Zwei-Speicher-Modell: Theorie der Informationsverarbeitung

Das Zwei-Speicher-Modell (duales Modell) dient als unsere grundlegende informationsverarbeitende Perspektive auf Lernen und Gedächtnis, obwohl, wie bereits erwähnt, nicht alle Forscher dieses Modell akzeptieren (Matlin, 2009). Forschung zum verbalen Lernen wird im Folgenden behandelt, um einen historischen Hintergrund zu liefern.

Stimulus-Reaktions-Assoziationen

Der Anstoß für die Forschung zum verbalen Lernen ging von der Arbeit von Ebbinghaus aus, der Lernen als allmähliche Verstärkung von Assoziationen zwischen verbalen Stimuli (Wörtern, sinnlosen Silben) verstand. Bei wiederholten Paarungen wurde die Reaktion dij stärker mit dem Stimulus wek verbunden. Auch andere Reaktionen konnten während des Lernens einer Liste von gepaarten sinnlosen Silben mit wek verbunden werden, aber diese Assoziationen wurden im Laufe der Versuche schwächer.

Ebbinghaus zeigte, dass drei wichtige Faktoren, die die Leichtigkeit oder Geschwindigkeit beeinflussen, mit der man eine Liste von Elementen lernt, die Bedeutung der Elemente, der Grad der Ähnlichkeit zwischen ihnen und die Zeitspanne sind, die die Lernversuche trennt (Terry, 2009). Wörter (bedeutungsvolle Elemente) werden leichter gelernt als sinnlose Silben. In Bezug auf die Ähnlichkeit gilt: Je ähnlicher sich die Elemente sind, desto schwieriger sind sie zu lernen. Ähnlichkeit in Bedeutung oder Klang kann Verwirrung stiften. Eine Person, die mehrere Synonyme wie gigantisch, riesig, Mammut und enorm lernen soll, kann sich möglicherweise nicht an einige davon erinnern, sondern erinnert sich stattdessen an Wörter, die eine ähnliche Bedeutung haben, aber nicht auf der Liste stehen (groß, Ungetüm). Bei sinnlosen Silben tritt Verwirrung auf, wenn dieselben Buchstaben in unterschiedlichen Positionen verwendet werden (xqv, khq, vxh, qvk). Die Zeitspanne, die die Lernversuche trennt, kann von kurz (geballte Übung) bis länger (verteilte Übung) variieren. Wenn Interferenz wahrscheinlich ist (wird später in dieser Lektion behandelt), führt verteiltes Üben zu besserem Lernen (Underwood, 1961).

Lernaufgaben

Verbal-Lernforscher verwendeten üblicherweise drei Arten von Lernaufgaben: serielles, paarweises und freies Abrufen. Beim seriellen Lernen erinnern sich die Menschen an verbale Stimuli in der Reihenfolge, in der sie präsentiert wurden. Serielles Lernen ist an Schulaufgaben wie dem Auswendiglernen eines Gedichts oder den Schritten einer Problemlösungsstrategie beteiligt. Die Ergebnisse vieler serieller Lernstudien ergeben typischerweise eine serielle Positionskurve. Wörter am Anfang und Ende der Liste werden leicht gelernt, während mittlere Elemente mehr Versuche zum Lernen benötigen. Der serielle Positionseffekt kann aufgrund von Unterschieden in der Unterscheidbarkeit der verschiedenen Positionen entstehen. Die Leute müssen sich nicht nur an die Elemente selbst erinnern, sondern auch an ihre Positionen in der Liste. Die Enden einer Liste scheinen deutlicher zu sein und sind daher „bessere“ Stimuli als die mittleren Positionen einer Liste.

Beim paarweisen assoziativen Lernen wird ein Stimulus für ein Reaktionselement bereitgestellt (z. B. Katze-Baum, Boot-Dach, Bank-Hund). Die Teilnehmer antworten bei Präsentation des Stimulus mit der richtigen Antwort. Das paarweise assoziative Lernen hat drei Aspekte: Unterscheidung zwischen den Stimuli, Erlernen der Reaktionen und Erlernen, welche Reaktionen welche Stimuli begleiten. Die Debatte konzentrierte sich auf den Prozess, durch den paarweises assoziatives Lernen stattfindet, und auf die Rolle der kognitiven Vermittlung. Forscher gingen ursprünglich davon aus, dass das Lernen inkrementell ist und dass jede Stimulus-Reaktions-Assoziation allmählich verstärkt wird. Diese Ansicht wurde durch die typische Lernkurve gestützt. Die Anzahl der Fehler, die Menschen machen, ist am Anfang hoch, aber die Fehler nehmen mit wiederholter Präsentation der Liste ab.

