hirnforschung und mögliche konsequenzen für den mathematikunterricht

Friedrich-Schiller-Universität JenaAbteilung Didaktik der Mathematik und Informatik„Didaktik der Mathematik“ - Modul AProf. Zimmermann

Präsentation von Daniela Hinz, Mandy Weigel und Jonas Gratzgehalten am 20. Mai 2008

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht

Was unser Gehirn alles kann

Tolle Sachen zum Selbermachen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Was unser Gehirn alles kann

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Eine Studie


Schnelles Lesen

Starten


Sind die Kreise deckungsgleich?


Was siehst du?


Gibt es das wirklich? I


Gibt es das wirklich? II


Ein räumliches Dreieck


Wo ist das Kästchen geblieben?

Das Gehirn

unglaublich aber wahr:jeder hat eins

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

ca. 10¹³ Verbindungen zw. Nervenzellen im Gehirn

Lernen: Schaffen solcher Verbindungen


Neue Technologien zur Untersuchung/Erforschung des Gehirns

1 Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) = Kernspintomographie (NMR)


Neue Technologien zur Untersuchung/Erforschung des Gehirns

2 Positronen-Emissions-Tomographie (PET)


Funktion des Hippocampus

hier laufen Sinnesinformationen zusammen und werden zum Speichern auf Hirnrinde verteilt

spielt wichtige Rolle beim Lernen

Personen mit Ausfall des Hippocampus können keine neuen Dinge mehr lernen (Gedächtnisverlust)


Suche das P

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Suche die 5

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Hebb’sche Regel (1949)

"what fires together, wires together“

wenn zwei Nervenzellen gleichzeitig aktiv sind, wird die Verbindung zwischen ihnen gestärkt

Emotionen

Gewühl im Gefühl

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Emotionen

spielen wichtige Rolle beim Lernen

keine einheitliche Ergebnisse, keine allgemeine Theorie

zweidimensional


Eine Geschichte

„Ein Junge fährt mit seiner Mutter durch die

Stadt, um den Vater, der im Krankenhaus

arbeitet, zu besuchen. Dort zeigt man dem

Jungen eine Reihe medizinischer

Behandlungsverfahren.“[1]


Eine andere Geschichte

„Ein Junge fährt mit seiner Mutter durch die

Stadt und wird bei einem Autounfall schwer

verletzt. Er wird rasch in ein Krankenhaus

gebracht, wo eine Reihe medizinischer

Behandlungsverfahren durchgeführt werden.“[1]


Aufregung

emotionale Erregung: Dinge werden besser verstanden

emotionale Beteiligung: verbessertes Lernen

interessant für Menschen: Geschichten, Gefühle, andere Menschen

weniger interessant: Daten und Fakten


Angst I

allgemein: Angst hemmt Lernen

Verhältnis Angst – Lernen kompliziert

Angst hemmt kreative Prozesse

große Angst: rasches Lernen

verhindert aber: Verknüpfung von Neuem mit Altem


Angst II

Angst vor (eigentlich) neutralen Sachen: anlernbar

Reaktionen automatisch

Mandelkerne: unangenehme Erlebnisse rasch lernen und in Zukunft vermeiden

flight or fight auch im Geiste


Angst III

rasches Ausführen einfacher gelernter Routinen, lockeres Assoziieren wird erschwert

verhindert das Draufkommen auf eigentlich einfache Lösungen von Problemen

positive Grundstimmung: gut für das Lernen


Ein Teufelskreis


Lernen mit Emotionen

je positiv, desto Merk

Gefühl und Denken sind miteinander verbunden

Fazit: Lernen bei guter Laune funktioniert am besten


Streß I

Stressor (Situation) Streß (Zustand)

Hilflose Situation: chronischer Streß mit gesundheitsschädlichen Folgen

kalkulierbare Widerwärtigkeiten: erträglich, plötzlich hereinbrechende: nicht


Streß II

Mechanismen für Notfallsituationen: Streßreaktion

sinnvoll bei akutem Streß: durch Körperreaktionen erhöhte kognitive Leistungsfähigkeit

