlichen internen Repräsentationsmöglichkeiten im Ge396 Beispiele für analoge Medien sind u.a. Bilder, Tonbänder, Filme und papierbasierte Texte. Nach erfolgter Digitalisierung werden diese Medien über Datenträger (offline), zu denen CD-ROM und DVD zu zählen sind, sowie über Inter- und Intranet (online) distribuiert. Für eine detaillierte Beschreibung technischer Aspekte multimedialer Informationsverarbeitung sei auf Kerres (2002) verwiesen. 397 Kerres (2002, S. 21). 398 Vgl. Kerres (2002, S. 20). 399 Vgl. Kerres (2002, S. 20). 400 Vgl. für den Rest des Absatzes Steinmetz (2000, S. 14), Blumstengel (1998, S. 70). 401 Vgl. für den folgenden Absatz Weidenmann (2002a, S. 45 ff.), Hasebrook (2001, S 483). 402 Weidenmann (2002a, S. 46). 60 5 Externe Wissensrepräsentation dächtnis (vgl. hierzu 4.2) verwandt. In diesem Kontext ist die Feststellung, dass es keine eindeutige Beziehung zwischen der Codierung des Mediums und der internen Repräsentation gibt, von besonderer Wichtigkeit. Die Vielzahl von internen Repräsentationsmöglichkeiten wird vom Gehirn je nach Verwendungszweck flexibel gebraucht. Mit der Kategorie Mediales Angebot bzw. Medium werden technische Geräte, Objekte oder Konfigurationen bezeichnet, „[…] mit denen sich Botschaften speichern und kommunizieren lassen.“403 Zur Beschreibung multimedialer Angebote bietet sich nach den bisherigen Feststellungen von Weidenmann die folgende Differenzierung an.404 • „Multimedial seien Angebote, die auf unterschiedliche Speicher- und Präsentationsmedien verteilt sind, aber integriert präsentiert werden, z.B. auf einer einzigen Benutzerplattform. […] • Multicodal seien Angebote, die unterschiedliche Symbolsysteme bzw. Codierungen aufweisen. • Multimodal seien Angebote, die unterschiedliche Sinnesmodalitäten bei den Nutzern ansprechen.“405 In Tabelle 9 werden unterschiedliche mediale Angebote nach der zuvor vorgenommenen Differenzierung charakterisiert. Mono-… Multi-… Medium Monomedial: Multimedial: Codierung • Buch • Videoanlage • PC und Bildschirm Monocodal: Sinnes- • nur Text • nur Bild • nur Zahlen Monomodal: modalität • • nur visuell (Text, Bilder) nur auditiv (Rede, Musik) • • PC + CD-ROM Player PC + Videorecorder Multicodal: • • Text mit Bildern Grafik mit Beschriftungen Multimodal: • audiovisuell (Video) Tabelle 9: Raster zur differenzierten Beschreibung medialer Angebote406 403 Weidenmann (2002a, S. 46). Vgl. Weidenmann (2002a, S. 47). 405 Weidenmann (2002a, S. 46). 406 Quelle: Weidenmann (2002a, S. 47), modifiziert durch den Verfasser. 404 5 Externe Wissensrepräsentation 61 Bei den bisher betrachteten Definitionsansätzen zum Multimediabegriff bleiben Aspekte der Benutzerinteraktion jedoch unberücksichtigt.407 Während der Betrachter bei z.B. klassisch repräsentierten Texten eine passive Stellung einnimmt, meint Interaktivität, „[…] daß der Benutzer nicht bloß Rezipient ist, sondern in den medial vermittelten Informations-, Kommunikations- und Lernprozeß gestaltend einbezogen ist.“408 Der Aspekt der Interaktivität wird auch von Kerres aufgegriffen. „Ein wesentliches Charakteristikum von Multimedien sind erweiterte und neue Varianten der Interaktivität.“409 Als Beispiel für die praktische Umsetzung multimedial repräsentierter Lerninhalte kann z.B. der Anchored Instruction-Ansatz (vgl. Abschnitt 3.2.3.1) angeführt werden.410 Aus der Vielzahl der zuvor angegebenen Definitionsansätze lassen sich vier Charakteristika ableiten, aus denen sich die folgende Definition für Multimedia ergibt, welche auch für den weiteren Verlauf dieser Arbeit gelten soll.411 Multimedia wird durch die vier Merkmale der Digitalisierung, der computerbasierten Integration, der multimodalen und multicodalen Präsentation sowie der anwendergesteuerten (interaktiven) Nutzung der verwendeten Informationen charakterisiert.412 5.2.2 Hypertext Der klassischen, durch Linearität gezeichneten Wissensrepräsentation in Texten, steht das Konzept „Hypertext“ gegenüber.413 In seinen Grundzügen geht die Hypertext-Idee auf Vennavar Bush zurück, der bereits im Jahre 1932 mit MEMEX414 das erste ideelle Hypertext-System beschrieb. Geprägt wurde der Begriff Hypertext nach eigenen Angaben von Ted Nelson, der 1965 mit „Xanadu“ ein Hyperarchiv entwickelte, das allen Bürgern den Zugriff auf sämtliche Literatur verfügbar machen sollte, die jemals geschrieben wurde. Hypertext kann „[..] als ein Medium der nicht-linearen Organisation von Informationseinheiten […]“415 beschrieben werden. Die Informationseinheiten eines Hypertextes werden auch als Knoten (engl. Node)416 bezeichnet. Neben Texten können die Knoten 407 Vgl. Blumstengel (1998, S. 70). Baumgartner/ Payr (1999, S 128). 409 Kerres (2002, S. 23). 410 Vgl. Mandl/Gruber/Renkl (2002, S. 144). 411 Vgl. Blumstengel (1998, S. 71). 412 Vgl. Blumstengel (1998, S. 71). 413 Vgl. für den folgenden Absatz Blumstengel (1998, S. 71 f.; S. 84 f.), Henning (2000, S 481). 414 MEMEX steht als Kurzform für MEMory EXteneder, Vgl. Steinmetz (2000, S. 710); für eine detaillierte Beschreibung der historischen Entwicklung von Hypertext siehe Nielsen (1996, S. 33 ff.). 415 Kuhlen (1991, S. 27). 416 Vgl. Henning (2000, S. 481), Tergan (2002a, S. 101). 408 62 5 Externe Wissensrepräsentation eines Hypertextes auch Bildobjekte in unterschiedlichem Umfang enthalten.417 Die Knoten eines Hypertextes sind über elektronische Verweise (engl. Links bzw. Hyperlinks)418 miteinander verknüpft und stellen auf struktureller Ebene ein semantisches Netz dar.419 „Der in Hypertext umgesetzte Gedanke besteht darin, den Inhalt eines Gegenstandbereiches in einzelne Informationseinheiten aufzugliedern und in Form von Knoten und Verbindungen zwischen den Knoten in einer Datenbasis elektronisch in Netzwerkform zu repräsentieren.“420 Abbildung 18 stellt das Hypertext-Konzept am Bespiel von drei Knoten und fünf Links dar. Hypertext-Definition Hypertext besteht aus Knoten, die über Links nicht-linear miteinander verknüpft sind. Links Knoten Links sind elektronische Ver- Die Knoten eines Hypertextes weise, die die Knoten eines können Texte und/ oder Bilder Hypertextes nicht-linear mit- enthalten einander verknüpfen. Abbildung 18: Hypertext-Konzept421 Der Zugriff auf die Knoten des Hypertextes kann vom Benutzer flexibel gestaltet werden und ist im Allgemeinen keiner vorgegebenen Sequenz unterworfen.422 Zwar kann auch der Leser von klassischen Texten durch vor- und zurückblättern die vom Autor vorgesehene Struktur des Textes verlassen, ein Text in gedruckter Form ist jedoch prinzipiell durch seinen linearen Charakter gekennzeichnet.423 417 Tergan (2002a, S. 101). Vgl. Blumstengel (1998, S. 79), Tergan (2002a, S. 101). 419 Vgl. Holzinger (2000, S. 187). 420 Tergan (2002a, S. 100). 421 Quelle: Gerdes (2000, S. 195), modifiziert durch den Verfasser. 422 Vgl. Tergan (2002a, S. 100). 423 Vgl. Nielsen (1996, S. 1 ff.), Blumstengel (1998, S. 72 f.). 418 5 Externe Wissensrepräsentation 63 Bei Hypertextsystemen kann zwischen lokalen Anwendungen, dessen Prototyp das System HyperDisc darstellt, und auf dem World Wide Web (WWW) basierende Anwendungen unterschieden werden.424 Grundlegender Bestandteil eines Hypertextsystems ist die so genannte Hypertextbasis. „Die Hypertextbasis ist der materielle Teil eines Hypertextsystems, der Teil, in dem die Gegenstände des Objektbereichs in entsprechenden Einheiten dargestellt und verknüpft sind.“425 Die Struktur einer Hypertextbasis kann in Analogie zur Wissensrepräsentation im Gedächtnis als ein semantisches Netz dargestellt werden, in dem die informationstragenden Knoten zusammen mit den Links als Kanten einen gerichteten Grafen bilden.426 (Vgl. Abschnitt 4.2.3) Die Knoten einer Hypertextbasis können auf unterschiedliche Weise durch Links miteinander verbunden sein. Hinsichtlicht der Direktionalität können Links uni- bzw. bidirektional sein.427 Bei einem unidirektionalen Link verweist der Ausgangsknoten (Ausgangsanker)428 auf einen Zielknoten (Zielanker)429.430 Ein Rücksprung zum Ausgangsknoten ist hierbei nur durch die Aktivierung eines formalen Links möglich.431 Bei bidirektionalen Verbindungen können Links auch rückwärts durchlaufen werden.432 Ausgangsknoten können durch Wörter, Sätze, Ikons oder Teile einer Grafik, die zumeist grafisch, z.B. durch Unterstreichungen, besonders hervorgehoben sind, repräsentiert werden.433 „Bei Aktivierung eines Links (z.B. durch einen Mausklick) wird der mit dem Ausgangsanker des aktuellen Knotens verknüpfte Informationsknoten aufgerufen und dessen Inhalt auf dem Bildschirm dargestellt.