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Friedrich-Schiller-Universität Jena Abteilung Didaktik der Mathematik und Informatik „Didaktik der Mathematik“ - Modul A Prof. Zimmermann

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht

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

Was unser Gehirn alles kann Tolle Sachen zum Selbermachen

Eine Studie

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

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

Sind die Kreise deckungsgleich?

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

Was siehst du?

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

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

Gibt es das wirklich? I

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

Gibt es das wirklich? II

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

Ein räumliches Dreieck

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

Wo ist das Kästchen geblieben?

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

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

Das Gehirn unglaublich aber wahr: jeder hat eins

ca. 10¹³ Verbindungen zw. Nervenzellen im Gehirn Lernen: Schaffen solcher Verbindungen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

Neue Technologien zur Untersuchung/Erforschung des Gehirns

1 Magnet-ResonanzTomographie (MRT) = Kernspintomographie (NMR)

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

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Neue Technologien zur Untersuchung/Erforschung des Gehirns

2 Positronen-EmissionsTomographie (PET)

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

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Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

Funktion des Hippocampus

hier laufen Sinnesinformationen zusammen und werden zum Speichern auf Hirnrinde verteilt spielt wichtige Rolle beim Lernen Personen mit Ausfall des Hippocampus können keine neuen Dinge mehr lernen (Gedächtnisverlust)

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Suche das P

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Suche die 5

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Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

Hebb’sche Regel (1949)

"what fires together, wires together“ wenn zwei Nervenzellen gleichzeitig aktiv sind, wird die Verbindung zwischen ihnen gestärkt

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

Emotionen Gewühl im Gefühl

Emotionen

spielen wichtige Rolle beim Lernen

keine einheitliche Ergebnisse, keine allgemeine Theorie zweidimensional

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Eine Geschichte „Ein Junge fährt mit seiner Mutter durch die

Stadt, um den Vater, der im Krankenhaus arbeitet, zu besuchen. Dort zeigt man dem

Jungen eine Reihe medizinischer Behandlungsverfahren.“ [1]

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Eine andere Geschichte „Ein Junge fährt mit seiner Mutter durch die

Stadt und wird bei einem Autounfall schwer verletzt. Er wird rasch in ein Krankenhaus

gebracht, wo eine Reihe medizinischer Behandlungsverfahren durchgeführt werden.“ [1]

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Aufregung emotionale Erregung: Dinge werden besser verstanden

emotionale Beteiligung: verbessertes Lernen interessant für Menschen: Geschichten, Gefühle, andere Menschen weniger interessant: Daten und Fakten

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Angst I allgemein: Angst hemmt Lernen Verhältnis Angst – Lernen kompliziert Angst hemmt kreative Prozesse große Angst: rasches Lernen verhindert aber: Verknüpfung von Neuem mit Altem

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Angst II Angst vor (eigentlich) neutralen Sachen: anlernbar Reaktionen automatisch Mandelkerne: unangenehme Erlebnisse rasch lernen und in Zukunft vermeiden flight or fight auch im Geiste

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Angst III

rasches Ausführen einfacher gelernter Routinen, lockeres Assoziieren wird erschwert verhindert das Draufkommen auf eigentlich einfache Lösungen von Problemen positive Grundstimmung: gut für das Lernen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Ein Teufelskreis

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Lernen mit Emotionen

je positiv, desto Merk

Gefühl und Denken sind miteinander verbunden Fazit: Lernen bei guter Laune funktioniert am besten

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Streß I

Stressor (Situation)  Streß (Zustand) Hilflose Situation: chronischer Streß mit gesundheitsschädlichen Folgen kalkulierbare Widerwärtigkeiten: erträglich, plötzlich hereinbrechende: nicht

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Streß II Mechanismen für Notfallsituationen: Streßreaktion sinnvoll bei akutem Streß: durch Körperreaktionen erhöhte kognitive Leistungsfähigkeit Kehrseite: streßbedingte Langzeitwirkungen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Fazit I Emotionen helfen uns beim Zurechtfinden in unserer Welt Körper stellt sich sehr fix auf Extremsituationen ein

akuter Streß kann zu verbessertem Lernen führen aber extrem starker akuter und chronischer Streß: äußerst ungünstige Auswirkungen auf das Gedächtnis

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Fazit II Streßhormone: erhöhte Beanspruchung bei gleichzeitiger verminderter Energiezufuhr von Neuronen Chronischer Streß: langfristiger Zelluntergang Fazit: Streß ist ungünstig für das Lernen und Behalten

Lernen mit positiven Emotionen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Emotionen

Aufmerksamkeit ohne geht’s nicht

Ein Versuch

Schaut euch die folgenden Begriffe nach den folgenden Kriterien an: 1. Sitzreihe: Groß- oder Kleinbuchstaben? 2. Sitzreihe: Verb oder Nomen?