Forschungen von Estes (1970) und anderen deuteten auf eine andere Perspektive hin. Obwohl sich das Listenlernen mit der Wiederholung verbessert, hat das Lernen jedes einzelnen Elements einen Alles-oder-Nichts-Charakter: Der Lernende kennt entweder die richtige Assoziation oder kennt sie nicht. Im Laufe der Versuche nimmt die Anzahl der gelernten Assoziationen zu. Ein zweites Thema betrifft die kognitive Vermittlung. Anstatt sich einfach Reaktionen einzuprägen, legen die Lernenden oft ihre Organisation auf, um das Material bedeutungsvoll zu machen. Sie können kognitive Mediatoren verwenden, um Stimuluswörter mit ihren Reaktionen zu verknüpfen. Für das Paar Katze-Baum könnte man sich eine Katze vorstellen, die auf einen Baum klettert, oder an den Satz denken: „Die Katze kletterte auf den Baum.“ Wenn man mit Katze konfrontiert wird, erinnert man sich an das Bild oder den Satz und antwortet mit Baum. Die Forschung zeigt, dass verbale Lernprozesse komplexer sind als ursprünglich angenommen (Terry, 2009).

Beim freien Abrufen erhalten die Lernenden eine Liste von Elementen und rufen sie in beliebiger Reihenfolge ab. Das freie Abrufen eignet sich gut für eine Organisation, die zur Erleichterung des Gedächtnisses auferlegt wird. Oft gruppieren die Lernenden beim Abrufen Wörter, die in der ursprünglichen Liste weit voneinander entfernt präsentiert wurden. Gruppierungen basieren oft auf ähnlicher Bedeutung oder Zugehörigkeit zur selben Kategorie (z. B. Felsen, Früchte, Gemüse).

In einer klassischen Demonstration des Phänomens des kategorialen Clusterns erhielten die Lernenden eine Liste von 60 Substantiven, jeweils 15 aus den folgenden Kategorien: Tiere, Namen, Berufe und Gemüse (Bousfield, 1953). Wörter wurden in ungeordneter Reihenfolge präsentiert; die Lernenden neigten jedoch dazu, Mitglieder derselben Kategorie zusammen abzurufen. Die Tendenz zum Clustern nimmt mit der Anzahl der Wiederholungen der Liste (Bousfield & Cohen, 1953) und mit längeren Präsentationszeiten für Elemente zu (Cofer, Bruce & Reicher, 1966). Das Clustern wurde in assoziationistischen Begriffen interpretiert (Wood & Underwood, 1967); das heißt, zusammen abgerufene Wörter neigen dazu, unter normalen Bedingungen assoziiert zu sein, entweder direkt miteinander (z. B. Birne-Apfel) oder mit einem dritten Wort (Frucht). Eine kognitive Erklärung ist, dass Individuen sowohl die präsentierten Wörter als auch die Kategorien lernen, denen sie angehören (Cooper & Monk, 1976). Die Kategorienamen dienen als Vermittlungsreize: Wenn man zum Abrufen aufgefordert wird, rufen die Lernenden Kategorienamen und dann ihre Mitglieder ab. Das Clustern gibt Einblicke in die Struktur des menschlichen Gedächtnisses und unterstützt die Gestaltvorstellung, dass Individuen ihre Erfahrungen organisieren.

Die Verbal-Lernforschung identifizierte den Verlauf des Erwerbs und Vergessens von verbalem Material. Gleichzeitig war die Vorstellung, dass Assoziationen das Lernen von verbalem Material erklären könnten, vereinfachend. Dies wurde deutlich, als die Forscher über das einfache Listenlernen hinausgingen und zu einem bedeutungsvolleren Lernen aus Texten übergingen. Man könnte die Relevanz des Lernens von Listen mit sinnlosen Silben oder Wörtern, die auf willkürliche Weise gepaart sind, in Frage stellen. In der Schule findet verbales Lernen in bedeutungsvollen Kontexten statt, zum Beispiel Wortpaare (z. B. Staaten und ihre Hauptstädte, englische Übersetzungen von Fremdwörtern), geordnete Phrasen und Sätze (z. B. Gedichte, Lieder) und Bedeutungen für Vokabelwörter. Mit dem Aufkommen von informationsverarbeitenden Ansichten des Lernens und Gedächtnisses wurden viele der von Verbal-Lernforschern aufgestellten Ideen verworfen oder erheblich modifiziert. Forscher befassen sich zunehmend mit dem Lernen und Gedächtnis von kontextabhängigem verbalem Material (Bruning, Schraw, Norby & Ronning, 2004). Wir wenden uns nun einem wichtigen Thema der Informationsverarbeitung zu – dem Arbeitsgedächtnis.