“434 In einer weiteren Differenzierung kann zwischen intra-, inter- oder extrahypertextuellen Links unterschieden werden.435 Intrahypertextuelle Links verweisen auf Bereiche innerhalb eines Knotens. Bei interhypertextuellen Links werden zwei Knoten desselben Hypertextdokumentes und bei extrahypertextuellen Links zwei Knoten unterschiedlicher Hypertexte miteinander verbunden. (Vgl. hierzu Abbildung 19) 424 Vgl. Tergan (2002a, S. 101). Kuhlen (1991, S. 17 f.). 426 Vgl. Kuhlen (1991, S. 21 ff.). 427 Vgl. Gerdes (2000, S. 200). 428 Ausgangsanker werden im angelsächsischen Sprachgebrauch auch als „references“, „link points“, „link icons“, „hotwords“ oder „buttons“ verwandt. Vgl. Gerdes (2000, S. 199). 429 Zielanker werden im angelsächsischen Sprachgebrauch auch als „link regions“, destination points“ und „reference points“ synonym verwandt. Vgl. Gerdes (2000, S. 199). 430 Vgl. Tergan (2002a, S. 101). 431 Vgl. Blumstengel (1998, S. 80). 432 Vgl. Henning (2000, S. 482). 433 Vgl. Tergan (2002a, S. 101 f.). 434 Tergan (2002a, S. 102). 435 Vgl. für den folgenden Absatz Gerdes (2000, S. 200). 425 64 5 Externe Wissensrepräsentation Knoten A Intrahypertextuell Knoten A Knoten B Interhypertextuell Hypertext 1 Hypertext 2 Knoten A Knoten B Extrahypertextuell Abbildung 19: Verknüpfungen in und zwischen Hypertexten436 Die wichtigste Unterscheidung von Links ist die Unterteilung in assoziative und typisierte Links.437 Assoziative Links verweisen auf einen Knoten, der mehr Informationen zu einem Konzept enthält als der Linkanker. Typisierte Links werden meist zur hierarchischen Strukturierung von Hypertexten eingesetzt. Im Gegensatz zu assoziativen Links geben typisierte Links explizit die Art der Relation zwischen zwei miteinander verbundenen Knoten an. Beim Informationszugriff bzw. der Navigation438 in Hypertexten lassen sich drei grundlegende Formen unterscheiden.439 Hierzu zählen die wohl typischste Form, das „Browsing“440, die gezielte Suche nach Informationen mittels Suchalgorithmen oder Schlüsselbegriffen, sowie das Folgen vorab definierter Pfade im Sinne einer geführter Unterweisung, die als „Guided Tour“441 bezeichnet wird.442 In Hypertexten wird Wissen nicht-linear als Text und häufig in Verbindung mit Bildern repräsentiert.443 Umfasst die rechnergestützte Wissensrepräsentation neben Bildern und 436 Quelle: Kuhlen (1991, S. 107), Gerdes (2000, S. 200) modifiziert durch den Verfasser. Vgl. Für den folgenden Absatz Gerdes (2000, S. 201). 438 „Navigation“ wird als das Bewegen von einem Knoten zum andern verstanden. Vgl. Unz (2000, S. 38). 439 Vgl. Tergan (2002a, S. 103). 440 Browsing kann als „Durchstöbern“ bezeichnet werden. Vgl. Kuhlen (1991, S. 11). 441 Vgl. Blumstengel (1998, S. 76). 442 Vgl. Tergan (2002a, S. 103). 443 Vgl. Tergan (2002a, S. 100). 437 65 5 Externe Wissensrepräsentation Texten weitere Repräsentationsformen wie z.B. Ton und Bewegtbilder, spricht man anstatt von Hypertext von Hypermedia.444 5.2.3 Hypermedia Der Begriff Hypermedia lässt sich auf die Zusammenführung der Wortbedeutungen von Hypertext und Multimedia zurückführen.445 In der Literatur werden die Begriffe Hypertext und Hypermedia häufig synonym verwendet. Eine synonyme Verwendung der Begriffe Hypertext und Hypermedia lässt sich jedoch lediglich dadurch begründen, dass Hypermedia auf der Hypertext-Technologie aufbaut. Die nahe technische und begriffliche Verwandtschaft zum Multimediakonzept liegt in der Möglichkeit begründet, neben Texten und Bildern multicodale und multimodale Angebote (vgl. Abschnitt 5.2.1) in Hypermedia zu integrieren. Im Gegensatz zu Hypertext können mittels Hypermedia zusätzliche Wissensrepräsentationsformen, wie „[…] z.B. Audio-, Video-Informationen, Animationen, Simulationen, Computer-Programme, Links zu externen Datenbanken und ins Internet[.]“446 integriert gespeichert und auf der grafischen Benutzeroberfläche eines Computers dargestellt werden. Der Zugriff auf die unterschiedlichen Inhalte der Informationsknoten erfolgt, wie auch beim Hypertextkonzept, flexibel und interaktiv durch den Benutzer.447 „Man spricht nur dann von einem Hypertextsystem, wenn Benutzer interaktiv die Kontrolle über dynamische Verbindungen zwischen Informationsteilen übernehmen können.“448 Im Rahmen dieser Arbeit wird Hypermedia als Schnittmenge aus zwei unabhängigen Entitäten (Multimedia und Hypertext) angesehen.449 (Vgl. Abbildung 20) Multimedia Hypermedia Hypertext Abbildung 20: Beziehungen zwischen Multimedia, Hypertext und Hypermedia450 444 Vgl. Tergan (2002a, S. 101). Vgl. für den folgenden Absatz Tergan (2002b, S. 323), Nielsen (1996, S. 5), Blumstengel (1998, S. 73), Tergan (2002a, S. 101). 446 Tergan (2002b, S. 323). 447 Vgl. Blumstengel (1998, S. 74). 448 Nielsen (1996, S. 12 f.). 449 Vgl. Schulmeister (1996, S. 19). 450 Quelle: Steinmetz (2000, S. 702), modifiziert durch den Verfasser. 445 5 Externe Wissensrepräsentation 5.2.4 66 Virtuelle Realität „Das sich explosionsartig vermehrende Weltwissen […]“ und der hohe Grad an Komplexität dieses Wissens erfordert eine neue Form der Repräsentation.451 Virtuelle Realität452 (VR) “[…] ist die gegenwärtig anschaulichste Form der Interaktion zwischen Mensch und Computer, über dessen Anschluss an die Telekommunikationsnetze der Zugang zu [..] Wissen von Personen und Datenbanken erleichtert wird.“453 Die Wortschöpfung VR setzt sich aus den Bestandteilen „Virtuell“, im Sinne von physikalisch nicht existent, und „Realität“, d.h. nachweisbar und überprüfbar, zusammen.454 Die Realität existiert aber in diesem Zusammenhang nur scheinbar, sie wird mit Hilfe des Computers durch dreidimensionale Datensätze simuliert.455 Als Grundlage für Simulation der Realität dienen objektbeschreibende Datensätze, die bei der dreidimensionalen Digitalisierung von Räumen, Gegenständen oder Bewegungsformen entstehen.456 Grundlegendes Charakteristikum der VR ist neben der Immersion, die als Ein- bzw. Abtauchen in die virtuelle Welt bezeichnet werden kann, die Interaktionsfähigkeit eines Systems.457 Um in virtuelle Welten abtauchen zu können und in bzw. mit ihr zu interagieren, werden eine Reihe spezieller Schnittstellen benötigt. Zu diesen zählen auf der Ausgabeseite Datenbrillen (Head-Mounted-Displays) mit optional integrierbaren Kopfhörern, mit denen ein räumlicher und akustischer Zugang zur virtuellen Welt ermöglicht wird. Datenbrillen bestehen in der Regel aus zwei Abbildungsmöglichkeiten wie z.B. LCD-Displays, auf denen je nach Kopfbewegung und Wahrnehmungsrichtung ein vom Computer in Echtzeit berechnetes Bild für jedes Auge einzeln projiziert wird. Der Benutzer erhält auf diese Weise einen räumlichen Eindruck der virtuellen Welt. Auf der Eingabeseite ergänzen Daten-Handschuhe (engl.: Datagloves) herkömmliche Eingabegeräte wie z.B. Maus oder Tastatur. Die Position und Blickrichtung (z.B. die Gestik der Hand beim Datenhandschuh) des Benutzers werden hierbei zu Eingabedaten, die vom Rechner in Echtzeit eingelesen werden und dadurch eine Navigation und Manipulation der virtuellen Welt ermöglichen. In Abbildung 21 sind eine Datenbrille mit integriertem Kopfhörer sowie ein Datenhandschuh dargestellt. 451 Alsdorf/Bannwart (2002, S. 467). Zur Vermeidung unnötiger Anglizismen wird im Folgenden, wenn nicht durch Zitate bedingt, der deutsche Begriff Virtuelle Realität anstelle von „Virtual Reality“ verwandt. 453 Alsdorf/Bannwart (2002, S. 467). 454 Henning (1997, S. 13). 455 Vgl. Henning (1997, S. 13), Alsdorf/Bannwart (2002, S. 467). 456 Vgl. Alsdorf/Bannwart (2002, S. 467). 457 Vgl. für den folgenden Absatz Alsdorf/Bannwart (2002, S. 468 ff.) Läge (2000, S. 6). 