Kehrseite: streßbedingte Langzeitwirkungen


Fazit I

Emotionen helfen uns beim Zurechtfinden in unserer Welt

Körper stellt sich sehr fix auf Extremsituationen ein

akuter Streß kann zu verbessertem Lernen führen

aber extrem starker akuter und chronischer Streß: äußerst ungünstige Auswirkungen auf das Gedächtnis


Fazit II

Streßhormone: erhöhte Beanspruchung bei gleichzeitiger verminderter Energiezufuhr von Neuronen

Chronischer Streß: langfristiger Zelluntergang

Fazit: Streß ist ungünstig für das Lernen und Behalten

Lernen mit positiven Emotionen

Aufmerksamkeit

ohne geht’s nicht

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Aufmerksamkeit

Ein Versuch

Schaut euch die folgenden Begriffe nach den folgenden Kriterien an:

1. Sitzreihe: Groß- oder Kleinbuchstaben?

2. Sitzreihe: Verb oder Nomen?

3. Sitzreihe: Gegenstand oder Tätigkeit?


Was heißt hier aufmerksam?

Bedeutung in der Umgangssprache: gerichtet aufmerksam, z.B. sich auf etwas konzentrieren

aber eigentlich auch:ungerichtet aufmerksam, z.B. leichtes vor sich hin träumen, aber noch reaktionsbereit, also wach


Was heißt hier wach?

tonische Wachheit

phasische Wachheit: plötzlicher Anstieg der Aufmerksamkeitsleistung nach Warnreiz, um sich z.B. zu orientieren oder flight or fight


Zur Habituation und der Vigilanz

bei häufiger Wiederholung des Warnreizes: Gewöhnungseffekt, auch Habituation genannt

Reaktionsbereitschaft auf einen Reiz (Vigilanz) hängt vom eigenen Allgemeinzustand und der Reizgestaltung ab


Was heißt hier Reizgestaltung?

für Reizwahrnehmung muss Reizschwelle überschritten werden

z.B. Mensch hört nur zwischen 20Hz und 20kHz

damit Reize als verschieden wahrgenommen werden muss Differenzschwelle überschritten werden


Sitz der Aufmerksamkeit

zwei Bereiche

hinteres System erkennt neue Reize

vorderes System ist für Reizhemmung und gerichtete Aufmerksamkeit verantwortlich


Was heißt das für den Unterricht?

der stärkere Reiz gewinnt, also Unterricht = Superreiz

anregende Lernumgebung:- Methodenwechsel - Stimme modulieren- bei aufkommender Unruhe evtl. das Thema

wechseln- Ruhephasen einplanen, wo keine gerichtete

Aufmerksamkeit notwendig ist- Bewegungsspiele zum Aktivieren der Schüler usw...


Kurze Pause: Die Tänzerin

Gegen den Uhrzeigersinn?

Vorrangige Nutzung der linken Hirnhälfte

In welche Richtung dreht sie sich?

oder

Mit dem Uhrzeigersinn?

Vorrangige Nutzung der rechten Hirnhälfte

Motivation

(k)ein Hoch auf die Antriebslosigkeit

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Motivation

Wenn unser Gehirn positiv überrascht wird

Gehirn hat Erwartungen an zukünftiges Geschehen um uns herum

werden die Erwartungen positiv übertroffen, tritt ein Lerneffekt auf, das Verhalten wird entsprechend optimiert


Da war doch noch was: das Dopamin

wichtiger Botenstoff im Gehirn

wirkt in verschiedenen Systemen


Bewertung und Bedeutungszuweisung

wesentliches System: dient der Bewertung und der Zuweisung von Bedeutung von Reizen

wenn etwas besser als erwartet, dann positive Bewertung und von Bedeutung

bei persönlicher Bedeutung, eher motiviert sich mit dem Reiz zu beschäftigen

Effekt tritt auch schon bei freundlichem Verhalten auf


Bedeutung für den Unterricht I

Loben, aber...

nicht nur das Beste loben

nicht übertriebenen loben

situationsgebunden loben


Bedeutung für den Unterricht II

Der Lehrer...

