Konnektionismus: Grundlagen, Theorien & Anwendungen

Edward L. Thorndike (1874–1949) war ein bedeutender US-amerikanischer Psychologe, dessen Lerntheorie – der Konnektionismus – in der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts in den Vereinigten Staaten vorherrschte (Mayer, 2003). Im Gegensatz zu vielen frühen Psychologen interessierte er sich für Bildung und insbesondere für Lernen, Transfer, individuelle Unterschiede und Intelligenz (Hilgard, 1996; McKeachie, 1990). Er wandte einen experimentellen Ansatz bei der Messung der Leistungsergebnisse von Schülern an. Sein Einfluss auf die Bildung spiegelt sich im Thorndike Award wider, der höchsten Auszeichnung, die von der Abteilung für Pädagogische Psychologie der American Psychological Association für herausragende Beiträge zur Pädagogischen Psychologie verliehen wird.

Thorndikes Hauptwerk ist die dreibändige Reihe Educational Psychology (Thorndike, 1913a, 1913b, 1914). Er postulierte, dass die grundlegendste Art des Lernens die Bildung von Assoziationen (Verbindungen) zwischen sensorischen Erfahrungen (Wahrnehmungen von Reizen oder Ereignissen) und neuronalen Impulsen (Reaktionen) beinhaltet, die sich verhaltensmäßig manifestieren. Er glaubte, dass Lernen oft durch Versuch und Irrtum (Auswählen und Verbinden) erfolgt.

Thorndike begann das Lernen mit einer Reihe von Experimenten an Tieren zu untersuchen (Thorndike, 1911). Tiere in Problemsituationen versuchen, ein Ziel zu erreichen (z. B. Nahrung zu erhalten, ein Ziel zu erreichen). Aus den vielen Reaktionen, die sie ausführen können, wählen sie eine aus, führen sie aus und erleben die Konsequenzen. Je öfter sie auf einen Reiz reagieren, desto fester wird diese Reaktion mit diesem Reiz verbunden.

In einer typischen experimentellen Situation wird eine Katze in einen Käfig gesetzt. Die Katze kann eine Fluchtluke öffnen, indem sie einen Stock schiebt oder an einer Kette zieht. Nach einer Reihe von zufälligen Reaktionen entkommt die Katze schließlich, indem sie eine Reaktion ausführt, die die Luke öffnet. Die Katze wird dann wieder in den Käfig gesetzt. Im Laufe der Versuche erreicht die Katze das Ziel (sie ist entkommen) schneller und macht weniger Fehler, bevor sie richtig reagiert.

Versuch-und-Irrtum-Lernen erfolgt allmählich (inkrementell), wenn erfolgreiche Reaktionen etabliert und erfolglose aufgegeben werden. Verbindungen werden mechanisch durch Wiederholung gebildet; bewusstes Bewusstsein ist nicht notwendig. Tiere “verstehen” nicht oder “gewinnen keine Einsicht.” Thorndike verstand, dass menschliches Lernen komplexer ist, weil Menschen sich mit anderen Arten des Lernens beschäftigen, die das Verbinden von Ideen, Analysieren und Schlussfolgern beinhalten (Thorndike, 1913b). Nichtsdestotrotz führte die Ähnlichkeit der Forschungsergebnisse aus Tier- und Humanstudien Thorndike dazu, komplexes Lernen mit elementaren Lernprinzipien zu erklären. Ein gebildeter Erwachsener besitzt Millionen von Reiz-Reaktions-Verbindungen.

Thorndikes grundlegende Ideen über das Lernen sind in den Gesetzen der Übung und Wirkung verkörpert. Das Gesetz der Übung hat zwei Teile: Das Gesetz des Gebrauchs—eine Reaktion auf einen Reiz verstärkt ihre Verbindung; das Gesetz des Nichtgebrauchs—wenn eine Reaktion auf einen Reiz nicht erfolgt, wird die Stärke der Verbindung geschwächt (vergessen). Je länger das Zeitintervall bis zum Eintreten einer Reaktion ist, desto größer ist der Rückgang der Stärke der Verbindung.

Das Gesetz der Wirkung ist zentral für Thorndikes Theorie (Thorndike, 1913b):

Wenn eine veränderbare Verbindung zwischen einer Situation und einer Reaktion hergestellt wird und von einem zufriedenstellenden Zustand begleitet oder gefolgt wird, wird die Stärke dieser Verbindung erhöht: Wenn sie hergestellt wird und von einem ärgerlichen Zustand begleitet oder gefolgt wird, wird ihre Stärke verringert.

