Wie innovative Lehrmethoden das Gehirn neu verkabeln und das Lernen verbessern können

Die Bildung In den letzten Jahren hat das Bildungssystem in der ganzen Welt mehrere Schritte unternommen, bei denen Schüler und Schulen versuchen, von dem früheren System des Auswendiglernens von Fakten und deren Verschlucken während der Prüfungen wegzukommen. Dies hat zu mehreren neuen interaktiven Lehrmethoden geführt, darunter "gehirnbasierte Lernmethoden", der Einsatz von Videos, interaktive Quiz, Problemlösungen und aktivitätsbasierte Lerntechniken. Tausende von Studien haben sich mit den neuronalen Bahnen des Lernens und des Gedächtnisses beschäftigt, aber in diesem Artikel wollen wir versuchen zu verstehen, wie solche innovativen Lehrmethoden das Lernen verbessern können.

Anita packt ihre Schultasche aus. Heute wurde sie in der Klassifizierung von Pflanzen und Tieren unterrichtet. Ihre Hausaufgabe besteht darin, Tiere in ihrer Umgebung zu beobachten und sie in Wirbeltiere und wirbellose Tiere einzuordnen. Außerdem muss sie in den botanischen Garten der Schule gehen und Pflanzen nach ihrem Lebensraum (Land, Wasser oder knappes Wasser) sammeln. Anschließend muss sie auflisten, welche Merkmale sich in ihrem Erscheinungsbild deutlich unterscheiden. 

Die Neurogenese oder die Geburt neuer Neuronen macht nur ~ 0,004% der gesamten Neuronenpopulation aus. Daher werden die meisten "Gehirnveränderungen" während des Lernens auf Veränderungen der Anzahl und Stärke dieser Verbindungen oder Synapsen zwischen den Neuronen zurückgeführt. Neuronen haben lange, dünne Fortsätze, die Axone und Dendriten genannt werden und über die sie mit anderen Neuronen kommunizieren. Die Axone setzen Chemikalien oder Neurotransmitter frei, die sich dann an die Rezeptoren auf der Oberfläche des empfangenden Dendriten binden. Sobald der Neurotransmitter an die Rezeptoren auf dem empfangenden Dendriten eines anderen Neurons bindet, erzeugt er direkt oder indirekt ein elektrisches Signal, das dieses zum "Feuern" veranlasst. Diese Verbindungen zwischen den Neuronen sind Plastik", d.h. je mehr eine Verbindung aktiviert wird, desto stärker wird sie. So kann z. B. das Neuron, das das Signal empfängt, empfänglicher für das Signal werden (das Neuron, das das Signal sendet, kann mehr Neurotransmitter in den empfangenden Dendriten einspeisen). Dies wird auch als synaptische Plastizität".. Wenn zwei Neuronen über einen längeren Zeitraum hinweg gemeinsam aktiviert werden, bildet dies die Grundlage für Langzeitgedächtnis. Dies hat zur Prägung des berühmten Sprichworts von Carla Shatz geführt, Neuronen, die zusammen feuern, sind miteinander verdrahtet". Studien haben gezeigt, dass die Blockierung der synaptischen Plastizität das Lernen von Verhaltensweisen behindern kann, was auf ihre entscheidende Rolle hinweist.

Wir kehren nun zu unserem ursprünglichen Diskussionspunkt zurück: Wie verbessern verschiedene Lehrstrategien diesen Lern- und Gedächtnisprozess? Wir werden drei Beispiele für innovative Lehrmethoden betrachten: aktivierende Hausaufgaben, Concept Maps und problemorientiertes Lernen, um ihre möglichen Auswirkungen auf das Gehirn zu verstehen.

Häufige und aktive Hausaufgaben

Normalerweise wird davon ausgegangen, dass wir in der Lernphase lernen, während Tests und Hausaufgaben lediglich ein passives Wiederkäuen der bereits gelernten Fakten sind. Allerdings, verschiedene Studien haben gezeigt, dass der Prozess des Abrufens von Informationen (wie bei Tests oder Hausaufgaben) entscheidend für das Lernen ist. Schüler, die Informationen mehrmals abriefen, schnitten im Abschlusstest, der eine Woche später durchgeführt wurde, deutlich besser ab als Schüler, die Informationen nur einmal abriefen. Wiederholtes Lernen ohne Abruf hatte keinen signifikanten Einfluss auf die Leistung der Schüler. Auch die Zeitabstände zwischen den Abrufen haben einen signifikanten Einfluss. Ist das Zeitintervall zu klein (~ 1 Minute), dann gibt es keine signifikanten Vorteile, während längere Zeitintervalle (~ 6 Minuten) einen größeren Effekt auf die Behaltensleistung hatten.