3. Sitzreihe: Gegenstand oder Tätigkeit?

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Aufmerksamkeit

Was heißt hier aufmerksam?

Bedeutung in der Umgangssprache: gerichtet aufmerksam, z.B. sich auf etwas konzentrieren aber eigentlich auch: ungerichtet aufmerksam, z.B. leichtes vor sich hin träumen, aber noch reaktionsbereit, also wach

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Aufmerksamkeit

Was heißt hier wach?

tonische Wachheit

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

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Aufmerksamkeit

Zur Habituation und der Vigilanz

bei häufiger Wiederholung des Warnreizes: Gewöhnungseffekt, auch Habituation genannt Reaktionsbereitschaft auf einen Reiz (Vigilanz) hängt vom eigenen Allgemeinzustand und der Reizgestaltung ab

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Aufmerksamkeit

Was heißt hier Reizgestaltung? für Reizwahrnehmung muss Reizschwelle überschritten werden z.B. Mensch hört nur zwischen 20Hz und 20kHz damit Reize als verschieden wahrgenommen werden muss Differenzschwelle überschritten werden

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Aufmerksamkeit

Sitz der Aufmerksamkeit zwei Bereiche

hinteres System erkennt neue Reize vorderes System ist für Reizhemmung und gerichtete Aufmerksamkeit verantwortlich

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Aufmerksamkeit

Was heißt das für den Unterricht? der stärkere Reiz gewinnt, also Unterricht = Superreiz anregende Lernumgebung: - Methodenwechsel - Stimme modulieren - bei aufkommender Unruhe evtl. das Thema wechseln - Ruhephasen einplanen, wo keine gerichtete Aufmerksamkeit notwendig ist - Bewegungsspiele zum Aktivieren der Schüler usw...

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Aufmerksamkeit

Kurze Pause: Die Tänzerin In welche Richtung dreht sie sich? Gegen den Uhrzeigersinn? Vorrangige Nutzung der linken Hirnhälfte oder Mit dem Uhrzeigersinn? Vorrangige Nutzung der rechten Hirnhälfte

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Aufmerksamkeit

Motivation (k)ein Hoch auf die Antriebslosigkeit

Wenn unser Gehirn positiv überrascht wird

Gehirn hat Erwartungen an zukünftiges Geschehen um uns herum werden die Erwartungen positiv übertroffen, tritt ein Lerneffekt auf, das Verhalten wird entsprechend optimiert

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Motivation

Da war doch noch was: das Dopamin

wichtiger Botenstoff im Gehirn

wirkt in verschiedenen Systemen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Motivation

Bewertung und Bedeutungszuweisung wesentliches System: dient der Bewertung und der Zuweisung von Bedeutung von Reizen wenn etwas besser als erwartet, dann positive Bewertung und von Bedeutung bei persönlicher Bedeutung, eher motiviert sich mit dem Reiz zu beschäftigen

Effekt tritt auch schon bei freundlichem Verhalten auf

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Motivation

Bedeutung für den Unterricht I

Loben, aber...

nicht nur das Beste loben nicht übertriebenen loben situationsgebunden loben

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Motivation

Bedeutung für den Unterricht II

Der Lehrer...

überfordert seine Schüler nicht, indem er Schüler bei Schwierigkeiten ermutigt und ihnen bei Bedarf hilft aber unterfordert sie auch nicht, also stellt er machbare Herausforderungen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Motivation

Bedeutung für den Unterricht III

Der Lehrer...

hat ein freundliches Auftreten zeigt Begeisterung für sein Fach, damit die Begeisterung auf die Klasse übergeht

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Motivation

Der virtuose Kreis

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Motivation

MAN BEACHTE

Dauermotivation gibt es nicht! Jeder hat mal einen schlechten Tag! Man darf auch mal antriebslos sein!

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Motivation

Vernetzend Lernen von Eseln und Delphinen

Implizites Gedächtnis

unbewußtes Abrufen von gespeichertem Wissen

Ergebnisse klassischer Konditionierung Gewohnheiten z.B.: schnell Tippen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Explizites Gedächtnis

bewußtes Erinnern wird im Kurzzeitgedächtnis verarbeitet z.B.: Aufsagen der Tastaturbelegung

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Deklaratives Gedächtnis faktisches Wissen, was man mitteilen (deklarieren) kann speichert Begriffe, Definitionen, Namen, Daten und Fakten Unterscheidung in Gedächtnis für allgemeines Wissen vs. Erlebniswissen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Prozedurales Gedächtnis

speichert Bewegungsabläufe Lernergebnisse der Konditionierung

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

„Ich hab‘s auf der Zunge“ Wort kennzeichnen, aber es fällt einem nicht ein Anzahl der Silben oder Anfangsbuchstaben bekannt

Merken nicht nur mittels akustischen, sondern auch mittels visuellen bzw. Bedeutungsmerkmalen falls passiert: freier Einfall Erkenntnisse über Organisierung der Inhalte im Gehirn

