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Cognitive Load Theorie

Literatur

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Chandler, P. & Sweller J. (1991). Cognitive Load Theory and the Format of Instruction. Cognition and Instruction, 8, 293-332.

van Merriënboer, J.J.G., Schuurman, J.G., de Croock, M.B.M. & Paas, F.G.W.C. (2002). Redirecting learners' attention during training: effects on cognitive load, transfer test performance and training efficiency. Learning and Instruction, 12, 11-37.

Paas, F., Renkl, A. & Sweller, J. (2003). Cognitive Load Theory and Instructional Design: Recent Developments. Educational Psychology, 38, 1-4.

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Sweller, J. & Levine, M. (1982). Effects of sub-goal density on means-ends analysis and learning. Journal of Experimental Psychology: Human Learning and Memory, 8, 463-474.

Sweller, J. & Chandler, P. (1994). Why some material is difficult to learn. Cognition and Instruction, 12, 185-233.

Sweller, J., Van Merrienboer, J. & Paas, F. (1998). Cognitive Architecture and Instructional Design. Educational Psychology Review, 10 (3), 251-296.

Valcke, M. (2002). Cognitive load: updating the theory? Learning and Instruction, 12, 147-154.

Basierend auf empirischen Untersuchungen einer Arbeitsgruppe um Sweller und Chandler (University of Sydney) entwickeln Forscher in verschiedenen Ländern seit Beginn der 1990er Jahre eine instruktionspsychologische Mikrotheorie unter dem Terminus "Cognitive Load Theorie". Sie geht Fragen nach: "Wie gehen wir mit unseren begrenzten Speicherkapazitäten unseres Gehirns am effektivsten um? Wie unterscheiden wir nötige und unnötige Belastungen beim Lernen, und wie vermeiden wir die unnötigen?

Die Cognitive Load Theorie (CLT) beschreibt schließlich, wodurch das Lernen erleichtert bzw. erschwert werden kann. Sie nimmt als Prämissen an, dass Lernen mit kognitiver Belastung verbunden ist, und dass es umso besser funktioniert, je niedriger die kognitive Belastung ist.

Die "Cognitive Load Theory" ist also eine Theorie der kognitiven Belastung beim Lernen und der Verarbeitung von Gelernten. Sie ist eine der wenigen pädagogisch orientierten Versuche, die psychischen Prozesse beim Lernen empirisch in ihrer Gesamtheit zu erfassen und praktisch etwa für die Entwicklung von Lernprogrammen zu nutzen.

Da die Aufnahmefähigkeit des menschlichen Gedächtnisses ziemlich begrenzt ist, behält man beim Lernen weniger, wenn man etwa abgelenkt wird oder überflüssige Informationen den Blick auf das Wesentliche verstellen. Das gilt beim "normalen" Lernen aber im Besonderen auch beim Arbeiten mit einem interaktiven Computer-Lernprogramm.

Im Mittelpunkt der Cognitive Load Theorie steht daher die Frage des Zusammenhangs von instruktionaler Gestaltung des Lernangebotes und der Gestaltung von Merkmalen der menschlichen kognitiven Architektur. Basierend auf Modellen der Kognitiven Psychologie, z.B. auf Arbeitsgedächtnis- und Repräsentationstheorien werden dabei in experimentellen Studien Gestaltungsempfehlungen entwickelt, in deren Mittelpunkt eine möglichst optimale Nutzung der verfügbaren kognitiven Ressourcen des Lerners zu Wissenserwerbs- und Problemlöseprozessen steht. Die Vertreter der Cognitive Load Theory vergleichen das menschliche Kurzzeitgedächtnis mit einem Arbeitsspeicher, der wie beim Rechner nur eine begrenzte Kapazität hat. Ein geschicktes multimediales Lernarrangement - das ist derzeit wohl das zentrale Anwendungsgebiet dieser Theorie - sollte daher diese begrenzten Ressourcen nicht unnötig belasten, um Platz für die erwünschten Speicheroperationen zu haben, also für das Erlernen von Wissen oder bestimmten Fertigkeiten.

In der derzeitigen Konzeptualisierung differenziert die Cognitive Load Theorie verschiedene Faktoren der kognitiver Belastung, die sich additiv aus drei Komponenten zusammensetzt: der lernbezogenen, der extrinsischen und der intrinsischen Belastung.