Im Zwei-Speicher-Modell wird ein Reiz, sobald er beachtet und wahrgenommen wird, in das Kurzzeit- (Arbeits-) Gedächtnis (KZG oder AG; Baddeley, 1992, 1998, 2001; Terry, 2009) überführt. Das AG ist unser Gedächtnis des unmittelbaren Bewusstseins. Das AG erfüllt zwei entscheidende Funktionen: Aufrechterhaltung und Abruf (Unsworth & Engle, 2007). Eingehende Informationen werden für kurze Zeit in einem aktiven Zustand gehalten und durch Wiederholung oder Bezugnahme auf Informationen, die aus dem Langzeitgedächtnis (LZG) abgerufen werden, bearbeitet. Wenn Schüler einen Text lesen, hält das AG die letzten Wörter oder Sätze, die sie gelesen haben, für einige Sekunden fest. Schüler könnten versuchen, sich einen bestimmten Punkt zu merken, indem sie ihn mehrmals wiederholen (Wiederholung) oder indem sie fragen, wie er sich auf ein Thema bezieht, das früher im Kurs besprochen wurde (Bezugnahme auf Informationen im LZG). Nehmen wir als weiteres Beispiel an, dass ein Schüler 45 mit 7 multipliziert. Das AG hält diese Zahlen (45 und 7) zusammen mit dem Produkt aus 5 und 7 (35), der übertragenen Zahl (3) und dem Ergebnis (315) fest. Die Information im AG ( ) wird mit aktiviertem Wissen im LZG verglichen ( ). Ebenfalls im LZG aktiviert ist der Multiplikationsalgorithmus, und diese Prozeduren lenken die Handlungen des Schülers.

Die Forschung hat ein recht detailliertes Bild der Funktionsweise des AG geliefert. Das AG ist in seiner Dauer begrenzt: Wenn nicht schnell darauf reagiert wird, zerfallen Informationen im AG. In einer klassischen Studie (Peterson & Peterson, 1959) wurde den Teilnehmern eine sinnlose Silbe (z. B. khv) präsentiert, woraufhin sie eine Rechenaufgabe bearbeiteten, bevor sie versuchten, sich an die Silbe zu erinnern. Der Zweck der Rechenaufgabe bestand darin, die Lernenden daran zu hindern, die Silbe zu wiederholen, aber da die Zahlen nicht gespeichert werden mussten, störten sie die Speicherung der Silbe im AG nicht. Je länger die Teilnehmer mit der ablenkenden Tätigkeit verbrachten, desto schlechter war ihre Erinnerung an die sinnlose Silbe. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das AG fragil ist; Informationen gehen schnell verloren, wenn sie nicht gut gelernt werden. Wenn Ihnen beispielsweise eine Telefonnummer gegeben wird, die Sie anrufen sollen, aber Sie abgelenkt werden, bevor Sie anrufen oder sie aufschreiben können, können Sie sich möglicherweise nicht mehr daran erinnern.

Das AG ist auch in seiner Kapazität begrenzt: Es kann nur eine kleine Menge an Informationen aufnehmen. Miller (1956) schlug vor, dass die Kapazität des AG sieben plus oder minus zwei Elemente beträgt, wobei Elemente sinnvolle Einheiten wie Wörter, Buchstaben, Zahlen und gebräuchliche Ausdrücke sind. Man kann die Informationsmenge durch Chunking oder die sinnvolle Kombination von Informationen erhöhen. Die Telefonnummer 555-1960 besteht aus sieben Elementen, kann aber leicht in zwei Chunks zerlegt werden: “Triple 5 plus das Jahr, in dem Kennedy zum Präsidenten gewählt wurde.”

Sternbergs (1969) Forschung zum Gedächtnis-Scanning gibt Einblicke, wie Informationen aus dem AG abgerufen werden. Den Teilnehmern wurde schnell eine kleine Anzahl von Ziffern präsentiert, die die Kapazität des AG nicht überschritt. Sie erhielten dann eine Testziffer und wurden gefragt, ob diese in der ursprünglichen Menge enthalten war. Da das Lernen einfach war, machten die Teilnehmer selten Fehler; als jedoch die ursprüngliche Menge von zwei auf sechs Elemente anstieg, erhöhte sich die Reaktionszeit um etwa 40 Millisekunden pro zusätzlichem Element. Sternberg schloss daraus, dass Menschen Informationen aus dem aktiven Gedächtnis abrufen, indem sie Elemente nacheinander scannen.

Kontroll- (exekutive) Prozesse steuern die Verarbeitung von Informationen im AG sowie die Bewegung von Wissen in das und aus dem AG (Baddeley, 2001). Kontrollprozesse umfassen Wiederholung, Vorhersagen, Überprüfen, Überwachen und metakognitive Aktivitäten. Kontrollprozesse sind zielgerichtet; sie wählen Informationen aus den verschiedenen sensorischen Rezeptoren aus, die für die Pläne und Absichten der Menschen relevant sind. Informationen, die als wichtig erachtet werden, werden wiederholt. Wiederholung (Informationen laut oder subvokal für sich selbst wiederholen) kann Informationen im AG erhalten und den Abruf verbessern (Baddeley, 2001; Rundus, 1971; Rundus & Atkinson, 1970).

