Konzeption und Realisierung eines forstlich orientierten Online ...

Konzeption und Realisierung eines forstlich orientierten Online-
Tutorials auf der Basis einer Map-Server-gestützten GIS-
Anwendung unter Berücksichtigung wissenschaftlicher
Erkenntnisse im Bereich Didaktik und Lerntheorie
Diplomarbeit
von
Tristan Schwanke
angefertigt am
Fachgebiet für Biometrie und Angewandte Informatik
der Technischen-Universität München
Betreuung: Prof. Dr. H. D. Quednau
1. Gutachter: Prof. Dr. H. D. Quednau
2. Gutachter: Dr. Werner Heitland

Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Diplomarbeit selbständig und
nur unter Verwendung der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe.
Freising, den 05.05.2003
___________________________________
(Tristan Schwanke)

Danksagung
An dieser Stelle möchte ich all Jenen danken, die mir trotz erschwerender Lebensumstände
außerhalb der Universität das Vertrauen entgegengebracht haben, diese Diplomarbeit gut zu
beenden. Insbesondere Herr Prof. Quednau gewährte mir eine Freiheit, die es mir
ermöglichte, beides zu bewältigen.
Ferner möchte ich mich bei Herrn Martin Döllerer für die anregenden Gespräche und die
diversen Installationsbemühungen bedanken. Er ist und bleibt meiner Meinung nach
„Backbone“ der fakultätseigenen Computeranlage und wird sicherlich auch nach seinem
Abschied noch als virtueller Geist, im Cyberspace des CIP-Raumes, Usern mit Rat und Tat
zur Seite stehen.
Nicht zuletzt bedanke ich mich beim Lehrstuhl für Arbeitswissenschaft und Angewandte
Informatik für das zur Verfügung stellen eines Büros mit einem SCSI-Rechner par excellence
und meinem Namensschild neben der Tür. Dadurch wurde mir das Gefühl vermittelt ein Teil
des Lehrstuhls und somit Mitglied einer großen innovativen Gemeinschaft zu sein, innerhalb
derer es mir nicht schwer fallen sollte, im Rahmen meiner Diplomarbeit etwas Bedeutsames
zu schaffen. Diese optimalen Voraussetzungen finde ich hoffentlich auch in meinem
künftigen beruflichen Werdegang, sonst bleibt mir wohl bloß der wehmütige Blick zurück auf
diese lehrreiche Zeit.
Und dann gilt mein Dank noch meinen Freunden und meiner Familie, die durch meine
unsteten Arbeitszeiten teils erneut anrufen mussten, weil ich während meiner
Vormittagstiefschlafphase nicht gestört werden durfte oder Opfer meiner „Ode an die
Diplomarbeit“ wurden.

Inhaltsverzeichnis
A Inhaltsverzeichnis
A Inhaltsverzeichnis................................................................................................................... 1
B Abbildungsverzeichnis ........................................................................................................... 4
C Abkürzungsverzeichnis .......................................................................................................... 5
1. Einleitung ............................................................................................................................... 6
2. Theoretische Überlegungen....................................................................................................9
2.1 Zielsetzung der Arbeit......................................................................................................9
2.2 Methodisches Vorgehen................................................................................................... 9
2.3 Technische Dimensionierung......................................................................................... 10
3. Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen................................................... 12
3.1 Die Funktionsweise des menschlichen Gehirns ............................................................. 12
3.1.1 Einprägung .............................................................................................................. 12
3.1.2 Aufbau und Entstehung........................................................................................... 12
3.1.3 Evolutionäre Entwicklung....................................................................................... 15
3.1.3.1 Differenziertes Verhalten ................................................................................. 15
3.1.3.2 Entwicklung der Steuereinheit ......................................................................... 16
3.1.3.3 Ort der Steuervorgänge .................................................................................... 16
3.1.3.4 Ort der Verknüpfung ........................................................................................ 17
3.1.4 Erkenntnisse ............................................................................................................ 18
3.1.5 Weltbild................................................................................................................... 21
3.2 Neue Lernmethoden ....................................................................................................... 22
3.2.1 Wege zum besseren Gedächtnis.............................................................................. 23
3.2.1.1 Bemerken ......................................................................................................... 23
3.2.1.2 Behalten............................................................................................................ 23
3.2.1.3 Benutzen........................................................................................................... 24
3.2.1.4 Vergesslichkeit und Lernersparnis................................................................... 25
3.2.2 Gründe für Lernen................................................................................................... 30
3.2.3 Motivation ............................................................................................................... 31
3.2.4 Lernhemmende Barrieren........................................................................................ 31
3.2.5 Desuggestion ........................................................................................................... 34
3.3 Die drei Gedächtnisstufen .............................................................................................. 36
3.3.1 Das Ultrakurzzeitgedächtnis ................................................................................... 36
- 1 -

Inhaltsverzeichnis
3.3.2 Das Kurzzeitgedächtnis........................................................................................... 37
3.3.3 Das Langzeitgedächtnis........................................................................................... 39
3.3.4 Sitz des Gedächtnisses ............................................................................................ 40
3.4 Informationsweiterleitung und Speicherung .................................................................. 42
3.5 Effektiv Lernen .............................................................................................................. 45
3.6 Theorien des Lernens ..................................................................................................... 46
3.6.1 Behaviorismus......................................................................................................... 46
3.6.2 Kognitivismus ......................................................................................................... 46
3.6.3 Konstruktivismus .................................................................................................... 47
3.6.4 Kognitionswissenschaft........................................................................................... 48
3.7 Computergestützte Lernsysteme („Computer Assisted Learning“, CAL) ..................... 49
3.7.1 Geschichtliche Entwicklung des computergestützten Lernens ............................... 49
3.7.2 Eigenschaften von computergestützten Lernsystemen ........................................... 49
3.7.2.1 Adaptivität........................................................................................................ 49
3.7.2.2 Interaktivität ..................................................................................................... 50
3.7.2.3 Multimedia ....................................................................................................... 50
3.7.3 Varianten von computergestützten Lernsystemen .................................................. 51
3.7.3.1 Einteilung nach Instruktionsdesign .................................................................. 51
3.7.3.2 Einteilung nach Instruktionsimplementierung ................................................. 55
3.7.4 Ziel des Einsatzes von computergestützten Lernsystemen ..................................... 56
3.7.4.1 Vorteile durch den Einsatz von computergestützten Lernsystemen ................ 56
3.7.5 Telelearning............................................................................................................. 58
3.7.5.1 Arten der Informationsgewinnung für den Lernenden im Internet .................. 59
3.7.5.2 Gefahren und Vorteile des eigenständigen Lernens im Internet...................... 60
3.8 Umsetzung...................................................................................................................... 61
4. Helios ................................................................................................................................... 62
4.1 Gegebene Voraussetzungen ........................................................................................... 62
4.1.1 Das internetbasierte multimediale Lehr- und Lernsystem ...................................... 63
4.1.2 Umsetzung............................................................................................................... 64
4.1.3 Zusatzdienste........................................................................................................... 64
4.1.4 Das GIS-Modul ....................................................................................................... 65
4.1.5 Fortführung der Systemphilosophie........................................................................ 65
4.2 Didaktisches Konzept..................................................................................................... 67
4.2.1 Verständnisförderung.............................................................................................. 67
- 2 -

Inhaltsverzeichnis
4.2.2 Anforderungen zur Verwirklichung dieses Konzepts ............................................. 68
4.3 Datenmodell ................................................................................................................... 68
4.4 Funktionalität ................................................................................................................. 70
4.4.1 Berechtigungsgruppen............................................................................................. 72
4.4.2 Funktionsaufruf ....................................................................................................... 75
4.5 Realisierung.................................................................................................................... 75
4.6 Beispielaufgabe .............................................................................................................. 76
4.6.1 Aufgabe ................................................................................................................... 76
4.6.2 Lösungsansatz ......................................................................................................... 77
5. Erstellung des Online-Tutorials ........................................................................................... 78
5.1 Programmwahl ............................................................................................................... 78
5.2 Bedienoberfläche............................................................................................................ 79
5.3 Weiterführende Funktionen von RoboDemo ................................................................. 86
5.4 Inhalt des Online-Tutorials............................................................................................. 91
5.5 Implementierung des Online-Tutorials .......................................................................... 92
6. Abschließende Wertung und Ausblick................................................................................. 93
7. Zusammenfassung................................................................................................................ 97
D Glossar.................................................................................................................................. 98
E Literaturverzeichnis ............................................................................................................ 103
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Abbildungsverzeichnis
B Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1 nach Damm und B enner (2000): Gehirnbasis mit Hirnnerven .......................... 14
Abbildung 2 nach Damm und Benner (2000): Gehirn von oben ............................................. 18
Abbildung 3 nach Damm und Benner (2000): Seitenansicht des Gehirns............................... 19
Abbildung 4 nach Damm und Benner (2000): Funktionszentren des Gehirns ........................ 21
Abbildung 6 verändert nach Buzan (1999): Mind Map ........................................................... 29
Abbildung 7 nach Damm und Benner (2000): Struktur einer Nervenzelle.............................. 43
Abbildung 8 nach Stark (1991): Aufbau eines Neurons .......................................................... 44
Abbildung 9 nach Kleinschroth (1996): Einfaches Tutorium.................................................. 53
Abbildung 10 nach Kleinschroth (1996): Adaptives Tutorium ............................................... 54
Abbildung 11 nach Kleinschroth (1996): Didaktisches Dreieck ............................................. 54
Abbildung 12 verändert nach Quednau, Stucki und Döllerer (2001): Systemkomponenten... 69
Abbildung 13: Start-Seite von GIS-Helios............................................................................... 70
Abbildung 14: Datei-Menü ...................................................................................................... 71
Abbildung 15: Ausgeschriebene Tabelle ................................................................................. 72
Abbildung 16: Programmfenster von RoboDemo 3.0 ............................................................. 79
Abbildung 17: Das „Record Movie“ Fenster ........................................................................... 81
Abbildung 18: Projektfenster .................................................................................................. 84
Abbildung 19: Editierfenster.................................................................................................... 85
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Abkürzungsverzeichnis
C Abkürzungsverzeichnis
AVI = Windows animated video File, Audio Video Interleave File
bzw. = beziehungsweise
CGI = Common Gateway Interface
d.h. = das heißt
EDV = Elektronische Datenverarbeitung
ggf. = gegebenenfalls
GIS = Geografisches Informationssystem
HTML = Hypertext Markup Language
HTTP = Hypertext Transfer Protocol
LAN = Local Area Network
MPEG = Motion Picture Expert Group
PC = Personal Computer
PDF = Portable Document Format
PS = Postscript
sog. = sogenannt
TCP/IP = Transmission Control Protocol/Internet Protocol
URL = Uniform Resource Locator
vgl. = vergleiche
VP = Video Posting 3D Studio Datei, Ventura Publisher Publication Datei
WLAN = Wireless Local Area Network
WWW = World Wide Web
z.B. = zum Beispiel
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Einleitung
1. Einleitung
Internet und Multimedia waren die zentralen Schlagworte der neunziger Jahre des 20.
Jahrhunderts. Spätestens diese Entwicklung markierte den Übergang unserer Gesellschaft zu
einer Informationsgesellschaft. Das Internet beeinflusst unser Leben dabei ebenso nachhaltig,
wie es vorher Computer schon getan haben.
Neue Medien und Technologien haben alle Bildungssektoren erfasst und scheinen geradezu
einen Paradigmenwechsel im Bereich des Lehrens und Lernens hervorzurufen. Für einen
solchen grundlegenden Wandel lassen sich empirische Indizien aufführen: etwa die immense
Anzahl von Lern- und Wissensangeboten im Internet, die zunehmende Verbreitung von
Lernsoftware, der anhaltende Boom von Projekten mit neuen Lernmedien und von
medienorientierten Qualifizierungsangeboten. [Statistisches Bundesamt, 2002 u. 2003]
Allerdings wäre es etwas voreilig, von diesen Veränderungsindizien bereits generell auf eine
medial modernisierte Bildungslandschaft zu schließen. Die neuen Medien spielen in den
meisten Einrichtungen nämlich nur dort eine wichtige Rolle, wo sie selbst Gegenstand bzw.
Thema des pädagogischen Geschehens sind. Selbst in der betrieblichen Bildungspraxis – vor
allem bei kleineren und mittleren Unternehmen – dominieren traditionelle
Schulungskonzepte. Eine umfassende Integration neuer Medien in die Weiterbildung steckt
somit – trotz hochgesteckter Erwartungen und programmatischer Ansprüche – immer noch in
den Kinderschuhen. [Hagedorn, 1999]
Unterstützt durch mediale Lern- und Kommunikationsangebote entstehen außerhalb der
eigentlichen Bildungsinstitutionen neue Lern- und Bildungsformen, die sich durch ein
höheres Maß an Selbststeuerung, aber auch an Unverbindlichkeit, Wechselhaftigkeit und
Unterschiedlichkeit auszeichnen. Sie sind überdies nicht mehr auf bestimmte
Lebensabschnitte zu begrenzen, sondern werden immer mehr zu einer permanenten
biographischen Herausforderung. Noch stellt das die Institutionen der Weiterbildung nicht
grundsätzlich in Frage, zumal ihnen ja mit neuen medienbezogenen
Qualifikationsanforderungen auch neue Aufgaben zuwachsen. Aber es zwingt gerade die
öffentliche Weiterbildung, ihr Selbstverständnis, ihre Funktion und ihr Profil in der
Mediengesellschaft neu zu gestalten. [Kubicek, 1998]
Der Einsatz von technischen Medien, vom Overhead-Projektor bis hin zum Sprachlabor und
Computern mit Internetanbindung, waren ein Schritt in die richtige Richtung. Sie haben aber
die traditionellen Formen des Lehrens und Lernens, verbunden mit ihrer klassischen
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Einleitung
Sitzordnung in Schul- und Vorlesungsräumen, mit dem Lehrer oder Professor als
vortragendem Rat und auf der anderen Seite den Novizen, die belehrt werden, nicht
revolutioniert. Das gespeicherte Weltwissen verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre – ein
Großteil ist allerdings ebenso schnell wieder veraltet. [Kleinschroth, 1996]
Einmal erworbenes Wissen reicht im schnell voranschreitenden Wandel der Anforderungen,
welche die mittlerweile global konkurrierende Arbeitswelt an die Menschen stellt, nicht mehr
aus. Die Bereitschaft lebenslang zu lernen ist eine der Grundvoraussetzungen, um einen
gewissen gesellschaftlichen Status erreichen und bewahren zu können. [Tulodziecki, 1997]
Deswegen bedarf es ob der vielfältigen Informationsangebote einer moderneren und vor allem
fortschrittlicheren Herangehensweise an die Herausforderungen des 21. Jahrhunderts, welche
die Informationsbewältigung und -verarbeitung durch den Menschen mit sich bringen.
Dabei wird in der Automation der grundlegenden Ausbildung und der damit verbundenen
Ressourceneinsparung, die für weiterführende Lehrveranstaltungen und zur Verbesserung,
sowie den Ausbau der vorhandenen Freiraum schafft, eine große Chance gesehen. [Döllerer,
2000]
An der Studienfakultät für Forstwissenschaft und Ressourcenmanagement soll dieses Ziel
durch Integration weiterer didaktisch fundierter, interaktiver, multimedialer Lehr- und
Lerneinheiten, in die modular aufgebaute Lernumgebung erreicht werden. Die Daten welche
es im umweltwissenschaftlichen Bereich zu er- und vermitteln gilt, zeichnen sich größtenteils
durch ihre Eigenschaft, einen räumlichen Bezug zu besitzen, aus. Seien es Waldkartierungen,
verbunden mit Bestandsaufnahmen, die Erstellung von populationsbasierten
Verbreitungsmodellen oder die Abgrenzung von Lawinenschutzgebieten. All diese
Maßnahmen benötigen Daten, die einen räumlichen Bezug aufweisen. Zur Verarbeitung
solcher Daten bieten sich Geographische Informationssysteme (kurz: GIS) an. Aufgrund ihrer
anschaulichen Bild- Datenstruktur, mit schnell erkennbarem Wirklichkeitsbezug, stellen sie
ein besseres Arbeitsmittel als eindimensionale Datenbankeditorlösungen, ohne jeglichen
Motivationsanreiz, dar.
Fundierte Kenntnisse im Bereich von GIS-Anwendungen stellen eine Schlüsselqualifikation
im Rahmen der Forst- und Umweltwissenschaftlichen Ausbildung an der Fakultät
„Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt“ dar. So
bleibt genug Freiraum für einen wissenschaftlichen Ansatz, um diese Materie interessierten
Anwendern auf Basis eines nach aktuellen didaktischen Lehr- und Lernmethoden
entwickelten Online-Tutorials anhand des Map-Server basierten Vektor-GIS Helios näher zu
bringen.
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Einleitung
Das Verständnis der vorliegenden Arbeit erfordert grundlegende Kenntnisse der EDV und im
Bereich der Internet-Technologien.
Begriffe, welche für das Verständnis unumgänglich sind und nicht gleich im Text erläutert
werden, sind im Glossar und ggf. zusammen mit weiterführenden Quellangaben aufgeführt.
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Theoretische Überlegungen
2. Theoretische Überlegungen
2.1 Zielsetzung der Arbeit
Das bereits vorhandene, im Rahmen einer Diplomarbeit entstandene und ständig
weiterentwickelte Hypermedia-Lernsystem für Fächer der Forst- und Umweltwissenschaften,
bietet bereits multimediale, computer- und internetgestützte Lehrmodule als Ergänzung zur
konventionellen Lehre an. Zur zeitgemäßen Vervollständigung des Lehrangebots wird ein
weiterer Ausbau des Lernsystems auf der Basis von didaktisch fundierten multimedialen
Lerneinheiten angestrebt. Durch den Einsatz von Multimedia wird das Ziel verfolgt, mehr
Lern-Eingangskanäle als bisher anzusprechen und dadurch die Lerneffektivität zu erhöhen.
Außerdem sollen allein grundwissenvermittelnde Vorlesungen teilweise, bzw. ganz von
anschaulichen, selbsterklärenden, multimedialen Einheiten ersetzt werden, um mehr Zeit für
weiterführendes Lehrmaterial und dessen Vermittlung anhand von aufwendigerer
Lehrmethodik verwenden zu können.
Die vorliegende Arbeit unternimmt einerseits den Versuch, dem Leser einen Überblick über
bisherige, grundlegende Erkenntnisse aus der Gehirn- und Gedächtnisforschung zu geben.
Andererseits wird im Rahmen der daraus gezogenen Schlussfolgerungen hinsichtlich des
menschlichen Lernverhaltens die gehirngerechte, visualisierende und multimediale
Darbietungsweise eines Online-Tutorials genutzt, um dem Anwender die Bedienung eines
GIS näher zu bringen. Dies geschieht anhand eines Map-Server basierten Vektor-GIS namens
Helios. Sowohl das Online-Tutorial als auch Helios bedienen sich zur Wissensvermittlung
grundlegender didaktischer Mittel, welche zudem erläutert werden.
Der Erwerb eines Grundverständnisses für Geographische Informationssysteme sowie der
Fertigkeit, mit deren Grundfunktionen anhand einer Beispielaufgabe umgehen zu können, ist
erklärtes Ziel dieser Arbeit.
2.2 Methodisches Vorgehen
Zuerst wird versucht, die Funktionsweise des menschlichen Gehirns und Gedächtnisses zu
beleuchten. Außerdem werden die daraus erwachsenden Anforderungen an eine effektive,
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Theoretische Überlegungen
gehirngerechte Informationsaufbereitung und -vermittlung anhand von Beispielen
angesprochen. Weiterhin wird auf Lerntheorien, sowie daraus entwickelte Lehr- und
Lernmethoden, die teils auch im praktischen Teil der Arbeit, als Online-Tutorial, zur
Anwendung gelangten, eingegangen.
Um den Umfang der Arbeit in einem überschaubaren Rahmen zu halten, wurde auf größere
programmiertechnische Anwendungen im praktischen Teil der Arbeit verzichtet. Die
Implementierung des praktischen Teils erfolgte in die bereits vorhandene modulare
Systemstruktur der multimedialen Lernumgebung der Fakultät.
Die Gliederung der Arbeit entstand auf der Basis einer grundlegenden Frage der Didaktik,
nämlich welche Strukturierung der Diplomarbeit den größtmöglichen Nutzen für den Leser in
sich birgt hinsichtlich des Verständnisses, Behaltens und späteren Wiedererkennens des
Erklärten, zur sofortigen Nutzbarmachung im praktischen Teil.
Um wichtige Synergieeffekte nutzen zu können, wurden die Inhalte des Online-Tutorials im
Umfeld der gegebenen Voraussetzungen der Map-Server basierten GIS-Anwendung Helios
gesucht. Die einzusetzenden inhaltlichen Beispiele sollten dabei möglichst schon im aktuell
stattfindenden GIS-Lehrangebot der Fakultät verfügbar sein und somit einen
Sinnzusammenhang ergeben. Sobald die Art der Daten feststand, wurde die am besten
geeignete Multimedia-Software ausgewählt. Damit die didaktisch umsetzbaren Möglichkeiten
abgeschätzt werden konnten, wurde der Funktionsumfang des verwendeten Programms an
Beispielen erprobt. Nach Festlegung der Hauptkomponenten konnten die Kurzfilme erzeugt
und weiterbearbeitet werden.
2.3 Technische Dimensionierung
Das an der Fakultät bestehende System ist durch seinen modularen Aufbau beliebig
erweiterbar und innerhalb der Module mit einer skalierbaren Navigationsstruktur versehen.
Die Beschränkung auf vorhandene Mittel und offene Systeme (Industriestandards) machte das
System realisierbar und fortführbar, auch wenn keine zusätzlichen Finanz- oder
Personalressourcen zu erwarten waren oder diese versiegen würden.
In Anbetracht der Finanz- und Personalsituation an der Forstwissenschaftlichen Fakultät
erschien es sinnvoll, eine technisch kleine, günstige und sofort umsetzbare Lösung zu
verwirklichen. Dies bedeutet, dass im Falle eines weiteren Ausbaus eine funktionierende
- 10 -