Die angemessenen, lernbezogenen Belastungen - germane loads -, die direkt mit dem Lernen verbunden sind, d.h. der Aufwand den der Lernende betreiben muss, um das zu lernende Material zu verstehen und kognitive Schemata aufzubauen. Lernbezogene Belastung erhöht bzw. fördert das Lernen und wird beeinflusst durch die Darstellung des Materials. Aufmerksamkeit, Vorwissen, Motivation etc. können unterstützend wirken.

Die überflüssigen Belastungen, - extraneous loads (extrinsische Belastung) - die vom gewünschten Lernen ablenken. Diese treten etwa dann auf, wenn man zu viel Energie auf die Informationssuche in einem Lernangebot verschwenden muss. Die extrinsische Belastung wird aber auch durch die Darstellung des Lernmaterials beeinflusst. So erhöhen unnötige Erklärungen und Überflüssige Wiederholungen des Lehrers genauso die die extrinsische Belastung. Auch sollten Erklärungen sich möglichst nahe am zu erklärenden Sachverhalt befinden.

Unter intrinsic load (intrinsische Belastung) versteht man schließlich die Art der kognitiven Belastung, die durch das Lernmaterial selbst bedingt ist. Je schwerer das Lernmaterial desto höher ist die intrinsische Belastung. Das Lernmaterial ist z.B. umso schwerer, je mehr die einzelnen zu lernenden Elemente miteinander verknüpft sind. Die intrinsische Belastung ist praktisch nicht beeinflussbar, denn es ist jene Art der kognitiven Belastung, die durch das Lernmaterial selbst bedingt ist. So ist es zum Beispiel einfacher einzelne Vokabeln zu lernen als die aus Sätzen zusammengesetzten Phrasen.

Die kognitive Belastung sollte nicht größer sein als der Arbeitsspeicher (Kurzzeitgedächtnis), sonst entsteht ein overload, eine Überlastung, und es wird nichts mehr gelernt.

Lernpsychologisch bietet sich bekanntlich für das eLearning an, das visuelle und akustische Arbeitsgedächtnis gleichzeitig zu nutzen, wobei aber verschriftlichte Inhalte, die parallel mittels Audio vorgetragen werden, für die Lerneffizienz eher schädlich sind, denn die Menschen besitzen ihre persönliche eigene Lesegeschwindigkeit, die im Regelfall nicht mit der Sprechgeschwindigkeit des Vorlesenden übereinstimmt, wodurch im Gehirn des Zuhörenden eine Disparität entsteht. Das kann man in der Regel bei schlechten Powerpoint-Präsentationen beobachten, bei denen der Vortragende ideenlos einfach die Texte auf den Folien vorliest. Daher sind in Lernprogrammen Textelemente, die gleichzeitig vorgelesen werden eher kontraproduktiv für den Lernerfolg. Gesprochene Texte machen dagegen Sinn, wenn etwa bildliche Information wie Grafiken, Ablaufschemata oder Kennziffern durch einen Sprecher erläutert werden, weil dadurch sowohl das visuelle als auch das akustische Arbeitsgedächtnis aktiviert werden.

Versuch der instruktionspsychologischen Beeinflussung

Diese Bereiche der kognitiven Prozesse sind einer instruktionspsychologischen Beeinflussung allerdings nur in unterschiedlichem Ausmaß zugänglich und stehen in einer veränderlichen Beziehung zur Effizienz von Lernprozessen. Generell wird davon ausgegangen, dass in einer spezifischen die unterschiedlichen Arten kognitiver Belastung summativ zusammenwirken und einer begrenzten Menge verfügbarer kognitiver Ressourcen gegenüberstehen.

Ziel instruktionaler Gestaltungsmaßnahmen ist nun, unter Berücksichtigung der Begrenzungen des kognitiven Systems sowie seiner spezifischen Informationsverarbeitungsprinzipien, solche ressourcenverbrauchenden Lernprozesse zu fördern, die in einem positiven Zusammenhang mit Wissenserwerbsprozessen stehen, und solche Prozesse zu reduzieren, die diese stören oder behindern.

