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

Was unser Gehirn alles kann Tolle Sachen zum Selbermachen

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

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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

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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

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Das Gehirn unglaublich aber wahr: jeder hat eins

Nervenzellen im Gehirn Lernen: Schaffen solcher Verbindungen 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-Resonanz- Tomographie (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-Emissions- Tomographie (PET) Hirnforschung und mögliche Konsequenzen für den Mathematikunterricht – Das Gehirn

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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

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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

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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

Das Gehirn kann nur eines nicht: 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/Descript/sensdepr.htm, 10.05.2008 13:41. Dr. W. Stangl, Motive und Motivation; http://arbeitsblaetter.stangl-taller.at/MOTIVATION/default.shtml, Zugriff: 09.05.08 10:23. Dr. W. Stangl, Lernmotive und Lernmotivation; http://arbeitsblaetter.stangl-taller.at/MOTIVATION/Lernmotivation.shtml, Zugriff: 09.05.08 11:27. 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!

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 21:13. Istvan Tiringer, Aufmerksamkeit und Bewusstsein; http://aok.pte.hu/docs/dsg/studium/neuropsychologie/Aufmerksamkeit.pdf, Zugriff: 13.05.2008 21:18. Janine Dötsch, Dopamin und positive Emotionalität; http://www.gp.tu-berlin.de/Biopsychologie/Studium/Sommer07/neuro/DOPAMINReferat_ueberarbeitet.pdf, Zugriff: 13.05.2008 21:20. M. Nußbaumer, Satisfaction; http://oe1.orf.at/highlights/70529.html, Zugriff: 13.05.2008 21:22. J. und K.-H. Krause, ADHS im Erwachsenenalter: Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung bei Erwachsenen. Schattauer Verlag Stuttgart, 2003. S. 14. http://www.michaelbach.de/ot/index-de.html, Zugriff: 18.05.2008 18:03 http://www.schule.rorschach.ch, Zugriff: 17.05.2008 14:51