Umweltbedingte oder selbst erzeugte Hinweise aktivieren einen Teil des LZG, der dann für das AG besser zugänglich ist. Dieses aktivierte Gedächtnis enthält eine Darstellung von Ereignissen, die kürzlich stattgefunden haben, wie z. B. eine Beschreibung des Kontexts und des Inhalts. Es ist umstritten, ob das aktive Gedächtnis einen separaten Gedächtnisspeicher darstellt oder lediglich einen aktivierten Teil des LZG. Nach der Aktivierungstheorie hält die Wiederholung Informationen im AG. In Abwesenheit von Wiederholung zerfallen Informationen mit der Zeit (Nairne, 2002). Das Forschungsinteresse an der Funktionsweise des AG ist weiterhin hoch (Davelaar, Goshen-Gottstein, Ashkenazi, Haarmann, & Usher, 2005).

Das AG spielt eine entscheidende Rolle beim Lernen. Im Vergleich zu normal leistungsstarken Schülern zeigen diejenigen mit mathematischen und Leseschwächen eine schlechtere AG-Funktion (Andersson & Lyxell, 2007; Swanson, Howard, & Sáez, 2006). Eine wichtige didaktische Implikation ist, das AG der Schüler nicht durch die gleichzeitige oder zu schnelle Präsentation von zu viel Material zu überlasten. Gegebenenfalls können Lehrer Informationen visuell und verbal präsentieren, um sicherzustellen, dass die Schüler sie lange genug im AG behalten, um sie kognitiv weiterzuverarbeiten (z. B. in Beziehung zu Informationen im LZG zu setzen).

Die Wissensrepräsentation im LZG hängt von Häufigkeit und Kontiguität ab (Baddeley, 1998). Je öfter eine Tatsache, ein Ereignis oder eine Idee auftritt, desto stärker ist ihre Repräsentation im Gedächtnis. Darüber hinaus werden zwei Erfahrungen, die zeitlich nahe beieinander liegen, wahrscheinlich im Gedächtnis miteinander verbunden, sodass, wenn man sich an die eine erinnert, die andere aktiviert wird. Somit wird Information im LZG in assoziativen Strukturen repräsentiert. Diese Assoziationen sind kognitiv, anders als jene in Konditionierungstheorien, die behavioristisch sind (Stimuli und Reaktionen).

Informationsverarbeitungsmodelle verwenden oft Computer für Analogien, aber es gibt einige wichtige Unterschiede, die durch assoziative Strukturen hervorgehoben werden. Das menschliche Gedächtnis ist inhaltsadressierbar: Informationen zum gleichen Thema werden zusammen gespeichert, sodass das Wissen, wonach gesucht wird, höchstwahrscheinlich zum Abrufen der Informationen führt (Baddeley, 1998). Im Gegensatz dazu sind Computer ortsadressierbar: Computern muss mitgeteilt werden, wo Informationen gespeichert werden sollen. Die Nähe der Dateien oder Datensätze auf einer Festplatte zu anderen Dateien oder Datensätzen ist rein willkürlich. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass Informationen in Computern präzise gespeichert werden. Das menschliche Gedächtnis ist weniger präzise, aber oft farbenfroher und informativer. Der Name Daryl Crancake wird im Speicher eines Computers als “Daryl Crancake” gespeichert. Im menschlichen Gedächtnis kann er als “Daryl Crancake” gespeichert oder zu “Darrell,” “Darel,” oder “Derol” und “Cupcake,” “Cranberry” oder “Crabapple” verzerrt werden.

Eine nützliche Analogie für den menschlichen Geist ist eine Bibliothek. Informationen in einer Bibliothek sind inhaltsadressierbar, da Bücher mit ähnlichem Inhalt unter ähnlichen Signaturen gespeichert werden. Informationen im Geist (wie in der Bibliothek) sind auch querverwiesen (Calfee, 1981). Wissen, das verschiedene Inhaltsbereiche überschneidet, kann über jeden Bereich abgerufen werden. Zum Beispiel kann Amy einen Speicherplatz haben, der ihrem 21. Geburtstag gewidmet ist. Das Gedächtnis beinhaltet, was sie getan hat, mit wem sie zusammen war und welche Geschenke sie erhalten hat. Diese Themen können wie folgt querverwiesen werden: Die Jazz-CDs, die sie als Geschenk erhalten hat, sind im Speicherplatz mit Musik querverwiesen. Die Tatsache, dass ihr Nachbar von nebenan anwesend war, ist im Speicherplatz für den Nachbarn und die Nachbarschaft abgelegt.