452 5 Externe Wissensrepräsentation 67 Abbildung 21: Datenbrille mit Kopfhörer458, Datenhandschuh459 Neuere Entwicklungen zielen auf das „Verschwinden der Schnittstelle“460 zwischen Mensch und Computer ab, um zukünftig auf Datenhandschuh und Datenbrille verzichten zu können.461 „So werden heute Programme entwickelt und zum Teil schon eingesetzt, die in der Lage sind, die Mimik, Gestik, Augen- und Körperbewegung des Nutzers direkt an den Computer weiterzugeben.“462 In der Zukunft wird die Verwendung von VR-Systemen neben der Funktion als Modellierungswerkzeug in Bereichen der Medizin, Architektur und Naturwissenschaften immer stärker als Interaktions- und Navigationstools in abstrakten Wissensräumen eingesetzt.463 Der Begriff Wissensraum wird hierbei in Anlehnung an die interne Wissensrepräsentation beim Menschen gebraucht und beinhaltet die räumliche, dreidimensionale Repräsentation komplexer psychologischer Konstrukte. Eine sinnvolle Verwendung finden solche Wissensräume jedoch erst, wenn der ortsunabhängige Zugang über lokale und globale Netze mehreren Nutzern zeitgleich gewährleistet werden kann. Durch die gleichzeitige interaktive Nutzung über lokale und globale Netze wird die VR zum „Cyberspace“464 erweitert. Die aus diesen Überlegungen zusammengefasste Definition zur VR sei: „Die VR-Technik umfaßt Ein- und Ausgabetechniken, die es dem Menschen erlauben, eine sinnliche Erfahrung zu machen, die einer physikalisch existierenden Wirklichkeit nicht entspricht oder eine physikalisch existierenden Wirklichkeit um normalerweise so nicht wahrnehmbare Dimensionen erweitert […]. Zusätzlich kann der Mensch mit der Simulation interagieren.“465 458 Quelle: http://www.mindflux.com.au/products/io-display/iglassesSVGA.html, am 11.07.03. Quelle: http://www.vrealities.com/5dtglove.html, am 11.07.03. 460 Alsdorf/Bannwart (2002, S. 469). 461 Vgl. Alsdorf/Bannwart (2002, S. 469). 462 Alsdorf/Bannwart (2002, S. 469). 463 Vgl. für den folgenden Absatz Alsdorf/Bannwart (2002, S. 473 f.). 464 Bormann (1994, S. 27). 465 Bormann (1994, S. 26). 459 5 Externe Wissensrepräsentation 5.2.5 68 Topic Maps „Am Beginn des 21. Jahrhunderts ist das World Wide Web bereits einer der umfassendsten Wissensspeicher, den die Menschheit hervorgebracht hat.“466 In der Praxis sehen sich Anwender des WWW zunehmend mit dem Problem konfrontiert, gesuchte Informationen nicht gezielt auffinden zu können, ohne in der Informationsschwemme („Infoglut“)467 irrelevanter Suchergebnisse unterzugehen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wurde im Herbst 1999 mit dem auf dem Speicherformat Standard Generalized Markup Language (SGML) begründeten ISO Standard 13250 einer der bedeutendsten Grundsteine zur intelligenten Informationssuche im WWW gelegt.468 Dieser ISO Standard beschreibt Topic Maps als Bestandteile eines semantischen Netzwerks, mit denen es möglich ist, auf Wissen zuzugreifen.469 Die grundlegende Idee von Topic Maps ist es, „[…] ähnlich wie bei Lexika, Glossaren oder Indexen, externe Dokumente (etwa Bilder oder Artikel in einem Lexikon) zu referenzieren und die Grundbestandteile dieses Wissens, die Topics (etwa, worüber ein Artikel in einem Lexikon handelt), miteinander in Verbindung zu bringen und so eine Wissensbasis aufzubauen, die die Suche und Navigation innerhalb dieses Wissens und der (oftmals großen) Menge an zugehörigen Dokumenten erleichtert und die Geschwindigkeit und Qualität dieser Suchvorgänge verbessern soll.“470 Im Dezember 2000 wurde mit XML Topic Maps (XTM) eine Erweiterung des ISO Standards 13250 der Öffentlichkeit vorgestellt.471 Neben der Erweiterung des ISO Standards 13250 stellt XTM auch eine Portierung des Speicherformats SGML zur eXtensible Markup Language (XML) dar.472 Die Kernelemente473 einer Topic Map sind adressierbare Informationsobjekte (Topics), Beziehungen zwischen Topics (Associations) und zugeordnete Informationsressourcen (Occurrences).474 Topics stellen die elementaren Grundbausteine einer Topic Map dar.475 Ein Topic kann prinzipiell alles Beschreibbare sein, ein Ereignis, ein Land, eine 466 Widhalm (2002, S. 1). Pepper (2000, S.1). 468 Vgl. Widhalm (2002, S. 5, S. 369). 469 Vgl. Widhalm (2002, S. 5). 470 Widhalm (2002, S. 6). 471 Vgl. Park (2003, S. 10). 472 Vgl. Widhalm (2002, S. 5, S. 369) 473 Weiterführende Bestandteile (additional concepts) sind Scope, Public Subjects und Facets. Eine detaillierte Beschreibung hierzu liefern Rath/Pepper (1999, S. 13 ff.). 474 Vgl. Rath/Pepper (1999, S. 4), siehe hierzu Pepper (2000) 475 Park (2003, S. 18). 467 69 5 Externe Wissensrepräsentation Person, eine Zahl, ein Wort etc. „A topic, in its most generic sense, can be any “thing” whatsoever – a person, an entity, a concept, really anything […].”476 Was durch ein Topic dargestellt wird, hängt jedoch vom konkreten Anwendungsfall ab, für den eine Topic Map konzipiert ist.477 Jedem Topic sind ein oder mehrere Topic Names sowie ein oder mehrere Topic Types zugeordnet. Als Beispiele für Topic Types kann Deutschland vom Typ „Staat“, Paderborn vom Typ „Stadt“, Jörg Filmar vom Typ „Student“ und NRW vom Typ „Bundesland“ sein. (Vgl. Abbildung 22). Topic Names gliedern sich in die drei Bestandteile Base Name (obligatorisch), Display Name (optional) und Sort Name (optional). NRW Deutschland Paderborn Jörg Filmar Abbildung 22: Topic Types478 Ein Topic kann mit einer beliebigen Anzahl von Occurrences verbunden werden, die in irgendeiner Weise relevant für das Topic sind.479 Occurrences können sowohl Verbindungen zu Informationsressourcen innerhalb der Topic Map als auch zu externen WebRessourcen (z.B. Stadtplan im Internet) oder anderen Dokumenten darstellen. (Vgl. Abbildung 23). NRW Deutschland Jörg Filmar Paderborn Abbildung 23: Topic Occurrences480 476 Pepper (2000, S. 6). Vgl. für den Rest des Absatzes Widhalm (2002, S. 6), Rath (2001, S. 2), Pepper (1999, S. 5). 478 Quelle: Rath/Pepper (1999, S. 6), modifiziert durch den Verfasser. 479 Vgl. für den folgenden Absatz Pepper (2000, S. 8), Widhalm (2002, S. 10). 480 Quelle: Pepper (1999, S. 6), modifiziert durch den Verfasser. 477 70 5 Externe Wissensrepräsentation Das dritte Kernelement einer Topic Map stellen die so genannten Associations dar, die Verknüpfungen zwischen zwei oder mehreren Topics beschreiben und damit einen semantischen Zusammenhang herstellen.481 Dabei wird über die Art der Association (transitiv, reflexiv oder symmetrisch) keine Aussage getroffen.482 Jedes Topic bekleidet eine Association Role. Nach dem oben eingeführten Beispiel können Associations wie folgt beschaffen sein.483 • Paderborn ist in Deutschland. • Jörg Filmar studiert in Paderborn. • Paderborn ist in NRW. In der Beziehung „Paderborn ist in Deutschland“ sind demnach die Association Rolls „Stadt“ und „Staat“ festgelegt. „Eine Assoziation kann maximal einen Association Type haben, der wiederum ein Topic ist“484. In dem oben angeführten Beispiel können die Association Typs „ist in“ und „studiert in“ identifiziert werden, durch die eine Klassifikation der Beziehungen ermöglicht wird.485. (Vgl. Abbildung 24) NRW Deutschland Paderborn Jörg Filmar Associations Topics Occurrences = Information Objects Abbildung 24: Topic Associations486 Einen besonderen Stellenwert nehmen Associations ein, die als transitiv gekennzeichnet sind. Transitive Associations stehen für Klasse-, Instanz- oder Teil- Ganzes- Relationen, 481 Vgl. Rath/Pepper (1999, S. 9). Vgl. Widhalm (2002, S. 11). 483 Vgl. Widhalm (2002, S. 11). 484 Vgl. Widhalm (2002, S. 11). 485 Vgl. Rath (2001, S. 5). 486 Quelle: Pepper (2000, S. 10), modifiziert durch den Verfasser. 482 5 Externe Wissensrepräsentation 71 die eine Reihe von impliziten Schlussfolgerungen erlauben.487 Wenn Paderborn in NRW ist und NRW in Deutschland, dann folgt daraus, dass auch Paderborn in Deutschland ist. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass Associations generell keine „one-way relationships“488 sind. „They are symmetric as well as transitive and thus, they have no direction.“489 „Die Eigentliche Mächtigkeit der Topic Maps resultiert aus der Transitivität von Beziehungen […]“.490 487 Vgl. Rath (2001, S. 5). Smolnik/Nastansky (2002, o. S.). 489 Smolnik/Nastansky (2002, o. S.). 490 Rath (2001, S. 5). 