Theoretische Überlegungen
Lösung notfalls auch ohne zusätzliche teuere Soft- und Hardware und ohne externe Hilfe,
allein mit Mitarbeitern der Fakultät und mindestens einer mit dem Programm und Internet-
Techniken vertrauten Person, erzielt werden kann. Um die Erstellung und eventuelle
Erweiterung zu erleichtern, wurden Komponenten wie Programmteile und Hypertext-Seiten
so konzipiert, dass sie leicht wiederverwendbar sind und dabei notwendige Änderungen
möglichst gering ausfallen.
Die Erstellung der interaktiven Kurzfilme, des maßgeblich auf Helios basierenden Online-
Tutorials, anhand des Programms RoboDemo Version 3.0 und 3.06, sowie deren
Implementierung durch HTML und JavaScript in die vorhandene Lernumgebung, stellen den
technischen Aufwand der Arbeit dar und werden ab Punkt 5. der Arbeit ausführlicher
beschrieben.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
3. Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
3.1 Die Funktionsweise des menschlichen Gehirns
3.1.1 Einprägung
Warum kann sich der Mensch das eine merken, wobei sich etwas anderes ihm einfach nicht
einprägen will ?
Das menschliche Gehirn ist in der Lage über sich selbst nachzudenken, es versucht, sich
selbst immer mehr zu verstehen. Der Mensch kann sein Gehirn nicht so beeinflussen wie
seine Muskeln und je entspannter er ist, desto besser vermag er zu lernen.[Stark, 1991]
Er besitzt Sinne, die es ihm ermöglichen Bilder zu sehen, Laute zu hören, etwas zu ertasten,
zu riechen oder zu schmecken. Das, was er somit wahrnimmt, verarbeitet er in Gedanken, die
sich dann in Assoziationen weiter verzweigen.
Es stellt sich die Frage, welche Mechanismen wirksam werden, wenn sich eine Person die
eine Sache merkt, während sie eine andere nicht im Gedächtnis behalten kann.
Weiterhin besteht großes Interesse herauszufinden, welche Art der Informationsverarbeitung
und -darstellung hinsichtlich des Verständnisses, Behaltens und Wiedererkennens den größten
Nutzen in sich birgt.
3.1.2 Aufbau und Entstehung
Das Hirn liegt umgeben von Hirnflüssigkeit eingebettet im Schädel. Der Schädelknochen
schützt es weitgehend gegen Druck, Stoß und sonstige mechanische Verletzungen. Der älteste
Teil des Gehirns ist das Stammhirn, welches über das Nachhirn den Übergang vom
Rückenmark zum Gehirn bildet. Hier findet die Steuerung des Atemzentrums, der Gefäße und
der Stoffwechseltätigkeit statt. Beim Menschen ist dieser Teil des Gehirns überlappt vom
Großhirn (Cortex), das als zwei Großhirnlappen das übrige Gehirn fast vollständig überdeckt.
Es wird von einer rund drei Millimeter dicken, vielfach gefalteten Schicht aus Nervenzellen
bedeckt, der sogenannten Großhirnrinde (Cortex cerebri).
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Im Laufe der menschlichen Evolution hat sich das Gehirn sehr differenziert entwickelt. Aus
einem kleinen Riechhirn, ursprünglich zwei kleine Ganglien, hat sich das Großhirn
entwickelt. Am Vorderrand der beiden Hemisphären treten die Riechnerven in das Großhirn
ein, das sind sozusagen die degenerierten Überbleibsel des ursprünglichen Riechhirns. Der
Teil des Hirnmantels, der keine Riechnerven aufnimmt, hat sich zu einem übergeordneten
Zentrum entwickelt, dessen Umfang und Kompliziertheit (Komplexität) im Laufe der
Entwicklung immer mehr zunahm, bis es schließlich bei den Säugetieren zum Sitz der
Intelligenzleistung wurde. Abbildung 1 soll die Lage wichtiger Teile des Gehirns
veranschaulichen, auf die teilweise später noch eingegangen wird.
Innerhalb der Klasse der Säugetiere dehnt sich das Großhirn durch Vergrößerung und Faltung
der Oberfläche des Hirnmantels massiv aus und erreicht beim Menschen seine weitaus größte
und höchste Ausbildung. Der Cortex ist die am höchsten entwickelte Gehirnregion. [Stark,
1991], [Glasklar, 1997], [Buzan, 1999]
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Abbildung 1 nach Damm und B enner (2000): Gehirnbasis mit Hirnnerven
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
3.1.3 Evolutionäre Entwicklung
Um zu überleben, muss jedes Lebewesen auf Reize und Anforderungen seiner Umwelt
reagieren. Falsch reagieren bedeutet meistens den Untergang, also müssen die Reaktionen
differenzierter werden. Ein einfaches Grundschema im Verhalten, das nur eine Reaktion
kennt, genügt in vielen Fällen nicht. Das kontrollierte und gezielte einsetzen von Reaktionen
hilft dabei, das Überleben zu sichern. Je differenzierter ein Lebewesen reagieren kann, umso
mehr kann es sich gegen andere nicht so anpassungsfähige Konkurrenten behaupten. Der
Beginn des Lernens war sozusagen die Anpassung an eine bestimmte Gegebenheit durch
zuvor gewonnene Informationen über eine ähnliche, vergleichbare Situation. Das daraus
resultierende Verhalten hatte zur Folge, dass solche Individuen, die Erfahrungen aus der
Außenwelt in die Innenwelt übernommen hatten und diese zur Reaktionssteuerung einsetzten,
anderen Lebewesen mit einseitigen Reaktionen wie z.B. nur dem Reflex, überlegen waren.
[Stark, 1991], [Lorenz, 1977]
3.1.3.1 Differenziertes Verhalten
Die Anpassung an die Außenwelt durch Differenzierung des Verhaltens ist ein kognitiver
Vorgang, man schätzt beispielsweise eine Situation und seine Fähigkeiten und Möglichkeiten
damit umzugehen ein und handelt dementsprechend. Die Möglichkeit, differenziert zu
reagieren setzt voraus, dass gelernt wurde, etwas Künftiges gedanklich vorwegzunehmen,
etwa eine Attacke und ihre möglichen negativen Folgen. Zusätzlich erfordert die
differenzierte Reaktionsfähigkeit auch die richtige Wahl der Reaktionsmittel zur Abwendung
der entsprechend zu erwartenden Folgen anhand einer Attacke, Flucht, dem Drohen oder der
Abwehr.
Die Reaktionen ändern sich dabei von Mal zu Mal, da das vorher Gelernte als Erinnerung und
Entscheidungshilfe in den Prozess der Entscheidungsfindung („wie reagieren?“) mit
einbezogen wird. [Stark,1991], [Lorenz, 1977]
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
3.1.3.2 Entwicklung der Steuereinheit
Zur Steuerung dieses hochkomplexen Verhaltens entwickelte sich im Verlauf der Evolution
eine zentrale Steuereinheit als Gegengewicht zu dem im Konkurrenzkampf des Menschen
immer überflüssiger werdenden und daher verkümmernden Verteidigungsapparat, bestehend
aus Krallen, Muskeln und ähnlichem. Ergebnis ist das Gehirn in seiner heutigen Form, über
das der amerikanische Psychologe H. Jerison in den siebziger Jahren herausgefunden hat, dass
bei Wirbeltieren eine generelle Zunahme des Hirngewichts stattfindet – sozusagen ein
evolutionärer Trend.
Das Gewicht des Gehirns allein, eignet sich jedoch weder als Maßstab für
Intelligenzvergleiche beim Menschen noch für eine klare Trennung von den Tieren. Die
schwersten Gehirne haben die großen Wale und Elefanten.
Einen Vergleich liefert der „Enzephalisations-Koeffizient“, die „Verhirnungsgröße“. Er setzt
das Verhältnis von Hirn- und Körpergewicht in Relation zueinander. Bestimmt man den
Ausgangswert bei der Spitzmaus mit dem Wert 1, dann liegt der „theorethische“
Durchschnittsschimpanse bei 11,3 und der Durchschnittsmensch bei 28,7. Belegt man nun
noch den Cortex, die Großhirnrinde mit einem eigenen Progressionskoeffizienten, ergibt sich
eine klare Sonderstellung des Menschen. Nehmen wir wieder die insektenfressende
Spitzmaus als Basiswert 1, dann erreichen Schimpansen den Wert 58, der Mensch 156.
Dieser Vergleich dokumentiert, wie im Laufe der Evolution die einzelnen Bauteile des Hirns
größer oder kleiner geworden sind. Ob sie größer oder kleiner wurden, steuerte wie alles in
der Evolution der Bedarf.
Daneben gab es aber auch qualitative Sprünge in der Stammesgeschichte. Auffällig sind dabei
die Unterschiede von Fischen und Reptilien zu den warmblütigen Vögeln und Säugetieren,
ebenso wie zwischen den Primaten und dem Rest der Säuger. Orientieren wir uns nach dieser
Entwicklungsskala, bildet das menschliche Gehirn den letzten qualitativen Sprung in der
Gehirnevolution.
[Stark, 1991], [Damm; Benner, 2000]
3.1.3.3 Ort der Steuervorgänge
Die Zuständigkeit für Steuervorgänge, die aufgrund von gewonnenen Erfahrungen getroffen
werden, liegt beim limbischen System, einer im Inneren des Gehirns über dem Hirnstamm,
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
befindlichen Struktur, die in sich und mit anderen Gehirnregionen durch Faserbündel
vielfältig verbunden ist. Von diesem System aus nimmt unser Gedächtnis seinen Anfang. Es
steuert vegetativ-nervöse (Blutdruck, Pulsfrequenz, Körpertemperatur) und hormonelle
Vorgänge, ebenso die Affekte Liebe, Furcht und Wut. Eine Art grobgerastertes Urbewusstsein
nimmt Gefühle nach und nach differenzierter wahr und richtet sich dabei nach dem
Lustprinzip aus, das heißt, ob Gefühle als angenehm oder unangenehm empfunden werden.
Erfahrung wird gespeichert und zur Entscheidungsfindung herangezogen. Anpassung ist hier
gleichbedeutend mit Wissenserwerb. Informationsspeicherung heißt Einprägung und zwar im
Sinne von Erkennen und Wissen. Daher kann die emotionale Beteiligung beim Lernvorgang
gar nicht stark genug betont werden.
Werden Erfahrungen mit angenehmen Gefühlen oder Erlebnissen verknüpft, dann möchte
man sie gerne wiederholen bzw. man erinnert sich gerne an sie. Folglich versucht man,
Erlebnisse die mit unangenehmen Gefühlen verbunden werden, mit aller Kraft zu vermeiden
und erinnert sich auch nur höchst ungern an sie. Beleg hierfür gaben auch Untersuchungen
von Patienten, die an partieller Amnesie leiden. Nur durch Hypnose gelang es teilweise,
erlebtes und lang verschollenes Wissen zu reaktivieren, welches aufgrund der negativen
Erfahrungssituation verdrängt bzw. im Geist verschlossen wurde. Bis dato nicht
nachvollziehbare persönliche Abneigungen der untersuchten Personen konnten so erklärt und
therapiert werden.
[Stark, 1991], [Damm; Benner, 2000], [Minninger, 1990], [Buzan, 1999]
3.1.3.4 Ort der Verknüpfung
Die Verknüpfung aller ankommenden Sinneseindrücke mit Gefühlen geschieht im Thalamus,
einem Teilgebiet des Zwischenhirns. Er filtert und übersetzt im Zwischenhirn alle
einlaufenden Sinneseindrücke – mit Ausnahme des Geruchs – für die weitere Verarbeitung in
der Großhirnrinde. Der Thalamus wird auch als das „Tor des Bewusstseins“ bezeichnet. Er
beinhaltet die wichtigsten übergeordneten Regulationszentren des vegetativen Nervensystems.
Der Thalamus steht nun seinerseits wieder in vielfältigen Verbindungen mit dem Großhirn,
wodurch alle eingehenden Erfahrungen mit früheren verglichen oder kombiniert werden
können. Im unteren Bezirk des Thalamus, dem sogenannten Hypothalamus werden sehr viele
Gefühle wie Hunger oder Durst aber auch die Hormonproduktion und die Körpertemperatur
gesteuert. Wichtigstes Steuerorgan dabei ist die Hypophyse, die fast den gesamten
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Hormonhaushalt regelt. Sie ist beim Menschen etwa kirschkerngroß und liegt an der
Schädelbasis. Von hier aus wird unter anderem unser Blutdruck und die glatte Muskulatur
beeinflusst. Wichtig ist, dass neue Empfindungen und Wahrnehmungen wieder an die
Gehirnzellen zurückgeleitet werden, so dass die Verknüpfung mit Erinnerungen und den
damit verbundenen Gefühlserlebnissen erfolgen kann. Gleichzeitig wird alles wieder als neue
Wahrnehmung gespeichert und vergrößert den Erfahrungsreichtum, der wiederum mit
anderen Informationen in Verbindung gebracht werden kann. Damit ist ein äußerst
vielschichtiges und kompliziertes Regelsystem entstanden. Die zuvor beschriebenen Hirn-
Organe sind eng mit der Großhirnrinde vernetzt und dadurch mit dem menschlichen Denken,
Bewusstsein, dem Teil des Gehirns mit dem Menschen lernen, merken und vergessen.
[Stark, 1991], [Damm; Benner, 2000], [Glasklar, 1997]
3.1.4 Erkenntnisse
Von näherem betrachtet, besteht das menschliche Gehirn in der Draufsicht aus zwei
symmetrischen Teilen, die nur getrennt erscheinen. Abbildung 2 zeigt das Gehirn von oben.
Abbildung 2 nach Damm und Benner (2000): Gehirn von oben
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Sie sind durch den sogenannten Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden. Dieser
Balken besteht aus etwa 300 Millionen Nervenfasern. Abbildung 3 präsentiert einen
Längsschnitt durch das Gehirn, aus dem die Position des Balkens hervorgeht.
Abbildung 3 nach Damm und Benner (2000): Seitenansicht des Gehirns
Wichtige Aufschlüsse über die Funktionsweise des Gehirns brachten die Experimente des
amerikanischen Neurophysiologen Roger W. Sperry.
Sperry behandelte Patienten mit schwersten epileptischen Anfällen, indem er operativ den
Balken durchtrennte (Split-brain-Patienten). Dabei stellte er fest, dass die beiden
Gehirnhälften nach der Durchtrennung des Balkens völlig verschieden reagierten. Sperry
berichtet über Experimente mit Split-brain-Patienten: „Projiziert man auf eine Leinwand das
Wort „hat band“ so, dass „hat“(Hut) zur rechten Hemisphäre gelangt und „band“(Band) zur
linken, also dem Platz des Sprachzentrums und fragt man nun den Patienten, was er gesehen
hat, so antwortet er: „band“ und hat keine bewusste Vorstellung, dass er mit der rechten
Hemisphäre „hat“ gesehen hat. Fragt man weiter: „What a band“(Was für ein Band), dann
kommen Antworten wie „Rock´n´Roll Band“ etc..“
Wie viele Organe im Menschen - Nieren, Lungen, Ohren, Augen - ist das Gehirn paarig
angelegt. Im 19. Jahrhundert hatte man herausgefunden, dass für die meisten Menschen die
linke Hälfte der Großhirnrinde eine wichtige Rolle beim Sprech- bzw. Hörvorgang spielt.
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Wegen der kreuzweise angelegten Funktionsweise ist die linke Hemisphäre auch zuständig
für die Kontrolle der rechten Hand. Außerdem ist die linke Seite des menschlichen Gehirns
auch der Sitz des analytischen, logischen Denkens. Die Tatsache, dass die linke Seite der
Großhirnrinde für die meisten Menschen eine so wichtige Rolle einnimmt, wurde dann so
interpretiert, dass die linke Seite die dominante Seite sein müsste und die rechte Seite als die
untergeordnete angesehen wurde. Eine der wesentlichsten Entdeckungen des 20. Jahrhunderts
besteht darin, dass die beiden Hemisphären der Großhirnrinde jeweils dominierend für
bestimmte mentale Fähigkeiten des Menschen zuständig sind.
Die linke Gehirnhälfte - Die linke Hemisphäre des Großhirns hat eine Dominanz in folgenden
Bereichen:
• verbale Sprache und Schrift
• Zahlen
• Ratio und Logik
• Analyse, Details erkennen
• Regeln und Gesetze
• Wissenschaft
• lineares Denken, Schritt für Schritt
• Verständnis von der Zeit
Die rechte Gehirnhälfte - Die rechte Hemisphäre ist dagegen vorrangig in den folgenden
Bereichen dominant:
• Körpersprache
• bildliche Vorstellungskraft, Fantasie und Tagträume
• Intuition und Gefühl
• Synthese, also einen Überblick bekommen
• Kreativität
• Kunst, Musik, Tanz, Rhythmus
• ganzheitliches und nonlineares Denken
• räumliches Bewusstsein
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In Abbildung 4 werden einige Gehirnbereiche dargestellt, mit denen bestimmte menschliche
Funktionen verbunden sind.
Abbildung 4 nach Damm und Benner (2000): Funktionszentren des Gehirns
Robert Ornstein und Eran Zaidel führten die Arbeiten von Roger Sperry weiter, dadurch ist
heute unter anderem auch bekannt, dass die Gehirnhälften nicht ausschließlich für bestimmte
Fähigkeiten zuständig sind. Sie stehen in einer stetigen Wechselwirkung und stimmen ihre
Fähigkeiten aufeinander ab.
[Damm; Benner, 2000], [Glasklar, 1997], [ Sperry; Gazzaniga; Bogen, 1969], [Buzan, 1999]
3.1.5 Weltbild
Das traditionelle analytisch-mechanisch geprägte Weltbild tat ein übriges zur Überbewertung
der linken Hemisphäre. In der westlichen Welt wird häufig die linke Gehirnhälfte sehr viel
stärker gefordert als die rechte. Denkt man z.B. an die Schule - hier stehen vielmehr logischanalytische
Denkprozesse im Vordergrund und Schwerpunkte liegen in den Bereichen
Sprache und Zahlen. Heutzutage wird an Lehranstalten noch immer eine Menge an
abstraktem, wissenschaftlich klingendem Wissen vermittelt. Hier wird Lernen oft auf einen
bloßen Merkvorgang ohne Wirklichkeitsbezug reduziert. Lernen ist aber viel mehr als
Speichern. Zum Lernen gehören das Erkennen, Einordnen, Vergleichen, Wiedererkennen,
Abrufen, Suchen und Finden, Verstehen und Behalten.
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Angefangen bei den Kindern in der Schule über die jugendlichen Auszubildenden, bis hin zu
den Studenten der Universität gilt es nicht nur abstraktes Wissen zu vermitteln, sondern
möglichst schnell und anschaulich den Bezug zur Wirklichkeit herzustellen. Denn nur wenn
beide Hemisphären des Großhirns gut zusammenarbeiten und sich ergänzen, entstehen
exzellente und kreative Denkleistungen. Deshalb ist es sehr wichtig, auch die rechte
Gehirnhälfte in Denk- und Lernprozessen mit einzubeziehen.
3.2 Neue Lernmethoden
Jedes menschliche Individuum ist einzigartig und dementsprechend ist es auch sein „Geist“,
der hier übergeordnet als Eingangspforte und Verarbeitungszentrum für Eindrücke bewusster
und unbewusster Art (Natur) benannt wird. Dementsprechend gibt es zwangsläufig je nach
Empfindungs-, Gefühls- und Wahrnehmungslage Unterschiede sowohl in der Intensität als
auch in der Art und Weise der Signalverarbeitung. Dabei gilt, was einem am meisten hilft,
kann entweder statistisch an der Leistungsüberprüfung oder rein subjektiv am eigenen
Befinden festgemacht werden.
Im täglichen Leben kommt es vor, dass man gesagt bekommt, dieses oder jenes einfach nicht
zu können oder dafür nicht begabt zu sein, dass es schlichtweg unmöglich sei, etwas zu
erreichen. In solchen Fällen sind weder Selbstzweifel angebracht, noch der Versuch zu
ergründen, ob diese Person etwa aufgrund ihrer Autorität vielleicht sogar recht behalten
könnte. An erster Stelle muss individuell geprüft werden, inwieweit es einem selbst, wenn
überhaupt, notwendig oder erstrebenswert erscheint, sich mit einem gewissen Lern-
Gegenstand näher zu befassen.
Dies ist wichtig, um sich über den eigenen Motivationsgrad und somit die
Chancenwahrscheinlichkeit auf ein erfolgreiches und schnelleres Lernen klar zu werden.
Kommt man zu dem Schluss, dass es durchaus Sinn macht, sich mit einem Sachverhalt
auseinander zu setzen, spielt eine wohl strukturierte Herangehensweise an den Lernvorgang
eine für den Lernerfolg vorentscheidende Rolle. Dabei sollte man sich über folgende, den
Lernvorgang betreffende Punkte bewusst sein, um durch eine gute Lernstrategie möglichst
motiviert und effizient Informationen aufnehmen zu können.
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3.2.1 Wege zum besseren Gedächtnis
Der Prozess der Erinnerung lässt sich in drei Stufen aufgliedern:
• Bemerken - Sie bekommen die Information
• Behalten - Sie behalten die Information
• Benutzen (Erinnern/Erkennen) - Sie können die Information später abrufen
oder Sie erkennen sie, wenn Sie ihr wieder
begegnen.
3.2.1.1 Bemerken
Was man nicht wahrgenommen hat, kann man später auch nicht vergessen.
Ein Zuviel an äußeren Reizen kann eine Wahrnehmung stören oder verhindern. Informationen
aufzunehmen, während der Fernseher läuft, während sich mehrere Leute im gleichen Raum
unterhalten, wenn der Teekessel in der Küche pfeift oder das Telefon läutet, wenn man
Kopfschmerzen hat und der Hund an der Tür bellt - das kann schwer, ja unmöglich sein.
Andererseits, wenn die Information wirklich wichtig ist - wenn man also z. B. telefonisch
mitgeteilt bekommt, man hätte zwei Millionen im Lotto gewonnen - dann wird man diese
Information sehr wahrscheinlich behalten. Einige Menschen fühlen sich in einem gewissen
Durcheinander von Umweltreizen sogar regelrecht wohl. Bei ihnen heben sich die
verschiedenen nach Aufmerksamkeit heischenden Phänomene gegeneinander auf und
vermischen sich zu einem beruhigenden Hintergrundgeräusch ähnlich dem eines Wasserfalls.
Manche Leute lernen sogar am besten an Orten, wo es sehr lebhaft zugeht, in Restaurants
oder Bahnhöfen zum Beispiel. [Minninger, 1990]
3.2.1.2 Behalten
Das Behalten einer Information bedeutet „potentielle Erinnerung“. Man hat etwas bemerkt
und es ist vom Kurzzeitgedächtnis ins Langzeitgedächtnis übergetreten und hat sich dort zu
einer unüberschaubaren Anzahl anderer Informationen gesellt. Man hat die Information in
seiner geistigen Registratur abgelegt, das Buch in das Regal seiner geistigen Bibliothek
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gestellt, das Paket in sein geistiges Warenhaus abgeschickt, oder wie man sich den Prozess
sonst vorstellen möchte.
3.2.1.3 Benutzen
Es gibt zwei Möglichkeiten, die Information wieder zurückzuholen:
Erinnerung und Wiedererkennen.
Erinnerung:
Bei der Erinnerung kehrt die gespeicherte Information in das Bewusstsein zurück. Dies kann
beabsichtigt oder unbeabsichtigt geschehen. Das Gesicht eines Freundes oder der Text eines
Lieds oder eine Algebra Formel ist da, in der Mitte der Bühne, zur Benutzung. Vielleicht hat
man die Information abgerufen, vielleicht ist sie unerwarteterweise aufgetaucht. Aber sie ist
da.
Wiedererkennen:
Beim Wiedererkennen hat man entweder nicht versucht, die betreffende Information
abzurufen, oder es ist einem nicht gelungen. Aber wenn man dieser Information wieder
begegnet - dem Beamten, mit dem man vorige Woche zu tun hatte, einem Jahre nicht mehr
besuchten Ort, einem lang vergessenen Geschmack, dann weiß man, dass man dieses
Phänomen von neuem erlebt. Man erkennt es wieder.
Wiedererkennen scheint manchmal nur ein schwacher Ersatz für das willentliche Abrufen von
Informationen zu sein, aber Erinnern bedeutet im wesentlichen Wiedererkennen. Das ist
durchaus nicht negativ, denn wir können viel mehr wiedererkennen, als wir willentlich
abrufen können.
Wenn sich Menschen wegen ihrer Vergesslichkeit grämen, dann handelt es sich in vielen
Fällen darum, dass sie eine bestimmte Information nicht willentlich abrufen können. Sie
wiederzuerkennen, sind diese Menschen durchaus fähig. Wenn man sich das Gedächtnis als
eine riesige Bibliothek vorstellt, kann man sich diese Erinnerungen als Bücher in hohen,
dunklen Regalen denken. Man weiß, wo sie sind, kann sie in die Hand nehmen, aber man hat
sie noch nicht abgestaubt oder gar begonnen, darin zu blättern.
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Was behält man am längsten?
Man mag sich fragen: Wenn wir wirklich niemals etwas aus unserem Langzeitgedächtnis
verlieren, wie die meisten Wissenschaftler es annehmen, wie können wir dann von der Dauer
von Erinnerungen reden?
Einige Untersuchungen darüber, wie gut man Gelerntes behält, scheinen zu zeigen, dass
Gedächtnisinhalte verblassen können. Nach diesen Erkenntnissen verlieren wir unsere
Fähigkeit, Informationen abzurufen, viel früher als die Fähigkeit, Informationen
wiederzuerkennen. Zahlreiche Experimente zeigen, dass man schon einmal gelernte Dinge in
kürzerer Zeit als beim ersten Mal neu lernen kann - selbst wenn man jahrelang nichts mehr
mit ihnen zu tun hatte.
3.2.1.4 Vergesslichkeit und Lernersparnis
Der deutsche Psychologe Hermann Ebbinghaus (1850-1909) begann ungefähr zur selben Zeit,
wie sein russischer Kollege Pawlow, in die Geheimnisse des Lernens einzudringen. Er
verbrachte ungezählte Stunden seines Lebens damit, Reihen von sinnlosen Silben („fap“,
„fep“, „jis“, „mib“, etc.) auswendig zu lernen und dann zu erproben, wie lange sie im
Gedächtnis bleiben. Er fand dabei bezüglich des menschlichen Erinnerungsvermögens heraus,
dass Aneinanderreihungen von Buchstaben oder Ziffern, die auch nur einen Funken Sinn
ergeben, sofort ungleich besser im Gedächtnis verankert werden – bis zu zehnmal leichter und
länger. Bei einem weiteren seiner Experimente, lernte er eine sinnlose Silbenreihe, die er
anschließend unterschiedlich lange ruhen ließ und dann jeweils versuchte, sich die Reihe
vollständig ins Gedächtnis zurückzurufen. Gelang ihm dies nicht, maß Ebbinghaus den
zeitlich erneut benötigten Lernaufwand zum erfolgreichen Rezitieren der Silben. Aus seinen
Versuchsergebnissen geht die in Abbildung 5 als Diagramm beschriebene „Ebbinghaus´sche
Kurve“ hervor, welche auch als die Kurve der menschlichen Vergesslichkeit bezeichnet wird.
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Abbildung 5 verändert nach Leitner (1991): Vergesslichkeitskurve
Aus ihr kann entnommen werden, dass das Wiedererlernen mit einer Zeitersparnis verbunden
ist. Die Größe dieser Ersparnis drückte Ebbinghaus in Prozenten jener Zeitspanne aus, die
zum ersten Lernen der Silbenreihe notwendig gewesen war. Was man erspart hat, das besitzt
man noch. So lässt sich die Lernersparnis mit dem gleichsetzen, was dem Lernenden im
Gedächtnis geblieben ist, was er noch nicht vergessen hat.
Beschriftet man das Diagramm mit Wochen statt Tagen, erhält man ein ungefähres Bild
davon, in welchem Tempo auch sinnvoller und anschaulicher Lernstoff dem Vergessen
unterliegt. Nur 20 Prozent des Erlernten bleibt laut Ebbinghaus dauerhaft erhalten. Somit
müsste man nach seinen Erkenntnissen immer wieder herausfinden, welche 20 Prozent der
gelernten Informationen sicher erhalten bleiben und die restlichen 80 Prozent nach dem
gleichen Schema lernen, bis auch diese sich einer nahezu hundertprozentigen Beherrschung
annähern. Um jedoch genau zu wissen, welche von den gelernten Informationen zu dem
gesicherten Fünftel gehören, müsste man bei sinnvollem Material Monate oder Jahre warten
und dies durch Überprüfung immer wieder feststellen. Zeitlich gesehen also ein
hoffnungsloses Unterfangen.
Einen Kompromiss zwischen beiden Extremen - dem nervtötenden System, den ganzen
Lernstoff stur immer wieder durchzunehmen und der unendlich zeitraubenden, aber
arbeitsparenden Möglichkeit, etwa jedes halbe Jahr die 20 sicheren Prozent von den 80
Prozent unsicheren Lerninformationen zu trennen – stellt folglich laut Leitner (1991) seine
Lernkartei dar.
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Die Lernkartei:
Sie orientiert sich an Ebbinghausens Kurve der menschlichen Vergesslichkeit. Die Kurve fällt
auch bei sinnvollem Material in den ersten Tagen besonders steil ab, später wird die Kurve
zunehmend flacher. Das zeigt, dass in den ersten Tagen häufige Wiederholungen des Stoffes
notwendig sind und in den folgenden Wochen und Monaten der Stoff immer seltener
wiederholt werden muss, bis er schließlich endgültig zur Seite gelegt werden kann. Außerdem
wird versucht, nur Informationen öfters zu wiederholen, die sich dem Gedächtnis schlechter
einprägen und andere nur zur unumgänglichen Kontrolle zu prüfen. Eine Reihe anderer
Lernsysteme basiert auf denselben Grundlagen oder macht zumindest teilweise von den durch
Ebbinghausens Experimente erzielten Ergebnissen Gebrauch. Neben seinen sind auch neuere
Forschungserkenntnisse, wie die Entdeckung der bei den meisten Menschen stark
ausgeprägten bildhaften Denkweise, in viele Lernkonzepte eingeflossen.
Das Mind Mapping:
Beim Mind Mapping werden Karten erstellt, die von einem zentralen Hauptthema ausgehen.
Dieses wird schriftlich fixiert. Anstatt oben auf der Seite zu beginnen und sich in Listen oder
Sätzen vertikal nach unten zu arbeiten, beginnt man in der Mitte mit der Zentralidee. Auf den
von diesem Zentrum ausgehenden Ästen und Zweigen notiert man die Einzelideen welche
vom Zentralthema abgeleitet werden.
Die Grundregeln für das Mind Mapping lauten:
• Man beginnt mit einem farbigen Bild in der Mitte. Ein Bild regt das kreative Denken
an und prägt sich in das Gedächtnis besonders gut ein. Aus diesen Gründen fügt man
möglichst viele Bilder ein.
• Die Wörter schreibt man in Druckschrift mit Großbuchstaben. Beim Nachlesen gibt
dies ein fotografischeres, unmittelbareres und verständlicheres Bild.
• Die Wörter sollen auf Linien geschrieben und jede Linie mit anderen Linien
verbunden sein. Dadurch wird die Grundstruktur der Mind Map deutlich.
• Wörter sollen in Einheiten angeordnet sein, ein Wort je Linie. Das lässt für jedes Wort
mehr Freiheit und Flexibilität für Aufzeichnungen.
• Man verwendet durchgängig Farben. Sie erhöhen die Übersichtlichkeit und lassen die
Zusammenhänge deutlicher erkennen.
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• Jedes Nachdenken darüber, wohin Dinge gehören oder ob sie überhaupt eingebracht
werden sollen, verlangsamt den Prozess. Man soll deshalb alles, woran man im
Zusammenhang mit der Zentralidee denkt, festhalten.
• Falls man tatsächlich einmal unverbindbare Begriffe findet, sollte man ein zweites
Mind Map eröffnen, denn dann kann es sich um ein neues Thema handeln.
• Man verwendet ausschließlich Hauptwörter, Eigenschaftswörter und Tätigkeitswörter.
Alle anderen Wörter sind in einem Mind Map überflüssig.
Es bedarf vier grundlegender Schritte um ein Mind Map zu erstellen:
• Das zentrale Thema aufschreiben:
Man beginnt ein Mind Map immer, indem man sein zentrales Thema in die Mitte eines
leeren Blatt Papiers schreibt.
• Schlüsselwörter sammeln:
Dann sammelt man so viele Wörter, wie einem zum Thema einfallen und konstruiert
damit unter Berücksichtigung der Grundregeln das Mind Map.
• Oberbegriffe finden und die Schlüsselwörter einsortieren:
Um Ordnung in seine Gedanken zu bringen, sucht man Oberbegriffe und sortiert seine
Schlüsselwörter unter diese ein.
• Mind Maps verfeinern:
Zum Schluss „feilt“ man noch ein wenig an seinem Mind Map und ergänzt es ggf. mit
zusätzlichen Zeichnungen, Skizzen, Strichmännchen, Pfeilen oder anderen kleinen
Symbolen. Dadurch kann man es auch nach einiger Zeit noch verstehen und bezieht
die rechte Gehirnhälfte stärker mit ein, wodurch man zu kreativeren Gedankengängen
kommt sowie sich gleichzeitig entspannt.
Fast immer eignen sich folgende Oberbegriffe, um eine Struktur in ein Thema zu bekommen:
Zweck, Einsatzgebiet, Probleme, Lösungen, Beispiele etc.. Man kann aber auch die
sogenannten sechs W-Fragen als Hauptäste nehmen: Was? Wer? Wann? Wo? Warum? Wie?.
Entscheidend ist allein, dass diejenige Person die Struktur des Mind Maps verstehen muss, die
es entwirft. Letztendlich soll ja auch sie etwas mit den Aufzeichnungen anfangen können.
Wie sortiert man eine Mind Map braucht, liegt auch an dem jeweiligen Verwendungszweck.
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Entscheidende Vorteile von Mind Maps gegenüber normalen Text-Notizen:
Wenn man ein Mind Map zeichnet, spricht man beide Gehirnhälften gleichermaßen an. Durch
die bildhafte Darstellung, das Zeichnen der Äste, ergänzende Zeichnungen und Bildchen
stimuliert man die rechte Gehirnhälfte. Die sprachlichen Elemente wie Schlüsselwörter und
Symbole im Mind Map beschäftigen den linken Teil des Großhirns. Mit dieser beidseitigen
Forderung des Gehirns fördert man ein ganzheitliches, gehirngerechtes Denken. In
herkömmlichen Notizen hat ein Satz nur mit zwei anderen Sätzen eine Beziehung: mit dem
Satz davor und dem danach. Das Gehirn speichert Wissen in Beziehungen oder
Assoziationen. In Mind Maps können die Beziehungen zwischen den Schlüsselwörtern viel
einfacher dargestellt werden. Man zeichnet an einen Ast einfach einen neuen und eine neue
Beziehung ist hergestellt. Ein Mind Map zu zeichnen, braucht nach etwas Übung deutlich
weniger Zeit, als auf herkömmliche Art einen Sachverhalt mitzunotieren. Man schreibt ja
anstelle ganzer Sätze nur die wirklich wichtigen Schlüsselwörter auf. Durch geschickte Wahl
der Schlüsselwörter lässt sich der Inhalt dennoch nach Monaten einfach rekonstruieren. Auf
Füllwörter, die für die Erinnerung unwichtig sind, wird konsequent verzichtet. Mind Maps
lassen sich durch die logische und hierarchische Baumstruktur einfacher erweitern als
herkömmliche Notizen. Man fügt einfach an einer geeigneten Stelle einen Ast ein. Man kann
im Nachhinein auch Verbindungspfeile zwischen einzelnen Ästen ziehen, um bestehende
Zusammenhänge noch klarer zu machen. An sehr wichtige Schlüsselwörter kann man z.B.
ein Ausrufezeichen machen, an offene Punkte ein Fragezeichen etc..
Ein fertiges Mind Map kann wie in Abbildung 6 dargestellt aussehen.
Abbildung 6 verändert nach Buzan (1999): Mind Map
[Minninger, 1990], [Paivio, 1975], [Leitner, 1991], [Buzan, 1999]
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
3.2.2 Gründe für Lernen
Warum überhaupt etwas lernen?
Wenn man Erinnerung so definiert, dass sie auch erworbenes Wissen oder sogar Bildung
umfasst, dann gibt es drei gute Gründe:
Erstens muss man etwas wissen, um etwas lernen zu können.
Ein wichtiger Teil des Lernens ist der Vergleich von Altem mit Neuem.
Ein Baby kommt zu dem Schluss, dass seine Zehen wie seine Finger sind, bis auf den
Unterschied, dass . . .
Ein Erwachsener denkt bei Einsteins Relativitätstheorie an einen Radfahrer, der mit
Lichtgeschwindigkeit fährt, mit dem Unterschied, dass...
Der Gedächtnisexperte Alan Baddeley sagt:
„Wenn wir uns bemühen, etwas Neues zu lernen, fußt unser Lernen auf bereits existierenden
Schemata. Stehen diese im Gegensatz zu dem, was neu gelernt werden soll, so gibt es
Deformationen ...“
Mit anderen Worten: Je mehr vergleichbare Strukturen man schon besitzt, desto weniger neue
Informationen wird man als sinnlos zurückweisen oder aber deformieren, weil man versucht,
sie mit Ungeeignetem zu vergleichen.
Ein zweiter Grund: Wenn man etwas schon einmal gelernt hat, kann man es viel rascher
wieder lernen.
Ein Beispiel hierfür: „Ein Arzt las seinem Söhnchen, als es zwischen 18 und 36 Monate alt
war, Textpassagen in Altgriechisch vor. Als der Bub acht Jahre alt war, memorierte er diese
Passagen phonetisch, und außerdem einige neue. Das Lernen der schon früher gehörten Texte
erforderte nur 70 Prozent der Zeit, die für das Memorieren der neuen Passagen erforderlich
war.“ [Minninger, 1990]
Etwas schon Gelerntes zu reaktivieren bereitet viel weniger Mühe als das Lernen neuen
Materials. In unserer komplexen Gesellschaft bedeutet Wissen beileibe nicht nur, dass man
etwas im Gedächtnis parat hat. Viel wichtiger ist, dass man eine Vorstellung hat, wie und wo
etwas Bestimmtes zu finden ist. Für das Lernen spricht schließlich noch, dass alles, was wir
erleben, unsere Sicht der Welt in irgendeiner Weise beeinflusst. Wer selbst in der flüchtigsten
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Erfahrung Sinn und Ordnung erblickt, erwartet Sinn und Ordnung vom Leben. Ordnung
ermöglicht das physische Funktionieren des Menschen; ohne Sinngerichtetheit ist sein
geistiges Funktionieren nicht denkbar.
[Minninger 1990], [Leitner, 1991]
3.2.3 Motivation
Ist man zu dem Schluss gekommen, ein Lerngegenstand ist es wert, dass man sich näher mit
ihm befasst und möchte möglichst viel über ihn erfahren sowie ein grundlegendes Verständnis
diesbezüglich entwickeln und das gewonnene Wissen möglichst tief in seinen Gehirnzellen
verankern, hat man bereits den ersten Schritt zum erfolgreichen Lernen getan.
Motivation ist ein entscheidender Einflussfaktor des erfolgreichen und schnellen Lernens.
Sieht man bereits die zukünftigen Vorteile des erworbenen Wissens vor seinem geistigen
Auge, so wirkt das als Lernmultiplikator, dessen Ergebnis mit jedem Schritt ansteigt, den man
seinem Lernziel näher kommt. Dabei geben kleine Erfolge zwischendurch einen
Motivationsanreiz zum weitermachen. Eine sinnvolle Portionierung des Lerngegenstandes
beugt Erschöpfungsgefühlen und Lernverdruss vor. Weiterhin ist es erforderlich, dem
Teufelskreis negativer Suggestionen, die zum an sich selbst zweifeln ermuntern und
wiederum in schlechten Leistungen ihre Bestätigung finden, vorzubeugen.
Lernen macht erst Sinn und erreicht seine größte Wirksamkeit, wenn alle Hindernisse aus
dem Weg geräumt sind. Alle negativen und hemmenden Barrieren stehen dem Lernziel nur
im Weg und verhindern eine optimale Aufnahme der Informationen.
[Schiefele, 1978], [Baur, 1990], [Edelmann, 1988], [Schmalt, 1986]
3.2.4 Lernhemmende Barrieren
Der bulgarische Arzt und Verhaltensforscher Georgi Lozanov hat die verschiedenen Elemente
und Techniken der Suggestion zu einem pädagogischen Konzept zusammengefügt. Im Jahre
1955 veröffentlichte er erste Ergebnisse von deutlich gesteigerter Gedächtnisleistung durch
suggestive Lerntechniken (suggestive Hypermnesie). Lozanov berichtet davon, dass
Suggestion zur Hebung des Allgemeinzustandes und zur Belebung des Gedächtnisses
erfolgreich der therapeutischen Sitzung hinzugefügt wurden. Er unterscheidet z.B. drei
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lernhemmende, antisuggestive Barrieren, die eine Optimierung des geistigen Input (Eingabe)
verhindern:
• die logische Barriere
• die emotionale Barriere
• die ethisch-moralische Barriere.
Die logische Barriere:
Sie bewirkt, dass man alles, was nicht logisch im Sinne einer rationalen Analyse erklärbar ist,
nicht anerkennt. Was sich mit dem Schema von Begriff, Urteil und Schluss nicht erklären
lässt, wird abgelehnt. Es stimmt mit bestimmten Anforderungen eines traditionell anerkannten
Denkens nicht überein. Diese Barriere wehrt alles ab, was den Eindruck mangelnder logischer
Fundierung und Beweisbarkeit aufweist.
Die emotionale Barriere:
Diese Blockierung hemmt eine Person z.B., locker bzw. sicher vor einer Gruppe von
Menschen ein Referat zu halten. Man verkrampft, redet zu schnell oder stockt, verheddert sich
oder es bleiben einem die Gedanken weg und es treibt einem den Schweiß auf die Stirn. Man
verbindet mit solchen Situationen das Gefühl von Aufgeregtheit als normale
Begleiterscheinung. Diese Barriere wehrt alles ab, was neu, ungewohnt ist und kein Gefühl
der Sicherheit und Vertrautheit vermittelt.
Die ethisch-moralische Barriere:
Sie ist das menschliche Gewissen. Alles, was das individuelle und soziale Wertesystem nicht
zulassen kann, wird abgelehnt und als unmöglich verurteilt. Das Tragen eines Schleiers im
islamischen Kulturkreis ist eine solche Barriere, welche die Frau verurteilt hat und aus der
Gemeinschaft ausschließt, die sich dieser Tradition nicht anschließt. Die ethisch-moralische
Barriere verhindert, dass wir etwas tun oder lassen, was nicht normal ist – und zumindest
nach A. Huxley ist normal, was die Mehrheit tut.
Neben den drei von Lozanov in seinem pädagogischen Konzept definierten lernhemmenden
Barrieren werden in der Psychologie noch folgende Hemmungen unterschieden, die dem
Lernen im Weg stehen können:
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Retroaktive Hemmung: Es werden zwei Lektionen am Tag gelernt und das Lernmaterial der
zweiten Lektion hat den Stoff der ersten zumindest teilweise verdrängt. Das neue
Lernmaterial hemmt also die Erinnerung an das alte rückwirkend.
Proaktive Hemmung: Umgekehrt wird hier die an zweiter Stelle gelernte Lektion schlechter
behalten. Das vorher gelernte Material hemmt die Einprägung des danach gelernten.
Ähnlichkeitshemmung: Je ähnlicher sich die beiden gelernten Lektionen sind, desto stärker
wird die „Interferenz“, die wechselseitige Beeinträchtigung und umso schlimmer wird die
Hemmung.
Assoziative Hemmung: Wurde eine falsche Information angelernt, muss diese erst wieder
weg-gelernt werden, um sich die richtige beizubringen, weil die „falsche Assoziation“ die
richtige verdrängt.
Affektive Hemmung: Sie tritt auf, wenn ein Mensch unter starker Affektspannung steht, er
also von Zorn, Schmerz, Angst, Schrecken aber auch übermäßiger Freude beherrscht wird.
Zusätzlich gibt es manchmal auch noch eine Kreuzung von assoziativer und
Ähnlichkeitshemmung. Sie tritt z.B. auf, wenn Deutsche das italienische Wort „caldo“ lernen.
Obwohl „caldo“ nicht „kalt“, sondern „heiß“ bedeutet, ist die Ähnlichkeit mit „kalt“ doch so
groß, dass die falsche Bedeutung nur durch langes Üben wegtrainiert werden kann.
Viele Menschen haben negative Vorstellungen vom Lernen. Sie sind also von einer negativen
emotionalen Blockade gehemmt. Folglich muss aus diesem Grund laut Lozanov zuerst eine
Desuggestion erfolgen. Es müssen negative Erfahrungen, die sich prägend in der
Vorstellungswelt des Lernenden festgesetzt haben, durch positive Suggestionen ersetzt
werden.
[Dhority, 1987], [Lozanov, 1978]
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3.2.5 Desuggestion
Lozanov nennt hierbei vier Mittel der Desuggestion:
• die positiv-suggestive Lernatmosphäre
• die Infantilisierung
• die Autorität
• die Dualebene
Die positiv-suggestive Lernatmosphäre:
Es ist darauf zu achten, das Lernklima angenehm zu gestalten. Ein Klima der Geborgenheit
für Lehrer und Schüler ist dem Lernprozess förderlicher als ein Gefühl des Ausgeliefertseins
auf Seiten des Schülers oder des unter Erklärungszwang stehenden Lehrers.
Um eine positiv-suggestive Lernatmosphäre zu schaffen, müssen einige Grundanforderungen
erfüllt sein. Eine relativ offene, von natürlichem Lichteinfall geprägte Architektur, die zum
entspannten Lernen einlädt, ist hierfür ideal. Weiterhin ist auf eine offene Sitzordnung z.B. im
Halbkreis, zu achten, die den direkten Blickkontakt der Lernenden untereinander ermöglicht
und so ein Gefühl des Miteinanders vermittelt. Neben dem Vorteil, dass man sich so Auge in
Auge ansprechen kann, ist es unmöglich, sich im Rücken der Anderen auf einem Eckplatz als
stiller Beobachter zu verstecken oder womöglich abzuschalten, sondern ist stets ein Teil der
Runde. Das regt wiederum zur spontanen Kommunikation an und bietet Raum für
Rollenspiele und andere Arten der Stoffpräsentation. Grundsatz der Unterrichtsgestaltung
sollte sein, den Schülern das Unterrichtsgeschehen in einem angenehmen und positiven Klima
anzubieten, so dass es ihnen Freude macht und sie zum Lernen ermuntert.
Die Infantilisierung und die Autorität:
Die Infantilisierung hat den Streß- und Angstabbau beim Lernen zum Ziel. Unter
Infantilisierung versteht Lozanov einerseits ein Verhalten des Lehrers, das Sicherheit und
innere Ruhe vermittelt, Neugier aufkommen lässt und andererseits beim Schüler eine Haltung
des Fragenstellens, des Vertrauens und Lerneifers. Kinder lernen durch spontanes Erleben,
ehe sie von sozial-suggestiven Normen gehemmt werden und lernen, die unmittelbaren
Gefühle zu unterdrücken und „erwachsen“ zu reagieren. Es gilt dem Lernenden „die Angst zu
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versagen“ zu nehmen und ihn nicht unnötig in Stress zu versetzen, der häufig zu einem
panischen Zustand führt und somit den Lernprozess zum erliegen bringt.
Der drohend erhobene Zeigefinger und übermäßiger Prüfungsdruck sind Hauptursachen
hierfür. Es ist Aufgabe des Lehrers, sich eine angstfreie Autorität zu verschaffen, aus der
Sicherheit und Ruhe erwächst, welche sich auf den Schüler überträgt und ihn für neues
Wissen öffnet, ihn neugierig macht. Die Autorität des Lehrers soll dazu dienen, auch das
kreative Verhalten des Schülers zu steigern und seine Bereitschaft, spielerisch zu lernen.
Infantilisierung und Autorität korrespondieren. Die Infantilisierung dient dazu, die natürliche
Aufnahmebereitschaft und Speicherfähigkeit, wie sie im Kindesalter besteht,
zurückzugewinnen und das lernpositive Verhalten zu reaktivieren.
Um das zu erreichen, bedarf es neben der Autorität des Lehrers auch seines soliden fachlichen
Könnens. Dies kann seinerseits wiederum nur durch theoretische und praktische Schulungen
erreicht werden mit dem Ziel, dass sich am Schluss der Lehrende über die Auswirkungen
einer jeder seiner Bewegungen und Handlungen auf den Schüler bewusst ist, um diese dann
gezielt lernfördernd einsetzen zu können. Autorität wirkt auch durch die Körpersprache.
Befinden sich Gesten und Mimik mit dem Gesagten in Übereinstimmung, so wird auch die
Nachricht treffsicher übermittelt.
Die Dualebene:
Man unterscheidet zwischen der Wort-Ebene und der Ebene der nonverbalen Kommunikation.
Die Worte:
Sie sind die erste Ebene, die den Sinninhalt vermittelt.
Die nonverbale Kommunikation:
Körpersprache, Gesten, Mimik, Intonation und Rhythmus der Sprache bilden die zweite
Ebene. Eine exakte Strukturierung dieser nonverbalen Ebene ist von großer Bedeutung, da
eine aktive Wahrnehmung bzw. Übernahme auf Seiten des Schülers neue Eingangskanäle für
Lernreize öffnet, weil auch die rechte Hälfte des Gehirns angesprochen wird.
Es sind immer mehrere Sinnesbereiche, die ständig etwas registrieren und Informationen
aufnehmen. Das Wahrgenommene wird dann entweder vergessen oder gemerkt. Dieses
unbewusste Aufnehmen nennt Lozanov das Parabewußtsein, das sehr effektiv die Randstimuli
als begleitende Informationsträger registriert. Randstimuli sind die Eindrücke, die wir ständig
unbewusst über alle unsere Sinne aus unserer Umgebung heraus aufnehmen. Dabei passieren
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
sie teilweise unser Kurzzeitgedächtnis und gehen direkt ins Langzeitgedächtnis. Dort
unbemerkt gespeichert, können sie durch Assoziationen reaktiviert werden. Dieser Vorgang
ist vergleichbar mit einem Déjà-vu-Erlebnis. Beispielsweise kann der angenehme Geruch
einer herrlich bunten, duftenden Sommerwiese als Auslöser für ein ganzes Bündel an
Gedanken und Assoziationen, die womöglich lange zurückliegen, wirken.
[Lozanov, 1978], [Schuster; Gritton, 1986], [Stokvis; Pflanz, 1961], [Stark, 1991]
3.3 Die drei Gedächtnisstufen
Generationen lang diskutierten Gelehrte die klassische Frage: Ist das Gedächtnis ein System,
das auf verschiedene Weise und in verschiedenen Tiefen gebraucht wird, oder besteht es aus
zwei Systemen - einem für das eben Geschehene und einem anderen für das umfassende
Lebensbild (Kultur, Sprache, Wissenschaft, Mathematik und das Universum)?
Heute vermuten Wissenschaftler, dass das Gedächtnis nicht zwei, sondern drei Stufen hat.
• das Ultrakurzzeitgedächtnis (wenige Sekunden)
• das Kurzzeitgedächtnis (Minuten, Stunden - wenige Tage)
• das Langzeitgedächtnis (Wochen, Monate - Lebenszeit)
Alle Gedächtnisstufen haben zwei Charakteristika.
- Kapazität: Wie viele Einzelinformationen können behalten werden?
- Dauer: Wie lange werden sie behalten?
Für diese Kategorien hat jeder Wissenschaftler etwas andere Zahlen; manche sind sich nicht
sicher, dass das Kurzzeitgedächtnis dem Langzeitgedächtnis vorangehen muss. Sie meinen,
dass bestimmte Informationen direkt ins Langzeitgedächtnis eingehen.
3.3.1 Das Ultrakurzzeitgedächtnis
Kapazität: Tausende im Sinne von Vielzahl (Tausende von Blättern an einem Baum,
Tausende von Ameisen bei einem Picknick).
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Beim Ultrakurzzeitgedächtnis (auch sensorisches Gedächtnis genannt) spielt der Instinkt eine
wichtige Rolle. Es werden einfache Vergleiche zwischen Bildern gemacht: Ist dies anders, als
es vor einer Sekunde war? Das Ultrakurzzeitgedächtnis registriert mögliche Veränderungen
und versetzt unser Kurzzeitgedächtnis in einen Bereitschaftszustand.
Hierbei ist das Ultrakurzzeitgedächtnis, in dem Informationen für bis ca.15 Sekunden
verharren, der erste Filter für Wahrnehmungen. Das Ultrakurzgedächtnis erlaubt uns, einmal
begonnene Handlungen fortzusetzen - wenn wir beispielsweise durch ein Zimmer gehen oder
einen Satz lesen. Eine Information wird registriert und wenn sie als unwichtig eingestuft wird,
sofort wieder vergessen. Erst so wird es möglich z.B. Auto zu fahren, auf Ampeln, Fußgänger
und andere Verkehrsteilnehmer zu achten und sich dabei noch mit dem Beifahrer zu
unterhalten. Gewinnt eine Information an Interesse, weil sie wie z.B. der Wetterbericht für
einen am Wochenende geplanten Ausflug von Bedeutung ist, hören wir diese Information
wesentlich bewusster und sie bleibt auch wesentlich länger im Gedächtnis. Lässt man einer
Information keine besondere Aufmerksamkeit zukommen, verknüpft sie also mit keiner
besonderen Assoziation, geht sie spurlos an uns vorbei. Die geringe Verweildauer der
Information in Form elektrischer Ströme und Schwingungen in unserem Gehirn ist sehr
wichtig, um Reaktionen, die automatisch ablaufen, zu steuern. Hierbei ist ausschlaggebend,
dass bestimmte Tätigkeiten unsere Aufmerksamkeit nicht in Anspruch nehmen, damit wir uns
dabei auf das Einwirken äußerer Vorgänge konzentrieren können, die wir zum größten Teil
auch nur kurzfristig registrieren und dann wieder vergessen können, da es ansonsten zu einer
Reizüberflutung käme. Damit sind solche oft geübten und zu Automatismen gewordenen
Abläufe gemeint wie z.B. das Auto- oder Radfahren, bei denen es überlebenswichtig ist, dem
Rundumgeschehen den größten Teil der Aufmerksamkeit zu schenken, um möglichst schnell
reagieren zu können.
3.3.2 Das Kurzzeitgedächtnis
Kapazität: Sieben Informationen
Der nächste Filter ist das Kurzzeitgedächtnis. Wahrscheinlich weiß man noch, was man
vorgestern zu Mittag aß, und vielleicht auch noch, was es am Tag zuvor gab. Was vor einer
Woche oder vor einem Monat auf dem Tisch stand, braucht man gar nicht erst zu fragen - es
sei denn, es war etwas ganz Besonderes, oder man isst immer das Gleiche.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Wie lange dauert das Kurzzeitgedächtnis? Auch hier sind sich die Gelehrten nicht einig.
Manche meinen, ein paar Sekunden, andere, bis zu zwei Jahre. Für die meisten Dinge beläuft
sich der Zeitraum wohl auf mehrere Tage. Man stellt zuweilen aber auch fest, dass ein
regelmäßig stattfindendes Ereignis, wie etwa eine monatliche Zusammenkunft, klare
Erinnerungen an das vorhergehende Ereignis mit sich bringt - wo man saß, was man hörte und
sagte, vielleicht sogar, was man anhatte. Ein von Jahr zu Jahr stattfindendes Ereignis, ein
Feiertag oder ein Geburtstag zum Beispiel, kann einem überraschende Rückerinnerungen
ermöglichen.
Es werden Informationen gespeichert, gesetzt den Fall, es erfolgte die Übernahme eines
Ereignisses vom Ultrakurzzeit- ins Kurzzeitgedächtnis aufgrund einer erhöhten
Bedeutungsbeimessung,. An diesem Ort entscheidet es sich, ob die Information vergessen
oder im Langzeitgedächtnis abgespeichert wird. Es wird aus Ribonucleinsäuren kurz RNA
Bausteinen (Lettern) eine Matrix angefertigt. Diese hochmolekularen, aus Nucleotiden
aufgebauten chemischen Verbindungen tragen in Form von spiralförmigen Kettenmolekülen
als „Boten“ oder „messenger“ RNA bzw. als Transfer-RNA Informationen weiter. Sie dienen
sozusagen als Erstmuster, die bei Nicht-Bedarf wieder vernichtet werden.
Es wird eine der Information entsprechend aufgebaute Molekülkette hergestellt, die dann
wieder bestimmte Proteine bilden muss, um sie als Information weiterzugeben und an
bestimmten Stellen in unserem Gehirn einzulagern. Aufgrund der Tatsache, dass sich
Gehirnzellen nicht mehr teilen, müssen die Informationen abgelegt werden. Somit werden sie
wie Wegweiser und Erkennungsmarken an bestimmten Stellen der Nervenzellen und auch
ihrer Fortsätze eingelagert. Für neue Informationen bedeutet dies zugleich auch eine
Orientierungsmöglichkeit. Neue Informationen gleichen einem Wanderer, der vor einem
Wegweiser steht: Kennt er die Gegend, weiß er sofort, wohin er sich wenden muss, ist ihm
die Gegend nicht vertraut, muss er sich erst mühsam informieren, sozusagen ein
Orientierungssystem schaffen und die Ablage aufbauen.
Während der ganzen Zeit, in der sich etwas im Kurzzeitgedächtnis befindet, werden
Einzelinformationen in das Langzeitgedächtnis übergeführt. Alle Inhalte des
Kurzzeitgedächtnisses können ins Langzeitgedächtnis übergeführt werden. Darüber besteht
Einigkeit. Man kann das zum Beispiel durch Lernen tun. Wenn man lernt, schafft man auch
einen Sinnzusammenhang für das Gedächtnis, indem man entscheidet, was die Information
bedeutet, und indem man sie ähnlichen Informationen zuordnet. Diese Kennzeichen, die man
einer Information aufprägt, helfen, sie später wiederzufinden.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Wichtig ist, dass man sein Kurzzeitgedächtnis nicht überfordert, da dessen Kapazitätsgrenze
bei sieben liegt. Grundschullehrer berücksichtigen dies bei ihrer Arbeit. Sie schaffen
Lernstrukturen mit nicht mehr als vier bis sieben Einheiten. Ein paar klassische
Lernstrukturen sind Osten, Westen, Süden, Norden; die vier Jahreszeiten; die vier Elemente
(Luft, Feuer, Erde und Wasser); Tierreich, Pflanzenreich, Mineralreich; die sieben
Wochentage; die sieben Weltmeere.
Die Sprache der australischen Eingeborenen kennt nur acht Zahlwörter: Eins, zwei, drei, vier,
fünf, sechs, sieben, viele. Sieben scheint die Höchstzahl an verschiedenen Dingen zu sein, die
wir uns merken können. Danach werden diese Dinge zu Gruppen, Massen, Schulen, Herden
oder Kongressen. Wenn eine Telefonnummer aus mehr als sieben Zahlen besteht, so entfällt
sie den meisten Menschen in der Zeit zwischen dem Aufschlagen im Telefonbuch und dem
Wählen der Nummer. Man muss sie während des Wählens ablesen. Wenn man mehr als
sieben Dinge einkaufen will, setzt man besser eine Liste auf. Dennoch, man kann Tausende
von Dingen behalten, indem man sie für die Speicherung im Langzeitgedächtnis in
Kategorien einteilt. Man behält mehr, indem man sich weniger merkt.
Das Kurzzeitgedächtnis erlaubt uns, Dinge miteinander zu verknüpfen. Zusammenhänge zu
erkennen, Bedeutungen zuzuweisen. Die Kurzzeit-Erinnerung ist ein aktiver Prozess. Ein
Beispiel: Man sagt sich eine Nummer immer von neuem vor, bis man endlich am Telefon ist.
3.3.3 Das Langzeitgedächtnis
Kapazität: Unbegrenzt
Das Langzeitgedächtnis ist die Registratur, von der man sich erhofft, dass sie alle möglichen
Namen, Daten, Zahlen und Vorgänge aufnimmt. Wenn von Erinnerung die Sprache ist, meint
man gewöhnlich das Langzeitgedächtnis (obwohl manchmal Probleme des
Kurzzeitgedächtnisses wie „Wohin hab ich bloß meine Brille gelegt?“ unangenehmer sind).
Man kann das Ablegen einer Information im Langzeitgedächtnis wohl am besten mit dem
Einhängen dieser in ein Netzwerk von Verflechtungen vergleichen. Dabei ist es wichtig, dass
ein Haken an der Information angebracht wird, so dass sie auch tatsächlich im neuronalen
Netzwerk „eingehängt“ und somit eingeprägt werden kann.
Der kanadische Psychologe Endel Tulving unterteilt das Langzeitgedächtnis in ein
episodisches und ein semantisches Gedächtnis.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Episodisch: Sie behalten Vorgänge - was Sie zu Mittag aßen zum Beispiel, eine
Parlamentswahl, ein Buch, das Sie lasen.
Semantisch: Sie behalten Wissen - zum Beispiel die Bedeutung von Wörtern, Zahlen und
Orten.
Der Neurochirurg Wilder Penfield untersuchte bei Operationen bestimmte Teile des
menschlichen Gehirns und entdeckte dabei, dass Patienten bis zu 50 Jahre zurückliegende
Ereignisse lebhaft wiedererlebten. Für die menschliche Merkfähigkeit scheint es keine
Grenzen zu geben.
Der Transfer von Informationen aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis kann allerdings
durch eine Vielzahl von Faktoren verhindert werden. Wenn Ratten den Weg durch ein
Labyrinth finden und eine Belohnung dafür erhalten, dann merken sie sich die Route. Finden
sie den Weg und bekommen dafür einen elektrischen Schock, dann vergessen sie die Route.
In diesem Fall bringt ihnen die Erinnerung nichts, und deswegen wird sie abgestoßen. In
ähnlicher Weise wählen Menschen ihre Gedächtnisinhalte aus.
Die meisten Menschen stellen sich das Langzeitgedächtnis als große Schublade vor, die man,
um Platz für neue Sachen zu schaffen, von Zeit zu Zeit ausräumen muss.
Das ist jedoch falsch. Soweit man weiß, ist die Speicherkapazität des Langzeitgedächtnisses
unbegrenzt. Sein ganzes Leben lang kann man Neues lernen - und auch behalten.
[Minninger, 1990], [Stark, 1991], [Geo Wissen, 1987]
3.3.4 Sitz des Gedächtnisses
Früher nahmen auch Wissenschaftler an, Erinnerungen seien gleichmäßig in schönen, kleinen
Schubfächern in verschiedenen Teilen des Gehirns gespeichert. Ihr Ziel war herauszufinden,
welche Erinnerung wo abgelegt wird, um aufgrund dieses Wissens dann ein geschädigtes
Gedächtnis wieder instand setzen und ein gesundes verbessern zu können. Es wurden dabei
die Teile des Gehirns lokalisiert, die für den Gesichts-, Gehör-, Geruchs- und den Tastsinn
verantwortlich sind. Für das Gedächtnis gelang das allerdings nicht. Wenngleich es uns
bestimmte Teile des Gehirns ermöglichen, uns an gewisse Dinge zu erinnern, speichern sie
nicht die Gedächtnisinhalte selbst. Wie man heute weiß, sind sie nur Empfänger für
bestimmte Signale. Dies konnte anhand von Menschen, bei denen der gleiche Gehirnteil
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
durch Kopfverletzungen beschädigt worden war, nachgewiesen werden. Alle litten an
teilweisem Gedächtnisverlust (partielle Amnesie), jedoch konnte keine Übereinstimmung bei
der Art des Gedächtnisverlustes beobachtet werden. Auch Bemühungen, gezielt
Gedächtnisverlust bei Tieren herbeizuführen, um solche Zusammengehörigkeiten zu
katalogisieren, sind meist gescheitert. Vielmehr ist es so, dass Menschen, bei denen große
Gehirnteile Schaden erlitten, sich häufig an fast alles erinnern, was sie vor der Verletzung
wussten, obwohl sie nach der Verletzung registrierte Informationen häufig nicht mehr so gut
behalten können. Da kein spezieller Teil des Gehirns als Sitz des Gedächtnisses ausgemacht
werden kann, gehen immer mehr Fachleute von einer holographischen Konzeption des
Gedächtnisses aus, wie sie der Stanforder Gelehrte Dr. Karl Pribam formulierte: „Sämtliche
Gedächtnisinhalte werden in sämtlichen Teilen des Hirns gespeichert. Bei einer Holographie
ist jedes einzelne Bruchstück imstande, das Ganze zu reproduzieren.“ [Minninger, 1990]
Es gewinnt heute die Vorstellung an Bedeutung, dass die meisten Denkprozesse nicht Schritt
für Schritt ablaufen, sondern ein ständiges Ausbalancieren vielfältigster Einflüsse erfordern.
Bisher wirken in jeder konkreten Lebens- und Lernsituation unüberschaubar viele Aktivitäten
des Gehirns zusammen, die sich gegenseitig beeinflussen und einander durchdringen. Hinter
dem Speichern von Wissen in sogenannten Schemata oder semantischen Netzwerken steckt
eine außerordentlich komplexe Organisation. Da beim Lernen riesige Informationsmengen
ineinander fließen, werden dabei wahrscheinlich große Teile unseres Hirns aktiv. Diese
Vermutung scheinen auch Bilder, die mit der neuentwickelten PET-Technik aufgenommen
worden sind, zu bestätigen. Die PET-Technik (Positronen-Emissions-Tomographie) macht
physiologische oder biochemische Aktivitäten im Gehirn in höchster räumlicher und
zeitlicher Auflösung sichtbar, indem ein Radio-Isotop auf dem Weg über die Blutbahn in den
Hirnstoffwechsel gelangt. Die beim radioaktiven Zerfall frei werdenden Positronen
kollidieren mit Elektronen. Dabei entstehen Gammastrahlen, die vom Detektor des
Tomographen erfasst und im Computer in Bildinformationen umgesetzt werden. Trifft eine
neue Information ein, so wirkt sie etwa wie ein Stein, der in ruhiges Wasser fällt. Beim
Auftreffen auf der Oberfläche setzt sie eine Markierung, die sich wellenförmig über die
gesamte Oberfläche ausbreitet. Ob eine bleibende Markierung hinterlassen wird, oder ob sie
wieder verebbt, hängt von den Assoziationsmöglichkeiten, den Haken, die das Muster dieses
Vorgangs speichern helfen ab.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Zusammenfassend kann man die drei Gedächtnisstufen unseres Erinnerungsapparates z.B. mit
einem Betrieb vergleichen, der drei Büros hat: „Im ersten Büro, dem Eingangsbüro
(Ultrakurzzeitgedächtnis) wird jede ankommende Information zur Kenntnis genommen. Je
nach Wichtigkeit wird sie dann sofort als erledigt betrachtet oder aber zum zweiten Büro
(Kurzzeitgedächtnis) weitergegeben.
Der Sekretär, der hier tätig ist, macht sich auf den Weg zum dritten Büro
(Langzeitgedächtnis), wo die Botschaft auf Dauer abgelegt werden soll, kehrt aber auf halbem
Weg wieder um – die Botschaft ist vergessen. Erst wenn die Botschaft mehrere Male
nacheinander auftaucht oder einen Assoziationshaken hat, kann sie erfolgreich abgespeichert
werden. Dieser Assoziationshaken kann ein positives, angenehmes Erlebnis sein – oder auch
ein unangenehmes.“ [Stark, 1991]
Da erfolgreiches Merken aber zumeist mit positiven Emotionen einhergeht, sollte folglich
auch Lernen mit positiven Gefühlen verbunden werden.
3.4 Informationsweiterleitung und Speicherung
Das Nervensystem ist aus bis zu 125 Milliarden Nervenzellen sogenannten Neuronen
aufgebaut. Diese erstrecken sich über den ganzen Körper, wobei sich die höchstentwickelten
im Gehirn befinden. Sie dienen der elektrischen Signalweiterleitung von Sinnesorganen, von
Neuron zu Neuron, von Neuron zu Muskeln, Drüsen und Gefäßen.
Bereits zweieinhalb Monate vor der Geburt eines Menschen fangen die Gehirnzellen an,
zahlreiche dünne Vernetzungen zu entwickeln, um Verbindungen mit anderen Gehirn- bzw.
Nervenzellen herzustellen. Im Embryo entstehen pro Minute 250000 neue Nervenzellen, was
zu einer fast unüberschaubaren Zahl von möglichen Vernetzungen und Verbindungen führt.
Die Großhirnrinde eines erwachsenen Menschen birgt nach Schätzungen von Neurobiologen
mindestens 30 Milliarden Neuronen, verknüpft durch eine Billiarde Nervenverbindungen oder
Synapsen. Obgleich sie vielgestaltig sind, ist ihr prinzipieller Aufbau immer gleich. Ein
Nervenzellkörper verfügt über zwei Typen von Fortsätzen: Auf der einen Seite hat er einen
Schwanz, Axon genannt, der in einer Art Bürste mit Verdickungen (synaptische Endknöpfe)
endet. Das Axon kann zwischen weniger als einem Millimeter im Gehirn und mehr als einem
Meter im Rückenmark lang sein. Die andere Seite besitzt eine Anzahl kurzer Schwänzchen.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Diese sich zuspitzenden Fortsätze des Zellkörpers eines Neurons können weit verzweigt sein
und werden Dendriten genannt. In den Abbildungen 7 und 8 werden zwei unterschiedliche
Darstellungen von Nervenzellen (Neuronen) präsentiert.
Abbildung 7 nach Damm und Benner (2000): Struktur einer Nervenzelle
Berührt das Axon einer Zelle vorsichtig die Dendriten einer anderen Zelle, so entsteht eine
Verbindung, die Synapse genannt wird.
Synapsen sind die Kontaktstellen, an denen Reize von einem Neuron auf ein sozusagen
nachgeschaltetes Nerven-, Muskel- oder Drüsensystem übertragen werden.
Synapsen sind die Einbahnstraßen für den menschlichen Geist. Sie schlagen eine
biochemische Brücke von Nervenzelle zu Nervenzelle. Der molekulare Informationstransport
verläuft in der Regel nur in einer Richtung. Dabei muss allerdings ein kleines, aber wichtiges
Hindernis, der synaptische Spalt, überwunden werden. Er misst etwa 0,000001 cm.
Normalerweise ist er mit einer Flüssigkeit gefüllt, die über chemische Reaktionen, die eine
Transmittersubstanz aktivieren, die Reize weiterleitet. In weniger als einer
Tausendstelsekunde wird dann der synaptische Spalt überwunden und die Information
weitergegeben. Die zur Informationsweitergabe notwendigen Transmittermoleküle sind
sozusagen der Schlüssel, der das „Schloss“, nämlich die Kanäle, in der gegenüberliegenden
Membrane der Nervenzelle öffnet.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Abbildung 8 nach Stark (1991): Aufbau eines Neurons
Eine Verbindung klappt aber nur, wenn die Kraft der Information, sozusagen ihr „Nachdruck“
eine bestimmte Schwelle übersteigt. Wenn dies der Fall ist, erzeugt der Zellkörper ein kurzes
elektrisches Signal, das sogenannte Aktionspotential, welches dann durch das Axon über
axonale Verzweigungen und Synapsen von den Dendriten der benachbarten Nervenzelle
empfangen wird. Eine optimale Signalweiterleitung ist jedoch nur gewährleistet, wenn die
Rahmenbedingungen stimmen, das heißt, wenn die Synapsen nicht blockiert sind.
Wird nun unter Stress durch hormonelle Reaktion die Ausschüttung der Transmittermoleküle
verhindert, so bleiben die Gedanken regelrecht stecken
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Obwohl man mittlerweile in der Lage ist, Gehirnströme und deren Stärke zu messen, gibt es
über die Wirkungsweise der Synapsen im wesentlichen drei Theorien:
• Informationen werden in Neuronen physisch aufcodiert
• Informationen werden in Form von elektrischen Signalen gespeichert und
übermittelt
• Informationen verändern die chemische Struktur der Neuronen
Es besteht also die Möglichkeit, dass Gedächtnisinhalte an den Verbindungsstellen zwischen
Neuronen gespeichert werden und nicht in den Neuronen selbst. Synapsen finden sich fast
ausschließlich in den Gedächtnisteilen des Gehirns. [Minninger, 1990], [Buzan, 1999]
3.5 Effektiv Lernen
Das komplexe neuronale Vernetzungssystem entsteht nicht zufällig oder zwangsläufig nach
einem genetisch vorgeprägten Plan, die meisten Vernetzungen entstehen dadurch, dass wir
das Gehirn benutzen. Es ist daher wichtig, das Gehirn vom ersten Lebenstag an zu trainieren.
Die Eindrücke im Säuglingsalter bilden entscheidende Grundmuster für alles spätere
Verhalten, auch gerade für Lernen, Verstehen, Merken – und Vergessen. Bisher wurde dieser
Tatsache in der Pädagogik viel zu wenig Beachtung geschenkt, obwohl sie unser gesamtes
Verhalten als Erwachsener prägt, unsere Vorlieben ebenso wie unsere Abneigungen, unsere
Stärken ebenso wie unsere Schwächen. Das überbetonte linkshemisphärische Denken in
logisch-analytischen Kategorien erschließt uns nur einen Bruchteil unserer geistigen
Kapazität. Gelingt es aber, die Fähigkeiten beider Gehirnhälften zu kombinieren, also das
rationale und das bildhafte Denken, dann erhält man eine höchst effektive Arbeitsweise des
Gehirns. Lernen ist laut Schröder „die Veränderung im Verhalten oder im Verhaltenspotential
eines Organismus in einer bestimmten Situation, die auf wiederholte Erfahrungen des
Organismus in dieser Situation zurückgeht.“[Schröder, 1993]
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
3.6 Theorien des Lernens
Auf der Basis von verschiedenen Lerntheorien, die aus den bereits wissenschaftlich
beleuchteten Funktionsweisen des menschlichen Denkapparates hervorgehen, wird heutzutage
versucht Wissen möglichst effektiv zu vermitteln.
3.6.1 Behaviorismus
Der Behaviorismus gründet in der klassischen Konditionierungstheorie von Pawlow. Sie geht
davon aus, dass auf einen Reiz eine bestimmte Verhaltensreaktion folgt und das diese Reiz-
Reaktionsfolgen gelernt werden können. Dabei wirken Belohnungen als Verstärkung einer
Kombination. Folgt keine Belohnung, wird die Kombination gelöscht. Der Prozess durch den
ein bestimmter Reiz eine bestimmte Reaktion auslöst wird dabei nicht betrachtet.
Aufbauend auf dem Behaviorismus entwickelte Skinner in den 50er Jahren eine Theorie des
Lernens. Dabei wird der Lehrstoff in kleinste Einheiten unterteilt. Nach jeder Einheit erfolgte
dazu eine Frage (Reiz). Die Antwort (Verhaltensreaktion) wird ausgewertet und dem
Lernenden anschließend mitgeteilt ob sie richtig oder falsch war (Verstärkung oder
Abschwächung). Aus dieser Idee heraus entwickelte Skinner die „programmierte Instruktion“.
Hierbei werden die Lerneinheiten stark gegliedert. Nach jeder Lerneinheit erfolgt eine
Rückmeldung vom Lernsystem. Der Behaviorismus steht für nachvollziehendes Lernen.
Viele Lernprogramme wurden (und werden) basierend auf den Prinzipien des Behaviorismus
entwickelt. Auch wenn diese Theorie den menschlichen Lernprozess nur unzureichend
beschreibt, lassen sich bestimmte Lerninhalte dennoch gut durch die „programmierte
Instruktion“ vermitteln [Smith-Gratto, 95]. Dies trifft besonders auf die reine
Wissensvermittlung (z.B. Fachvokabular) und sehr stark strukturierte Informationen zu.
3.6.2 Kognitivismus
Während in der Theorie des Behaviorismus der Denkprozess an sich keine Rolle spielte, wird
er im Kognitivismus zum zentralen Element der Betrachtungen. Es wird versucht, eine
theoretische Beschreibung für die im Gehirn ablaufenden Denkprozesse zu liefern.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Der Kognitivismus sieht Lernen als einen Prozess der Informationsverarbeitung im
menschlichen Gehirn, der nicht nur durch äußere Reize gesteuert wird, sondern vor allem
selbständig äußere Reize aktiv verarbeitet. Es werden Verfahren und Methoden gelernt, um zu
Antworten zu gelangen. Der Begriff des aufgabengesteuerten Lernens wird in Verbindung
mit dem Kognitivismus genannt. [Gudjons, 1993], [Riedel 1993 u. 1998] Piaget entwickelte
eine Theorie des Lernens, die auf dem Kognitivismus basiert. In seiner Theorie verfügt jedes
Individuum über zentrale Denkmuster, die es durch Assimilation oder Akkomodation
verändern kann. Bei der Assimilation werden Informationen in bestehende Denkmuster
aufgenommen, bei der Akkomodation werden Denkmuster aufgrund von neuen Informationen
verändert. Im Kognitivismus wird dem Mensch die Fähigkeit zugesprochen, sich mit seiner
Umwelt aktiv auseinander zu setzen. Er nimmt Informationen auf, reflektiert diese und ist in
der Lage, eigenständig Lösungskonzepte zu erarbeiten.
3.6.3 Konstruktivismus
Im Konstruktivismus wird davon ausgegangen, dass sich jeder Mensch aufgrund von
Erfahrungen eine eigene Realität aufbaut. Diese dient als Modell einer vermeintlich
existierenden objektiven Realität. Erkenntnisse sind laut Tulodzieki in Gudjons (1993)
„individuelle Konstruktionen von Wirklichkeit auf der Basis subjektiver
Erfahrungsstrukturen.“ Wissen entsteht, indem frühere Erfahrungen des Lernenden mit neuen
Situationen in Beziehung gesetzt werden. Der Lehrer unterstützt den Lernenden bei dem
Umgang mit diesen neuen und komplexen Situationen. In Bezug auf den Lernprozess
fundamental ist die aktive, konstruktive Rolle des Lernenden und die Verarbeitung neuer
Erkenntnisse vor dem Hintergrund bereits vorhandenen Wissens. Für die Vermittlung des
Lehrstoffes bedeutet dies zum einen, dass sie kontextuell gebunden sein muss, zum anderen,
dass die aktive Teilnahme des Lernenden unabdingbar ist. Die Formulierungen „learning by
doing“, „learning through inquiry“ oder „entdeckendes Lernen“ werden häufig in
Zusammenhang mit dem Konstruktivismus gebracht, da sie die Aktivität des Lernenden
unterstreichen. Auch das problemlösende und problemfindende Lernen werden mit dem
Konstruktivismus verbunden.
Konstruktivistische Lehrmethoden eignen sich besonders für den Einsatz in
naturwissenschaftlichen Fächern, wo sie z.B. in vom Schüler selbst durchgeführten
Versuchen im Biologie- oder Chemieunterricht angewandt werden können. An der
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Universität seien als Beispiele Praktika und Seminare, die unter aktiver Teilnahme der
Studenten stattfinden, genannt.
Computer können ebenfalls zum entdeckenden Lernen eingesetzt werden. Die GIS-
Anwendung Helios erlaubt es dem Anwender beispielsweise, anhand von vorhandenem
Kartenmaterial und Sach- und Datentabellen spielerisch im Rahmen einer Aufgabe die
grundlegenden Funktionsweisen eines GIS zu entdecken.
3.6.4 Kognitionswissenschaft
Nacheinander haben Behaviorismus, Kognitivismus und Konstruktivismus die
Pragrammautoren beeinflusst. Die junge Kognitionswissenschaft will den
Informationsaustausch zwischen den Menschen und dem mit künstlicher Intelligenz
ausgestatteten Computer optimieren. Die Kognitionswissenschaft ist ein Gebiet, auf dem
Pädagogen, Psychologen und Computerwissenschaftler zusammenarbeiten. Sie erforschen die
Informationsverarbeitung im menschlichen Gehirn, um herauszufinden, wie der Computer des
dritten Jahrtausends den Lernprozess unterstützen kann. Zukünftige Medientypen sollen neue
gehirngerechte Denk- und Arbeitsformen ermöglichen. Der Lerner soll sich nicht mehr dem
Computer anpassen müssen, das heißt von ihm „programmiert“ werden, sondern er soll
umgekehrt dem Computer sagen, was dieser zu tun hat. Dazu muss der Computer lernen,
Sprache und Handschrift des Benutzers sowie sein Persönlichkeitsbild mit seinen
individuellen Eigenschaften und Fähigkeiten, zu verstehen. [Kleinschroth, 1996]
In Smith-Gratto (1995) wird vorgeschlagen, „programmierte Instruktion“ und
Konstruktivismus im Unterricht zu kombinieren, da sich beide Lehrmethoden ergänzen
können: Während im Konstruktivismus ein gewisses Grundwissen vorausgesetzt wird, auf
dem aufbauend neue Erkenntnisse gewonnen werden können, eignet sich die „programmierte
Instruktion“ zur Vermittlung eben dieses Grundwissens.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
3.7 Computergestützte Lernsysteme („Computer Assisted
Learning“, CAL)
3.7.1 Geschichtliche Entwicklung des computergestützten Lernens
Die geschichtliche Entwicklung computergestützten Lernens lässt sich nach Lefrancois in
Kalkbrenner (1996) in folgende Phasen unterteilen:
• Phase der behavioristischen Lernsysteme der 50er und 60er Jahre
• Modell des entdeckenden Lernens in den 70er Jahren
• Multimodale Integration in den 80er und 90er Jahren
Die Lerntheorien der 50er und 60er Jahren basierten auf dem System des Behaviorismus. Auf
der Grundlage der Ideen von Skinner wurden Systeme zum programmierten Lernen mit dem
pädagogischen Prinzip von „Drill und Practice" eingesetzt.
In den 70er Jahren wurde u. a. von J. Piaget und Alan Kay unter Berücksichtigung der
kognitiven Psychologie das Modell des entdeckenden Lernens entwickelt. Im
Konstruktivismus wird davon ausgegangen, dass Wissen nicht vermittelt, sondern während
des Lernvorganges vom Lernenden aktiv erzeugt wird.
Die Lernprogramme der 80er und 90er Jahre bieten durch den Einsatz von Multimedia eine
neue Qualität, die erst durch die rasante technische Entwicklung der Computerhardware
möglich wurde. Der Lernstoff kann jetzt mit Bildern, Videos und Ton präsentiert werden und
der Lernende hat immer mehr die Möglichkeit, interaktiv den Lernweg individuell zu wählen.
3.7.2 Eigenschaften von computergestützten Lernsystemen
3.7.2.1 Adaptivität
Adaptivität ist definiert als Anpassung der Lernumgebung an den Schüler durch Modellierung
zur Laufzeit. Man unterscheidet zwischen:
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Passive Adaptivität:
Es wird die Auswahl aus einer Reihe von Lerninhalten geboten, so dass der Lernende anhand
seiner Interessen den Lernweg entscheiden kann.
Aktive Adaptivität:
Dabei entscheidet das Programm während der Laufzeit anhand der Antworten auf Testfragen
und der Auswahl des Lernenden den weiteren Lernweg.
Intelligente Adaptivität:
Das Programm wählt dynamisch den Lehrstoff aus, indem es während der Laufzeit ein Profil
des Lernenden generiert.
3.7.2.2 Interaktivität
Interaktivität ist definiert als Beeinflussung des Ablaufs oder Inhalts einer Präsentation von
Informationen. Es wird unterschieden zwischen:
Passive Interaktivität:
Auf eine bestimmte Aktion des Anwenders erfolgt eine bestimmte Reaktion des Systems,
nach dem „Wenn,...dann“-Schema.
Aktive Interaktivität:
Sie ist gekennzeichnet durch eine adaptive Aufzeichnung des Navigationsweges des
Lernenden.
Intelligente Interaktivität:
Wenn die Wirklichkeit oder ein Teil davon durch Simulation nachgebildet wird und sich das
System an die Reaktionen des Benutzers anpasst, spricht man von intelligenter Interaktivität.
[Wegenberger, 1995]
3.7.2.3 Multimedia
Der Einsatz verschiedener Medien, insbesondere audiovisueller Medien, wird als Multimedia
bezeichnet. [Simoneit, 1995]
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
3.7.3 Varianten von computergestützten Lernsystemen
Computergestützte Lernsysteme lassen sich nach dem Instruktionsdesign und der
Instruktionsimplementierung unterscheiden.
3.7.3.1 Einteilung nach Instruktionsdesign
Das Instruktionsdesign ist eine pädagogisch-didaktische Disziplin, die sich mit der
professionellen Gestaltung von Lernumgebungen auseinandersetzt. Unter Berücksichtigung
des Instruktionsdesigns lassen sich nach Seufert (1996) Computerlernsysteme wie folgt
unterscheiden:
Erklärungs- bzw. Hilfesysteme (Lernen durch Hinweise):
In solchen Systemen werden Informationen zu einer bestimmten Anwendung, einem Thema
oder einem Teil davon bereitgestellt. Der Lernende kann bei Erklärungs- bzw. Hilfesystemen
passiv Informationen zu bestimmten Themen abrufen. Die Lerneinheiten sind in viele
Untereinheiten aufgeteilt, die vom Lernenden gezielt angesteuert werden können. Der Zugang
zu den Informationen erfolgt meistens über eine Menüstruktur oder über eine Indexsuche.
[Bodendorf, 1990]
Übungs- und Testsysteme (Drill & Practice):
Bei Übungs- und Testsystemen steht eine Überprüfung von schon erlerntem Wissen
(Vorwissen) im Vordergrund. Durch die Nutzung des Lernprogramms soll das bereits erlernte
Wissen eigenverantwortlich überprüft, verbessert und verfestigt werden. Dadurch sollen vor
allem die Gedächtnisfähigkeiten trainiert werden. Der Computer übernimmt den
Platz von Arbeitsblättern, Übungsaufgaben und programmierten Unterweisungen, präsentiert
Fragen und bietet ggf. Hilfestellungen zum Lösen der Aufgaben an.
Antworten können in einem „multiple-choice“ Test angekreuzt werden und das Programm ist
in der Lage, falsche Antworten zu erkennen und den Lernenden mit einer Musterlösung zu
versorgen.
[Möcke, 1996]
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Simulationssysteme (entdeckendes Lernen):
Bei einer Simulation wird ein reales bzw. fiktives Objekt oder auch ein Prozess nachgebildet.
Dabei unterscheidet man zwischen dem Objektmodell, in dem der Benutzer Betrachter oder
Teil der simulierten Welt ist, dem Prozessmodell, in dem der Benutzer auch die Möglichkeit
hat, die Auswirkungen seines Handelns vorher zu testen („Was wäre wenn?“)
und dem Aktionsmodell, welches eine Kombination von Objekt- und Prozessmodell ist und
auch Erfahrung durch den Benutzer zulässt.
In Simulationssystemen kann der Lernende durch die Veränderung von Parametern aktiv in
ein reales oder fiktives System eingreifen und Experimente durchführen. Die Vorteile von
Simulationen gelten besonders dann, wenn Realexperimente zu teuer oder zu gefährlich sind.
Der Lernende kann in der Simulation entdeckend lernen und sein Wissen ausprobieren.
Spielsysteme (unterhaltendes Lernen):
Die Übergänge zwischen Spiel- und Simulationssystemen sind fließend, jedoch steht bei
Spielsystemen der motivationale Anreiz im Vordergrund. Die intrinsische Motivation, sich
aus eigenem Interesse mit einem Thema zu beschäftigen, soll durch den Unterhaltungswert
des Programms gesteigert werden. Häufig werden Konkurrenz- bzw. Wettkampfsituationen
simuliert und der Spieler versucht besser als die Mitspieler abzuschneiden, wobei im
Gegensatz zu einem Computerspiel bei einem Lernspiel ein didaktisches Konzept vorhanden
ist. In Planspielen haben verschiedene Spieler die Möglichkeit, ihr Wissen in praxisnahen
Entscheidungssituationen anzuwenden. Diese Art von Spielen beruht auf der Schilderung
einer Ausgangssituation und einer Regieanweisung für die Spielteilnehmer. Entscheidungen
müssen gemeinsam gefällt werden, dadurch werden Team- und Kommunikationsfähigkeiten
gefördert.
Tutorielle Systeme:
Tutorielle Systeme sind die „klassischen“ Lernprogramme und werden gerade in der
betrieblichen Aus- und Weiterbildung häufig eingesetzt. Man unterscheidet zwischen
Systemen mit passivem oder aktivem Tutor und folglich zwischen hselbstgesteuertem und
angeleitetem Handeln. Außerdem gibt es Intelligente Tutorielle Systeme (ITS). Das sind
flexible, adaptive Lehrsysteme in denen ein automatischer Tutor die Lernenden anleitet,
selbsttätig ein Wissensgebiet zu untersuchen. Dabei berücksichtigt ein gutes, natürliches
Lehrgespräch in jeder seiner Phasen die Wechselbeziehungen zwischen Lehrer
(pädagogisches Wissen), Lehrstoff (Fakten und Fertigkeiten) und Schüler (Vorkenntnisse,
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Lernverhalten). Dies sind laut Kleinschroth (1996) die Eckpunkte des „didaktischen
Dreiecks“, das jede Unterrichtssituation bestimmt. Ein ITS braucht also drei Module, welche
die Eckpunkte des „didaktischen Dreiecks“ simulieren und sich gegenseitig beeinflussen,
sowie ein viertes Modul, welches den Informationsaustausch zwischen ihnen organisiert.
(siehe Abbildung 11) Wenn das System den Lernenden aktiv unterstützen soll, muss dazu der
Lehrstoff vor der Umsetzung didaktisch aufbereitet werden, um die tutorielle Funktion zu
gewährleisten. Mit tutoriellen Systemen soll neues Wissen vermittelt werden. Die Lerninhalte
sind in strukturierten Lerneinheiten miteinander verknüpft. Ein apersonaler Tutor nimmt die
Aufgaben eines Dozenten wahr und vermittelt Informationen, stellt Fragen und überprüft die
Antworten der Lernenden. Abbildung 9 zeigt den Ablauf eines passiven Tutoriums. In
Abbildung 10 wird ein System mit aktivem, adaptiven Tutor beschrieben.
Abbildung 9 nach Kleinschroth (1996): Einfaches Tutorium
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Abbildung 10 nach Kleinschroth (1996): Adaptives Tutorium
Abbildung 11 nach Kleinschroth (1996): Didaktisches Dreieck
Problemlösung Systeme (Learning by doing):
Ein didaktisch aufbereitetes Problem wird schrittweise bearbeitet. Man unterscheidet dabei
zwischen dem synthetischen und dem analytischen Ansatz:
Synthetischer Ansatz:
Zunächst wird das Ziel beschrieben und dem Anwender werden Instrumente zur Lösung der
Aufgabe(n) zur Verfügung gestellt, so dass dieser aus eigener Initiative zum vorgegebenen
Ziel findet.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Analytischer Ansatz:
Hierbei wird das Problem vorgegeben und der Lernende muss mit Unterstützung des Systems
durch analytischen Verstand das Problem selbständig lösen.
3.7.3.2 Einteilung nach Instruktionsimplementierung
Unter Instruktionsimplementierung wird die informationstechnologische Umsetzung des
Instruktionsdesigns verstanden. Unter Berücksichtigung des Instruktionsdesigns lassen sich
nach Seufert (1996) Computerlernsysteme wie folgt unterscheiden:
Präsentationssysteme:
Eine selbstablaufende Demo („Slideshow“) auf dem Computer kann als Beispiel für ein
Präsentationssystem genannt werden. Die Informationen sollen möglichst professionell
präsentiert werden und können neben traditionellen Unterrichtsmedien, wie z. B. Overhead-
Projektor, Diaprojektor oder Tafel, eingesetzt werden: Der Lernende hat keine Möglichkeiten
zu entdeckendem Lernen.
Interaktive Systeme:
Der Lernende wird aktiv in den Lernprozess einbezogen. Der Benutzer hat durch
verschiedene Frage-, Darstellungs- und Hilfeoptionen eine Reihe von Auswahlmöglichkeiten
während des Lernprozesses.
Hypertext- und HyperMedia-Systeme:
Durch die Hypertexttechnologie werden Lehrmaterialien strukturiert und in Beziehung
gesetzt. Die Lehrstoffinhalte werden in einem Netzwerk, im Gegensatz zu einem Buch nichtlinear
dargestellt. Das Netz besteht aus Knoten, auf denen die unterschiedlichen Kapitel des
Lehrstoffes gespeichert sind und Verknüpfungen („Links“), welche die einzelnen Knoten
verbinden und mit denen man sich zwischen den verschiedenen Themen bewegt.
Bei Hypertext-Systemen liegen die Wissensbestandteile in reiner Textform vor, während bei
HyperMedia-Systemen zusätzlich Grafiken, Bilder, Video- und Audiosequenzen, usw.
verwendet werden können, um den Lehrstoff interessanter zu gestalten.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Multimedia-Systeme:
Bei Multimedia-Systemen wird der Lehrstoff ebenfalls unter Einsatz aller zur Verfügung
stehenden Medien präsentiert. Der Interaktionsgrad des Nutzers kann durch den Einsatz von
Virtual Reality (VR) Technologien erhöht werden. Eine virtuelle Welt wird simuliert und ein
Raumerlebnis erzeugt. Dem „Cybernauten" wird mit Hilfe von Farbdisplays, die an einem
Datenhelm fixiert sind, ein dreidimensionaler Eindruck einer virtuellen Welt vermittelt. Mit
Sensoren wird im Helm die Stellung des Kopfes abgetastet und die Bildinformationen der
Umgebung werden dementsprechend verändert. Räumliche Interaktion geschieht durch
einen Datenhandschuh oder einen Datenanzug, die ebenfalls mit Sensoren ausgestattet sind.
3.7.4 Ziel des Einsatzes von computergestützten Lernsystemen
Das Ziel des Einsatzes von computergestützten Lernsystemen in Weiterbildungsmaßnahmen
besteht darin, die Effizienz und die Qualität von Lernprozessen für den Lernenden und die
einzelnen Institutionen zu steigern. „Die immer kürzer werdenden Innovationszyklen führen
zudem in allen Unternehmensbereichen zu einer beschleunigten Weiterentwicklung des
Fachwissens, so dass die in der Erstausbildung erworbenen Qualifikationen längst nicht mehr
für das gesamte Berufsleben ausreichen. Neue Fähigkeiten, Fertigkeiten und Kenntnisse
müssen ständig bedarfsgerecht entwickelt und verfügbar gemacht werden. Die Bereitschaft
aller Beschäftigten zum lebenslangen Lernen ist hierfür von entscheidender Bedeutung."
[Cordes, 1997]
3.7.4.1 Vorteile durch den Einsatz von computergestützten Lernsystemen
Für den Lernenden bieten computergestützte Lernprogramme die folgenden Vorteile, welche
die individuellen Bedürfnisse berücksichtigen:
♦ Durch Lernprogramme können die unterschiedlichen Voraussetzungen und
Vorkenntnisse der Lernenden individuell ausgeglichen werden (Schwierigkeitsgrad).
In traditionellen Seminaren zur Weiterbildung haben die Dozenten aus Zeit- und
Kostengründen nicht die Möglichkeiten, auf die unterschiedlichen Bedürfnisse der
Kursteilnehmer einzugehen.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
♦ Der Umgang mit dem Computer ist anonym, deshalb fällt es dem Lernenden in der
Regel leichter, sich Wissenslücken einzugestehen und daran zu arbeiten.
♦ Die Steuerung der Lerngeschwindigkeit kann individuell ablaufen, dadurch werden
die unterschiedlichen Lernfähigkeiten berücksichtigt.
♦ Der Lernfortschritt kann gezielt in Übungsprogrammen kontrolliert werden.
Bestimmte Trainingseinheiten können beliebig wiederholt werden, bis sich die
Kenntnisse verfestigt haben, daneben kann auch bereits gelerntes Wissen wieder
aufgefrischt werden.
♦ Das Lehrmedium Computer kann unabhängig von zeitlich fixierten Kursangeboten
benutzt werden. Der Lernende hat individuell die Möglichkeit, sich „just in time" für
eine spezielle Aufgabenstellung weiterzubilden und kann sein eigenes Zeitschema
entwerfen.
♦ Der Computer als neues Medium weckt die motorische Funktionslust, weil auf dem
Bildschirm sogleich die Folgen des Tuns zu sehen sind und motiviert zu einer Aktion,
z.B. dem Lernen. Die Technikbeherrschung hebt besonders bei misserfolgsgewohnten
Lernern das Selbstwertgefühl. Funktionslust, Erfolgserlebnisse und Selbstwertgefühl
im Umgang mit der hochentwickelten Technik überstrahlen die negativen
Assoziationen, die bei dem Gedanken an das Fach und den Lernstoff aufkommen. In
der Psychologie bezeichnet man dieses Phänomen als Haloeffekt.
♦ Der Einsatz von Lernsoftware kann auch direkt in Seminaren statt finden, um einen
lernfördernden Medienwechsel herbei zu führen und beispielsweise zur Vor- und/oder
Nachbearbeitung des Lernstoffes unter Anleitung des Dozenten dienen.
♦ Die Einsatzmöglichkeit von Lernsoftware ist nicht an den Arbeitsplatz gebunden und
es kann z.B. auch daheim in vertrauter Umgebung gelernt werden. Durch den Einsatz
von Laptops oder Notebooks wird der Einsatzbereich nahezu unbegrenzt erweitert.
Mittlerweile ist es über WLAN („Wireless Local Area Network“) sogar möglich, bei
entsprechender Berechtigung und Hardwarevoraussetzung, im Bereich von
sogenannten Access Points durch eine Funkverbindung auf die in diesen Netzwerken
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
(Intranet, Internet) bereitgestellten Daten zuzugreifen, ohne per Kabel verbunden sein
zu müssen. Eine rasch steigende Verbreitung dieser Technik lässt auf einen weiteren
Anstieg der Mobilität und somit zunehmende Unabhängigkeit von stationären
Systemen schließen.
Für Unternehmen und Lehranstalten bestehen durch den Einsatz von computergestützten
Lernsystemen die folgenden Vorteile, wobei betriebswirtschaftliche Überlegungen im
Vordergrund stehen:
♦ Fachkräfte müssen in immer kürzeren Zyklen mit neuem Fachwissen versorgt werden.
Lernprogramme bieten für größere Unternehmen und Institutionen die Möglichkeit,
viele Mitarbeiter mit dem entsprechenden Wissen und Informationen zu versorgen.
♦ Der Knappheit von Ressourcen, wie zum Beispiel Lehrkräften und Schulungsräumen,
kann durch den Einsatz von computergestützten Selbstlernphasen positiv begegnet
werden.
♦ Die Kosten für die Entwicklung von Lernsoftware amortisieren sich mit steigender
Teilnehmerzahl gegenüber den Kosten für Dozenten, Reise-, Hotel- und
Verpflegungsabrechnungen bei externen Weiterbildungsseminaren.
[Seufert, 1996], [Kleinschroth, 1996]
3.7.5 Telelearning
Durch den rasanten Ausbau des Internets gewinnen netzbasierte computergestützte
Schulungskurse immer mehr an Bedeutung. Über die Telefonleitung lassen sich die
Kursunterlagen inklusive von Bildern, Ton und Videos zu relativ geringen Kosten in kurzer
Zeit über die ganze Welt verschicken. Beim internetbasierten Telelearning (Bildungsprozess,
der auf elektronischen Fernverbindungen basiert) hat der Lernende somit weltweiten Zugriff
auf elektronisch gespeicherte Informationen. Durch E-Mails kann ein Dozent zusätzlich mit
den Kursteilnehmern, die sich an verschiedenen Orten aufhalten können, in Verbindung treten
um sie zu beraten. Dieses Szenario wird dann als Teletutoring bezeichnet.
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Durch die Orts- und Zeitflexibilität des Telelearning gewinnt der Lerner an Autonomie. Der
Lernende entscheidet eigenständig, wann er die Lektionen des Weiterbildungskurses
bearbeitet, aber auch mit welchem Tempo und welchem Lernkonzept.
3.7.5.1 Arten der Informationsgewinnung für den Lernenden im Internet
E-Mail:
Per E-Mail können elektronische Nachrichten zwischen den einzelnen Lernenden verschickt
werden, um zum Beispiel Fragen zu stellen. Im Zweifelsfall kann auch der Dozent eine Kopie
einer solchen Nachricht erhalten, wenn die Kursteilnehmer bei einer Fragestellung nicht mehr
weiter kommen. Durch E-Mail wird die Kommunikation zwischen räumlich verteilten
Individuen erleichtert und positive gruppendynamische Prozesse können eingeleitet werden.
E-Mails unterscheiden sich von analogen Briefen und repräsentieren eine neue, eher
verkürzte, spontane, kostengünstige und informelle Kommunikationsform.
Fachliche Newsgroups:
Newsgroups sind thematisch strukturierte Diskussionsforen, deren Artikel nicht wie beim E-
Mail an Adressaten verschickt werden, sondern auf einem zentralen Newsserver, der
öffentlich zugänglich ist, gespeichert werden. Möchte der Lernende einen Beitrag lesen, stellt
er eine Verbindung zum Newsserver her und kann anhand der jeweiligen Überschriften
entscheiden, welcher Artikel interessant sein könnte. Gleichermaßen kann ein eigener Artikel
auf den Newsserver kopiert werden und steht dann allen Nutzern der Newsgroup zur
Verfügung.
World Wide Web:
Eine WWW-Seite ist im Normalfall ein HyperMedia-Dokument, in welchem sich der
Lernende mit Hyperlinks zwischen den verschiedenen Textteilen, aber auch externen WWW-
Seiten bewegt. Zur Nutzung des WWW wird ein sogenannter WWW-Browser (z.B. Netscape,
Microsoft Explorer) benötigt, der das Manövrieren durch die verschiedenen Internetangebote
erst möglich macht. Im Gegensatz zum linearen Text verfolgt der Weiterbildungskandidat
Hyperlinks, die wichtig erscheinen und landet dann auf immer neuen WWW-Seiten, bis
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
die richtige Information gefunden ist. Unterstützt wird dieser Prozess von so genannten
Suchmaschinen wie zum Beispiel Google, Altavista und Yahoo, in welchen der Lernende
durch die Eingabe von Schlüsselsuchbegriffen direkt zum Ziel gelangen kann.
Chat:
Eine Chat Plattform (z.B. IRC) stellt normalerweise über einen Internetserver eine
Möglichkeit zur schnellen, direkten schriftlichen Kommunikation zur Verfügung. Dabei kann
über verschiedene Gruppen-, bzw. Themenauswahlmöglichkeiten die Art der
Kommunikationspartner und -inhalte vorausgewählt werden. Meistens ist Auswahl der
Kanalbreite (Anzahl der Kommunikationspartner) sowie der Mitglieder in einem sogenannten
„Chat-Room“ durch den „Host“ (Gastgeber) möglich. Die im Textfenster erfolgenden
Eingaben erscheinen nach Drücken der Eingabetaste, meist mit nur sehr geringer
Verzögerung, da eine direkte Verbindung (peer-to-peer) bereits beim Öffnen des Kanals
aufgebaut wurde, bei allen im „Chat-Room“ Anwesenden.
Softwaredownload:
Sharewareprogramme dürfen frei und von jedermann getestet werden. Nach einer
Probezeit müssen sie dann bezahlt werden, wenn sie in vollem Umfang bzw. überhaupt weiter
genutzt werden sollen. Freewareprogramme stehen unbeschränkt kostenlos zur Verfügung.
Ein gewünschtes Lernprogramm kann aus dem Internet auf den eigenen PC überführt
(download) und dann vom Lernenden benutzt werden.
3.7.5.2 Gefahren und Vorteile des eigenständigen Lernens im Internet
Das eigenständige Lernen im Internet birgt die Gefahr, dass sich der Lernende beim Suchen
nach Informationen im Internet verliert und vom eigentlichen Lernziel abkommt. „Der
Navigationsweg gleicht somit einer linearen Assoziationskette, bei der gelegentlich Neues
gefunden und auch gelernt wird, nicht aber ein Lernziel gemäß einer didaktischen Systematik
erreicht wird. Der Gewinn an Autonomie kann offensichtlich auch zu einer curricularen
Entgleisung führen.“ [Schwarzer, 1998]
Um dieser Gefahr entgegenzuwirken ist es wichtig, dass eine Selbstlernqualifikation durch
den Dozenten gefördert wird, damit die Kursteilnehmer gezielt lernen, mit der
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Vom Gehirn über das Gedächtnis zum effektiven Lernen
Informationsflut richtig umzugehen und nicht den eigentlichen Lernauftrag aus den Augen zu
verlieren.
Die Vorteile des Telelearning liegen aus didaktischer Sicht in der Aktivität, Interaktivität und
Selbststeuerung. Der Lernende nimmt den Lernstoff nicht passiv als Rezipient auf, sondern
durch aktive Beschäftigung mit der Materie. Interaktion ist durch die eigenständige Auswahl
des Lernweges und die mögliche Kooperation mit anderen Lernenden möglich; kooperatives
Teamlernen wird gefördert. Selbststeuerung weist auf die Autonomie des Lernenden hin,
selbst über Raum und Zeit, aber auch die Lerninhalte zu bestimmen.
3.8 Umsetzung
Als praktische Beispiele zu den zuvor erläuterten Lerntheorien und grundlegenden Vorteilen
der Kombination von bildhaftem und rationalem Denken folgen nun einerseits die
Beschreibung der bereits erwähnten Map-Server basierten GIS-Anwendung Helios.
Andererseits wird im Anschluss daran sowohl über die Erstellungssoftware RoboDemo als
auch über die Entstehung, den Aufbau, die Inhalte und die Implementierung des Online-
Tutorials berichtet. Das Tutorial dient zur Vermittlung von Grundwissen über die Anwendung
von Helios und ist nach den Prinzipien der „programmierten Instruktion“ entworfen. Helios
selbst ist stark konstruktivistisch orientiert und soll die Anwendung des durch GIS-Seminare
oder das Online-Tutorial gewonnenen Wissens ermöglichen. Eine Reflektion des Wissens
nach der „Assimilation“ oder „Akkomodation“ von Informationen und die darauf folgende
selbstständige Problemlösung wie es Piaget versteht, wurden bei der Umsetzung auch
angestrebt.
Wie in [Caftori und Paprzycki, 96] dargestellt, werden Lernprogramme am erfolgreichsten in
Verbindung mit anderen pädagogischen Mitteln eingesetzt. Dabei ist die Einbeziehung in den
Unterrichtskontext von besonderer Wichtigkeit. Lernprogramme, die von Schülern ohne
Anleitung durch Pädagogen und ohne ausreichenden Bezug zum Unterricht eingesetzt
werden, verfehlen in der Regel ihr Ziel.
In welcher Form am Lehrstuhl für Arbeitswissenschaft und Angewandte Informatik an diese
Problematik herangegangen wurde, soll im Folgenden veranschaulicht werden.
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Helios
4. Helios
4.1 Gegebene Voraussetzungen
Am Fachgebiet „Forstliche Biometrie und Angewandte Informatik“ der Studienfakultät für
Forstwissenschaft und Ressourcenmanagement der TU München wird seit 1995 die
Ausbildung im Bereich Geographische Informationsverarbeitung mit übernommen.
Im Rahmen der grundlegenden GIS-Ausbildung an der Studienfakultät für Forstwissenschaft
und Ressourcenmanagement in Freising/Weihenstephan finden zwei Seminare mit jeweils
zwei Semesterwochenstunden statt. Geht man davon aus, dass in einem Semester ungefähr 14
Wochen regulären Vorlesungsunterrichts zustande kommen, so ergeben sich 28 Stunden pro
GIS-Vorlesung.
Bei den zwei Vorlesungen handelt es sich einerseits um einen GIS-Grundlagen Kurs und
andererseits um einen GIS-Fortgeschrittenen Kurs.
Darauf aufbauend werden weiterführende Lehrveranstaltungen in Form von Seminaren und
Praktika mit fachlich einschlägigem Inhalt durchgeführt.
Weiterhin wird am Fachgebiet „Forstliche Biometrie und Angewandte Informatik“ angestrebt,
die GIS-Ausbildung durch ein internetbasiertes, multimediales Lehr- und Lernsystem zu
unterstützen. Der rasant vonstatten gehende Erkenntnis-Fortschritt, insbesondere in der immer
mehr an Bedeutung gewinnenden Angewandten Informatik, macht die Erstellung
traditioneller vorlesungsbegleitender Skripten in Papierform nahezu sinnlos, da sie dem
aktuellen Kenntnisstand hinterherhinken. Die Darbringung des Lehrstoffes in Form von
Online-Skripten – aufrufbar über einen WWW-Browser - bringen den Vorteil, dass er
jederzeit aktualisiert werden kann und die Aktualisierung sofort vom Studenten abrufbar ist.
Generell ist eine Automatisierung im Bereich grundlegender Lehrveranstaltungen
wünschenswert, da es sich um reine Wissensvermittlung handelt, deren es nicht höherer
Formen des Lehrens bedarf, um zum erwünschten Lernerfolg zu gelangen. Der sich hieraus
ergebende Vorteil der Ressourceneinsparung kann einerseits zur Aktualisierung der
vorhandenen Wissensbasis, andererseits zur Erschließung neuer Gebiete und
Lehrveranstaltungen unter Berücksichtigung höherer Formen des Lehrens eingesetzt werden.
- 62 -