Im LZG gespeichertes Wissen variiert in seiner Reichhaltigkeit. Jede Person hat lebhafte Erinnerungen an angenehme und unangenehme Erfahrungen. Diese Erinnerungen können in ihren Details exakt sein. Andere Arten von Wissen, die in Erinnerungen gespeichert sind, sind banal und unpersönlich: Wortbedeutungen, Rechenoperationen und Auszüge aus berühmten Dokumenten.

Um Unterschiede im Gedächtnis zu erklären, schlugen Tulving (1972, 1983) eine Unterscheidung zwischen episodischem und semantischem Gedächtnis vor. Das episodische Gedächtnis umfasst Informationen, die mit bestimmten Zeiten und Orten verbunden sind und die persönlich und autobiografisch sind. Die Tatsache, dass das Wort Katze an Position drei auf einer gelernten Wortliste vorkommt, ist ein Beispiel für episodische Information, ebenso wie Informationen darüber, was Amy an ihrem 21. Geburtstag gemacht hat. Das semantische Gedächtnis umfasst allgemeine Informationen und Konzepte, die in der Umgebung verfügbar sind und nicht an einen bestimmten Kontext gebunden sind. Beispiele hierfür sind die Worte zur “Star Spangled Banner” und die chemische Formel für Wasser ( ). Das in der Schule erlernte Wissen, die Fähigkeiten und Konzepte sind semantische Erinnerungen. Die beiden Arten von Erinnerungen werden oft kombiniert, wie wenn ein Kind einem Elternteil sagt: “Heute in der Schule habe ich gelernt [episodisches Gedächtnis], dass der Zweite Weltkrieg 1945 endete [semantisches Gedächtnis].”

Forscher haben Unterschiede zwischen deklarativen und prozeduralen Gedächtnissen untersucht (Gupta & Cohen, 2002). Das deklarative Gedächtnis umfasst das Erinnern an neue Ereignisse und Erfahrungen. Informationen werden typischerweise schnell im deklarativen Gedächtnis gespeichert, und es ist das Gedächtnis, das bei Patienten mit Amnesie am stärksten beeinträchtigt ist. Das prozedurale Gedächtnis ist das Gedächtnis für Fähigkeiten, Prozeduren und Sprachen. Informationen im prozeduralen Gedächtnis werden allmählich gespeichert—oft mit umfangreicher Übung—und können schwer zu beschreiben sein (z. B. Fahrradfahren). Wir kehren in Kürze zu dieser Unterscheidung zurück.

Ein weiteres wichtiges Thema betrifft die Form oder Struktur, in der das LZG Wissen speichert. Paivio (1971) schlug vor, dass Wissen in verbalen und visuellen Formen gespeichert wird, die jeweils funktional unabhängig, aber miteinander verbunden sind. Konkrete Objekte (z. B. Hund, Baum, Buch) werden tendenziell als Bilder gespeichert, während abstrakte Konzepte (z. B. Liebe, Wahrheit, Ehrlichkeit) und linguistische Strukturen (z. B. Grammatiken) in verbalen Codes gespeichert werden. Wissen kann sowohl visuell als auch verbal gespeichert werden: Sie können eine bildliche Darstellung Ihres Zuhauses haben und es auch verbal beschreiben können. Paivio postulierte, dass für jedes Wissenselement ein Individuum einen bevorzugten Speichermodus hat, der leichter aktiviert wird als der andere. Dual-codiertes Wissen kann besser erinnert werden, was wichtige pädagogische Implikationen hat und das allgemeine Lehrprinzip des Erklärens (verbal) und Demonstrierens (visuell) neuer Materialien bestätigt (Clark & Paivio, 1991).

Paivios Arbeit wird später in dieser Lektion unter mentalen Bildern weiter diskutiert. Seine Ansichten wurden mit der Begründung kritisiert, dass ein visuelles Gedächtnis die Kapazität des Gehirns übersteigt und einen Gehirnmechanismus erfordert, um die Bilder zu lesen und zu übersetzen (Pylyshyn, 1973). Einige Theoretiker behaupten, dass Wissen nur verbal gespeichert wird (Anderson, 1980; Collins & Quillian, 1969; Newell & Simon, 1972; Norman & Rumelhart, 1975). Verbale Modelle leugnen nicht, dass Wissen bildlich dargestellt werden kann, postulieren aber, dass der ultimative Code verbal ist und dass Bilder im Gedächtnis aus verbalen Codes rekonstruiert werden. Tabelle 'Merkmale und Unterscheidungen von Gedächtnissystemen' zeigt einige Merkmale und Unterscheidungen von Gedächtnissystemen.