Reaktionen, die zu befriedigenden (belohnenden) Konsequenzen führen, werden gelernt; Reaktionen, die ärgerliche (bestrafende) Konsequenzen hervorrufen, werden nicht gelernt. Dies ist eine funktionale Darstellung des Lernens, da Befriediger (Reaktionen, die wünschenswerte Ergebnisse erzielen) es dem Einzelnen ermöglichen, sich an seine Umwelt anzupassen.

Die folgende Studie veranschaulicht die Anwendung des Gesetzes der Wirkung (Thorndike, 1927). Den Teilnehmern wurden 50 Papierstreifen mit einer Länge von 3 bis 27 Zentimetern (cm) einzeln gezeigt. Neben jedem Streifen befand sich ein zweiter Streifen, von dem die Teilnehmer wussten, dass er 10 cm lang war. Sie schätzten zunächst die Länge jedes Streifens ohne Feedback. Im Anschluss an diesen Vortest wurden die 50 Streifen erneut einzeln präsentiert. Nach jeder Schätzung wurde ihnen vom Versuchsleiter “richtig” oder “falsch” gesagt. Nachdem die 50 Streifen über mehrere Tage wiederholt präsentiert wurden, wurden sie erneut ohne Feedback über die Genauigkeit der Längenbeurteilungen präsentiert. Nach dem Training näherten sich die Längenschätzungen der Teilnehmer stärker den tatsächlichen Längen der Streifen an als ihre vorherigen Schätzungen. Thorndike schloss daraus, dass diese Ergebnisse, die denen von Experimenten ähnelten, bei denen Tiere mit Futter oder Freiheit belohnt wurden, die Vorstellung stützen, dass befriedigende (richtige) Reiz-Reaktions-Verbindungen gestärkt und ärgerliche (falsche) geschwächt werden.

Thorndikes (1913b) Theorie umfasste weitere Prinzipien, die für die Bildung relevant sind. Ein Prinzip ist das Gesetz der Bereitschaft, das besagt, dass es belohnend ist, zu handeln, wenn man bereit ist, zu handeln, und es bestrafend ist, es nicht zu tun. Wenn man hungrig ist, sind Reaktionen, die zu Nahrung führen, in einem Zustand der Bereitschaft, während andere Reaktionen, die nicht zu Nahrung führen, nicht in einem Zustand der Bereitschaft sind. Wenn man müde ist, ist es bestrafend, zum Sport gezwungen zu werden. Wenn wir diese Idee auf das Lernen anwenden, könnten wir sagen, dass Verhaltensweisen, die dieses Lernen fördern, belohnend sind, wenn die Schüler bereit sind, eine bestimmte Handlung zu lernen (in Bezug auf Entwicklungsstand oder vorherigen Kompetenzerwerb). Wenn die Schüler nicht bereit sind zu lernen oder nicht über die erforderlichen Vorkenntnisse verfügen, ist der Versuch zu lernen bestrafend und Zeitverschwendung.

Das Prinzip der assoziativen Verschiebung bezieht sich auf eine Situation, in der Reaktionen auf einen bestimmten Reiz schließlich auf einen völlig anderen Reiz erfolgen, wenn es bei wiederholten Versuchen zu kleinen Änderungen in der Art des Reizes kommt. Um Schülern beispielsweise beizubringen, eine zweistellige Zahl in eine vierstellige Zahl zu teilen, bringen wir ihnen zuerst bei, eine einstellige Zahl in eine einstellige Zahl zu teilen, und fügen dann dem Divisor und Dividenden schrittweise weitere Ziffern hinzu.

Das Prinzip der identischen Elemente beeinflusst den Transfer (die Generalisierung) oder das Ausmaß, in dem die Verstärkung oder Schwächung einer Verbindung eine ähnliche Veränderung in einer anderen Verbindung hervorruft (Hilgard, 1996; Thorndike, 1913b; siehe Kapitel 7). Ein Transfer findet statt, wenn Situationen identische Elemente aufweisen und ähnliche Reaktionen erfordern. Thorndike und Woodworth (1901) stellten fest, dass Übung oder Training in einer Fertigkeit in einem bestimmten Kontext die Fähigkeit, diese Fertigkeit allgemein auszuführen, nicht verbesserte. So fördert das Training zur Schätzung der Fläche von Rechtecken nicht die Fähigkeit der Lernenden, die Flächen von Dreiecken, Kreisen und unregelmäßigen Figuren zu schätzen. Fähigkeiten sollten mit verschiedenen Arten von Bildungsinhalten vermittelt werden, damit die Schüler verstehen, wie sie anzuwenden sind.