488 5 Externe Wissensrepräsentation 72 5.3 Evaluation Unter dem Begriff Evaluation wird eine „sach- und fachgerechte Bewertung“ 491 verstanden, deren Aufgabe nicht nur das bloße Feststellen von Fakten ist, „[…]sondern auch [..] deren wertende Interpretation und, darauf gestützt die Optimierung von Entscheidungen.“492 Hierbei dienen die bisher gesammelten Erkenntnisse zum Erwerb und zur Speicherung von Wissen als Grundlage für die Evaluation der in der Folge betrachteten Wissensrepräsentationsformen. Der bisherigen Gliederung folgend werden zunächst die klassischen und anschließend die modernen externen Wissensrepräsentationsformen evaluiert. Texte „Beim Lesen von Texten baut man eine Wissensstruktur auf.“493 Wissensstrukturen werden häufig als Netzwerk aus Verbindungen zwischen Propositionen, Schemata oder mentale Modelle im Gedächtnis dargestellt.494 (Vgl. hierzu Abschnitt 4.2.2 - 4.2.5) Beim Aufbau dieser Wissensstrukturen wird die Textstruktur vom Betrachter individuell unterschiedlich„[…] rezipiert, verarbeitet, elaboriert und umgeformt.“495 Die Voraussetzung für die Wissensvermittlung bzw. für den Aufbau von Wissensstrukturen ist ein kohärenter Text.496 „Ein Text ist kohärent, wenn die in ihm enthaltenen Informationen so aufeinander bezogen sind, daß auf Seiten der Leserin [bzw. des Lesers, Anm. d. Verfassers] keine Informationslücken oder -brüche entstehen.“497 Hierbei ist zwischen lokaler Textkohärenz, die sich auf die Organisation zwischen Sätzen und Satzteilen bezieht und globaler Textkohärenz, die sich auf höher geordnete Verbindungen zwischen Texteinheiten bezieht, zu unterscheiden.498 Beim Textverstehen können drei Ebenen der mentalen Repräsentationen unterschieden werden, die jeweils das Ergebnis verschiedener kognitiver Verarbeitungsprozesse sind.499 Auf der ersten Ebene konstruiert der Leser durch eine semantische Verarbeitung der Textsätze eine mentale Repräsentation der Textoberfläche. Auf der zweiten Ebene wird auf der Grundlage dieser Textoberflächenrepräsentation eine propositionale Reprä491 Brockhaus- Enzyklopädie (1988, S. 677). Wottawa (2001, S. 152). 493 Weidenmann (1993, S. 517). 494 Vgl. Weidenmann (1993, S. 518). 495 Vgl. Weidenmann (1993, S. 517 f.). 496 Vgl. Schnotz (1994, S. 20). 497 Gerdes (1997, S. 65). 498 Vgl. Ohler/Nieding (2000, S. 223). 499 Vgl. folgenden Absatz Schnotz (1994, S. 179). 492 5 Externe Wissensrepräsentation 73 sentation des semantischen Gehalts aufeinander folgender Textsätze generiert. Diese propositionale Repräsentation wird als Textbasis bezeichnet. Schließlich wird auf der dritten Ebene durch die Integration der Textinformation mit dem Vorwissen des Lesers ein mentales Modell des im Text beschriebenen Sachverhalts konstruiert. Setzt man die Einhaltung der vom Autor vorgegebenen Reihenfolge beim Lesen eines Textes voraus, wird der Wissenserwerb im Wesentlichen durch den Aufbau des Textes angeleitet.500 Für die Vermittlung eines bestimmten Inhalts bietet sich zunächst eine grobkörnige Beschreibung in Form eines Überblicks zu Beginn des Textes an. Dies gibt dem Betrachter die Gelegenheit vorab ein globales mentales Modell des gesamten Inhalts aufzubauen, dessen einzelne Bestandteile in der Folge weiter elaboriert werden. Der Textaufbau sollte dahingehend gestaltet sein, dass der Betrachter dieses eingangs aufgebaute Modell möglichst selten durch fehlendes Vorwissen revidieren muss. „[…] fehlen dem Lernenden zu Beginn des Textes die Verstehensvoraussetzungen für bestimmte Textaussagen, so sind diese Vorraussetzungen vor der Darbietung der betreffenden Aussagen zu vermitteln.“501 Da die kognitive Verarbeitungskapazität des Betrachters eines Textes eingeschränkt ist, kann sich jeweils nur eine begrenzte Informationsmenge im Fokus der Aufmerksamkeit befinden.502 Mittels so genannter Topic-Angaben können Steuerungssignale vermittelt werden, die dem Betrachter eines Textes anzeigen, wovon in einem Augenblick die Rede ist, und im Falle eines Themenwechsels den Fokus entsprechend verschieben zu können. Hierbei werden in jedem Satz und größerem Textsegment zwischen zwei Informationskomponenten, Topic und Comment, unterschieden. Das Topic gibt an, worüber in einem Textsegment eine Aussage getroffen wird. Der Comment gibt an, was über dieses Topic ausgesagt wird. Topics haben die Funktion, an bereits vorhandenes Wissen anzuknüpfen. Comments vermitteln neue Informationen im Text. Durch die Anreicherung des Topics mit zusätzlichen Informationen über den Comment verändert sich sukzessive der Inhalt des Topics. Zwar scheint an der Textoberfläche dasselbe sprachliche Element im Text vorzukommen, auf mentaler Ebene repräsentiert das Topic nunmehr auch die neu hinzugekommenen Informationen als Ganzes. Ein für den Wissenserwerb adäquat gestalteter Text sollte die Bildung von mentalen Modellen durch die oben genannten Vorschläge zur Strukturierung berücksichtigen. 500 Vgl. für den folgenden Absatz Schnotz (1994, S. 227 f.). Schnotz (1994, S. 228). 502 Vgl. für den folgenden Absatz Schnotz (2002, S. 72 f.), Schnotz (1994, S. 188 f.). 501 5 Externe Wissensrepräsentation 74 Darüber hinaus sind einzelne Topics möglichst lange beizubehalten bzw. TopicWechsel zu vermeiden, da Aufmerksamkeitsverschiebungen kognitive Ressourcen binden und das Textverstehen negativ beeinflussen können.503 Da letztlich nur die Textoberfläche dem Betrachter präsentiert werden kann, muss die Struktur des zu vermittelnden Wissens auch hier seinen Niederschlag finden. Hierfür stehen insbesondere typografische Hilfsmittel wie Schriftart, Unterstreichungen, Zeilenabstand, sowie Schattierungen und Färbungen zur Verfügung. Bilder In der Literatur wird die förderliche Wirkung von Bildern auf den Erwerb und die Speicherung von Wissen mit der Doppelkodierungs-Theorie von Paivio in Verbindung gebracht, nach der Bilder in einem verbalen System und zusätzlich in einem imaginalen System kodiert werden.504 (Vgl. Abschnitt 4.2.1) Hierbei wird insbesondere auf einen Gedächtnisvorteil von Illustrationen für veranschaulichte Textinhalte hingewiesen.505 Schnotz führt zur Erklärung des Wissenserwerbs anhand von Bildern das Konzept kognitiver Schemata an. (Vgl. hierzu Abschnitt 4.2.4). Hierbei erkennt und ordnet der Betrachter den dargestellten Sachverhalt, entsprechend seines Vorwissens, in ein bestehendes Schema ein bzw. erweitert dieses um zusätzlich dargestellte Informationen. 506 Dieser Prozess wird als ökologisches Bildverstehen bezeichnet. Eine weitere Form, das indikatorische Bildverstehen, kennzeichnet höhere kognitive Verarbeitungsprozesse durch den Betrachter. Bei dieser Form des Bildverstehens nimmt der Betrachter zusätzliche Überlegungen zur Intention des Bildproduzenten vor. Das Bild wird in diesem Falle vom Betrachter als Indikator für eine bestimmte Mitteilungsabsicht des Bildproduzenten angesehen und entsprechend analysiert. Um einer oberflächlichen Verarbeitung von Bildern entgegenzuwirken, sollten bestimmte Komponenten bzw. wichtige Elemente in den Vordergrund gestellt werden.507 Hierbei stellen Rahmen, Vergrößerungen und Pfeile geeignete Hilfsmittel dar, um ausgesuchte Bildelemente in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit zu rücken und damit den Wissenserwerb zu unterstützen.508 Die Wahrnehmungsorganisation beim Betrachten 503 Vgl. für den Rest des Absatzes Schnotz (1994, S. 255 ff. ; S. 275). Vgl. hierzu u.a. Peeck (1994, S. 74), Hasebrook (1995, S.99) 505 Vgl. Peeck (1994, S. 74). 506 Vgl. für den folgenden Absatz Schnotz (2002, S. 70 f.). 507 Vgl. Schnotz (2002, S. 73 f.). 508 Vgl. Schnotz (2001, S. 781) 504 5 Externe Wissensrepräsentation 75 von Bildern folgt zumeist den so genannten Gestaltgesetzen der Wahrnehmung. (Vgl. hierzu Tabelle 13 im Anhang; 3.1.3.1). Auch bei Diagrammen folgen die Prozesse der Wahrnehmungsorganisation den Gestaltgesetzen der Wahrnehmung.509 Im Gegensatz zu Bildern besitzen Diagramme jedoch keine konkrete, sonder eine abstrakte Ähnlichkeit zum repräsentierten Gegenstand. Beim Wissenserwerb aus Diagrammen kann daher auf kein allgemeines kognitives Schema der Wahrnehmung zurückgegriffen werden.510 „Die Fähigkeit zum Verstehen von Diagrammen ist vielmehr eine spezifische Kulturtechnik, die jeweils erlernt werden muss.