Hirnforschung und m

1
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht
Friedrich-Schiller-Universität Jena Abteilung
Didaktik der Mathematik und Informatik Didaktik
der Mathematik - Modul A Prof. Zimmermann
Präsentation von Daniela Hinz, Mandy Weigel und
Jonas Gratz gehalten am 20. Mai 2008
2
Was unser Gehirn alles kannTolle Sachen zum
Selbermachen
3
Eine Studie
Afugrnud enier Sduite an enier Elingshcen
Unvirestiät ist es eagl, in wlehcer Rienhnelfoge
die Bcuhtsbaen in eniem Wrot sethen, das enizg
wcihitge dbaei ist, dsas der estre und lzete
Bcuhtsbae am rcihgiten Paltz snid. Der Rset knan
ttolaer Bölsdinn sien, und du knasnt es torztedm
onhe Porbelme lseen. Das ghet dseahlb, wiel wir
nchit Bcuhtsbae für Bcuhtsbae enizlen lseen,
snodren Wröetr als Gnaezs.
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Was unser Gehirn alles kann
4
Schnelles Lesen
Starten
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Was unser Gehirn alles kann
5
Sind die Kreise deckungsgleich?
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Was unser Gehirn alles kann
6
Was siehst du?
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Was unser Gehirn alles kann
7
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Was unser Gehirn alles kann
8
Gibt es das wirklich? I
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Was unser Gehirn alles kann
9
Gibt es das wirklich? II
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Was unser Gehirn alles kann
10
Ein räumliches Dreieck
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Was unser Gehirn alles kann
11
Wo ist das Kästchen geblieben?
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Was unser Gehirn alles kann
12
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Was unser Gehirn alles kann
13
Das Gehirn unglaublich aber wahrjeder hat eins
14
ca. 10¹³ Verbindungen zw. Nervenzellen im
Gehirn Lernen Schaffen solcher Verbindungen
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
15
Neue Technologien zur Untersuchung/Erforschung
des Gehirns
1 Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT)
Kernspintomographie (NMR)
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
16
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
17
Neue Technologien zur Untersuchung/Erforschung
des Gehirns
2 Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
18
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
19
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
20
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
21
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
22
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)?
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
23
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
24
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
25
Suche das P
3840781328960972392463247936142197 729134709134176
2486032472302886920 704760712171289386490276206290
8630 2469832109284623928292789283019796 0076122346
901682928364718324720929 727401192P930727637612897
369873419 4360234972682092146123469846098210
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
26
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
27
Suche die 5
3840781328960972392463247936142197 729134709134176
2486032472302886920 704760712171289386490276206290
8630 2469832109284623928292789283019796 0076122346
901682928364751832472092 7274011927930727637612897
369873419 4360234972682092146123469846098210
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
28
Hebbsche 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
29
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
30
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Das Gehirn
31
EmotionenGewühl im Gefühl
32
Emotionen
spielen wichtige Rolle beim Lernen keine
einheitliche Ergebnisse, keine allgemeine
Theorie zweidimensional
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Emotionen
33
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 Behandlu
ngsverfahren. 1
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Emotionen
34
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
35
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
36
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
37
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
38
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
39
Ein Teufelskreis
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Emotionen
40
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
41
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
42
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
43
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
44
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
45
Aufmerksamkeitohne gehts nicht
46
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
47
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
48
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
49
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
50
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
51
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
52
Was heißt das für den Unterricht?