Die assoziativen Strukturen des LZG sind propositionale Netzwerke oder miteinander verbundene Mengen, die Knoten oder Informationsbits umfassen (Anderson, 1990; Calfee, 1981; siehe nächster Abschnitt). Eine Proposition ist die kleinste Informationseinheit, die als wahr oder falsch beurteilt werden kann. Die Aussage “Mein 80-jähriger Onkel zündete seine schreckliche Zigarre an” besteht aus den folgenden Propositionen:

• Ich habe einen Onkel.
• Er ist 80 Jahre alt.
• Er zündete eine Zigarre an.
• Die Zigarre ist schrecklich.

Verschiedene Arten von propositionalem Wissen werden im LZG dargestellt. Deklaratives Wissen bezieht sich auf Fakten, subjektive Überzeugungen, Skripte (z. B. Ereignisse einer Geschichte) und organisierte Passagen (z. B. Unabhängigkeitserklärung). Prozedurales Wissen besteht aus Konzepten, Regeln und Algorithmen. Die deklarativ-prozedurale Unterscheidung wird auch als explizites und implizites Wissen bezeichnet (Sun, Slusarz, & Terry, 2005). Deklaratives und prozedurales Wissen werden in dieser Lektion behandelt. Konditionales Wissen ist das Wissen, wann Formen von deklarativem und prozeduralem Wissen eingesetzt werden sollen und warum es vorteilhaft ist, dies zu tun (Gagné, 1985; Paris, Lipson, & Wixson, 1983).

Informationstheorien behaupten, dass Lernen in Abwesenheit von offenem Verhalten stattfinden kann, weil Lernen die Bildung oder Modifikation von propositionalen Netzwerken beinhaltet; offene Leistung ist jedoch typischerweise erforderlich, um sicherzustellen, dass die Schüler Fähigkeiten erworben haben. Forschung zu geschickten Handlungen (z. B. Lösen mathematischer Probleme) zeigt, dass Menschen typischerweise Verhaltensweisen gemäß einer Sequenz geplanter Segmente ausführen (Ericsson et al., 1993; Fitts & Posner, 1967; VanLehn, 1996). Einzelpersonen wählen eine Leistungsroutine aus, von der sie erwarten, dass sie das gewünschte Ergebnis erzielt, überwachen periodisch ihre Leistungen, nehmen notwendige Korrekturen vor und ändern ihre Leistungen nach korrigierendem Feedback. Da Leistungen oft variieren müssen, um den Kontextanforderungen gerecht zu werden, stellen Menschen fest, dass es hilfreich ist, das Anpassen von Fähigkeiten in verschiedenen Situationen zu üben.

Transfer bezieht sich auf die Verbindungen zwischen Propositionen im Gedächtnis und hängt davon ab, dass Informationen querverwiesen werden oder die Verwendung von Informationen zusammen mit ihnen gespeichert wird. Die Schüler verstehen, dass Fähigkeiten und Konzepte in verschiedenen Bereichen anwendbar sind, wenn dieses Wissen in den jeweiligen Netzwerken gespeichert ist. Den Schülern beizubringen, wie Informationen in verschiedenen Kontexten anwendbar sind, stellt sicher, dass ein angemessener Transfer stattfindet.

Enkodierung ist der Prozess, neue (eingehende) Informationen in das Informationsverarbeitungssystem einzubringen und sie für die Speicherung im LZG vorzubereiten. Die Enkodierung erfolgt in der Regel, indem neue Informationen sinnvoll gemacht und in bekannte Informationen im LZG integriert werden. Obwohl Informationen nicht sinnvoll sein müssen, um gelernt zu werden – jemand, der mit Geometrie nicht vertraut ist, könnte den Satz des Pythagoras auswendig lernen, ohne zu verstehen, was er bedeutet: Sinnhaftigkeit verbessert das Lernen und Behalten.

Die Beachtung und Wahrnehmung von Reizen gewährleistet nicht, dass die Informationsverarbeitung fortgesetzt wird. Viele Dinge, die Lehrer im Unterricht sagen, werden nicht gelernt (obwohl die Schüler dem Lehrer zuhören und die Worte sinnvoll sind), weil die Schüler die Informationen nicht weiterverarbeiten. Wichtige Faktoren, die die Enkodierung beeinflussen, sind Organisation, Elaboration und Schemastrukturen.

Organisation

Die Gestalttheorie und -forschung zeigten, dass gut organisiertes Material leichter zu lernen und zu erinnern ist (Katona, 1940). Miller (1956) argumentierte, dass das Lernen verbessert wird, indem Informationsfragmente klassifiziert und in organisierte Chunks gruppiert werden. Die Gedächtnisforschung zeigt, dass Menschen oft eine Organisation auf das Material anwenden, selbst wenn die zu lernenden Elemente nicht organisiert sind, was den Abruf erleichtert (Matlin, 2009). Organisiertes Material verbessert das Gedächtnis, weil Elemente systematisch miteinander verknüpft sind. Der Abruf eines Elements veranlasst den Abruf von damit verknüpften Elementen. Die Forschung unterstützt die Wirksamkeit der Organisation für die Enkodierung bei Kindern und Erwachsenen (Basden, Basden, Devecchio, & Anders, 1991).