“511 Um den Wissenserwerb aus Diagrammen zu unterstützen, empfiehlt sich eine inhaltlich und formal sparsame Gestaltung.512 „Eine formal sparsame Gestaltung bedeutet, dass die Zahl der datenabhängig variierten visuellen Merkmale nicht größer sein sollte als die Zahl der zu repräsentierenden Merkmale.“513 Daraus folgt, dass z.B. eine zu repräsentierende Größe nur durch die Höhe und nicht zusätzlich durch die Breite einer Figur darzustellen ist.514 Darüber hinaus kann auf eine dreidimensionale Darstellung zugunsten einer einfachen, flächigen Darstellung verzichtet werden, da eine Tiefendimensionierung keinen zusätzlichen Informationswert besitzt.515 Multimedia Wie gezeigt wurde, gestaltete sich bereits die Definition des Begriffs Multimedia als sehr schwierig. Ebenso schwierig gestaltet sich die Erbringung eines Nachweises zum Vorteil des Multimediaeinsatzes beim Erwerb und bei der Speicherung von Wissen. Der Einsatz von Multimedia wird häufig durch die so genannte „naive Summierungstheorie der Sinneskanäle“516 begründet, nach der durch den simultanen Medieneinsatz der Wissenserwerb unterstützt und das Behalten verbessert werden soll.517 „Multimedia spricht mehrere Sinneskanäle an; das verbessert das Behalten.“518 Eine wissenschaftliche Quelle zu dieser Annahme oder zur Studie selbst, auf die sich die Zahlen der Summierungstheorie beziehen, lassen sich trotz umfangreicher Nachforschungen nicht aus- 509 Vgl. Schnotz (2002, S. 73). Vgl. Schnotz (2002, S. 72). 511 Schnotz (2002, S. 72). 512 Vgl. Schnotz (2002, S. 76). 513 Schnotz (2002, S. 76). 514 Vgl. Schnotz (2002, S. 76). 515 Vgl. Schnotz (2002, S. 77). 516 Weidenmann (2002a, S. 48). 517 Vgl. Klimsa (2002, S. 9). 518 Weidenmann (2002a, S. 48). 510 76 5 Externe Wissensrepräsentation machen.519 In Tabelle 10 werden diese naiven Annahmen über die Wirkung von Sinnesmodalitäten und Lernaktivitäten auf das Behalten zusammengefasst. Lesen Hören Sehen Hören und Sehen 10% 20% 30% 50% Nacherzählen 70% Tun 90% Tabelle 10: Naive Annahmen zur Begründung des Multimediaeinsatz520 Hinsichtlich der vorangegangen Definition des Multimediabegriffs521 und der Begriffswahl in Tabelle 10 lässt sich eine Vermengung von Sinnesmodalität und Codierung feststellen. „Sehen und Hören sind modalitätsspezifische Aktivitäten, Lesen und Nacherzählen codespezifische Tätigkeiten (verbales Symbolsystem).“522 Um eine multimediale Präsentation zu rechtfertigen, werden in der Literatur häufig die Doppelkodierungstheorie von Paivio (vgl. Abschnitt 4.2.1) und die Theorie der Hemisphärenspezialisierung (vgl. Abschnitt 3.1.2.2) angeführt.523 Die Theorie der Hemisphärenspezialisierung wird häufig dahingehend trivialisiert, dass durch ein simultanes Angebot von Sprache und Bildern beide Hirnhälften angesprochen werden und dadurch der Wissenserwerb positiv beeinflusst wird. Dieser Aspekt wurde bereits unter Abschnitt 3.1.2.2 kritisch beurteilt. Eine im Zusammenhang mit der Doppelkodierungstheorie von Paivio durchgeführte Untersuchung „[…] zeigte, dass die Gedächtnisleitung in Bezug auf Bilder wesentlich ausgeprägter ist als für konkrete oder abstrakte Begriffe. Beiläufig gelernte Bilder konnten nach einer Woche besser erinnert werden als absichtlich eingeprägte abstrakte Substantive nach fünf Minuten.“524 (Vgl. Tabelle 11) 519 Vgl. Klimsa (2002, S. 9). Vgl. Weidenmann (2002a, S. 48), modifiziert durch den Verfasser. 521 Vgl. hierzu: Definition für Multimedia in Abschnitt 5.2.1. 522 Weidenmann (2002a, S. 48). 523 Vgl. für den folgenden Absatz: Weidenmann (2002a, S. 49), Klimsa (2002, S. 9). 524 Klimsa (2002, S. 8 f.). 520 77 5 Externe Wissensrepräsentation Absichtlich gelernt Beiläufig gelernt 5 Minuten 1 Woche 5 Minuten 1 Woche Bilder 33 19 36 16 Konkrete Substantive 24 10 14 8 Abstrakte Substantive 14 5 11 2 Tabelle 11: Untersuchungsergebnisse zur Doppelcodierungstheorie525 Sinnvoller und für den Wissenserwerb förderlicher Multimedia-Einsatz ist an eine Reihe von grundlegenden Annahmen geknüpft.526 Häufig kann die Einbeziehung der auditiven statt der visuellen Modalität (durch Text) bei stark beanspruchenden Bildern oder Bildfolgen für den Benutzer entlastend wirken. Ein gesprochener Text entlastet dabei die visuelle Modalität, die bereits durch das Betrachten des Bildes in Anspruch genommen wird. Diese Feststellungen stehen im unmittelbaren Zusammenhang mit der Theorie des Arbeitsgedächtnisses (vgl. Abschnitt 4.1.1.2), nach der eine multimodale (audiovisuelle) Informationspräsentation zu einer Verringerung der mentalen Belastung führt. Der Einsatz von Sprache ist aber auch hinsichtlich der Eingrenzung und Konkretisierung eines prinzipiellen Bedeutungsüberschusses von bildlichen Darstellungen sinnvoll. Weiterhin sollte auf die Möglichkeit zur Interaktion bei multimedialen Angeboten beachtet werden, um passives Rezipieren zu verhindern und somit das Interesse des Benutzers beim Wissenserwerb zu wecken. Hinsichtlich des Einsatzes von Multimedia zur externen Wissensrepräsentation konnte gezeigt werden, dass naive Annahmen wie z.B. die Summierungstheorie nicht länger argumentativ herangezogen werden können. „Das Zusammenspiel mehrerer Sinneskanäle bei der Nutzung von Multimedia ist also keineswegs eindimensional und mit einfachen Prozentangaben wiederzugeben.“527 Der Wissenserwerb kann jedoch durch die Reduktion der mentalen Belastung bei multimodal repräsentierten Informationen und insbesondere durch Interaktionsmöglichkeiten bedingte motivationale Aspekte verbessert werden.528 525 Vgl. Klimsa (2002, S. 9), modifiziert durch den Verfasser. Vgl. für den folgenden Absatz Weidenmann (2002a, S. 53 ff.) Leutner/Brünken (2001, S. 12). 527 Klimsa (2002, S. 10). 528 Vgl. Leutner/Brünken (2001, S. 13). 526 5 Externe Wissensrepräsentation 78 Hypertext und Hypermedia Obwohl eine Unterscheidung zwischen Hypertext und Hypermedia für eine differenzierte Beschreibung ihrer Charakteristika im Rahmen der Wissensrepräsentationsformen notwendig ist, soll die Evaluation aufgrund ihrer konzeptionellen Ähnlichkeiten gemeinsam erfolgen. Mit dem Begriff Hypertext ist in diesem Abschnitt daher immer auch Hypermedia gemeint. Der Einsatz von Hypertext wird häufig mit der Annahme verbunden, dass die netzwerkartige Informationsrepräsentation für den Wissenserwerb vorteilhaft sei.529 In seinen Ursprüngen gehen diese Annahmen auf Vennavar Bush (1945) zurück, der davon ausgeht, dass in Hypertext repräsentiertes Wissen der mentalen Organisation im menschlichen Gedächtnisses als semantisches Netzwerk mit assoziativ verbunden Konzepten entspricht.530 „With one item in its grasp, it snaps instantly to the next that is suggested by the association of thoughts, in accordance with some intricate web of trails carried by the cells of the brain.”531 Diese Annahme, die in der Literatur als „kognitive Plausibilität“532 bezeichnet wird und eng mit den Annahmen des Kognitivismus (vgl. Abschnitt 3.2.2) verbunden ist, lässt sich jedoch nicht durch empirische Befunde stützen.533 „Das Argument der kognitiven Plausibilität besagt nun, daß Wissen im menschlichen Gedächtnis in nicht-linearen, vernetzten Strukturen repräsentiert ist, und daß diese Organisationsform in der KnotenLink-Struktur von Hypertexten ihre externe Entsprechung findet.“534 Diese Feststellung wird dazu genutzt, die mit der Wissensrepräsentation in (klassischen) Texten verbundene Linearität zu bemängeln und um damit Vorteile von Hypertexten beim Wissenserwerb zu begründen.535 Dieses Argument konnte in einer empirischen Studie von Unz536 widerlegt werden. „Nach den Ergebnissen dieser Studie läßt sich ein erhöhtes Lernpotential von Hypertext gegenüber Printmedien nicht belegen.“537 Dieser Argumentation muss jedoch entgegen gehalten werden, dass bei klassischen Texten und Hypertexten unterschiedliche Strukturierungsphilosophien zugrunde liegen. „Während in Texten eine hierarchische Strukturierung vorgenommen wird, die eine Reduktion der 529 Vgl. hierzu u.a. Tergan (2002a, S. 105), Unz (2000, S. 9). Vgl. hierzu u.a. Tergan (2002a, S. 105), Unz (2002, S. 50), Gerdes (2000, S. 213). 