Gegenwärtige Anwendungsgebiete der Cognitive Load Theorie sind u.a. das Lernen mit Lösungsbeispielen, komplexes Problemlösen und das Lernen mit Medien. Man hofft, mit Hilfe der cognitive load theory z.B. Multimediaprogramme so konstruieren zu können, dass sie das Erlernen von Fertigkeiten und Routinen unterstützen. So arbeitet an der Open University der Niederlande in Heerlen eine Forschergruppe unter Jeroen van Merrienboer am "instructional design", dem Aufbau von Lernsoftware, etwa an Übungsprogrammen für Fluglotsen oder am Training von Sekretärinnen. Hilft es, wenn man Informationen immer gebündelt auf einer Seite präsentiert, also zum Beispiel eine Grafik mit Pop-Up-Menus versieht, anstatt dass man immer vor und zurückblättern muss? Lernt man besser, wenn man optische und akustische Informationen kombiniert? Ist es entlastend, wenn man den theoretischen Hintergrund einer Aufgabe vorab vermittelt und während der Aufgabe selbst nur die nötigsten Handlungsanweisungen über den Bildschirm gibt? Forscher in den Niederlanden, in Erfurt, Saarbrücken und in Australien versuchen darüber hinaus auch Messmethoden für die kognitive Belastungen beim Lernen zu finden. Kritiker wenden ein, dass es zwar neurophysiologisch unbestreitbar ist, dass das menschliche Gedächtnis und damit die Aufnahmefähigkeit begrenzt sind. Fraglich sei aber, ob es sich dabei um eine statische Größe handelt, denn wenn Lernen zur kognitiven Last wird, ist nicht nur die Größe des Arbeitsspeichers von Bedeutung, sondern ebenso sehr von der Motivation, mit der jemand etwas lernt. Faktoren wie die Motivation und das Interesse werden bisher in dieser Theorie nur am Rande berücksichtigt.

Arbeitsgedächtnis und Schulerfolg

In der Hildesheimer Langzeitstudie (Zoelch & Mähler, 2012) mit zweihundert Kindern von ihrem Eintritt in den Kindergarten bis zur zweiten Klasse wurden jene Fähigkeiten untersucht, die für den Schulerfolg relevant sein könnten: Intelligenz, Arbeitsgedächtnis, Konzentrationsfähigkeit, Mengenverständnis, Zählfertigkeiten, Umgang mit Sprache. Bekanntlich gibt es schon im Vorschulalter erhebliche Unterschiede in den Entwicklungsverläufen, d. h., Kinder kommen mit sehr unterschiedlichen Eingangsvoraussetzungen in die Schule. Es zeigte sich, dass das Arbeitsgedächtnis einen ganz wichtigen Entwicklungsfaktor darstellt, wobei die Leistung des Arbeitsgedächtnisses mehr Einfluss auf spätere Schulleistungen hatte als die nonverbale Intelligenz, also das logische, schlussfolgernde Denken. Das Arbeitsgedächtnis ist ein Kurzzeitgedächtnis, das klanglich-sprachliche und visuell-räumliche Informationen für wenige Sekunden im Bewusstsein aufrecht hält, damit die Informationen verarbeitet und verstanden werden können. Das ist bei Kindern vor allem für das Lesen und Schreiben wichtig, weil dabei klanglich-sprachliche Informationen aufgenommen und verarbeitet werden. Das Arbeitsgedächtnis ermöglicht es unter anderem, die Wörter eines gelesenen Satzes vorübergehend zu speichern und miteinander in Beziehung zu setzen, um den Textinhalt verstehen zu können.  Beim Rechnen kommt durch das Arbeiten mit Mengen und Raumvorstellungen noch eine visuell-räumliche Verarbeitungsanforderung hinzu. Wenn Informationen ungenau im Arbeitsgedächtnis eingespeichert werden oder vorschnell zerfallen, erschwert dies das Lesen, Rechtschreiben oder Rechnen. Das Arbeitsgedächtnis ermöglicht es also dem Menschen, sich spontan Informationen so lange zu merken, bis sie in einem nächsten Schritt vom Denken weiterverarbeitet werden können. Das Arbeitsgedächtnis ist also jener Teil des Kurzzeitgedächtnisses, der für die Lösung komplexer Aufgaben unabdingbar notwendig ist und es erlaubt, innerhalb einer kurzen Zeit alle notwendigen Informationen verfügbar zu halten, sich also etwa auch an gestellte Aufgaben oder Anweisungen des Lehrers zu erinnern bzw. auch schlicht an das, was man als Nächstes machen möchte. Besonders wichtig ist das Arbeitsgedächtnis daher für das Lösen von Problemen wie Rechenaufgaben, bei denen ein Zwischenergebnis präsent gehalten werden muss. Schon Vierjährige, die ein gutes Arbeitsgedächtnis besaßen, erbrachten in allen Bereichen bessere Leistungen als Kinder mit schlechterem Arbeitsgedächtnis. Offensichtlich ist das Arbeitsgedächtnis ein Schlüsselfaktor für den späteren Schulerfolg. Kinder mit einer hohen Arbeitsgedächtniskapazität waren auch besonders erfolgreich beim Erwerb von vorschulischen Kompetenzen, wobei sie viel schneller Mengen, Zahlen, Buchstaben und Laute lernen können.