Thorndike revidierte die Gesetze des Übens und der Wirkung, nachdem andere Forschungsergebnisse diese nicht stützten (Thorndike, 1932). Thorndike verwarf das Gesetz des Übens, als er feststellte, dass die einfache Wiederholung einer Situation nicht unbedingt Reaktionen „einprägt“. In einem Experiment schlossen beispielsweise die Teilnehmer die Augen und zeichneten Linien, von denen sie dachten, sie seien 2, 4, 6 und 8 Zoll lang, hunderte Male über mehrere Tage, ohne Rückmeldung über die Genauigkeit der Längen (Thorndike, 1932). Wenn das Gesetz des Übens richtig wäre, dann sollte die Reaktion, die während der ersten etwa 100 Zeichnungen am häufigsten ausgeführt wurde, danach häufiger werden; aber Thorndike fand keine Unterstützung für diese Idee. Vielmehr veränderten sich die mittleren Längen im Laufe der Zeit; die Leute experimentierten offenbar mit verschiedenen Längen, weil sie sich der richtigen Länge unsicher waren. Somit erhöht die Wiederholung einer Situation möglicherweise nicht die zukünftige Wahrscheinlichkeit, dass die gleiche Reaktion auftritt.

In Bezug auf das Gesetz der Wirkung dachte Thorndike ursprünglich, dass die Auswirkungen von Befriedigern (Belohnungen) und Verärgerern (Bestrafungen) entgegengesetzt, aber vergleichbar seien, aber die Forschung zeigte, dass dies nicht der Fall war. Vielmehr stärkten Belohnungen Verbindungen, aber Bestrafung schwächte sie nicht unbedingt (Thorndike, 1932). Stattdessen werden Verbindungen geschwächt, wenn alternative Verbindungen gestärkt werden. In einer Studie (Thorndike, 1932) wurden den Teilnehmern ungewöhnliche englische Wörter (z. B. edacious, eidolon) präsentiert. Jedem Wort folgten fünf gebräuchliche englische Wörter, von denen eines ein korrektes Synonym war. Bei jedem Versuch wählten die Teilnehmer ein Synonym aus und unterstrichen es, woraufhin der Versuchsleiter „richtig“ (Belohnung) oder „falsch“ (Bestrafung) sagte. Belohnung verbesserte das Lernen, aber Bestrafung verringerte nicht die Wahrscheinlichkeit, dass diese Reaktion auf dieses Reizwort auftrat.

Bestrafung unterdrückt Reaktionen, aber sie werden nicht vergessen. Bestrafung ist kein wirksames Mittel, um das Verhalten zu ändern, weil sie den Schülern nicht das richtige Verhalten beibringt, sondern sie darüber informiert, was sie nicht tun sollen. Dies gilt auch für kognitive Fähigkeiten. Brown und Burton (1978) fanden heraus, dass Schüler fehlerhafte Algorithmen (falsche Regeln) zum Lösen von Problemen lernen (z. B. die kleinere Zahl von der größeren subtrahieren, Spalte für Spalte, 4371 - 2748 = 2437). Wenn die Schüler darüber informiert werden, dass diese Methode falsch ist, und sie korrigierendes Feedback und Übung beim korrekten Lösen von Problemen erhalten, lernen sie die richtige Methode, vergessen aber nicht die alte.

Als Professor für Pädagogik am Teachers College der Columbia University verfasste Thorndike Bücher, die sich mit Themen wie Bildungsziele, Lernprozesse, Lehrmethoden, Lehrplansequenzen und Techniken zur Beurteilung von Bildungsergebnissen befassten (Hilgard, 1996; Mayer, 2003; Thorndike, 1906, 1912; Thorndike & Gates, 1929). Einige von Thorndikes vielen Beiträgen zur Bildung sind die folgenden.

Prinzipien des Unterrichts

Lehrer sollten Schülern helfen, gute Gewohnheiten zu entwickeln. Wie Thorndike (1912) feststellte:

• Bilde Gewohnheiten. Erwarte nicht, dass sie sich von selbst entwickeln.
• Hüte dich davor, eine Gewohnheit zu bilden, die später gebrochen werden muss.
• Bilde nicht zwei oder mehr Gewohnheiten, wenn eine genauso gut ist.
• Wenn sonst alles gleich ist, lasse eine Gewohnheit so bilden, wie sie verwendet werden soll.