531 Bush (1945, S. 43). 532 Tergan (2002a, S. 105). 533 Vgl. Tergan (2002a, S. 105). 534 Gerdes (2000, S. 213). 535 Vgl. Gerdes (2000, S. 213). 536 Vgl. hierzu Unz (2000). 537 Unz (2000, S. 10). 530 5 Externe Wissensrepräsentation 79 evtl. vernetzten inhaltlichen Strukturen darstellt, wird in Hypertexten versucht, die vernetzte inhaltliche Struktur adäquat, d.h. möglichst umfassend und vernetzt abzubilden.“538 Häufig werden dem Benutzer eines Hypertextes jedoch keine ausreichenden Topic-Informationen zur Verfügung gestellt, um die vernetzt dargebotenen Informationen zu einem kohärenten Ganzen zusammenzufügen und damit eine entsprechende Wissensstruktur aufzubauen.539 Darüber hinaus wird im Rahmen der so genannten Konstruktivismus-Annahme davon ausgegangen, dass durch das selbstgesteuerte „browsen“ in der Hypertextbasis der Wissenserwerb in besonderer Weise gefördert wird.540 Die Förderung des Wissenserwerbs durch Hypertexte, liegt nach konstruktivistischer Sicht darin begründet, dass dem Lernenden die Möglichkeit gegeben wird, nicht passiv zu rezipieren, sondern sein Wissen aktiv zu konstruieren.541 (Vgl. Abschnitt 3.2.3) Selbstgesteuertes „browsen“ in Hypertexten impliziert aber auch die eigenständige Lernkontrolle durch den Lernenden. Ist beim Lernenden nur wenig Vorwissen vorhanden, kann dieser mit der ihm zugestandenen Verantwortung überfordert sein.542 In einer von Gerdes (1997) durchgeführten Studie konnte jedoch festgestellt werden, dass mit linearen Texten „[…] mehr Wissen erworben werden konnte als mit einem entsprechenden Hypertext “ […].543 Nach der Analyse empirischer Befunde lassen sich bei der Nutzung von Hypertexten zwei Grundtypen von Lernproblemen unterscheiden, die den Wissenserwerb beeinträchtigen können.544 Diese beiden Grundtypen werden als Problem der kognitiven Überlast sowie als Desorientierungsproblem („lost in hyperspace“545) bezeichnet. Das mit der Bezeichnung Desorientierung charakterisierte Problem „[…] ist, dass Lerner, insbesondere bei der Bearbeitung umfangreicher Hypertexte, schon nach recht kurzer Zeit nicht mehr wissen, auf welchen Wegen sie eine Information gefunden haben, wo im Informationsnetz sie sich gerade befinden und wie sie zu einer vorangegangenen Informationseinheit zurückfinden können.“546 Um dem Problem der Desorientierung entgegenzuwirken bzw. abzuschwächen, können geeignete Navigationshilfsmittel547, zu denen u.a. 538 Gerdes (1997, S. 83). Vgl. Ohler/Nieding (2000, S. 225). 540 Vgl. Tergan (2002a, S. 106). 541 Vgl. Tergan (2002a, S. 106). 542 Vgl. Gerdes (2000, S. 212). 543 Gerdes (2000, S. 213). 544 Vgl. Tergan (2002a, S. 108). 545 Siehe hierzu u.a. Unz (2000, S. 97), Steinmetz (2000, S. 718), Schulmeister (1996, S. 54 ff.). 546 Leutner/Brünken (2001, S. 41). 547 Eine detaillierte Beschreibung hierzu bietet Blumstengel (1998, S. 191 ff.). 539 5 Externe Wissensrepräsentation 80 Guided Tours zählen, eingesetzt werden.548 Ein weiteres Problem, das ebenfalls mit der Navigation in Hypertexten einhergeht, wird als kognitive Überlast bezeichnet. Neben dem eigentlichen Verstehen des Inhalts muss der Lernende zusätzliche Gedächtniskapazität für die zielorientierte Navigation im Hypertext aufbringen.549 Die für die Navigation in Hypertexten benötigte Gedächtniskapazität steht dann nicht mehr für das inhaltliche Erschließen des Hypertextes zur Verfügung und kann den Lernenden von einer tieferen Informationsverarbeitung abhalten.550 Dieses Argument verliert jedoch bei Benutzern, die im Umgang mit Hypertexten bereits Erfahrungen hinsichtlich der Navigation gesammelt haben, zunehmend an Bedeutung.551 Insgesamt kann festgehalten werden, dass die Erwartungen an den Einsatz von Hypertexten bezüglich ihrer Möglichkeiten zur Förderung des Wissenserwerbs wissenschaftlich mitunter zu hoch gespannt sind.552 Hypertexte können jedoch für die Motivation des Lernenden förderlich sein, und sofern ein hohes Vorwissen und entsprechende Navigationsstrategien verbunden mit einem guten räumlichen Vorstellungsvermögen beim Lernenden vorhanden sind, den Wissenserwerb positiv beeinflussen.553 Ihr für den Wissenserwerb förderliches Potenzial können Hypertexte jedoch nur entfalten, wenn sie so konzipiert sind, dass sie gezieltes und kreatives Lernen unterstützen.554 Darüber hinaus sollte beim Lernenden ein hohes Maß an Disziplin und Selbstkritik bezüglich des eigenen Wissensstands vorherrschen, da die Aufgabe der Herstellung von (globaler) Kohärenz auf den Benutzer übertragen wird.555 Virtuelle Realität Die mit dem Eintauchen in virtuelle Welten umschriebene Immersion ermöglichst es dem Benutzer einer VR-Anwendung seine permanente Konzentration während des Wissenserwerbs auf den jeweiligen Interaktionsgegenstand zu richten, ohne dass er einen Teil seiner Aufmerksamkeit auf die Bedienung des Computers lenken muss.556 Eng mit der Immersion verbunden ist die Interaktionsfähigkeit eines VR-Systems. In ihrer Kombination bieten sie ein breites Feld für den sinnvollen Einsatz von VR im Rahmen des 548 Vgl. Blumstengel (1998, S. 186; S.194). Vgl. Tergan (2002a, S. 109). 550 Vgl. Tergan (2002a, S. 109). 551 Vgl. Blumstengel (1998, S. 187). 552 Vgl. Tergan (2002a, S. 110). 553 Vgl. Tergan (2002a, S. 110). 554 Vgl. Steinmetz (2000, S. 824). 555 Vgl. Gerdes (1997, S. 83) 556 Vgl. Alsdorf/Bannwart (2002, S. 470). 549 5 Externe Wissensrepräsentation 81 Wissenserwerbs.557 „Diese Möglichkeit der direkten Manipulation und Steuerung von Daten in der virtuellen Welt einerseits sowie die Rückmeldung des Systems an den Nutzer andererseits vermitteln ihm nicht nur das Gefühl der Kontrolle gegenüber seinem Handeln und der virtuellen Umwelt, er ist darüber hinaus in der Lage, sich diese Welt mittels eigener Körperbewegungen in einer Weise anzueignen, wie er dies in der realen Welt auch tun würde.“558 Anschauliche Beispiele für den praktischen Einsatz der VR-Technologie beim Wissenserwerb sind unter anderem Cyber City und CAVE559.560 Cyber City ermöglicht es dem Benutzer, selbstständig und interaktiv durch das virtuelle dreidimensionale Stadtmodell Berlins zu navigieren und bietet darüber hinaus eine virtuelle Kommunikations- und Informationsumgebung. Durch Körperbewegungen im VR-System kann der Benutzer sich das Wissen über die virtuelle Stadt aneignen, ohne lange Gehwege in Kauf nehmen zu müssen. CAVE-Anwendungen finden im Bereich der wissenschaftlichen Visualisierung Verwendung und nutzen Immersions- und Interaktionsfähigkeiten der VRTechnologie, um Lern- und Trainingseffekte beim Anwender zu erzielen. So können z.B. im Bereich der Medizin chirurgische Eingriffe in virtuellen Testumgebungen simuliert werden. Anhand der beschriebenen Beispiele wird das Potential der VR-Technologie im Bereich des Wissenserwerbs deutlich.561 Durch Immersion und Interaktion wird die Fokussierung der Aufmerksamkeit erleichtert, da störende Umweltreize vom Benutzer ferngehalten werden. „Die Möglichkeiten der Visualisierung bieten eine wesentlich anschaulichere Wissensvermittlung und fördern darüber hinaus den Prozess der Informationssuche und -navigation.“562 Wird die VR als ständige Probeumgebung verstanden, in der Handlungsweisen interaktiv simuliert, korrigiert und abgestimmt werden können, verändern sich damit auch die Lernprozesse beim Benutzer.563 Der Wissenserwerb verändert sich durch die Nutzung der VR „[…]von einem stufenweisen Aneignungsprozess zu einer sich ständig aktualisierenden Handlungsoptimierung.“564 557 Vgl. Alsdorf/Bannwart (2002, S. 471). Alsdorf/Bannwart (2002, S. 471). 559 CAVE (Cave Automatic Virtual Environment). 560 Vgl. für den folgenden Absatz Alsdorf/Bannwart (2002, S. 474 ff.). 561 Vgl. Alsdorf/Bannwart (2002, S. 478). 562 Alsdorf/Bannwart (2002, S. 478). 563 Vgl. Vgl. Alsdorf/Bannwart (2002, S. 478). 564 Vgl. Alsdorf/Bannwart (2002, S. 478). 558 5 Externe Wissensrepräsentation 82 Topic Maps Topic Maps, die mit dem Begriff Wissenskarte frei übersetzt werden können, dienen als Hilfsmittel zur Navigation in unbekannten Wissensgebieten.565 Besondere Relevanz bei der Entstehung von Topic Maps wird den Associations beigemessen. „Durch Assoziationen zwischen einzelnen Topics [..] entsteht ein semantisches Netz – darin liegt der besondere Wert und auch der Nutzen von Topic Maps.