Helios
4.1.1 Das internetbasierte multimediale Lehr- und Lernsystem
Eine erste Umsetzung dieses Gedankens erfolgte 1998 im Rahmen einer Diplomarbeit, die
zum Ziel hatte, ein solches Lehr- und Lernsystem auf der Basis neuer Medien zu konzipieren,
zu implementieren und einige Inhalte beispielhaft zu integrieren [Streckfuß, 1998a].
Oberste Zielsetzung hierbei war es, mit den vorhandenen Ressourcen ein Angebot der
gesamten Fakultät zu ermöglichen. Außerdem sollte das System mit einfachen Mitteln und
wenig Zeiteinsatz erweitert und aktualisiert werden können. Weiterhin sollte der gesamte
Lehrkörper davon profitieren und die Möglichkeit haben, das System zu erweitern.
Da das Internet ein hohes Maß an Zeit- und Ortsunabhängigkeit bietet und darüber hinaus
durch seine vielseitigen Dienste die Möglichkeit besteht, das Angebot ständig zu erweitern,
wurde es als Trägermedium ausgewählt.
Hinzu kam, dass immer mehr Studenten über eine günstige und schnelle Anbindung ans
Internet verfügten, sei es nun vom Studentenwohnheim aus per Flat-Rate-Anschluss oder von
woanders per Modem, ISDN-, Bluetooth- oder WLAN-Anbindung.
Zusätzlich sollte den Anwendern des Systems alleine durch dessen einfache Benutzung die
Angst vor dem neuen und zum Teil unbekannten Medium Internet genommen und zusätzlich
Medienkompetenz vermittelt werden.
In Folge entstand ein internetbasiertes multimediales Lehr- und Lernsystem, das für
Forststudenten konzipiert wurde, aber auch von anderen Interessierten genutzt werden kann
[Streckfuß, 1998a], [Quednau; Streckfuß, 2000]. Der Einsatz dieses Systems erfolgt bereits
vorlesungsbegleitend als Online-Skriptum und soll in Zukunft auch immer mehr dem
Selbststudium dienen. Ergänzend zu den bereits in dieses System eingebetteten seminar-,
praktika- und vorlesungsbegleitenden Online-Unterlagen, sollen in Zukunft vermehrt
Multimedia-Elemente und Interaktionsmöglichkeiten integriert werden, um über das
Ansprechen mehrerer Lernkanäle (Auge,Ohr) die Effizienz der Wissensvermittlung zu
erhöhen.
- 63 -