Das letzte Prinzip warnt davor, Inhalte zu vermitteln, die von ihren Anwendungen entfernt sind: “Da die Formen von Adjektiven im Deutschen oder Lateinischen immer mit Substantiven verwendet werden sollen, sollten sie mit Substantiven gelernt werden” (S. 174). Die Schüler müssen verstehen, wie sie erworbenes Wissen und erworbene Fähigkeiten anwenden können. Anwendungen sollten in Verbindung mit dem Inhalt gelernt werden.

Sequenz der Lehrpläne

Eine Fähigkeit sollte eingeführt werden (Thorndike & Gates, 1929):

• Zu dem Zeitpunkt oder kurz vor dem Zeitpunkt, an dem sie in irgendeiner brauchbaren Weise verwendet werden kann
• Zu dem Zeitpunkt, an dem sich der Lernende der Notwendigkeit dafür als Mittel zur Befriedigung eines nützlichen Zwecks bewusst ist
• Wenn sie in Bezug auf die Schwierigkeit am besten an die Fähigkeit des Lernenden angepasst ist
• Wenn sie am vollständigsten mit dem Niveau und der Art von Emotionen, Geschmäckern, instinktiven und willentlichen Neigungen harmoniert, die zu diesem Zeitpunkt am aktivsten sind
• Wenn sie am vollständigsten durch unmittelbar vorhergehende Lernerfahrungen erleichtert wird und wenn sie Lernerfahrungen, die kurz darauf folgen sollen, am vollständigsten erleichtert.

Diese Prinzipien stehen im Widerspruch zur typischen Inhaltsplatzierung in Schulen, wo Inhalte nach Fächern getrennt werden (z. B. Sozialkunde, Mathematik, Naturwissenschaften). Aber Thorndike und Gates (1929) forderten, dass Wissen und Fähigkeiten mit verschiedenen Fächern vermittelt werden. Zum Beispiel sind Regierungsformen nicht nur in Staatsbürgerkunde und Geschichte geeignete Themen, sondern auch in Englisch (wie sich Regierungen in der Literatur widerspiegeln) und Fremdsprachen (Regierungsstruktur in anderen Ländern).

Geistige Disziplin

Geistige Disziplin ist die Ansicht, dass das Erlernen bestimmter Fächer (z. B. die Klassiker, Mathematik) die allgemeine geistige Leistungsfähigkeit besser verbessert als das Erlernen anderer Fächer. Geistige Disziplin war eine populäre Ansicht unter Pädagogen zu Thorndikes Zeit. Er testete diese Idee mit 8.500 Schülern der Klassen 9 bis 11 (Thorndike, 1924). Die Schüler erhielten Intelligenztests im Abstand von einem Jahr, und ihre Studienprogramme in diesem Jahr wurden verglichen, um festzustellen, ob bestimmte Kurse mit größeren intellektuellen Fortschritten verbunden waren. Die Ergebnisse lieferten keine Unterstützung für die geistige Disziplin. Schüler, die von Anfang an eine größere Fähigkeit hatten, machten die besten Fortschritte, unabhängig davon, was sie studierten.

Thorndike (1924, S. 95):

Wenn unsere Untersuchung von einem Psychologen vom Mars durchgeführt worden wäre, der nichts von Theorien der geistigen Disziplin wusste und einfach versuchte, die Frage zu beantworten: “Was sind die Auswirkungen von Geschlecht, Rasse, Alter, Fähigkeitsgrad und Studien auf den Gewinn, der während des Jahres an Denkfähigkeit oder Intellekt oder was auch immer unsere üblichen Intelligenztests messen, erzielt wurde?”, könnte er “Studien” sogar mit dem Kommentar abtun: “Die Unterschiede sind so gering und die Unzuverlässigkeiten sind relativ so groß, dass dieser Faktor unwichtig erscheint.” Der eine ursächliche Faktor, von dem er sicher wäre, dass er wirkt, wäre der bereits vorhandene Intellekt. Diejenigen, die am Anfang am meisten haben, gewinnen im Laufe des Jahres am meisten.

Anstatt also anzunehmen, dass einige Fachbereiche die geistigen Fähigkeiten der Schüler besser verbessern als andere, sollten wir beurteilen, wie sich verschiedene Fachbereiche auf die Denkfähigkeit der Schüler sowie auf andere Ergebnisse (z. B. Interessen, Ziele) auswirken. Thorndikes einflussreiche Forschung führte Pädagogen dazu, Lehrpläne von der Idee der geistigen Disziplin wegzudesignen.