“566 Hierbei kann das Bemühen, eine Verbindung zwischen der internen Wissensrepräsentation im Gedächtnis des Menschen in Form von semantischen Netzen (vgl. Abschnitt 4.2.3) und dem Versuch diese extern mit Hilfe von Computern in Form von Topic Maps abzubilden, festgestellt werden. „Semantic network theory was created […] as a model how we store information in long–term memory and how computers can mimic long term memory.”567 Dieses Analogieverhältnis zwischen der externen und internen Repräsentation soll zu einer Verbesserung der kognitiven Verarbeitung führen. Der Nutzen von Topic Maps wird bei der grafischen Navigation über hierfür entwickelte Browser besonders deutlich. So werden Topic Maps in der Literatur auch als “GPS (Global Positioning System) of the information universe”568 bezeichnet, die eine einfache und selektive Navigation zur gesuchten Information ermöglichen. Für die Navigation und Visualisierung einer Topic Map steht dem Benutzer eine Reihe von unterschiedlichen Werkzeugen zur Verfügung. Im Rahmen dieser Arbeit soll als Beispiel hierfür der „K-Viewer“569, eine Entwicklung des Groupware Competence Center (GCC) der Universität Paderborn, vorgestellt werden.570 Der K-Viewer ermöglicht über seine speziellen Darstellungsmöglichkeiten eine gezielte Navigation und Suche in der Datenbank des GCC, dem so genannten „K-Pool“.571, 572 Hierbei werden zuvor erstellte Topic Maps in unterschiedlichen Layouts, die hierarchischer, orthogonaler oder zirkulärer Natur sein können, zweidimensional als Graph dargestellt. Abbildung 25 stellt eine zirkulär repräsentierte Topic Map im K-Viewer dar. Hierbei symbolisieren die Knoten des Graphen einzelne Topics bzw. deren Associations 565 Vgl. Rittershofer (2003, S. 44). Rittershofer (2003, S. 44). 567 Fisher (2003, S. 484). 568 Rath/Pepper (1996, S. 3). 569 Für weiter Informationen hierzu siehe: http://gtm.upb.de 570 Für eine detaillierte Übersicht der am GCC der Universität Paderborn entwickelten VisualisierungsWerkzeuge siehe Smolnik/Nastansky/Knieps (2003). 571 Der K-Pool „is a groupware based repository for several kinds of information objects.” Smolnik/Nastansky/Knieps (2003, S. 571). 572 Vgl. für den folgenden Absatz Smolnik/Nastansky/Knieps (2003, S. 572). 566 5 Externe Wissensrepräsentation 83 zu den referenzierten Informationsobjekten im K-Pool. Die Kanten des Graphen stellen die Verbindung bzw. wechselseitigen Beziehungen zwischen den Topics dar. Die Verwendung des K-Viewers im Groupware-Umfeld macht den praktischen Nutzen von Topic Maps beim Wissenserwerb besonders deutlich und nutzbar. Hierbei wird dem Nutzer mit dem K-Viewer neben der textbasierten Navigation ein geeignetes Hilfsmittel zur Exploration und gezielten grafischen Navigation dargeboten, „[…] to create additional value, context and knowledge.“573 Abbildung 25: Visualisierung einer Topic Map im K-Viewer (zirkulär)574 Associations als Kernelemente einer Topic Map scheinen insbesondere für den individuellen Wissenserwerb eine hohe Bedeutsamkeit zu haben. „Assoziationen sind […] Verknüpfungen von Sachverhalten […]“, die „[…] man als elementare Lernart ansehen“ kann.575 Fisher fasst diesen Aspekt mit der Überschrift: „Understanding Relations Is Understanding“576 treffend zusammen. Im Hinblick auf das konstruktivistische Lernparadigma der individuellen Konstruktion von Wissen unterstützen Topic Maps entdeckendes Lernen und fördern vernetztes Den- 573 Smolnik/Nastansky/Knieps (2003, S. 572) Quelle: Smolnik/Nastansky/Knieps (2003, S. 573, Fig. 6) 575 Dörner/Selg (1996, S. 179). 576 Fisher (2003, S. 496). 574 84 5 Externe Wissensrepräsentation ken der Lernenden.577 Topic Maps „[…] verleihen Hyperlinks eine Semantik und bauen über diese Links ein Wissensnetz auf.“578 In dieser Hinsicht sind Topic Maps ein adäquates Navigationsmittel zur externen Unterstützung mentaler Prozesse beim Wissenserwerb. Eine förderliche Wirkung von Topic Maps auf den Wissenserwerb ist jedoch auch hier vom Vorwissen der Nutzer abhängig. Zusammenfassung der Evaluationsergebnisse Es konnte im Rahmen der Evaluation gezeigt werden, dass die untersuchten Wissensrepräsentationsformen situationsspezifisch579 geeignet sind, den Wissenserwerb und die damit verbundene Speicherung im Gedächtnis zu unterstützen. Es ist daher bei jeder Entscheidung zum Einsatz eine speziellen Wissensrepräsentationsform erforderlich, vor der Frage „wie“ etwas repräsentiert werden soll, zu klären „was“ repräsentiert werden soll. (Vgl. hierzu Tabelle 12) „Was“ „Wie“ wird repräsentiert? wird repräsentiert? Wenig komplexe in sich geschlossene Zusammenhänge; Gut strukturierte Sachverhalte konkrete (oder strukturelle) Analogiebeziehungen Multicodale Angebote mit der Interaktionsmöglichkeit Komplexe, offene Sachverhalte mit Interaktionsmöglichkeiten Dreidimensionale digitalisierte Gegenstände, Räume oder Bewegungsformen mit Interaktionsmöglichkeit unstrukturierte, wenig überschaubare Wissensbestände in großen Datenbanken oder im WWW Texte Bilder (Diagramme) Multimedia Hypertext/Hypermedia Virtuelle Realität Topic Maps Tabelle 12: Situationsspezifische Auswahl geeigneter Wissensrepräsentationsformen580 Es ist jedoch hierbei zu beachten, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Situation in der sich der Lerner befindet, die Auswahl einer anderen als in Tabelle 12 vorgeschlagenen Wissensrepräsentationsform geeigneter sein kann. „Eine Wissensrepräsentation ist 577 Vgl. Rittershofer (2003, S. 44). Widhalm (2002, S. 400). 579 Situationsspezifisch meint in diesem Kontext, in Abhängigkeit vom individuellen Aspekten des Lernenden (Vorwissen), den vorherrschenden technische Rahmenbedingungen und der Art bzw. Form in der das zu repräsentierenden Wissen vorliegt. 580 Eigene Darstellung. Hierbei werden nicht alle spezifischen Erkenntnisse der Evaluation dargestellt 578 5 Externe Wissensrepräsentation 85 immer auf einen bestimmten Zweck zugeschnitten. Sie erfolgt aus einer bestimmten Perspektive und notwendigerweise unvollständig. Folglich gibt es nicht „die“ (einzig richtige) Wissensrepräsentation […].“581 581 Schnotz (1994, S. 230). 6 Ausblick 86 6 Ausblick Es konnte gezeigt werden, dass die untersuchten Wissensrepräsentationsformen situationsspezifisch, vor dem Hintergrund neurobiologischer und psychologischer Erkenntnisse geeignet sind, den Erwerb und die Speicherung von Wissen zu unterstützen. Die Forschung und Entwicklung in Bereichen der internen und externen Wissensrepräsentation sollte jedoch keinesfalls als abgeschlossen betrachtet werden. Um den Wissenserwerb durch geeignete externe Repräsentationsformen wirksam zu unterstützen, ist nach wie vor eine interdisziplinäre Forschung auf unterschiedlichen Gebieten notwendig, zu denen insbesondere die Neurobiologie, die Psychologie und die Informatik zählen. Zweifelsohne gilt hierbei einer empirischen Überprüfung der theoretisch und plausibilistisch erlangten Erkenntnisse das primäre Interesse. Sollte es in der Zukunft auch gelingen, die Wissensrepräsentation im Gedächtnis des Menschen durch weitreichende empirische Befunde zu belegen, könnten diese Ergebnisse die Weiterentwicklung der schon heute leistungsstarken externen Wissensrepräsentationsformen vorantreiben oder als Grundlage für Entwicklung neuer Formen dienen. Eine viel versprechende Entwicklung im Rahmen der externen Wissensrepräsentation stellt die E-Learning-Umgebung „Lernen mit Topic Maps“582 dar. Die in dieser Arbeit bereits untersuchten Topic Maps erfüllen in einer solchen Anwendung eine multiple Funktion. „Sie führen den Lernenden ohne Fesseln und zeigen zur Förderung des vernetztes Denkens und Lernens durch ihre Visualisierungen die Zusammenhänge.