Eine Möglichkeit, Material zu organisieren, ist die Verwendung einer Hierarchie, in die Informationsfragmente integriert werden. Abbildung 'Gedächtnisnetzwerk mit hierarchischer Organisation' zeigt eine Beispielhierarchie für Tiere. Das Tierreich als Ganzes steht an der Spitze, und darunter befinden sich die Hauptkategorien (z. B. Säugetiere, Vögel, Reptilien). Einzelne Arten finden sich auf der nächsten Ebene, gefolgt von Rassen.

Andere Möglichkeiten, Informationen zu organisieren, sind die Verwendung von Mnemotechniken und mentalen Bildern (die später in dieser Lektion behandelt werden). Mnemotechniken ermöglichen es den Lernenden, Material anzureichern oder auszuarbeiten, z. B. indem sie die ersten Buchstaben der zu lernenden Wörter zu einem Akronym, einer vertrauten Phrase oder einem Satz formen (Matlin, 2009). Einige Mnemotechniken verwenden Bilder; um sich zwei Wörter (z. B. Honig und Brot) zu merken, könnte man sich vorstellen, wie sie miteinander interagieren (Honig auf Brot). Die Verwendung von audiovisuellen Medien im Unterricht kann die Vorstellungskraft der Schüler verbessern.

Elaboration

Elaboration ist der Prozess, neue Informationen zu erweitern, indem man sie ergänzt oder mit dem verknüpft, was man weiß. Elaborationen unterstützen die Enkodierung und den Abruf, weil sie die zu erinnernden Informationen mit anderem Wissen verknüpfen. Kürzlich gelernte Informationen sind in diesem erweiterten Gedächtnisnetzwerk leichter zugänglich. Selbst wenn die neuen Informationen vergessen werden, können sich die Menschen oft an die Elaborationen erinnern (Anderson, 1990). Ein Problem, das viele Schüler (nicht nur diejenigen, die im einleitenden Szenario besprochen werden) beim Erlernen von Algebra haben, ist, dass sie das Material nicht elaborieren können, weil es abstrakt ist und sich nicht leicht mit anderem Wissen verknüpfen lässt.

Das Wiederholen von Informationen hält sie im AG, elaboriert sie aber nicht unbedingt. Es kann zwischen der Erhaltungsrepetition (Informationen immer wieder wiederholen) und der elaborativen Wiederholung (Informationen mit etwas bereits Bekanntem in Beziehung setzen) unterschieden werden. Schüler, die US-Geschichte lernen, können einfach wiederholen: „D-Day war am 6. Juni 1944“, oder sie können ihn elaborieren, indem sie ihn mit etwas in Beziehung setzen, das sie wissen (z. B. wurde Roosevelt 1944 zum vierten Mal zum Präsidenten gewählt).

Mnemotechnische Hilfsmittel elaborieren Informationen auf unterschiedliche Weise. Ein solches Hilfsmittel ist es, die ersten Buchstaben zu einem sinnvollen Satz zu formen. Um sich beispielsweise die Reihenfolge der Planeten von der Sonne aus zu merken, könnte man sich den Satz merken: „Mein sehr erfindungsreicher Muttertier serviert uns neun Pizzen“, wobei die ersten Buchstaben denen der Planeten entsprechen (Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto). Zuerst ruft man sich den Satz ins Gedächtnis und rekonstruiert dann die Planetenreihenfolge anhand der ersten Buchstaben.

Schüler können möglicherweise Elaborationen entwickeln, aber wenn sie es nicht können, müssen sie sich nicht unnötig abmühen, wenn Lehrer effektive Elaborationen bereitstellen können. Um die Speicherung im Gedächtnis und den Abruf zu unterstützen, müssen Elaborationen sinnvoll sein. Elaborationen, die zu ungewöhnlich sind, werden möglicherweise nicht erinnert. Präzise, sinnvolle Elaborationen erleichtern das Gedächtnis und den Abruf (Bransford et al., 1982; Stein, Littlefield, Bransford, & Persampieri, 1984).

Schemas

Ein Schema (Plural Schemas oder Schemata) ist eine Struktur, die große Mengen an Informationen in einem sinnvollen System organisiert. Schemas umfassen unser verallgemeinertes Wissen über Situationen (Matlin, 2009). Schemas sind Pläne, die wir lernen und während unserer Interaktionen mit der Umwelt verwenden. Größere Einheiten sind erforderlich, um Aussagen, die Informationsfragmente darstellen, zu einem kohärenten Ganzen zu organisieren (Anderson, 1990). Schemas helfen uns bei der Generierung und Kontrolle routinemäßiger sequenzieller Aktionen (Cooper & Shallice, 2006).