der stärkere Reiz gewinnt, also Unterricht
Superreiz anregende Lernumgebung - Methodenwechs
el - 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
53
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
54
Motivation(k)ein Hoch auf die Antriebslosigkeit
55
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
56
Da war doch noch was das Dopamin
wichtiger Botenstoff im Gehirn wirkt in
verschiedenen Systemen
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Motivation
57
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 Effek
t tritt auch schon bei freundlichem Verhalten auf
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Motivation
58
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
59
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
60
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
61
Der virtuose Kreis
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Motivation
62
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
63
Vernetzend Lernenvon Eseln und Delphinen
64
Implizites Gedächtnis
unbewußtes Abrufen von gespeichertem
Wissen Ergebnisse klassischer Konditionierung Ge
wohnheiten z.B. schnell Tippen
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Vernetzend Lernen
65
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Vernetzend Lernen
66
Explizites Gedächtnis
bewußtes Erinnern wird im Kurzzeitgedächtnis
verarbeitet z.B. Aufsagen der Tastaturbelegung
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Vernetzend Lernen
67
Deklaratives Gedächtnis
faktisches Wissen, was man mitteilen
(deklarieren) kann speichert Begriffe,
Definitionen, Namen, Daten und Fakten Unterscheid
ung in Gedächtnis für allgemeines Wissen vs.
Erlebniswissen
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Vernetzend Lernen
68
Prozedurales Gedächtnis
speichert Bewegungsabläufe Lernergebnisse der
Konditionierung
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Vernetzend Lernen
69
Ich habs 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
70
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
71
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Vernetzend Lernen
72
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
73
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
74
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
75
Platz-Lernmethode I
Verknüpfung bildhafter Vorstellungen mit
räumlichen Gegebenheiten Funktion Begriff -gt
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
76
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
77
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Vernetzend Lernen
78
Von Regeln und Sätzenselber denken macht schlau
79
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
80
Zahlensinnexaktes Abschätzen
81
Abschätzen versus Exaktes Rechnen
exaktes Rechnen wird sprachlich
gespeichert ungefähres Abschätzen wird räumlich
gespeichert
Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den
Mathematikunterricht Zahlensinn
82
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
83
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
84
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
85
Literatur M. Spitzer Lernen. Spektrum
Akademischer Verlag München, 2007. G. Mietzel
Wege in die Psychologie. Klett-Cotta Verlag
Stuttgart, 2005. 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.uni-linz.ac.at
4711/LEHRPROGRAMME/PSYCHGRUNDLAGEN/Contents/Descr
ipt/sensdepr.htm, 10.05.2008 1341. Dr. W.
Stangl, Motive und Motivation http//arbeitsblaet
ter.stangl-taller.at/MOTIVATION/default.shtml, Zu
griff 09.05.08 1023. Dr. W. Stangl,
Lernmotive und Lernmotivation http//arbeitsbla
etter.stangl-taller.at/MOTIVATION/Lernmotivation.s
html, Zugriff 09.05.08 1127. Prof. A.
Kreitel, Die Neurobiologie der Aufmerksamkeit
Wie wir aus einer Flut von Informationen das
Wichtige herausfiltern impulse aus der
Forschung, Nr. 1/2006. Pressestelle der
Universität Bremen, 2006.
Das Gehirn kann nur eines nicht Nicht lernen!
86
Prof. Dr. Thomas J. Feuerstein, Dopamin -
körpereigenes Doping fürs Denken
http//www.bio-pro.de/de/region/freiburg/magazin
/01929/index.html, Zugriff 13.05.2008
2113. Istvan Tiringer, Aufmerksamkeit und
Bewusstsein http//aok.pte.hu/docs/dsg/studium/
neuropsychologie/Aufmerksamkeit.pdf, Zugriff
13.05.2008 2118. Janine Dötsch, Dopamin und
positive Emotionalität http//www.gp.tu-berlin.
de/Biopsychologie/Studium/Sommer07/neuro/DOPAMINRe
ferat_ueberarbeitet.pdf, Zugriff 13.05.2008
2120. M. Nußbaumer, Satisfaction
http//oe1.orf.at/highlights/70529.html, Zugriff
13.05.2008 2122. J. und K.-H. Krause, ADHS im
Erwachsenenalter Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hype
raktivitätsstörung bei Erwachsenen. Schattauer
Verlag Stuttgart, 2003. S. 14. http//www.michae
lbach.de/ot/index-de.html, Zugriff 18.05.2008
1803 http//www.schule.rorschach.ch, Zugriff
17.05.2008 1451