Helios
4.1.2 Umsetzung
Die Realisierung des Lehr- und Lernsystems erfolgte auf der Basis von einzelnen
Lehrmodulen. Ein Lehrmodul stellt eine in sich abgeschlossene Einheit mit festgelegtem
fachlichem Inhalt dar. In dem System können Module realisiert werden, die das ganze
Spektrum der forstwissenschaftlichen Ausbildung abdecken. Navigiert wird innerhalb des
Systems anhand einer ausgeklügelten Frame-Struktur und von JavaScript Elementen. So kann
für die Autoren der Aufwand zur Erstellung neuer Lehrmodule sehr gering gehalten werden.
4.1.3 Zusatzdienste
Zusatzdienste werden bisweilen in Form von Foren und Übungsaufgaben sowie als
Termineliste angeboten. Eine webbasierte Nachbildung der einschlägig bekannten
Newsgroups, in denen die Möglichkeit besteht, neue Nachrichten zu verfassen und auf
Nachrichten zu antworten, bilden die Foren. Eine breite Beteiligung, unter anderem des
Lehrpersonals, an den dort stattfindenden Diskussionen, kann beispielsweise auch zur
Bildung virtueller Lerngruppen genutzt werden.
Der erste Teil des Bereiches Übungsaufgaben ist dem Lehrpersonal vorbehalten und
ermöglicht es, Multiple-Choice-Tests mittels eines Fragengenerators zu entwerfen.
Im öffentlich zugänglichen zweiten Teil können z.B. die Teilnehmer der Lehrveranstaltungen
versuchen, die zuvor erstellten Übungsaufgaben zu beantworten. Bei eventuell falsch
gegebenen Antworten kann der Lernstoff sofort über einen „Link“ zu den entsprechenden
Lehreinheiten direkt aufgerufen und wiederholt werden. Sollten dann immer noch Fragen
offen bleiben, kann das entsprechende Forum in Anspruch genommen werden.
Mit der Termineliste lassen sich aktuelle Termine und beliebig lange Erläuterungen in das
System einfügen.
Das alles geschieht, ohne dass auch nur ein einziger HTML-Befehl bekannt sein muss mit
Hilfe der CGI-Schnittstelle (Common Gateway Interface), über die Beiträge automatisch
HTML-formatiert und in das System integriert werden.
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Helios
4.1.4 Das GIS-Modul
Der GIS-Teil besteht einerseits aus den begleitenden Unterlagen des GIS-Seminars [Döllerer;
Quednau, 1998], die auch in Form von Modulen realisiert worden sind. Andererseits
existieren noch prototyphafte Demonstrations-Module, die aufzeigen, inwiefern die
Dokumente durch den Einsatz von Multimedia aufgewertet werden können. Dabei kommt die
Streaming-Technik zur Übermittlung von Ton- und Videodaten zum Einsatz. Dadurch wird
das Abspielen von Multimedia-Elementen ermöglicht, bevor sie komplett auf den eigenen
Rechner kopiert worden sind. Durch eine besondere Funktion der eingesetzten Streaming-
Software können zeitgesteuert Teildokumente eingeblendet und somit mehrere Lernkanäle
gleichzeitig angesprochen werden. In den beiden Demonstrations-Modulen „Einführende
Grundlagen“ und „Plotten“ liest eine Stimme vor, während zeitgesteuert die zugehörigen
Folien eingeblendet werden.
Beim GIS-Modul stand laut Döllerer (2000) zuerst die inhaltliche Umsetzung im
Vordergrund. Demnach befindet sich die Einbettung multimedialer Elemente erst im
Anfangsstadium. „Nach der Terminologie von [Lebrun, 1997a,1997b] hat dieses Modul die
Phase der Assimilation (Einbettung in das System und Benutzung des neuen Mediums
Internet) durchlaufen und befindet sich jetzt in der Phase der Akkomodation (Integration von
multimedialen Elementen).“ [Döllerer, 2000]
4.1.5 Fortführung der Systemphilosophie
An diesem Punkt setzt die vorliegende Diplomarbeit an - in Form der Erstellung und
Realisierung eines interaktiven Online-Tutorials für die Map-Server basierte GIS-Anwendung
Helios.
Ziel der Arbeit ist sowohl die Einbindung grundlegender und damit erfolgsversprechender,
didaktischer Erkenntnisse aus dem Bereich der Lehr- und Lernmethodik in das Online-
Tutorial, als auch die Ansprache von zusätzlichen Lernkanälen bei der Wissensvermittlung.
Dies funktioniert einerseits durch animierte Grafiken, in Form von auf der
Anwendungsoberfläche des Lehrgegenstands basierenden Kurzfilmen, die den Lehrinhalt
zum Gegenstand haben. Auf der anderen Seite wird der Lernprozess durch die visuelle
Hervorhebung und direkte Beschreibung von Schwerpunkten sowie deren interaktive Abfrage
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Helios
an prekären Stellen des Lehrgegenstands unterstützt. Anhand des auf der GIS-Anwendung
ArcView basierenden Programms Helios sollen somit neben dem nachvollziehenden und dem
aufgabengesteuerten Lernen durch die „höheren Formen des Lehrens“ [Riedel, 1993,1998]
auch das problemgesteuerte und das problementdeckende Lernen gesteigert werden.
Vor der detaillierten Darstellung von Helios werden an dieser Stelle für das Verständnis der
folgenden Abschnitte notwendige Begriffe erläutert:
Definition des Begriffes Online-Tutorial:
Ein Online-Tutorial dient zur Erklärung bzw. Einführung in einen bestimmten Sachverhalt.
Dies kann geschehen anhand von Texten, Bildern, Audiomaterial, Animationen oder
Videostreams. Bei dieser Arbeit dient das Online-Tutorial zur Einführung in Geographische
Informationssysteme anhand des Projektes Helios, welches auf dem Programm Arc View von
ESRI fußt. „Online“ steht hierbei für nahezu weltweite Erreichbarkeit sowie Verfügbarkeit
des Tutorials durch dessen Platzierung in einer über das Internet (WWW) erreichbaren
Adresse (URL).
Definition des Begriffes Map-Server:
Ein Map-Server dient zur Bereitstellung von Karten-Daten, die jeder Zeit durch Abfragen von
an dem Verbundnetz (Lan, Intranet, Internet (WWW)) angeschlossenen Computern durch ein
oder mehrere Anwender abgerufen werden können. Außerdem kann er gleichzeitig eine
Speichermöglichkeit relevanter Daten zur Verfügung stellen.
Definition des Begriffes GIS-Anwendung:
Ein Geographisches-Informations-System, kurz GIS, verbindet Sachdaten und Daten mit
räumlichem Bezug zu karthographischen Abbildungen und ermöglicht so eine anschauliche
Form der Problemlösungsdarstellung. Es wird eine beliebige Sortierung, Verschneidung und
Filterung von Daten anhand von Datentabellen ermöglicht, die projektabhängig gespeichert
werden. Außerdem besteht ein breites Spektrum von Darstellungsmöglichkeiten der
Ergebnisse anhand von Karten, Tabellen, Grafiken und Diagrammen, die zielorientiert
konfiguriert werden können.
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Helios
Schulungszweck:
Der Schulungszweck liegt darin, Menschen, die wenig oder noch keine Erfahrung mit GIS
haben und nicht über den Zugang zu einem lokal installierten Geoinformationssystem
verfügen, die Konzeption, Arbeitsweise und grundlegende Funktionalität eines Vektor-
Geoinformationssystems durch das Internet zu vermitteln.
Voraussetzungen:
- WWW-Browser mit aktiviertem Java und JavaScript
Zielgruppe:
- Studenten, Schüler der höheren Gymnasialklassen und Berufstätige, die ein grundlegendes
Verständnis für die Arbeitsweise Geographischer Informationssysteme brauchen
4.2 Didaktisches Konzept
4.2.1 Verständnisförderung
Die Förderung des Verständnisses des Lernenden erfolgt durch Verknüpfung theoretischen
Wissens mit praktischer Expertise: Der Nutzer muß selbst interaktiv tätig werden und sowohl
mit angebotenen als auch mit selbst bereitgestellten Daten arbeiten. Dadurch wird
nachvollziehendes, aufgabengesteuertes, problemgesteuertes und problemfindendes Lernen
unterstützt und die zunehmende Selbstständigkeit des Lernenden charakterisiert.
Problemorientiertes Lernen steht hierbei im Vordergrund und ist nach der Auffassung von
Reinmann-Rothmeier und Mandl (1997) durch Problemstellungen, die die folgenden
Merkmale als Ausgangs- und Bezugspunkt des Lernens bilden, gegeben.
- Die Problemstellungen sind entweder authentisch oder haben Bezug zu authentischen
Situationen oder Ereignissen
- Sie sind für die Lernenden und ihren Lebens- oder Arbeitskontext relevant
- Sie besitzen Aktualität und allgemeine oder persönliche Brisanz
- Sie machen neugierig und werfen Fragen auf
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Helios
4.2.2 Anforderungen zur Verwirklichung dieses Konzepts
Um dieses Konzept in die Tat umsetzen zu können, bedarf das Programm einiger
Voraussetzungen.
- Es muss eine möglichst weitgehende Wahl der anzuzeigenden Daten durch den Benutzer,
ohne dass die Sicht anderer Benutzer beeinflusst wird, zulassen.
- Die veränderten Daten müssen sofort angezeigt werden.
- Es bedarf der Entwicklung einer realistischen Beispielanwendung, die einen breiten
Bereich der möglichen Funktionen abdeckt.
4.3 Datenmodell
Helios geht vom Datenmodell von Arc View aus, vereinfacht es jedoch soweit, dass zwar die
wichtigsten Modellkomponenten erhalten bleiben, hingegen diejenigen Komponenten
wegfallen, die beim interaktiven Arbeiten einer unbestimmt großen Menge an Benutzern
unvorhersehbar große Anforderungen an den Server stellen würden.
Daher beschränkt sich Helios auf das Arbeiten mit attributierten Vektordaten, also auf die
gemeinsame Verwaltung und Analyse von Geometriedaten im Vektor-Format und Sachdaten.
Rasterdaten und graphikbeschreibende Daten (Legendensymbole, Textfonts u.ä.) werden
nicht unterstützt.
Den Benutzern wird ein gemeinsames Projekt zur Verfügung gestellt. Dieses Projekt enthält
mehrere Views (Kartendarstellungen) sowie mehrere reine Sachtabellen, die nur solche Daten
enthalten, die keinen geometrischen Bezug haben.
Jedes View besteht aus mehreren Themen (thematischen Ebenen). Jedes Thema enthält
Objekte jeweils eines Objekttyps (z.B. Bäume, Straßen, Bestände).
Die Objekte werden repräsentiert durch eine der geometrischen Klassen: Punkt, Linie oder
Polygon. Mit jedem Thema ist eine thematische Tabelle verbunden , die jedes Objekt in einer
Zeile beschreibt. Diese Tabelle enthält ein spezielles Attribut mit Namen Shape, das die
Geometriedaten enthält. Bei Punkten in Form eines Koordinatenpaares, bei Linien und
Polygonen als eine Folge von Punkten.
- 68 -