In einer frühen Studie fand Bartlett (1932) heraus, dass Schemas das Verständnis von Informationen unterstützen. In diesem Experiment las ein Teilnehmer eine Geschichte über eine unbekannte Kultur, woraufhin diese Person sie für einen zweiten Teilnehmer reproduzierte, der sie für einen dritten Teilnehmer reproduzierte und so weiter. Als die Geschichte die 10. Person erreichte, war ihr unbekannter Kontext in einen Kontext geändert worden, mit dem die Teilnehmer vertraut waren (z. B. ein Angelausflug). Bartlett stellte fest, dass sich Geschichten im Laufe der Wiederholung auf vorhersehbare Weise veränderten. Unbekannte Informationen wurden weggelassen, einige Details wurden beibehalten und die Geschichten ähnelten eher den Erfahrungen der Teilnehmer. Sie änderten eingehende Informationen, um sie an ihre bereits vorhandenen Schemas anzupassen.

Jede gut geordnete Sequenz kann als Schema dargestellt werden. Ein Schema ist beispielsweise „in ein Restaurant gehen“. Die Schritte bestehen aus Aktivitäten wie dem Platznehmen an einem Tisch, dem Durchsehen einer Speisekarte, dem Bestellen von Speisen, dem Bedientwerden, dem Abholen von Geschirr, dem Erhalten einer Rechnung, dem Hinterlassen eines Trinkgelds und dem Bezahlen der Rechnung. Schemas sind wichtig, weil sie angeben, was in einer Situation zu erwarten ist. Menschen erkennen ein Problem, wenn Realität und Schema nicht übereinstimmen. Waren Sie schon einmal in einem Restaurant, in dem einer der erwarteten Schritte nicht stattgefunden hat (z. B. haben Sie eine Speisekarte erhalten, aber niemand ist an Ihren Tisch zurückgekehrt, um Ihre Bestellung aufzunehmen)?

Gängige Bildungsschemas umfassen Laborverfahren, Lernen und das Verstehen von Geschichten. Wenn Schüler Material zum Lesen erhalten, aktivieren sie das Schema, von dem sie glauben, dass es erforderlich ist. Wenn Schüler eine Passage lesen und Fragen zu Hauptideen beantworten sollen, halten sie möglicherweise regelmäßig an und befragen sich selbst zu dem, was sie für die Hauptpunkte halten (Resnick, 1985). Schemas wurden in der Forschung zum Lesen und Schreiben ausführlich verwendet (McVee, Dunsmore, & Gavelek, 2005).

Schemas unterstützen die Enkodierung, weil sie neues Material zu einer sinnvollen Struktur ausarbeiten. Beim Lernen von Material versuchen die Schüler, Informationen in die Leerstellen des Schemas einzupassen. Weniger wichtige oder optionale Schemaelemente werden möglicherweise nicht gelernt. Beim Lesen von literarischen Werken können Schüler, die das Schema für eine Tragödie gebildet haben, die Charaktere und Handlungen der Geschichte leicht in das Schema einpassen. Sie erwarten, Elemente wie Gut gegen Böse, menschliche Schwächen und ein dramatisches Finale zu finden. Wenn diese Ereignisse eintreten, werden sie in das Schema eingepasst, das die Schüler für die Geschichte aktiviert haben.

Schemas können den Abruf unabhängig von ihren Vorteilen bei der Enkodierung erleichtern. Anderson und Pichert (1978) präsentierten College-Studenten eine Geschichte über zwei Jungen, die die Schule schwänzten. Den Schülern wurde geraten, sie entweder aus der Perspektive eines Einbrechers oder eines Hauskäufers zu lesen; die Geschichte enthielt Elemente, die für beide relevant waren. Die Schüler erinnerten sich an die Geschichte und später ein zweites Mal. Beim zweiten Abruf wurde der Hälfte der Schüler geraten, ihre ursprüngliche Perspektive zu verwenden, und der anderen Hälfte die andere Perspektive. Beim zweiten Abruf erinnerten sich die Schüler an mehr Informationen, die für die zweite Perspektive relevant waren, aber nicht für die erste Perspektive, und an weniger Informationen, die für die zweite Perspektive unwichtig waren, aber für die erste Perspektive wichtig waren. Kardash, Royer und Greene (1988) stellten ebenfalls fest, dass Schemas ihre Hauptvorteile eher zum Zeitpunkt des Abrufs als bei der Enkodierung ausübten. Zusammengenommen legen diese Ergebnisse nahe, dass sich Menschen beim Abruf an ein Schema erinnern und versuchen, Elemente in dieses einzupassen. Diese Rekonstruktion ist möglicherweise nicht korrekt, enthält aber die meisten Schemaelemente. Produktionssysteme, die später besprochen werden, weisen einige Ähnlichkeiten mit Schemas auf.