überfordert seine Schüler nicht, indem erSchüler bei Schwierigkeiten ermutigt und ihnen bei Bedarf hilft

aber unterfordert sie auch nicht, also stellt er machbare Herausforderungen


Bedeutung für den Unterricht III

Der Lehrer...

hat ein freundliches Auftreten

zeigt Begeisterung für sein Fach, damit die Begeisterung auf die Klasse übergeht


Der virtuose Kreis


MAN BEACHTE

Dauermotivation gibt es nicht!

Jeder hat mal einen schlechten Tag!

Man darf auch mal antriebslos sein!

Vernetzend Lernen

von Eseln und Delphinen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Implizites Gedächtnis

unbewußtes Abrufen von gespeichertem Wissen

Ergebnisse klassischer Konditionierung

Gewohnheiten

z.B.: schnell Tippen


Explizites Gedächtnis

bewußtes Erinnern

wird im Kurzzeitgedächtnis verarbeitet

z.B.: Aufsagen der Tastaturbelegung


Deklaratives Gedächtnis

faktisches Wissen, was man mitteilen (deklarieren) kann

speichert Begriffe, Definitionen, Namen, Daten und Fakten

Unterscheidung in Gedächtnis für allgemeines Wissen vs. Erlebniswissen


Prozedurales Gedächtnis

speichert Bewegungsabläufe

Lernergebnisse der Konditionierung


„Ich hab‘s auf der Zunge“

Wort kennzeichnen, aber es fällt einem nicht ein

Anzahl der Silben oder Anfangsbuchstaben bekannt

Merken nicht nur mittels akustischen, sondern auch mittels visuellen bzw. Bedeutungsmerkmalen

falls passiert: freier Einfall

Erkenntnisse über Organisierung der Inhalte im Gehirn


Semantisches Netzwerk

zw. bestimmten Begriffen: Verbindungen

Ordnungen des Langzeitgedächtnis: Netzwerk

Knoten: Begriff, der mit einem anderen verknüpft ist

Verarbeitung erfolgt parallel

einzelnes Lernergebnis: lokal

komplexes Wissen: über gesamtes Gehirn verteilt


Mnemotechniken

Ordnen von sinnlos erscheinendem Lernmaterial

Gedächtnisstützen, Eselsbrücken

Maßnahmen, die das Behalten von Lernmaterial unterstützen sollen

Lernmaterial wird in eine Ordnung gebracht (unterstützt das Behalten)


Erfinden von Erzählungen

schwierig, Wörter zu lernen, die in keinem Zusammenhang stehen

Erzählung erfinden, die alle Wörter beinhaltet

Essen, Nerv, Lehrer, Flut, … Eines Abends zum Essen hatte ich den Nerv, meinen Lehrer mitzubringen. Es hatte an jenem Tag eine Flut gegeben …


Schlüsselwort-Methode

Merken von Ziffernfolgen

Erzählung ausdenken nicht sinnvoll

Zahlenreim ausdenken, anschließend Geschichte

Eins ist in Mainz, Zwo ist ein Floh, Drei ist aus Brei, …In Mainz wohnt ein Floh, der ißt gerne Brei …


Platz-Lernmethode I

Verknüpfung bildhafter Vorstellungen mit räumlichen Gegebenheiten

Funktion : Begriff -> räumlicher Gegenstand

basiert auf Ordnung, die im Gehirn bereits vorhanden ist (sein sollte?)

fällt einem leicht, Bildeindrücke als Wörter festzuhalten


Platz-Lernmethode II

Wurst, Brot, Milch, Bier, …

gedanklicher Gang durch Wohnung

Kleiderschrank, Kaminsims, Badewanne, Waschbecken, …

Wurst : Kleiderschrank, Brot : Kaminsims, Milch : Badewanne, Bier : Waschbecken, …