Helios
Jede Tabelle (also sowohl eine thematische als auch eine reine Sachdatentabelle) enthält ein
Identifikationsattribut, den sogenannten Primärschlüssel. Die Abbildung 12 zeigt die
Systemkomponenten von Helios und ihre Beziehungen untereinander.
Abbildung 12 verändert nach Quednau, Stucki und Döllerer (2001): Systemkomponenten
Projekt
m
View
m
Thema
Punkte | Linien | Polygone
mc
- 69 -
1 1
Thematische Tabelle Shape
Reine Sachtabelle
Systemkomponenten von GIS-Helios:
A-1->B: ein Objekt der Klasse A enthält genau ein Objekt der
Klasse B
A-m->B: ein Objekt der Klasse A enthält mindestens ein Objekt
der Klasse B
A-mc->B: ein Objekt der Klasse A kann ein oder mehrere Objekte
der Klasse B enthalten
1
1 Primärschlüssel
m
mc
Sachdaten
Im Gegensatz zu dem Datenmodell von Arc View sind leere Views, leere Themen und
Tabellen ohne Primärschlüssel nicht möglich.
Die in ArcView bestehende Unterscheidung zwischen einem Objekt der Klasse Table und der
zugrunde liegenden Vtab besteht in Helios nicht. Eine ArcView-Tabelle mit einer FTab
entspricht einer thematischen Tabelle. Ist die VTab einer Tabelle keine FTab, so handelt es
sich um eine reine Sachtabelle.