Allerdings beeinflussen auch andere Faktoren wie die häusliche Unterstützung, die Qualität des Unterrichts oder das Klassenklima den Schulerfolg, wobei auch die sozial-emotionalen Kompetenzen wichtig sind, denn kann sich ein Kind gut in neuen Lebenssituationen anpassen, Selbstsicherheit mitbringt und Rückschläge bewältigen kann, findet es sich im Unterricht besser zurecht.

In dieser Untersuchung konnten die Schulleistungen am Ende der ersten Klasse zu 25% aus der Leistung des Arbeitsgedächtnisses im Alter von vier Jahren vorhersagen, sodass das Arbeitsgedächtnis von jüngeren Kindern ein guter Prädiktor für Schulleistungen darstellt. Allerdings ist es schwierig, das Arbeitsgedächtnis zu trainieren, denn es ist zu einem größeren Anteil eine Fähigkeit, die mit der allgemeinen Intelligenz zusammenhängen dürfte. Auch ist fraglich, ob auch ein Transfer auf die schulischen Leistungen stattfindet und dadurch eine Kompetenz entwickelt werden kann, die die Kinder dann auch in anderen Situationen anwenden können. Den Matthäus-Effekt, also das Prinzip, dass sich anfängliche, vergleichsweise geringe Vorsprünge in aufeinanderfolgenden Vorteilen und weiteren Erfolgen niederschlagen, gibt es offenbar schon in der Kindergartenzeit.

Im Projekt BÄRENstark! untersucht man die Entwicklung des Arbeitsgedächtnisses von Grundschulkindern mit verschiedenen Lernschwierigkeiten, wobei im Fokus Lernschwächen im Bereich der Schriftsprache (Lesen und/oder Rechtschreiben), im Rechnen sowie Lernschwächen, die beide Bereiche gleichzeitig betreffen, stehen. Oftmals lässt sich nicht erklären, was die Ursachen für die Lernschwierigkeiten sind, da die Kinder zumindest zu Beginn des Fertigkeitenerwerbs zum Lernen motiviert sind und in anderen schulischen und nicht-schulischen Bereichen gute Lernergebnisse erzielen.

Literatur

Zoelch, C. & Mähler, C. (2012). Zur Diagnostik von Arbeitsgedächtnisprozessen bei drei- bis sechsjährigen Kindergartenkindern. In M. Hasselhorn & Ch. Zoelch (Hrsg.), Funktionsdiagnostik des Arbeitsgedächtnisses, Test und Trends N.F. Band 10 (S. 159-181). Göttingen: Hogrefe.

Büttner, G., Poloczek, S., Schuchardt, K. & Mähler, C. (2012). Arbeitsgedächtnis bei Kindern und Jugendlichen mit Intelligenzminderung. In M. Hasselhorn & Ch. Zoelch (Hrsg.), Funktionsdiagnostik des Arbeitsgedächtnisses, Test und Trends N.F. Band 10 (S. 37-58). Göttingen: Hogrefe.

Mähler, C. & Schuchardt, K. (2012). Die Bedeutung der Funktionstüchtigkeit des Arbeitsgedächtnisses für die Differenzialdiagnostik von Lernstörungen. In M. Hasselhorn & Ch. Zoelch (Hrsg.), Funktionsdiagnostik des Arbeitsgedächtnisses, Test und Trends N.F. Band 10 (S. 37-58). Göttingen: Hogrefe.

Entstanden unter Verwendung von

http://tip.psychology.org/sweller.html (06-07-07)
http://coe.sdsu.edu/eet/Articles/cogloadtheory/index.htm (06-07-07)
http://en.wikipedia.org/wiki/Cognitive_load (06-07-07)
http://www.uni-saarland.de/fak5/ezw/fp_bruenken_cogn_load_theorie.htm (06-07-07)
http://www.wdr5.de/sendungen/leonardo/240224.phtml (06-07-07)
http://www.ent-paed-psy.uni-bremen.de/lerntools/AG_2_WS_0506/Zusammenfassung.html (06-07-09)
http://www.dipf.de/de/projekte/baerenstark (12-12-21)



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