Dies wirft eine weitere Frage auf: Verbessert das wiederholte Testen lediglich das Gedächtnis, wenn die Schüler einfach eine feste Antwort auf eine bestimmte Frage geben, verbessert es also tatsächlich das Lernen oder den "Wissenstransfer". Dies wurde auch getestet, indem die Kinder nach wiederholtem Lernen oder wiederholtem Testen einem abschließenden Test unterzogen wurden, bei dem Fragen gestellt wurden, die nur durch die Anwendung von Konzepten aus den Studienpassagen beantwortet werden konnten. Auch in diesem Fall schnitten die Schüler mit wiederholten Tests besser ab, was auf ein besseres Behalten und Lernen hindeutet.

Welche Auswirkungen können häufige und aktive Hausaufgaben auf unser Gehirn haben? Einer der Schlüsselfaktoren für Lernen und Gedächtnis sind Aufmerksamkeit und Motivation. Situationen, in denen man belohnt wird und Neuheit sind mit der Freisetzung von Neurotransmittern, Dopamin und Acetylcholin, verbunden. Eine Möglichkeit ist, dass häufiges Abrufen von Informationen und aktive Hausaufgaben mehr Aufmerksamkeit erfordern, was zur Ausschüttung von Dopamin und Ach führt, was die synaptische Plastizität verbessern kann und die Grundlage für besseres Lernen bildet.

Konzept-Karten

Anita untersuchte heute das Immunsystem und das Verdauungssystem des Menschen. Ihre nächste Hausaufgabe bestand darin, Verbindungen zwischen Komponenten des Verdauungssystems herzustellen, die das Immunsystem beeinflussen könnten und umgekehrt.

One of the critical problems which many children face is that they view each subject and concept in isolation. This is a math problem, this is a Physik problem…They have no idea how trigonometry they study in classrooms can deal with real-life situations.

Bei Concept Maps geht es um die Untersuchung und Kodierung von Beziehungen zwischen verschiedenen Konzepten, die Schüler in der Schule lernen. Studien, die mit Kindern von der 4. Klasse bis zur Sekundarstufe durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass die Beibehaltung des Wissens in Tests, die nach der Verwendung von Concept Maps durchgeführt wurden, verbessert wurde.

Wie können Concept Maps das Behalten von Wissen verbessern? Dazu müssen wir uns ansehen, wie wir Erinnerungen abrufen. Erinnerungen und Informationen werden als synaptische Netzwerke gespeichert. Wenn einige wenige Knoten in einem Netzwerk aktiviert werden, wird das gesamte Netzwerk aktiviert und die Informationen werden abgerufen. Ein Netzwerk mit vielen Knotenpunkten, die verschiedene Konzepte und Erinnerungen umfassen, hat also eine höhere Chance, schneller und leichter abgerufen zu werden. Dieses Prinzip könnte erklären, warum ein Schüler, der Zeit damit verbracht hat, verschiedene Konzepte zu verknüpfen, diese in einem Test deutlich besser abrufen konnte.

Problemorientiertes Lernen

Heute wurde Sneha in der Schule über die Photosynthese unterrichtet - den Prozess, bei dem das Chlorophyll, der grüne Farbstoff in den Blättern, Energie aus dem Licht aufnimmt. Sie musste den Vorgang aus dem Buch vorlesen und die Gleichungen für die Fotosynthese mehrmals schreiben.

Anita, die eine andere Schule besuchte, lernte ebenfalls etwas über den Prozess der Fotosynthese. Ihre Lehrerin bat sie, in den botanischen Garten zu gehen, Pflanzen mit anderen Blattfarben als grün zu beobachten und aufzuzeichnen. Dann sollte sie einen Bericht darüber schreiben, wie die Pflanzen mit anderen Farben überlebten. War es diesen Pflanzen möglich, ihre eigene Nahrung zu produzieren, wenn sie nicht das grüne Pigment Chlorophyll hatten? 