Helios
4.4 Funktionalität
Beim Aufruf von Helios (URL: http://maps.forst.tu-muenchen.de/helios) zeigt sich dem
Benutzer ein Frameset, das im Wesentlichen aus drei Frames besteht.
Die wesentlichen grafischen Elemente von Helios sind in den Abbildungen 13 bis 15
dargestellt.
Abbildung 13: Start-Seite von GIS-Helios
Den größten Teil des Browser-Fensters nimmt das Frame ein, welches das Start-View des
Projekts mit Legende und einer Werkzeugleiste enthält.
- 70 -

Helios
Abbildung 14: Datei-Menü
Im oberen Bereich befinden sich die Schaltflächen für die Hauptmenüs. Beim Anklicken einer
dieser Schaltflächen klappen farblich eingerahmte Untermenüs auf.
- 71 -

Helios
Abbildung 15: Ausgeschriebene Tabelle
Rechts neben dem View-Frame ist das Informations-Frame. Hier werden Abfrage-Ergebnisse
und Dialog-Fenster angezeigt.
4.4.1 Berechtigungsgruppen
Bezüglich der Interaktion mit dem System gibt es vier Berechtigungsgruppen:
Berechtigungsgruppe 0:
Jeder Surfer, der die Helios-Seite aufruft, darf solche Aktionen durchführen, die zu keinen
Änderungen auf dem Server führen.
- Bedienung der Symbol-Leiste über der Karte - mit Ausnahme des Hund-Symbols. Dazu
gehört z.B. das Zoomen. Die Funktionen dieser Schaltflächen werden ausgeschrieben,
wenn Sie mit der Maus über das entsprechende Symbol fahren.
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Helios
- Das An- und Abschalten der Sichtbarkeit einzelner Themen (durch Klicken auf das
Kästchen, das sich links neben dem Namen des Themas befindet: Erscheint dort ein
Häkchen, so ist das Thema eingeschaltet. Ist dieses Kästchen leer, so ist das Thema
ausgeschaltet und wird somit nicht gezeichnet).
- Das Wechseln des dargestellten Views, Ausschreiben von Tabellen-Information sowie das
Aufrufen der Hilfe-Untermenüs, sprich der Funktionen derjenigen Untermenüs der Menü-
Leiste, die grün eingerahmt sind.
Berechtigungsgruppe 1:
Will man weiter gehende Funktionen nutzen, so muß man von einer am Helios-Projekt
mitarbeitenden Institution registriert sein.
Registrierte Benutzer können sich unter dem Menüpunkt „Verwaltung“, Untermenüpunkt
„Anmelden“ beim System anmelden und danach auch diejenigen Untermenüs anklicken, die
blau eingerahmt sind.
Um diese Funktionen ausführen zu dürfen, muß man jedoch zunächst ein View klonen und
dann zu diesem geklonten View wechseln .
Diese geklonten Views sind grundsätzlich nur für ihren Besitzer sichtbar. Sie enthalten die
Themen ihrer Vorlagen, jedoch werden Informationen über ausgewählte Objekte, Legenden-
Darstellungen und Tabellen-Verbindungen getrennt im Projekt gespeichert. Bei einem von
ihm geklonten View darf der Benutzer:
- die thematischen Tabellen mit anderen Tabellen verbinden (einen join erzeugen) – sowohl
über Schlüsselattribute (Primärschlüssel/Fremdschlüssel-Paar) als auch durch räumliche
Verbindung (spatial join) über die Shape-Attribute.
- die Legende eines Themas ändern, indem die Objekte je nach dem Wert eines
ausgewählten Attributs unterschiedlich eingefärbt werden (der Legendentyp wird von
Single Symbol auf Unique Value gesetzt).
- einzelne Objekte markieren (auswählen), deren Attribute bestimmte Eigenschaften haben
(z.B. „Alter > 100 und Besitzer = `Mayer`“).
- Themen aus dem View entfernen.
Ausgeschlossen bleiben weiterhin solche Aktionen, welche die Datengrundlage verändern.
- 73 -

Helios
Berechtigungsgruppe 2:
Fortgeschrittene Benutzer erhalten auf dem Server einen eigenen Ordner, in dem sie eigene
Geometrie- und Sachdaten in das Projekt einführen und in eigenen Dateien speichern können.
Sie können auch die rot eingerahmten Funktionen ausführen.
Dabei handelt es sich um Funktionen, bei denen Dateien mit vom Benutzer gegebenen
Informationen (Sachdaten, Koordinaten, fertige Shapefiles) permanent auf die Platte des
Servers geschrieben werden. Mit diesen Funktionen kann der Benutzer seinem View Themen
und Tabellen hinzufügen.
Diese Dateien werden entweder per FTP vom heimischen Rechner auf den Server
hochgeladen, und zwar
- normalerweise als ASCII-Daten, wobei Geometriedaten in dem Austauschformat kodiert
sein müssen, das ArcInfo bei dem Befehlspaar Generate/Ungenerate benutzt (die
Koordinaten eines geometrischen Objekts lassen sich beispielsweise mit einem Map-
Editor bestimmen, der zur Erzeugung von verweis-sensitiven Bildern in HTML benutzt
wird).
- Bei Bedarf auch im Shape- bzw. Dbase-Format.
Oder sie entstehen als Ergebnis bestimmter Aktionen, wie:
- Schreiben ausgewählter Objekte eines Themas in ein neues Thema
- Bilden eines Puffers um beliebige Objekte
- Ausschneiden von Teilbereichen eines Themas
- Kombination von Objekten mehrerer Ausgangsthemen in einem neuen Thema
- Verschneiden zweier Themen
- Zeilen einer Tabelle verändern, hinzufügen und löschen
- Punkte verschieben, hinzufügen und löschen
Berechtigungsgruppe 3:
Die schwarz eingerahmten Funktionen dürfen nur von Administratoren ausgeführt werden.
Vertrauenspersonen an den beteiligten Institutionen können Benutzer an- und abmelden.
- 74 -

Helios
4.4.2 Funktionsaufruf
Jede Aktion wird gestartet, indem der Nutzer auf die entsprechende Schaltfläche des
Hauptmenüs und danach des aufscheinenden Untermenüs klickt. Danach wird die Aktion
durch ein Dialogfenster gesteuert. Eine Erläuterung des Gesamtkonzepts ist durch die
Schaltfläche „Beschreibung“ im Hauptmenü zu erhalten.
Hier wird auch ausführlich beschrieben, wie das Hochladen von Dateien geregelt ist.
Die Einzelaktionen werden durch die Hilfeseiten der jeweiligen Untermenüs ausführlich
beschrieben.
4.5 Realisierung
Das GIS-Helios setzt auf der Applikation ArcView GIS der Firma ESRI mit der Extension
Arc-ViewIMS (ArcView Internet Map-Server) auf. ArcViewIMS stellt ein Applet zur
Verfügung, das vom Server in einer HTML-Seite an einen WWW-Browser geschickt wird
und dort einen Teil der lokalen Benutzeroberfläche von ArcView
mit jeweils einem View des Projekts abbildet. Dieses Applet nimmt Eingaben des lokalen
Benutzers entgegen und erzeugt aus ihnen Anforderungen an den Map-Server. Der Map-
Server setzt diese Anforderungen durch entsprechende ArcView-Aktionen um und schickt das
aktualisierte View in Form je eines Bildes für die Karte und die Legende an das rufende
Applet zur lokalen Darstellung zurück. Bei Bedarf kann der Server auch Text an den Klienten
senden, der in einem Frame angezeigt wird.
Die Anwendung GIS-Helios wurde durch die Implementierung folgender Erweiterungen von
ArcViewIMS abgeleitet:
- Von den Javaklassen des ArcViewIMS wurden eigene Klassen abgeleitet, mit denen sich
die zusätzlich erforderlichen Funktionen durchführen lassen.
- In die ausgelieferte HTML-Seite wurden Schaltknöpfe mit hinterlegten JavaScript-
Funktionen eingefügt. Diese Funktionen setzen die Benutzereingaben in Methodenaufrufe
an die von uns programmierten Klassen des Java-Applets um.
- Für jede GIS-Helios-Funktion wurden jeweils mehrere Avenue-Scripts, die diese Funktion
realisieren, geschrieben und dem auf dem Server laufenden ArcView-Projekt hinzugefügt.
Die Avenue-Programme zum Puffern, Ausschneiden und Verschneiden sind von H.-
- 75 -