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Semantisches Netzwerk zw. bestimmten Begriffen: Verbindungen

Ordnungen des Langzeitgedächtnis: Netzwerk Knoten: Begriff, der mit einem anderen verknüpft ist Verarbeitung erfolgt parallel einzelnes Lernergebnis: lokal komplexes Wissen: über gesamtes Gehirn verteilt

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Mnemotechniken Ordnen von sinnlos erscheinendem Lernmaterial Gedächtnisstützen, Eselsbrücken Maßnahmen, die das Behalten von Lernmaterial unterstützen sollen Lernmaterial wird in eine Ordnung gebracht (unterstützt das Behalten)

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Erfinden von Erzählungen schwierig, Wörter zu lernen, die in keinem Zusammenhang stehen Erzählung erfinden, die alle Wörter beinhaltet Essen, Nerv, Lehrer, Flut, … Eines Abends zum Essen hatte ich den Nerv, meinen Lehrer mitzubringen. Es hatte an jenem Tag eine Flut gegeben …

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Schlüsselwort-Methode

Merken von Ziffernfolgen

Erzählung ausdenken nicht sinnvoll Zahlenreim ausdenken, anschließend Geschichte Eins ist in Mainz, Zwo ist ein Floh, Drei ist aus Brei, … In Mainz wohnt ein Floh, der ißt gerne Brei …

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Platz-Lernmethode I Verknüpfung bildhafter Vorstellungen mit räumlichen Gegebenheiten Funktion : Begriff -> räumlicher Gegenstand

basiert auf Ordnung, die im Gehirn bereits vorhanden ist (sein sollte?) fällt einem leicht, Bildeindrücke als Wörter festzuhalten

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Platz-Lernmethode II Wurst, Brot, Milch, Bier, … gedanklicher Gang durch Wohnung Kleiderschrank, Kaminsims, Badewanne, Waschbecken, … Wurst : Kleiderschrank, Brot : Kaminsims, Milch : Badewanne, Bier : Waschbecken, …

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Vernetzend Lernen

Von Regeln und Sätzen selber denken macht schlau

Konsequenzen für den Matheunterricht

in der Schule nicht Regeln auswendig lernen lassen sondern Beispiele geben, aus denen die Schüler die Regeln selbst entwickeln können falls es unvermeidbar ist, die Regeln zu geben, viele Beispiele und Übungen machen, damit es von Wissen in Können übergeht

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

Zahlensinn exaktes Abschätzen

Abschätzen versus Exaktes Rechnen

exaktes Rechnen wird sprachlich gespeichert ungefähres Abschätzen wird räumlich gespeichert

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Zahlensinn

Ergänzende Bemerkungen I

neues Thema anhand von Beispielen einführen, etwa: Bruchrechnung: Kuchen bzw. Pizza Negative Zahlen: Minustemperaturen

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Ergänzende Bemerkungen

Ergänzende Bemerkungen II unreflektiertes, schematisches Ausführen von Regeln führt zu bestimmten Fehlern Faszination bei Kindern auslösen: Kinder beschäftigen sich mit bestimmten Dingen (etwa Taschenrechner) anhand der Ergebnisse selbstständig Regeln ableiten

Ziel: Erkennen von Regelmäßigkeiten

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Ergänzende Bemerkungen

Ergänzende Bemerkungen III kreative Lösungswege können durchaus vorkommen sollten belohnt und nicht unterbunden werden durch Anwendung allgemeiner Prinzipien: Finden einer Lösung (unabhängig von der Lösung des Lehrers) Das ist mathematisches Denken!

Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Ergänzende Bemerkungen

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

Das Gehirn nur einesKlett-Cotta nicht: G. Mietzel: Wege inkann die Psychologie. Verlag Stuttgart, 2005.

Nicht lernen!

Brockhaus Enzyklopädie Band 2. F.A. Brockhaus GmbH Mannheim, 1987. T. Baumann, T. Nehlsen, Prof. G. Roth, Neorobiologie im Lehrbetrieb. orbitak Business Marketing GmbH Bremen, 2007.

http://paedpsych.jk.unilinz.ac.at:4711/LEHRPROGRAMME/PSYCHGRU

Prof. Dr. Thomas J. Feuerstein, Dopamin körpereigenes Doping fürs Denken; http://www.biopro.de/de/region/freiburg/magazin/01929/index.ht ml, Zugriff: 13.05.2008 21:13. Istvan Tiringer, Aufmerksamkeit und Bewusstsein; http://aok.pte.hu/docs/dsg/studium/neuropsycholo gie/Aufmerksamkeit.pdf, Zugriff: 13.05.2008 21:18. Janine Dötsch, Dopamin und positive Emotionalität; http://www.gp.tuberlin.de/Biopsychologie/Studium/Sommer07/neu ro/DOPAMINReferat_ueberarbeitet.pdf, Zugriff: 13.05.2008 21:20.