Von Regeln und Sätzen

selber denken macht schlau

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Von Regeln und Sätzen

Konsequenzen für den Matheunterricht

in der Schule nicht Regeln auswendig lernen lassen sondern Beispiele geben, aus denen die Schüler die Regeln selbst entwickeln können

falls es unvermeidbar ist, die Regeln zu geben, viele Beispiele und Übungen machen, damit es von Wissen in Können übergeht

Zahlensinn

exaktes Abschätzen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Zahlensinn

Abschätzen versus Exaktes Rechnen

exaktes Rechnen wird sprachlich gespeichert

ungefähres Abschätzen wird räumlich gespeichert

Ergänzende Bemerkungen I

neues Thema anhand von Beispielen einführen, etwa:

Bruchrechnung: Kuchen bzw. Pizza

Negative Zahlen: Minustemperaturen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Ergänzende Bemerkungen

Ergänzende Bemerkungen II

unreflektiertes, schematisches Ausführen von Regeln führt zu bestimmten Fehlern

Faszination bei Kindern auslösen: Kinder beschäftigen sich mit bestimmten Dingen (etwa Taschenrechner)

anhand der Ergebnisse selbstständig Regeln ableiten

Ziel: Erkennen von Regelmäßigkeiten


Ergänzende Bemerkungen III

kreative Lösungswege können durchaus vorkommen

sollten belohnt und nicht unterbunden werden

durch Anwendung allgemeiner Prinzipien: Finden einer Lösung(unabhängig von der Lösung des Lehrers)

Das ist mathematisches Denken!


Das Gehirn kann nur eines nicht:

Nicht lernen!

Literatur

M. Spitzer: Lernen. Spektrum Akademischer Verlag München, 2007.

G. Mietzel: Wege in die Psychologie. Klett-Cotta Verlag Stuttgart, 2005.

Brockhaus Enzyklopädie Band 2. F.A. Brockhaus GmbH Mannheim, 1987.

T. Baumann, T. Nehlsen, Prof. G. Roth, Neorobiologie im Lehrbetrieb. orbitak Business Marketing GmbH Bremen, 2007.

http://paedpsych.jk.uni-linz.ac.at:4711/LEHRPROGRAMME/PSYCHGRUNDLAGEN/Contents/Descript/sensdepr.htm, 10.05.2008 13:41.

Dr. W. Stangl, Motive und Motivation; http://arbeitsblaetter.stangl-taller.at/MOTIVATION/default.shtml,Zugriff: 09.05.08 10:23.

Dr. W. Stangl, Lernmotive und Lernmotivation; http://arbeitsblaetter.stangl-taller.at/MOTIVATION/Lernmotivation.shtml,Zugriff: 09.05.08 11:27.

Prof. A. Kreitel, Die Neurobiologie der Aufmerksamkeit: Wie wir aus einer Flut von Informationen das Wichtige herausfiltern; impulse aus der Forschung, Nr. 1/2006. Pressestelle der Universität Bremen, 2006.

Prof. Dr. Thomas J. Feuerstein, Dopamin - körpereigenes Doping fürs Denken; http://www.bio-pro.de/de/region/freiburg/magazin/01929/index.html, Zugriff: 13.05.2008 21:13.

Istvan Tiringer, Aufmerksamkeit und Bewusstsein; http://aok.pte.hu/docs/dsg/studium/neuropsychologie/Aufmerksamkeit.pdf,Zugriff: 13.05.2008 21:18.

Janine Dötsch, Dopamin und positive Emotionalität; http://www.gp.tu-berlin.de/Biopsychologie/Studium/Sommer07/neuro/DOPAMINReferat_ueberarbeitet.pdf,Zugriff: 13.05.2008 21:20.

M. Nußbaumer, Satisfaction; http://oe1.orf.at/highlights/70529.html,Zugriff: 13.05.2008 21:22.

J. und K.-H. Krause, ADHS im Erwachsenenalter: Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung bei Erwachsenen. Schattauer Verlag Stuttgart, 2003. S. 14.

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http://www.schule.rorschach.ch,Zugriff: 17.05.2008 14:51

hirnforschung und mögliche konsequenzen für den mathematikunterricht

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