Helios
D.Quednau, E.Stucki und M.Döllerer angepasste Scripte, die der ArcView-Extension
XTools [DeLaune, 2000] entnommen sind. XTools bildet einige ArcInfo-Funktionen in
ArcView nach.
4.6 Beispielaufgabe
Eines der ausgelieferten Views stellt die Themen für eine Übungsaufgabe zur Verfügung, die
dem Online-ArcInfo-Tutorium von Murnion mit geringen Abweichungen entnommen ist.
4.6.1 Aufgabe
Ein Waldstück besteht aus hiebsreifen Eichen- und Kiefernbeständen. Es darf jedoch nur in
einer Entfernung bis zu 5 km von einer Straße gefällt werden. Außerdem müssen von der
Holzernte ausgespart werden: Ein Gebiet vom 10 km Radius um einen Indianer-Altar,
Pufferzonen von 1 km um Flüsse und Seen, Gebiete über 1000 m Meereshöhe und Gebiete
mit mehr als 5° Steigung.
Es soll ermittelt werden, wieviel m² Eiche bzw. Kiefer genutzt werden kann.
Folgende Shape-Dateien werden zur Verfügung gestellt:
- Als Punkt-Shape: die Lage des Altars
- Als Linien-Shapes: das Fluß- und Straßennetz
- Als Polygon-Shapes: der See und das Meer sowie die Höhenpolygone, ein triangulisiertes
Oberflächenmodell mit Angabe der Steigung und eine Bestockungskarte.
- Die Aufgabe soll selbstständig durch Kombination der Funktionen gelöst werden, die das
System zur Verfügung stellt.
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Helios
4.6.2 Lösungsansatz
Ein typischer Lösungsansatz könnte wie folgt aussehen:
1. Zunächst werden diejenigen Gebiete dargestellt, auf denen nicht gefällt werden darf:
In den Themen mit den Höhenpolygonen werden die Polygone mit einer Höhe von mehr
als 1000 m markiert und in ein neues Thema geschrieben; entsprechend wird in der
Triangulationskarte mit Dreiecken verfahren, deren Steigung größer als 5° ist. Um den
Altar und um die Flüsse werden Pufferbereiche mit 10000 m bzw. 1000 m Breite gelegt.
Der See und das Meer liegen in einem Polygonshape als Polygone mit einer spezifischen
Attributierung vor, es werden also zunächst diese Polygone markiert und in ein neues
Thema geschrieben, anschließend wird um sie ein Puffer der Breite 1000 m gelegt.
2. Dann wird um die Straßen ein Pufferbereich von 5000 m gelegt, aus diesem Bereich
werden die Ausschluß-Polygone ausgeschnitten.
3. Der verbleibende Bereich wird mit der Bestockungskarte verschnitten. Dadurch werden
die Gebiete ausgeschieden, in denen Eichen bzw. Kiefern gefällt werden dürfen. Deren
Größe kann durch ein einfaches Abfragen des Attributs „Fläche“ ermittelt werden.
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Erstellung des Online-Tutorials
5. Erstellung des Online-Tutorials
5.1 Programmwahl
Die durch die Aufgabenstellung gegebenen limitierenden Faktoren haben letztendlich zur
Verwendung des Programms RoboDemo von der Firma eHelp Corporation geführt. Es galt,
ein multimediales Online-Tutorial unter Einbindung zukunftsweisender didaktischer
Lernmethodik für das Map-Server basierte GIS-Projekt Helios zu erstellen.
Dabei wurden folgende Fragen und Anforderungen an die Erstellung, Anwendung, technische
Umsetzung und den Umfang des Tutorials gestellt:
• Wie kann unter Verwendung aktueller Formate eine möglichst große Erreichbarkeit von
Endnutzern realisiert werden ?
• Inwieweit ist das Ganze technisch machbar ?
• Ist eine Umsetzung an der Fakultät ohne größeren zeitraubenden und kostspieligen
Aufwand möglich ?
• Bereitet die Ausweitung eines Online-Tutorials, unter womöglich anderer Regie und auf
andere Bereiche der Fakultät, größere Schwierigkeiten ?
• Besteht die Möglichkeit, das System am Laufen zu halten, auch wenn der eingeschlagene
Sparkurs an der Technischen Universität München weiterbesteht bzw. sogar noch
verstärkt wird ?
Bei der Auswahl der Software wurde besonderes Augenmerk auf Berichte über
Anwendungen, die zur Erstellung von multimedialen Online-Tutorials bzw. Lernumgebungen
in diesem neuen Medium dienen, gelegt.
Eine Vollversion des Programms Flash Cam Version 1.67, das der Ausgabe 06/2002 der
Computerfachzeitschrift „Chip“ beigelegt war, machte hierbei durch seine darin
beschriebenen Funktionen auf sich aufmerksam.
Das Programm wurde an der Universitäts-Anlage installiert und am Beispiel des Helios-
Projekts getestet. Dabei kam es jedoch im Rahmen der Auslotung des Funktionsumfanges des
Programms zu Systeminstabilitäten, die ein reibungsfreies Arbeiten unmöglich machten.
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Erstellung des Online-Tutorials
Ein Update der Programmversion Flash Cam 1.67 auf die Version 1.8 versprach diesen
Problemen Abhilfe zu schaffen.
Nach längerer Korrespondenz mit der Firma eHelp, wurde schließlich die Version 3.0 der
mittlerweile in RoboDemo umbenannten Software, kostenfrei zur Verfügung gestellt.
Die darauffolgende Installation des Programms RoboDemo 3.0 verlief problemlos.
5.2 Bedienoberfläche
Die Programmoberfläche von RoboDemo teilt sich in drei Ebenen.
1. Ebene:
Beim Öffnen des Programms blickt der Benutzer auf in Abbildung 16 dargestelltes Fenster.
Abbildung 16: Programmfenster von RoboDemo 3.0
- 79 -

Erstellung des Online-Tutorials
Project View:
Das File-Menü bietet die Möglichkeiten, einen neuen Film zu kreieren (New), einen bereits
bestehenden Film eines anderen Produktes zu importieren (Import Project) oder einen
vorhandenen Film zu öffnen. Es besteht ferner die Möglichkeit, einen Film zu sichern
(Backup), von einer Sicherungsposition aus wiederherzustellen (Restore) oder ein
ausgewähltes Projekt zu löschen (Delete).
Durch die Funktionen des View-Menüs kann man die Desktop-Größe verändern (Screen
Resolution) und grundlegende Einstellungen für das Layout der Erstellungs-Umgebung
(„authoring environments“) verändern wie z.B. Textfelder in der Werkzeugleiste an/aus
(Captions on Toolbar), Task Pane an/aus, Große grafische Platzhalter (Piktogramme, Large
Icons) oder Details.
Das Options-Menü gibt dem Benutzer weiter Kontrollmöglichkeiten, sowohl über das Project
View als auch über die einzelnen Filme. Mehr darüber kann man dem Help-File entnehmen.
Das Help-Menü verschafft dem Benutzer einfachen Zugang zum Hilfe-System, zusätzlichen
Tutorials und der sog. „RoboDemo Community“, einem Platz für peer-to-peer Verbindungen
und weiteren Lernmöglichkeiten.
Project Window:
Die New-Schaltfläche ist neben dem File-Menü und der Task Launch eine andere
Möglichkeit, um einen neuen Film zu starten. Die Open-Schaltfläche wird zum Öffnen von
bereits existierenden und markierten Filmen verwendet. Analog wird mit dem Preview-Knopf
ein bereits vorhandener, markierter Film abgespielt.
Die bereits vorhandenen Projekte befinden sich auf der rechten Seite des Fensters.
Links daneben befindet sich eine Spalte, die aus zwei Punkten besteht.
1. Dem Info-Punkt
Ist ein Projekt angewählt, werden hier Informationen zum Film angezeigt wie etwa Size
(Größe) gesamt in Kilobyte sowie Kilobyte/s, Time (Dauer) gesamt in Min,Sek, Audio gesamt
in Kilobyte als auch in Kilobyte/s, Video gesamt in Kilobyte wie auch in Kilobyte /s, Lowest
Stream (Kleinste benötigte Verbindungsart) als z.B. Broadband oder 33.6k Modem und
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Erstellung des Online-Tutorials
Resolution (Bildschirmauflösung des Films) z.B.1024x768 oder beliebig bei
Benutzerdefinition.
2. Die Task Launch
Der Task Launch Bereich enthält eine Reihe von Links, um häufig anfallende Arbeitsschritte
schnell anwählen zu können.
Dem Anwender stehen über die Links in der Task Launch direkt folgende Möglichkeiten zur
Verfügung:
Record New Movie
Öffnet das „Record Movie“ Fenster, in dem man dann die Bildschirmfläche auswählen
kann, die aufgenommen werden soll. Dieses Fenster stellt sich wie in Abbildung 17 dar.
Abbildung 17: Das „Record Movie“ Fenster
Es besteht die Auswahl zwischen der direkten Aufnahme eines laufenden Programms (dabei
wird der gesamte Inhalt des Programm-Fensters erfasst), eines durch den Benutzer definierten
Rahmenbereiches, Vollbild (nimmt den gesamten Desktop auf) oder einer Auflösung welche
für die Wiedergabe auf einem Pocket PC geeignet ist.
In dem „Record Movie“ Fenster befinden sich wiederum zwei Links (blaue Schrift) nämlich
„Recording Options“ und „Recording Tricks and Tips“.
Nach dem Anklicken von „Recording Options“ kann man unter folgenden Optionen wählen.
Sie können während der Aufnahme eines RoboDemo Filmes gemeinsam oder einzeln
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Erstellung des Online-Tutorials
angewendet werden, indem man das davorstehende Kästchen durch Anklicken mit einem
Häkchen markiert.
- „Camera“ sounds during recording (Kamera-Töne)
- Keyboard “tap” sounds during recording (Tastatur-Töne)
- Auto Capture (automatisches Aufzeichnen der Frames) oder Keystroke Capture
(manuelles Aufzeichnen der Frames durch Druck-Taste)
- Allow Resizing of Capture Window (nachträgliche Größenänderung des
-
Aufnahmefensters)
Hide Capture Window (Aufnahmefenster verbergen)
Hinter dem Link „Recording Tips and Tricks“ verbergen sich zusätzliche Hilfestellungen, die
das Arbeiten mit RoboDemo schneller und leichter machen sollen und zu besseren
Ergebnissen verhelfen können.
Import Project
Durch diesen Aufruf öffnet sich ein Fenster mit einer Eingabezeile, in der wahlweise direkt
ein Dateipfad eingegeben oder nach einer bestimmten Datei über die Browse- Funktion im
jeweiligen Dateisystem gesucht werden kann. Folgende Projekt-Typen können so in
RoboDemo importiert werden:
- Power Point Präsentationen (.ppt, .pps, .pot)
- .AVI Software Tutorials (.avi)
- .QVP und .VP Projekte (.qvp, .vp)
- .TDP Projekte (.tdp)
E-Mail Support
Beim Anklicken dieses Links öffnet sich automatisch ein Browserfenster und eine bereits
teilweise mit den Daten des registrierten Nutzers ausgefüllte Eingabeschablone für die
Beschreibung des vorhandenen technischen Problems. Hier müssen nun entsprechend die
Hardware- und Softwaredaten eingesetzt, sowie eine möglichst detaillierte
Problembeschreibung abgegeben werden, um nach dem Abschicken des Formulars per E-
Mail eine Hilfestellung oder Aufklärung durch den Supportdienst der eHelp Community zu
erhalten.
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Erstellung des Online-Tutorials
Weiterhin sind Links angegeben, falls der Anwender eine Frage zur Erweiterung des Systems
stellen oder für eine schnellere Antwort das RoboDemo Forum besuchen möchte, um sich
dort in Echtzeit im Chat mit anderen Anwendern auszutauschen.
Auf der linken Seite befinden sich eine Reihe von Links rund um die RoboDemo Community,
die z.B. zu einer Knowledge Base führen, Downloads oder Kontakte bereithalten sowie auf
andere weiterführende Webseiten verweisen.
Community
Dieser Link führt zu einer Webseite, auf der die neusten Veröffentlichungen und Neuerungen
rund um das Programm RoboDemo bekannt gegeben werden.
Es wird beispielsweise auf neue Artikel in der Knowledge Base (Wissens-Datenbank)
aufmerksam gemacht oder welches Mitglied der Community durch seine intensive und
kompetente Teilnahme am Erfahrungsaustausch im RoboDemo Forum anderen Anwendern
besonders helfen konnte und deshalb den RoboDemo MVP Status erhielt.
Außerdem stehen hier Links, die zu mit RoboDemo erstellten Filmen führen, welche bei der
Anwendung des Programms helfen sollen oder dazu dienen, die Leistungsfähigkeit des
Programms zu demonstrieren.
Help
Dahinter verbirgt sich eine Texthilfe, die sowohl über eine Themengebietsauswahl als auch
über eine Stichwortsuche zu den Funktionen von RoboDemo Auskunft erteilt.
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Erstellung des Online-Tutorials
2.Ebene:
In diese Ebene gelangt man durch einfaches Anklicken eines Projekts und Klicken auf die
Schaltfläche „Open“ in der Symbolleiste oder einfacher durch Doppelklicken des
gewünschten Projekts.
Diese Ebene präsentiert die einzelnen Frames (= Screens, Bildschirmabgriffe) eines Projekts
wie in Abbildung 18 dargestellt, die in Reihe abgespielt, evtl. mit Mausbewegungen und
multimedialen Effekten ausgestattet, den Kurzfilm ergeben.
Abbildung 18: Projektfenster
Anstatt der Schaltfläche „Open“ findet man nun die Funktion „Edit“ und zusätzlich die
Schaltflächen „Save“, „Export“ und „Projects“, um wieder zur vorigen Ebene zu gelangen.
Die linke Seite zeigt unter dem Punkt „Movie Information“, die Filmgröße und -dauer, Tonund
Videodokumentgröße, sowie die kleinste zur Betrachtung benötigte Verbindungsart und
die Bildschirmauflösung des jeweiligen „Projects“ an.
In der darunter befindlichen „Task Launch“ haben sich die Punkte „Audio“, „Copy Frame“,
„Paste Frame“, „Insert Image as Frame“ und „Delete Frame“ ergänzend hinzugefügt, um
direkt in die Frame-Struktur eingreifen zu können.
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Erstellung des Online-Tutorials
Auf der rechten Seite des Fensters sind die einzelnen Frames (= Screens, Bildschirmabgriffe)
der Reihenfolge nach aufgelistet.
3.Ebene:
Hierher kommt der Benutzer durch Auswahl des zur weiteren Bearbeitung gewünschten
Frames und anschließendem Anklicken der Schaltfläche „Edit“ oder schneller durch
Doppelklicken des gewünschten Frames. Danach bietet sich dem Betrachter in Abbildung 19
gezeigtes Bild.
Abbildung 19: Editierfenster
Die hier gelisteten Menüs und Symbolleisten enthalten die verschiedenen Funktionen und
Parameter, die zur Filmnachbearbeitung aufgerufen und eingestellt werden können.
Auf der Abbildung 19 sind z.B. grüne „Highlight Boxen“ um die grün eingerahmten
Untermenüschaltflächen, die Symbol-Leiste sowie die eingeschalteten Themen der Legende
gelegt, mit dem Ziel, sie für den Anwender farblich und bildhaft hervorzuheben. Dies
- 85 -

Erstellung des Online-Tutorials
geschieht einerseits, um möglichst schnell den Sinnzusammenhang mit dem hörbaren,
gesprochenen und dem sichtbaren, geschriebenen Text im Textfeld („Caption“) herzustellen;
andererseits, um möglichst viele Lernkanäle anzusprechen und bleibende Assoziationen zu
schaffen.
5.3 Weiterführende Funktionen von RoboDemo
RoboDemo ist eine Software zur Anwender-Unterstützung. Sie dient der Erstellung von
umfassenden Produkt-Demonstrationen, Tutorials (Hilfestellungen), eLearning Modulen oder
Beispielen sowohl im „online Betrieb“ (mit Verbindung zum Internet) als auch im „offline
Betrieb“ (ohne Verbindung zum Internet).
RoboDemo Dateien können auch in RoboHelp online Help Systeme eingebunden werden, um
eine neue Dimension von Flexibilität und Klang (Sound) unterstützend hinzuzufügen. Anhand
dieser Software können Lerninhalte visualisiert und zeitlich dazu abgestimmt Texte und
akustische Darbietungen präsentiert werden.
Das Erstellen von interaktiven, animierten Filmen ist einfach, ob sie nun zur Demonstration
von Software, dem Trainieren von Angestellten oder dem Kreieren von bewegten (fullmotion),
Bildschirm-dargestellten (on-screen) Anleitungen oder Hilfestellungen dienen.
Der Prozess der erfolgreichen Filmerstellung ist extrem schnell. Durch das Fangen von
Monitor Bildern (capturing screen shots) in so genannten „Frames“ und dem gleichzeitigen
Aufzeichnen der getätigten Mausbewegungen werden Filme mit einer vergleichsweise
kleinen Dateigröße erzeugt. Im Gegensatz zur „streaming“ Technik von z.B. Real Media,
werden sie sofort komplett im Flash File Format an den anfragenden Browser geschickt und
können so auf jeder Plattform (z.B. MacOS, Unix oder Windows) betrachtet werden, die über
einen Browser mit Shockwave Plug-In verfügt, was heute den Standard darstellt.
Die Dateien können auch als ausführbare Windows-Programme oder Microsoft Word Datei
ausgegeben werden, was wiederum bei stand-alone (alleinstehenden) Anlagen ohne Browser
und Internet-Verbindung von Vorteil ist.
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Erstellung des Online-Tutorials
Da die vorliegende Version des Programms eine der ersten englischsprachigen Versionen ist,
die damals nur auf dem US-Markt angeboten worden sind, werden englischsprachige Begriffe
sinngemäß übersetzt und bei Bedarf erläutert.
Die wichtigsten Funktionen von RoboDemo 3.0, die zur Erstellung des Online-Tutorials
genutzt wurden, sollen im Folgenden beschrieben werden.
Caption:
Bei einer „Caption“ handelt es ich um ein Textfeld, welches an einer beliebigen Stelle eines
Frames eingefügt werden kann. Dabei ist es möglich, sowohl die Gestalt, Größe als auch
Farbe der Textblase zu bestimmen. Für den darin einzufügenden Text hat man die
Auswahlmöglichkeit zwischen Schriftart, -größe, -farbe, fett, kursiv, unterstrichen,
linksbündig, zentriert oder rechtsbündig. Außerdem besteht die Option, das Textfeld schon
vor der Bewegung des Mauszeigers zu zeigen. Zusätzlich kann man einstellen, ob das
Textfeld ein- und ausgeblendet, entweder ein- oder ausgeblendet, nach einer bestimmten Zeit
(„Transition“ = Verzögerung nach erscheinen des Frames in Sekunden) bzw. sofort
dargestellt werden soll.
Highlight Box:
Mit einer „Highlight Box“ kann man einen Rahmen um Bereiche legen, die man bewusst
betonen bzw. hervorheben möchte. Die Rahmenfarbe, -breite, Füllfarbe sowie deren
Transparenz in Prozent können festgelegt werden. Auch die „Highlight Box“ kann nach einer
bestimmten Zeit (in Sekunden) ein- und/oder ausgeblendet, bzw. sofort im Frame auftauchen.
Click Box:
Eine „Click Box“ ist ein durch den Anwender definierter Bereich, der über beliebige Flächen
eines Frames gelegt werden kann und diese dann sensitiv für Mausklicks macht. Durch das
Anklicken eines mit einer „Click Box“ versehenen Bereiches können bestimmte Funktionen
ausgelöst werden. Zum Beispiel kann nach ihrem Anklicken einfach der Film fortgesetzt, zu
einem bestimmten Frame, einem Film, einer URL gesprungen oder ein JavaScript gestartet,
eine Email versandt oder die Leistungsstufe des Anwenders (siehe „track user´s score“)
angezeigt werden.
Weiterhin bestehen folgende Optionen:
- die Reaktion/en des Anwenders zu überwachen („track user response“)
- 87 -

Erstellung des Online-Tutorials
- ein Erfolgs- bzw. Misserfolgstextfeld („add success/failure captions“) einzublenden, je
nachdem ob der richtige Bereich angeklickt wurde oder nicht
- nach dem Anklicken die Übertragung des Tondokuments zu stoppen („stopp audio when
clicked“)
- den Film zu stoppen, bis der Anwender den ausgewählten Bereich anklickt („pause movie
until user clicks“)
Text Entry Boxes:
Durch das Einfügen von „Text Entry Boxes“ lässt sich das bisher erworbene Wissen des
Nutzers, den Lerngegenstand betreffend überprüfen, indem man ihn gezielt über eine Frage
anspricht. Um z.B. im Tutorial fortfahren zu können muss er die richtige Antwort eingeben,
die sich etwa auf vorher Erläutertes beziehen kann. Es gibt dabei die Option, Erfolg oder
Misserfolg zu haben und die Möglichkeit, gegebenenfalls Hilfestellungen zu geben oder zu
loben. Über diese Funktion bringt man den Anwender dazu, mit der Software zu interagieren
und fesselt seine ganze Aufmerksamkeit, indem man diese hinterfragt.
Neben der Folge, dass bei einer richtigen Antwort der Film fortgesetzt wird, kann auch zu
einem bestimmten Frame, einem Film, einer URL gesprungen oder ein JavaScript gestartet,
eine Email versandt oder die Leistungsstufe des Anwenders (siehe „track user´s score“)
angezeigt werden.
Auch hier bestehen zusätzliche Optionen:
- die Reaktion/en des Anwenders zu überwachen („track user response“)
- ein Erfolgs- bzw. Misserfolgstextfeld („add success/failure captions“) einzublenden, je
nachdem ob die Antwort richtig oder falsch war
- Einstellmöglichkeit der Schriftart in „Serif“, „Sans Serif“oder „Typewriter“, sowie der
Schriftgröße und -farbe
- Zeigen eines Texteingabefeldrahmens („show text box frame“)
- Passwortfunktion („password“)
- Fallspezifische Auswertung („case sensitive“)
- die Reaktion/en des Anwenders zu überwachen („track user response“)
- Einstellen der Anzahl der Versuche von eins bis unendlich, die zugelassen werden, bis
die eingestellte nachfolgende Funktion ausgeführt wird
Track User´s Score:
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Erstellung des Online-Tutorials
Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein „Rating“ über gegebene richtige und falsche
Antworten einzubauen, welches am Ende eine kleine Statistik abgibt und den erreichten
Erfolg z.B. für den Nutzer messbar macht. Diese „Track User´s Score” Funktionalität
(mitverfolgen der Leistungsstufe des Anwenders) kann leicht editiert werden und in ein
bereits existierendes System, über ein den individuellen Bedürfnissen anpassbares JavaScript
File integriert werden.
Kompatibilität:
Man kann unter anderem Power Point-, AVI- (Windows animated video File), QVP- oder
TDP-Dateien importieren und in bestehende Projekte einfügen, um deren spezifische Vorteile
einsetzen und bereits vorhandenes Material wirksam nutzen zu können.
Überleitung, Verweis:
Andererseits kann man „Click Boxes“ oder „Text Entry Boxes“ verwenden, um zu einem
beliebigen Frame, Film (movie), einer URL oder Email überzuleiten.
Anpassung:
In Verbindung mit den „Click Boxes“ und „Text Entry Boxes“ besteht die Möglichkeit Java
Script zu nutzen und so die Aktionen in den Tutorials und Demos den eigenen Vorstellungen
und Wünschen entsprechend anzupassen.
Nachbesserung:
Es besteht jeder Zeit im Nachhinein die Möglichkeit, noch „Captions“ (Textfelder), „Click
Boxes“ oder andere Funktionen hinzuzufügen.
Rollover Captions and Images:
Über die Funktion „Rollover Captions and Images“ lassen sich dem Projekt Textfelder
(„Captions“) und Bilder („Images“) hinzufügen, die erscheinen, wenn der Mauszeiger sich
über einen vorher festgelegten Bereich bewegt. Die Position wie auch das Ausmaß (outline)
sowohl des Maus-Sensitiven- als auch des beim darüber fahren sichtbaren Zielbild-Bereiches
(Rollover image´s location) sind einstellbar.
Zur Erzeugung eines Lupeneffektes muss man die Funktion „Rollover Image“ nur mit einem
vergrößerten Bild, das im Zielbild-Bereich hinterlegt wird, benutzen.
Add transparent Captions:
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Erstellung des Online-Tutorials
Diese Funktion macht es möglich, Text zu jedem Hintergrund im Tutorial oder Demo
hinzuzufügen. In den Bildschirmabgriffen integrierter Text kann formatiert werden in z.B.
fett, kursiv, eine andere Schriftart oder -größe.
Recording Wizard:
Ein „Recording Wizard“ (Den Aufnahmeprozess begleitender Tutor) und „auto-recording“
Modus ermöglichen ein schnelles kreieren von Tutorials und Demos. Dabei kann ausgewählt
werden, ob sich der „recording screen“ (Aufzeichnungs-Bildschirmbereich) automatisch dem
Fenster der gerade laufenden, ausgewählten Applikation, der Bildschirm-Größe, Pocket PC-
Größe oder irgend einer benutzerdefinierten Größe anpassen soll.
Veränderbarkeit:
Man ist stets in der Lage, bestehende Tutorials und Demos zu verändern, ohne sie erneut
aufnehmen zu müssen, indem man Frames hinzufügt, entfernt, kopiert oder bitmap-Dateien
mit dem Hintergrund zusammenlegt (mischt).
Active Edit Option:
Die „active edit option“ ermöglicht es, zu jedem Frame zu springen, den man editieren
möchte, egal wo man sich gerade im Preview-Mode befindet.
Navigation:
„navigate your tutorial or demo with play bars, including a slider function“:
Die “play bars” (Bedienknöpfe) und die “slide bar” (Schieberegler) ermöglichen es, dem
Endnutzer durch das Demo oder Tutorial zu navigieren und zu einem Frame (= Screen,
Bildschirmabgriff) seiner Wahl im jeweiligen Projekt zu kommen. Es besteht die
Auswahlmöglichkeit aus mehreren in ihrem Funktionsumfang und Design verschiedenen
Bedienfeldern.
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Erstellung des Online-Tutorials
5.4 Inhalt des Online-Tutorials
Im Rahmen der durch das Programm RoboDemo 3.0 gegebenen Möglichkeiten wurden zehn
Kurzfilme („projects“) erstellt. Neun davon führen den Benutzer durch die verschiedenen
Anwendungsbereiche des Online-Vektor-GIS Helios. Aus der Sicht des Nutzers laufen die
einzelnen Aktionen, wie von Geisterhand, selbstständig ab. Sie werden durch Textfelder,
Tondokumente, farbige Rahmen sowie das Hinterfragen von Inhalten oder die gezielte
Aufforderung zum Anklicken bestimmter Bereiche, lernfördernd ergänzt. Der Nutzer wird
durch schrittweise Zunahme der multimedialen und interaktiven Elemente langsam an deren
Bedeutung herangeführt. Im späteren Teil der Aufgabenbeschreibung nimmt die Anzahl
wiederum ab, um den Benutzer zwangsläufig zu mehr selbstständigem, entdeckenden Lernen
anzuspornen.
Der erste Film basiert auf einer PDF-Datei, die durch „www.gis.com“ frei zum Download
angeboten wird. Aus den in der Datei enthaltenen Bildern wurde ein Kurzfilm erzeugt und
zeitlich abgestimmt mit Tondokumenten unterlegt, die Teile des vorhandenen Textes ins
Deutsche übersetzen. Anhand dieses Kurzfilmes sollen dem Anwender die grundsätzlichen
Funktionsweisen und Einsatzgebiete eines Geografischen Informationssystems
veranschaulicht werden. Interaktivität wird durch Anklicken von Feldern zum Fortsetzen des
Films verlangt.
Der zweite Film setzt bereits auf dem Online-Vektor-GIS Helios auf. Er beschreibt die
grundlegenden Funktionen des Programms, die jedem Anwender zur Verfügung stehen, der
diese Webseite öffnet. Die Abbildung 19 zeigt den ersten Frame dieses Films. Neben den
bereits zuvor beschriebenen, eingesetzten lernfördernden Mitteln, wird der Anwender im
Verlauf des Films durch eine „Text Entry Box“ (Texteingabefeld) aufgefordert, interaktiv in
das Geschehen einzugreifen, indem er etwas in ein Texteingabefeld tippen muss, um im Film
fortfahren zu können. Dabei kann er auch Misserfolg haben, worauf sich ein kleines Fenster,
das z.B. einen Tipp bereit hält, öffnet. Außerdem wird der Anwender mittels eines Textfeldes
darauf aufmerksam gemacht, dass er einen bestimmten, z.B. für den Lerngegenstand
wichtigen, Bereich anklicken muss, damit der Film weiter abläuft. Die zur Bedingung
gestellte Interaktion mit dem Programm hinterfragt die Aufmerksamkeit des Anwenders und
fesselt sie zugleich auf die Lerninhalte.
- 91 -