“583 Hierbei kann der Lernende sowohl den Lernweg als auch die Lerngeschwindigkeit individuell bestimmen und erhält über Diskussionsforen, Mailinglisten und Chats vielfältige Interaktionsmöglichkeiten.584 Es bleibt jedoch auch nach Abschluss dieser Arbeit ungeklärt, ob Annnahmen die allgemein mit der kognitiven Plausibilität und dem damit verbundenen Anspruch, Wissen in „netzwerkartiger Form“ extern zu repräsentieren, einhergehen, empirisch nachgewiesen werden können. Zwar zielen die Erkenntnisse sowohl in der Neurobiologie als auch in der Kognitionsforschung auf eine netzwerkartige Repräsentation von Wissen im Gehirn bzw. Gedächtnis des Menschen ab, ein eindeutiger Beweis hierfür konnte nach bisherigem Kenntnisstand jedoch nicht erbracht werden. Weitere Forschungsarbeiten sind daher zu empfehlen. 582 Siehe hierzu: http://www.lmtm.de, am 28.07.03. Rittershofer (2003, S. 45) 584 Vgl. Rittershofer (2003, S. 45) 583 7 Zusammenfassung 87 7 Zusammenfassung Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird zunächst der Begriff Wissen aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Perspektiven untersucht. In der Folge wird der Aufbau des Wissensbegriffs als Kontinuum aus Zeichen, Daten und Informationen beschrieben und eine Abgrenzung der verschiedenen Wissensarten vorgenommen. Hierbei konnte u.a. aufgezeigt werden, dass sich Wissen aus einer impliziten und einer expliziten Dimension zusammensetzt, die jeweils nur komplementär bestehen. Den Abschluss dieser Betrachtung stellt die dieser Arbeit zu Grunde liegenden Arbeitsdefinition des Wissensbegriffs dar. Den nächsten Untersuchungsschwerpunkt bildet die Beschreibung der Prozesse des Wissenserwerbs aus neurobiologischer bzw. psychologischer Sicht. Der Wissenserwerbsprozess aus neurobiologischer Sicht wird als Veränderung komplexer Verschaltungsmuster zwischen den elementaren Bausteinen des Nervensystems, den Neuronen und Synapsen, dargestellt. Um diese Verschaltungsmuster zu verändern, müssen Umweltreize über die Sinnesrezeptoren des Menschen aufgenommen und im Gehirn verarbeitet werden. Zur Beschreibung dieses Prozesses wurde neben der Aufnahme auditiver Reize über die Sinnesrezeptoren des Ohrs auch die visuelle Reizaufnahme und Verarbeitung im Auge untersucht. Die sich im Weiteren anschließende Organisation der Sinneseindrücke im Gehirn folgt, in ihren Grundzügen, den Gestaltgesetzen der Wahrnehmung. Darüber hinaus wurde die Hemisphärenspezialisierung des Gehirns untersucht, deren Annahmen jedoch nicht vorbehaltlos unterstützt werden konnten. In der Psychologie werden Prozesse des Wissenserwerbs traditionell unter der jeweils vorherrschenden Lerntheorie betrachtet. Es konnte gezeigt werden, dass der Behaviorismus als aus historischer Sicht älteste Lerntheorie den Wissenserwerb durch Verhaltensänderungen auf der Grundlage von Umweltreizen in Sinne einer Input-Output Reaktion erklärt. Innerhalb des Kognitivismus werden diese radikalen und nur in geringem Maße auf humane Aspekte abzielenden Ansichten des Wissenserwerbs grundlegend überdacht und der Fokus auf interne, kognitive Verarbeitungsprozesse durch den Lernenden gelegt. Der Konstruktivismus585, die aus historischer Sicht neueste der untersuchten Lerntheorien, betont, dass Wissen durch den Lernenden individuell und aktiv 585 Hierbei wird der gemäßigten Form des Konstruktivismus gefolgt. 7 Zusammenfassung 88 konstruiert wird. Nach Ansicht des Konstruktivismus stellt das Gehirn ein energetisch offenes, jedoch informationell geschlossenes System dar. Auf diesen Ergebnissen aufbauend konnten unterschiedliche Modelle betrachtet werden, die den Prozess der Wissensspeicherung im Gedächtnis erklären. Den bis heute größten Einfluss auf Untersuchungen zum Gedächtnis übt das Mehrspeichermodell von Atkinson und Shiffrin aus. In diesem wird beschrieben, wie Wissen durch komplexe Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten des Gedächtnisses verarbeitet und dann schließlich im Langzeitgedächtnis gespeichert wird. Die Theorie des Arbeitsgedächtnisses stellt eine Erweiterung bzw. Modifikation des Mehrspeichermodells dar. Statt wie bisher von einer beschränkten Kapazität von sieben (+/− 2) Informationseinheiten im Kurzzeitgedächtnis auszugehen, wird argumentiert, dass das bestimmende Moment für die Behaltensleistung die Verweildauer darstellt. Unter der Überschrift Wissensrepräsentation im Langzeitgedächtnis wurden verschiedene Ansätze untersucht, die die interne Darstellung von Wissen vornehmlich in netzwerkartigen Strukturen beschreiben. Hierbei konnte eine Analogiebeziehung zwischen den neurobiologischen Erkenntnissen und den durch die Psychologie geprägten Modellen zur internen Wissensrepräsentation festgestellt werden, da beide Sichtweisen primär Netzwerkstrukturen zur Erklärung ihrer Ansätze zu Grunde legen. Als Grundtenor der Ergebnisse zur Wissensrepräsentation im Langzeitgedächtnis kann mit Einschränkungen festgehalten werden, dass „Das Wissen im menschlichen Gehirn [..] als komplexes Netzwerk gespeichert [.]“ ist.586 Den Kern der Arbeit stellen die detaillierte Beschreibung und eine darauf aufbauende Evaluation multipler externer Wissensrepräsentationsformen dar. Hierbei wurden zunächst die beiden klassischen Darstellungsformen Texte und Bilder untersucht. Eine für den Wissenserwerb förderliche Wirkung von Texten lässt sich feststellen, wenn kohärente Sachzusammenhänge sprachlich dargestellt werden sollen. Der Wissenserwerb mit Bildern ist vor allem vom Vorwissen des Betrachters abhängig. Die externe Wissensrepräsentation mit Bildern ist insbesondere in Situation geeignet, bei denen der repräsentierte Inhalt in gleicher oder ähnlicher Form bereits in der Vergangenheit wahrgenommen wurde und sich somit in kognitive Schemata des Betrachters einfügen lässt. Weiterhin wurden moderne, auf den Einsatz von Computern basierende, Wissensrepräsentationsformen untersucht und in der Folge evaluiert. Beginnend mit dem Konzept 586 Schneider/Werner (2000, S. 413). 7 Zusammenfassung 89 Multimedia konnte aufgezeigt werden, dass sich der Einsatz nicht durch naive Summierungstheorien begründen lässt, sondern vornehmlich durch motivationale Aspekte, die durch Interaktionsmöglichkeiten hervorgerufen werden können. Die Untersuchung von Hypertext und Hypermedia kann mit dem Ergebnis subsumiert werden, dass deren Einsatz insbesondere aus konstruktivistischer Perspektive des aktiven und entdeckenden Lernens den Wissenserwerb positiv beeinflussen kann. Häufig sind jedoch mit deren Einsatz auf Seiten der Nutzer die Probleme der kognitiven Überlast oder der Desorientierung verbunden. Die relativ neue Wissensrepräsentationsform „Virtuelle Realität“ ermöglicht durch die Immersion und Interaktion eine anschauliche Wissensvermittlung und fördert die Fokussierung der Aufmerksamkeit beim Lernenden auf die jeweilige Problemstellung. Der Einsatz von Topic Maps empfiehlt sich in unstrukturierten und schwer überschaubaren Wissensgebieten, zu denen insbesondere das Internet zu zählen ist. Topic Maps stellen ein geeignetes Hilfsmittel zur zielgerichteten Navigation und Exploration dar und unterstützen selbstgesteuertes, aktives Konstruieren von Wissen im Sinne des Konstruktivismus. Der Einsatz einer spezifischen Wissensrepräsentationsform ist, wie festgestellt werden konnte, immer von dem konkreten Situationsbezug abhängig in dem vor allem individuelle Aspekte der Nutzer zu berücksichtigen sind. Eine förderliche Wirkung einer Wissensrepräsentationsform auf die Akquisition und Speicherung von Wissen lässt sich daher in Situationen beobachten, in denen neben einer Berücksichtigung des Vorwissens der Nutzer auch motivationale Aspekte beachtete werden, die u.a. durch weitreichende Interaktionsmöglichkeiten hervorgerufen werden können. Aufbauend auf den zuvor erlangten Erkenntnissen konnte im Ausblick dieser Arbeit noch einmal abschließend darauf hingewiesen werden, dass heutige und zukünftige Wissensrepräsentationsformen den aktiven und in hohem Maße selbstgesteuerten Wissenserwerb unterstützen sollten. Eine entsprechende interdisziplinäre Forschungs- und Entwicklungsarbeit zur Weiterentwicklung bzw. 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Tabelle 13: Gestaltgesetze der Wahrnehmung587 587 Quelle: http://www.tuchemnitz.de/informatik/Medieninformatik/lehre/mg02/gr12/gestaltgesetze/index.html , 06.05.03; Vgl. Schnotz (2002, S. 74 f.)