Es gibt einen deutlichen Unterschied in der Art und Weise, wie Sneha und Anita die Photosynthese unterrichtet wurden. Mehrere Studien haben gezeigt, dass problemorientiertes Lernen zu einem besseren Behalten und konzeptionellen Verständnis des Textes führt. Eine der Möglichkeiten ist, dass problemorientiertes Lernen die Aufmerksamkeit und Motivation verbessern könnte, Faktoren, die nachweislich die Dopaminausschüttung bei Kindern erhöhen. Die Ausschüttung dieser Neurotransmitter kann neue synaptische Verbindungen schaffen und so das Behalten und Lernen eines Kindes verbessern.

So können innovative Lehrmethoden den neurobiologischen Aufbau von Kindern verbessern, was zu einem besseren Verständnis von Konzepten und einer besseren Behaltensleistung führt als das bloße Ablesen und Aufschreiben von Textpassagen aus Büchern - passive Lehrmethoden.

However, a pitfall is several educational systems are employing ‘brain-based’ teaching methods which have no scientific basis and thus, are ineffective teaching tools apart from promoting pseudoscience. In the end, let us look at few of the myths associated with Neurowissenschaften and education.

Neurowissenschaft und Bildung - Mythen und Wahrheit

Eine der beliebtesten 'Mythos Gehirn' ist die 'Linke-Hirn-Rechts-Hirn-TheorieSie besagt, dass bei jedem Menschen entweder die rechte oder die linke Gehirnhälfte dominiert. Einige Pädagogen raten sogar dazu, zu ermitteln, ob ein Schüler der rechten oder der linken Gehirnhälfte zuzuordnen ist, und auf der Grundlage der Ergebnisse verschiedene Unterrichtsstrategien zu versuchen. Zwar können bestimmte Körperfunktionen der linken oder rechten Gehirnhälfte zugeschrieben werden, doch gibt es bisher keine Beweise dafür, dass bei verschiedenen Personen unterschiedliche Gehirnhälften dominieren können. Der Mythos geht noch weiter und besagt, dass Menschen mit der linken Gehirnhälfte logischer und analytischer sind, während Menschen mit der rechten Gehirnhälfte intuitiv und objektiv sind. So kann ein Kind, das als links- oder rechtshirnig eingestuft wird, das Gefühl haben, dass es von Natur aus unfähig zu kreativen oder logischen Fähigkeiten ist. Die Trennung von Logik und Kreativität ist außerdem unwissenschaftlich, da logische Probleme oft kreative Lösungen erfordern.

Studien haben gezeigt, dass fast 50% der Pädagogen aus verschiedenen Ländern, darunter das Vereinigte Königreich, die Niederlande, Griechenland, China und die Türkei, an den Neuromythos glauben, dass wir meist nur 10% unseres Gehirns nutzen. Neuromythen im Bildungswesen verbreiten sich in der Regel, wenn Pädagogen und Neurowissenschaftler nicht miteinander kommunizieren. Viele der Erklärungen oder Argumente gegen diese Mythen finden sich in schwer zugänglichen Fachzeitschriften oder in einer Sprache, die für Nichtfachleute schwer verständlich ist. Daher ist es notwendig, Wege der Kommunikation zwischen Lehrern und Wissenschaftlern zu eröffnen, um diese falschen Vorstellungen auszuräumen.

Wie sieht die Zukunft aus?

Obwohl in mehreren Studien untersucht wurde, wie das Gehirn beim Lernen Erinnerungen speichert und abruft, wissen wir immer noch vieles nicht. Was ist die genaue Art der Verbindung zwischen Lernen und molekularen, zellulären Signaturen im Gehirn? Wie organisieren wir Wissen oder Informationen in unserem Gehirn, und was ist die Grundlage der Metakognition - des Prozesses des Verstehens unserer eigenen Denkprozesse?

Anstatt Strategien anzuwenden, die Pseudowissenschaft und Neuromythen fördern, könnten ein Verständnis der aktuellen Theorien und Mythen sowie eine bessere Kommunikation zwischen Wissenschaftlern und Pädagogen dazu beitragen, wirksamere Lehrstrategien zu entwickeln und die Labornotizen in den Unterricht zu übertragen.
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