Erstellung des Online-Tutorials
Der dritte Film zeigt, wie man sich als fortgeschrittener Anwender, mit einer höheren
Berechtigungsstufe, bei Helios unter seinem Benutzernamen, seinem Kennwort sowie der
Institutszugehörigkeit anmeldet. Auch hier werden zur Lernförderung Tondokumente und
eine „Click Box“ zur interaktiven Teilnahme des Anwenders eingesetzt.
Die Filme vier bis zehn sollen schrittweise den Lösungsweg, zu der bereits im 4. Kapitel
dieser Arbeit beschriebenen Aufgabe in Helios, veranschaulichen. Sie tun dies unter
schrittweise ansteigender Zuhilfenahme aller bereits erwähnten Mittel, zur Steigerung der
Lerneffektivität im Umgang mit GIS als oberstem Ziel dieser Arbeit. Der Anwender kann
dabei selbst entscheiden, inwieweit er die Unterstützung des Online-Tutorials in Anspruch
nehmen will und jederzeit wieder zu Helios zurückkehren, um direkt mit der Lösung der
Aufgabe zu beginnen oder darin fortzufahren.
5.5 Implementierung des Online-Tutorials
Die Integration der Kurzfilme in die bereits an der Studienfakultät für Forstwissenschaft und
Ressourcenmanagement vorhandene Modul- und Navigationsstruktur der Lehr- und
Lernumgebung erfolgte anhand mehrerer HTML-Dateien, in die JavaScript-Elemente
eingefügt wurden. Dies war erforderlich, um verschiedene dynamische Hypertextdokumente
erstellen zu können. Aus ihnen heraus können über Links sowohl die entsprechenden
Kurzfilme als auch Helios jeweils in einem neuen Fenster geöffnet werden, so dass diese
parallel laufen bzw. nebeneinander dargestellt werden können, was die Arbeit enorm
vereinfachen kann. Die HTML-Dateien beinhalten eine Einleitung sowie mehrere
Kurzbeschreibungen zu den einzelnen Teilen des Online-Tutorials.
Das Online-Tutorial ist unter folgender URL im Internet zu erreichen.
http://www.forst.tu-muenchen.de/EXT/LERN/DIREKT/arbwi_mod_11.html
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Abschließende Wertung und Ausblick
6. Abschließende Wertung und Ausblick
Das bestehende Online-Tutorial kann in seiner jetzigen Form bereits über das Internet
abgefragt werden und unterstützt somit die Lehre von der Geographischen
Informationsverarbeitung an der Studienfakultät für Forstwissenschaft und
Ressourcenmanagement der TU München; hier im speziellen von Geographischen
Informationssystemen, wie dem Map-Server basierten Vektor-GIS Helios. Neben den schon
existierenden Lehreinheiten stellt das Online-Tutorial in Form seiner interaktiven,
multimedialen „Kurzfilme“, die Befehlsfolgen und deren Auswirkungen anhand des
Lerngegenstands zeigen, eine fortschrittliche Ergänzung der computergestützten Lehre dar.
Dem Nutzer werden applikationsspezifische Problemstellungen, hier anhand von Helios
erläutert, ohne dass die entsprechenden Lizenzen vorliegen müssen. Zeitliche und räumliche
Flexibilität sind ebenfalls gewährleistet. Der Anwender wird dazu aufgefordert, in Interaktion
mit dem Programm zu treten und so aktiv in das Geschehen einzugreifen.
Anhand der Einbindung von animierten Grafiken mit farblich abgestimmten Hervorhebungen
wird auch die rechte Hälfte der Großhirnrinde mit ihrer Fähigkeit des bildhaften Denkens
angesprochen.
Zusammen mit Tondokumenten und Schrift werden gleichzeitig mehrere Lernkanäle benutzt
und die nicht nur aus pädagogischen Kreisen seit langem geforderte Unterstützung der
ganzheitlichen Arbeitsweise des menschlichen Gehirns berücksichtigt.
Durch Lob oder Misserfolgsmeldungen sowie Tipps kann der Nutzer zumindest teilweise
konditioniert werden und erhält über die Leistungsstatistik eine neutrale Aussage über seine
bisher erlangten Fähigkeiten. Der Zugriff auf beide Systeme sowohl das GIS Helios, als auch
das Online-Tutorial, ist über das Internet nicht nur Angehörigen der Studienfakultät für
Umwelt- und Ressourcenmanagement vorbehalten. Im Zuge der aktuellen Forderung nach
lebenslangem Lernen [Kalkbrenner, 1996] im Arbeitsleben, steht es auch Beschäftigten im
Forstbereich und allen anderen Interessierten zur Auffrischung bzw. Aktualisierung ihres
Wissens über GIS zur Verfügung.
Als Medium ist der Computer nicht auf eine bestimmte Lernpsychologie festgelegt und somit
stets offen für die Umsetzung neuer Ergebnisse aus der Lernpsychologischen Forschung.
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Abschließende Wertung und Ausblick
Die schnell ansteigende Leistungsfähigkeit von Hard- und Software sowie die zunehmende
Vielfalt von Hyper- und Multimedien bieten immer mehr Möglichkeiten zur gehirngerechten
Informationsverarbeitung und Präsentation von Informationen, um den Lernprozess zu
unterstützen.
Zukünftige Medientypen werden wahrscheinlich noch angepasstere Denk- und Arbeitsformen
ermöglichen. Beispielsweise wäre es denkbar, dass sich Computer eines Tages den jeweiligen
Menschen, die mit ihnen arbeiten, individuell anpassen und sich durch normale
Kommunikation über Sprache und äußerliches Verhalten des Menschen programmieren
lassen. Dazu muss der Computer lernen, Sprache und Handschrift des Benutzers sowie dessen
Persönlichkeitsbild mit seinen individuellen Eigenschaften, Verhaltensweisen und
Fähigkeiten, zu verstehen.
Bis dahin ist es aber noch ein weiter Weg. Im Verlauf der Erstellung des Online-Tutorials
wurde deutlich, dass trotz der entgegenkommenden Bedienstruktur des Programms
RoboDemo 3.0 mit dem Erzeugen interaktiver, multimedialer Kurzfilme ein hoher Arbeitsund
Zeitaufwand verbunden ist. Der Zeitbedarf für die Einarbeitung in das Programm und die
zu behandelnde Materie darf nicht unterschätzt werden. Eine gewisse Zeiteinsparung kann
erreicht werden, indem die mit der Tutorial- oder Demo-Erstellung beauftragte Person längere
Zeit in diesem Bereich tätig ist und so Routine entwickeln kann.
Die Erstellung der Hypertext-Seiten, mit denen das Online-Tutorial implementiert wird,
benötigt durch die standardisierte Lehr- und Lernumgebung einen berechenbaren und
akzeptablen Zeitraum. Auch durch professionelle Hypertext-Tools, verbunden mit ihrer
komplexen und unübersichtlichen Code-Struktur, die für eine manuelle Fehlerkorrektur
ungeeignet erscheint, ist keine allzu große Zeitersparnis zu erwarten. Die zunehmend
einfachere Bedienung, verbunden mit immer höheren Fähigkeiten, spricht jedoch für den
Einsatz dieser Werkzeuge zur Web-Seiten Erstellung.
Trotz des geringen Einsparungspotentials hinsichtlich Arbeit und Zeit beim Erzeugen
multimedialer Kurzfilme, bietet deren Erstellung anhand RoboDemo 3.0 entscheidende
Vorteile gegenüber der Streaming-Media-Technik. Da das Shockwave Plug-In für nahezu alle
Browser frei verfügbar ist, ergibt sich eine sehr breite, plattformübergreifende Kompatibilität,
die keines zusätzlichen Abspielprogramms bedarf. Außerdem ist kein spezieller Server (z.B.
RealMedia Server) zur Bereitstellung der erzeugten Dateien notwendig. Die Filme können
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Abschließende Wertung und Ausblick
sehr viel leichter editiert, mit Ton und anderen lernfördernden, multimedialen Funktionen
versehen werden. Die Synchronisation von Text, Ton und Bild ist schnell und einfach. Eine
Nachbearbeitung der Filme ist jederzeit möglich.
Hingegen ein Problem stellt die Bewältigung der Datenmenge dar, die im Zuge der
Entwicklung von Kurzfilmen mit Tondokumenten entsteht. Teilweise sind größere Projekte
dieser Art nur zur Betrachtung über einen Breitbandanschluss geeignet. Dies schränkt den
Zugriffsradius sowie den in Frage kommenden Nutzerkreis wiederum ein. Durch
zweckmäßige Aufteilung in kleinere Einheiten kann diesem Problem jedoch entgegengewirkt
und partiell Abhilfe geschaffen werden.
Als fragwürdig ist wohl auch das Einbringen didaktisch gewonnenen Fachwissens in die
Strukturierung und das Design des Online-Tutorials anzusehen. Zwar wurde versucht, Teile
mit Mitteln der „programmierten Instruktion“ anzureichern und durch Interaktion mit dem
Programm, Hinweise sowie Behandeln einer realitätsnahen Fragestellung das
nachvollziehende und aufgabengesteuerte Lernen zu fördern.
Dennoch ist dies nur ein Ansatz in Richtung einer didaktisch qualitativ hochwertigen
Konzeption, die zum selbst- und problemgesteuerten Arbeiten anregen soll.
Will man das System gegenüber herkömmlichen, computergestützten Lehr- und
Lernmethoden mit didaktischem Mehrwert versehen, erscheint die Einbeziehung eines
Pädagogen unerlässlich. Dieser sollte über das notwendige Fachwissen der Didaktik, sowie
dessen Anwendung in diesem Bereich verfügen und es über die verfügbaren Mittel in das
Tutorial einfließen lassen. Ist man auf höhere Formen des Lehrens aus, die auch
problemgesteuertes und problementdeckendes Lernen fördern, bedarf es zudem eines
weiteren Ausbaus der bereits vorhandenen Lehr- und Lernumgebung durch Anwenderprofil
basierte sog. „schlaue“ Lehr- und Lernprogramme, die sich dem Benutzer anpassen.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass ein Online-Tutorial auf der Basis des Programms
RoboDemo 3.0 durchaus eine sinnvolle Ergänzung für die bereits vorhandene Lehr- und
Lernumgebung darstellt. Die Automation grundlegender Abschnitte der Ausbildung ist
anhand der Kombination mit anderen Lehreinheiten möglich. Lernzielkontrollen können zum
Teil am Objekt erstellt und die Leistungsstufe statistisch ausgewertet werden. Durch das
Einbringen von JavaScript besteht auch eine breite Konfigurierbarkeit der Daten. Daher ist
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Abschließende Wertung und Ausblick
die Erstellung und Eingliederung weiterer Online-Tutorials im Rahmen der
forstwissenschaftlichen Ausbildung vorzuschlagen.
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Zusammenfassung
7. Zusammenfassung
Im Zuge der vorliegenden Arbeit ist ein interaktives, multimediales Online-Tutorial zu einer
Map-Server basierten GIS-Anwendung auf der Basis von didaktischen Gesichtspunkten
entstanden. Aus den grundlegenden Erkenntnissen der Gehirn- und Gedächtnisforschung
heraus werden die Vorteile der Visualisierung von Daten hinsichtlich des bildhaften und des
gesamtheitlichen Denkens, unter Einbeziehung beider Gehirnhälften, dargelegt. Angefangen
von verschiedenen Methoden zur Verbesserung der Lernfähigkeit, wird über die
maßgeblichen Lerntheorien, bis hin zu den verschiedenen computergestützten Lernsystemen
berichtet. Eine ausführliche Beschreibung des Online-Vektor-GIS Helios, der
Erstellungssoftware des Online-Tutorials sowie dessen Inhalts und Implementierung, runden
den Umfang der Arbeit ab.
Das Online-Tutorial ist bereits in die Internet basierte Lehr- und Lernumgebung der
Studienfakultät für Forstwissenschaft und Ressourcenmanagement integriert und über einen
WWW-Browser flexibel abrufbar. Der weitere Ausbau an multimedialen Lehreinheiten zur
Automation bloßer Wissensvermittlung anhand von RoboDemo Tutorials erscheint sinnvoll.
Er macht es aus Kostengründen jedoch erforderlich, eine konsequente Planung und
Konzeption hinsichtlich der Minimierung des Erstellungsaufwandes und des Einsatzes
verfügbarer Personalressourcen durchzuführen. Um sich des pädagogischen Mehrwerts einer
solchen Anwendung sicher sein zu können, ist die Zusammenarbeit mit externen Didaktik-
Experten im Bereich computergestützter Lernsysteme notwendig.
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Glossar
D Glossar
Applet = gekapseltes Java-Programm, das nur innerhalb des Browsers oder eines
Appletviewers abläuft.
ASCII = (Abkürzung für „american standard code for information interchange“,
„amerikanischer Standardcode für den Informationsaustausch“) war ursprünglich ein 7-Bit-
Code, der kleinen und großen Buchstaben, Zahlen und einigen Sonderzeichen jeweils eine
Zahl zuordnet, die sich durch 7 Bit darstellen läßt (0 bis 127). Die ersten 32 Codes sind dabei
Steuerzeichen für Zeilenvorschub usw. vorbehalten. Durch IBM wurde der ASCII-Code für
die Verwendung mit dem PC auf einen Werteumfang von 8 Bit (Zahlen von 0 bis 255)
erweitert, um weitere Sonderzeichen und Blockgrafikzeichen darstellen zu können.
Auszeichnungssprache = Formatierungsanweisung, mit der Textabschnitte
markiert werden, damit sie von entsprechenden Programmen unterschiedlich angezeigt
werden. Ein Beispiel ist HTML.
Bandbreite = Datendurchsatz-Kapazität einer Computer- oder Netzwerkverbindung.
Browser = Navigationsprogramme im WWW. Hauptaufgabe ist die Anzeige von Hypertext-
Seiten. Die wichtigsten Browser sind zu finden unter
http://www.netscape.com/
http://www.microsoft.com/
CGI = Common Gateway Interface. Schnittstelle zwischen WWW-Server und
Betriebssystem. Wichtige Anwendung ist die dynamische Generierung von Hypertext-Seiten.
Weitere Informationen unter
http://hoohoo.ncsa.uiuc.edu/cgi/overview.html
CGI-Schnittstelle = Hier kann der WWW-Server auf Programme und Prozesse
des Betriebssystems zugreifen. Ermöglicht die dynamische Generierung von Hypertext-
Seiten per Mausklick. Weitere Informationen unter
http://hoohoo.ncsa.uiuc.edu/cgi/overview.html
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Glossar
Client-Server-Prinzip = Client stellt Anfragen an einen Server, dieser gibt die
Antwort an den Client zurück. Client und Server können jeweils Programme sein (z.B.
Browser und WWW-Server) oder Rechner (z.B. Terminal und Serverrechner).
Computer Assisted Learning (CAL) = Computergestütztes Lernen. Lernen anhand
computerbasierter Lehr- und Lernsysteme.
Computer Based Training (CBT) = Computerbasiertes Lernen. Computerunterstütztes
Lehren und Lernen mit Rechnergesteuertem Dialog.
Didaktik = Wissenschaft vom Lehren, Stoff- und Methodenaufbereitung
und -auswahl
Frames = 1. Eigenschaft von HTML, mehrere Dateien gleichzeitig in einem
Browserfenster darzustellen. Weitere Informationen unter
http://www.teamone.de/selfaktuell/
2. „Frame“ im Programm RoboDemo steht für eine Grafik die aus einem
Screenshot (Bildschirmabgriff) entstanden ist. Mehrere Frames hintereinander
abgespielt ergeben einen Kurzfilm. Sie werden in einem sog. „Project“
abgespeichert. (siehe auch „Project“)
FTP = File Transfer Protocol. Protokoll zum übermitteln von Dateien. (siehe auch
„Protokoll“)
HTML = Hypertext Markup Language. Sprache des WWW. Enthält Steuerbefehle (Tags),
die dem Browser strukturelle Anweisungen zur Darstellung von HTML-Seiten geben.
Weitere Informationen unter
http://www.teamone.de/selfaktuell/
http = Synonym für das Hypertext Transfer Protocol, siehe dort.
Hyperlink = speziell markierte Stelle (Text, Grafik etc.) in einem Hypertext-Dokument.
Durch Anklicken des Links startet man eine Anfrage an den Server, die mit der Übertragung
einer weiteren Hypertext-Seite oder eines anderen Objektes beantwortet wird.
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Glossar
Hypermedia = Hypertext kombiniert mit Multimedia.
hypermediale Lernmedien = Lernmedien auf Hypertextbasis mit multimedialen
Komponenten.
Hypertext = Dokument, das Verweise auf andere Dokumente beinhaltet und die Möglichkeit
bietet, durch die Anwahl eines solchen Verweises das referenzierte Dokument anzuzeigen.
Hypertext Transfer Protocol = Protokoll speziell für die Übertragung von Hypertext-
Dokumenten im WWW.
Internet = weltweites „Netzwerk aus Netzwerken“. Angeschlossene Rechner kommunizieren
per TCP/IP miteinander. Bietet Dienste wie WWW, FTP oder E-Mail an. Umfangreiche
Linksammlung zum Thema unter
http://www.dino-online.de/seiten/go03ie.htm
Internet Engineering Task Force = Freiwilliger Zusammenschluss von Firmen und
Entwicklern, die gemeinsame Standards für die Weiterentwicklung des Internet entwerfen
und verabschieden.
Intranet = Abgeschirmtes Netzwerk, das z.B. firmeninterne Informationen in Form von
Intranetseiten, die nur von innen angesehen werden können, enthält.
Java = neu entwickelte, objektorientierte und weitgehend plattformunabhängige
Programmiersprache. Ihre Spezialität sind Applets, die für den Einsatz im Internet konzipiert
sind. Weitere Informationen unter
http://java.seite.net/
http://www.java.sun.com/
JavaScript = Ergänzungssprache zu HTML, die eine flexible, dynamische Manipulation der
Anzeige von Hypertext-Dokumenten und Objekten innerhalb derselbigen ermöglicht.
Weitere Informationen unter
http: //developer.netscape. corn/ docs/manuals/javascript.html
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Glossar
LAN = Ein "LAN" (Abkürzung für „local area network“ deutsch: „lokales Netzwerk“)
bezeichnet ein relativ kleines Netzwerk, das meist auf ein Gebäude beschränkt ist. Ein LAN
besteht typischerweise aus PCs und Workstations, die ihre Ressourcen den anderen
Computern im Netzwerk zur Verfügung stellen, was den wesentlichen Zweck von
Netzwerken darstellt. LANs unterscheiden sich im wesentlichen durch 3 Punkte voneinander:
Topologie: die physikalische Anordnung der Computer, Protokolle: die „Sprache“ mir der die
Computer kommunizieren., Medien: Funk (WLAN), die Art der Kabel, Hubs, Switches usw.
Lehrmodul = enthält abgegrenzte Lehreinheit.
Lehr- und Lemsoftware = Lehrsoftware unterstützt den Lehrenden bei der Lehre,
Lernsoftware dient dem Lernenden.
Lern-Eingangskanal = Art der Informationsaufnahme wie z.B. visuell oder
auditiv. Die Ansprache mehrerer Lern-Eingangskanäle hat meist eine kumulative Lern-
Wirkung.
lineare Lernmedien = Lernmedien, in denen die Informationen einem roten Fadem folgen
und hierarchisch gegliedert sind.
Multimedia = Verbindung mehrerer technischer Medien. Heute
auch als Integration verschiedener Darstellungsmöglichkeiten am Rechner in Verbindung mit
Interaktivität verstanden.
Navigation = gezielte Auswahl von Hypertext-Seiten oder anderen Seiten
Netzwerk = Als Netzwerk bezeichnet man die Verbindung mehrerer Computer, die dadurch
miteinander kommunizieren können. Wesentlich bei Netzwerken ist, dass es zumeist Server
und Clients gibt, die über Netzwerkprotokolle miteinander Daten austauschen können. Das
„Internet“ ist heutzutage das vielleicht wichtigste Netzwerk. Ein „Intranet“ ist in den
meisten größeren Unternehmen und Institutionen vorhanden.
Plug-Ins = externe Software-Komponenten, die über eine vom Browserhersteller
freigegebene Schnittstelle nahtlos in den Browser integriert werden können. Quelle
http://developer.netscape.com/docs/manuals/communicator/plugin/index.htm
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Glossar
Project = Im Programm RoboDemo sind darin die „Frames“ , wahlweise mit verschiedenen
multimedialen Eigenschaften ergänzt, in Form eines Kurzfilms enthalten. (siehe auch
„Frames“)
Protokoll = standardisierte Vorschrift zum Informationsaustausch zweier Partner in
Computernetzwerken.
Tag = von engl. tag, Schildchen. Codeanweisungen, die bestimmte Textabschnitte und
Objekte auszeichnen und durch die Interpretation eines Browsers zu einer bestimmten
Darstellung des ausgezeichneten Textes bzw. der Objekte führen.
TCP/IP = (Abkürzung für "transmission control protocol/internet protocol") bezeichnet
zumeist die ganze Familie von Protokollen, die ursprünglich für das US-
Verteidigungsministerium (Department of Defence - DoD) entwickelt wurden, um Computer
in verschiedenen Netzwerken miteinander zu verbinden.
URL = Universal Resource Locator. Weltweit eindeutige Adresse eines Dokumentes im
WWW. Besteht aus Angabe des Protokolls, dem Internet-Namen des Rechners und dem
Dateinamen. Informationen siehe
http://www.teamone.de/selfaktuell/
virtuelles Lehr- und Lernsystem = Lehr- und Lernsystem am Rechner oder im Netzwerk
(WWW).
WLAN = Wireless Local Area Network (siehe „LAN“ und „Netzwerk“)
WWW (=World Wide Web, W3) = wichtigster Teilbereich des Internet. Basiert auf dem
Übertragungsprotokoll HTTP und besteht überwiegend aus mit Hyperlinks verknüpften
HTML-Seiten. Weitere Informationen zum Thema siehe auch „Internet“ und
http://www.w3.org/
WWW-Server = Server, der Clients über das HTTP-Protokoll Hypertext-Seiten übermittelt.
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Telefon: (01888) 644-8555,
E-Mail: VIIIC3-DLStatistik@destatis.de
http://www.destatis.de/presse/deutsch/pm2002
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