GERHARD ROTH INSTITUT FÜR HIRNFORSCHUNG UNIVERSITÄT BREMEN LEHREN, LERNEN UND LERNSCHWIERIGKEITEN AUS SICH DER HIRNFORSCHUNG

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1 GERHARD ROTH INSTITUT FÜR HIRNFORSCHUNG UNIVERSITÄT BREMEN LEHREN, LERNEN UND LERNSCHWIERIGKEITEN AUS SICH DER HIRNFORSCHUNG G. Roth, 2011

2 AUSGANGSTHESEN Die für den Lernerfolg entscheidenden Faktoren, nämlich Intelligenz, Motivation und Fleiß, werden nur wirksam im Rahmen der Persönlichkeit des Lernenden und des Lehrenden. Bildung muss deshalb immer auch Persönlichkeitsförderung sein. Es ist grundfalsch, Schule und Ausbildung auf die bloße Wissensvermittlung zu beschränken. Die Art der schulischen Wissensvermittlung ist ineffektiv. Weniger Stoff, hirngerecht übermittelt, ist besser als noch mehr Stoff, der über die Köpfe der Schülerinnen und Schüler hinweggeht. Die gegenwärtige Lehrerausbildung ist sowohl unwissenschaftlich als auch praxisfern.

3 Folgende Faktoren bestimmen wesentlich den Lern-und Schulerfolg: Persönlichkeit, Kompetenz und Vertrauenswürdigkeit des Lehrenden Persönlichkeitseigenschaften des Lernenden: Intelligenz, Motivation und Fleiß Aufmerksamkeit, Vorwissen und Anschlussfähigkeit des Stoffes Darbietung des Stoffes durch den Lehrenden Systematische Wiederholung des Stoffes

4 LEHRERPERSÖNLICHKEIT Wissensvermittlung ist eine Sache des Vertrauens in den Lehrenden: Soll ich mich darauf verlassen, dass das, was der Lehrende erzählt, stimmt? Nur derjenige Lehrer, der vertrauenswürdig und kompetent wirkt, ist ein guter Lehrer.

5 Die Vertrauenswürdigkeit eines Menschen hängt von wenigen, automatisierten und mehrheitlich unbewusst wirkenden Faktoren ab: Blick und Länge des Blickkontakts Augenstellung und Mundwinkelstellung Gestik Schulter- und Körperhaltung Stimme, Sprachmelodie und Sprachführung

6 Gesichtererkennung und Einschätzung der Vertrauenswürdigkeit (i.w. rechtshemisphärisch): FG: Fusiformer Gyrus STS: Superiorer temporaler Gyrus AM: Amygdala, links explizit INS: Insulärer Cortex (R. Adolphs, TICS 3, Dezember 1999)

7 DIE BEDEUTUNG DER ERSTEN BEGEGNUNG Wenn der neue Klassenlehrer vor seine neue Klasse tritt, dann vollzieht sich in den ersten Stunden eine teilweise unbewusst verlaufende emotionale Abstimmung, die gelingen oder auch scheitern kann und für die nächsten Jahre positive oder negative Rahmenbedingungen schafft. Es gibt Lehrerinnen und Lehrer, die sich für diese erste Phase der emotionalen Abstimmung einschließlich der Frage, wer neben wem sitzt, wochenlang Zeit lassen, und diese lange Zeit scheint äußerst gut investiert zu sein. Auch muss der Lehrer in der Lage sein, die Persönlichkeiten der Schüler ebenso wie ihre Interessen, Begabungen und Begabungsunterschiede hinreichend zu erfassen und auch Lernbehinderungen und psychische Störungen zu erkennen, die bei Kindern nicht selten sind.

8 Der Lernerfolg des Lernenden hängt ab von: Intelligenz Motivation Aufmerksamkeit Fleiß Anschlussfähigkeit des Stoffes Darbietung des Stoffes Wiederholung des Stoffes

9 DEFINITIONEN VON INTELLIGENZ Stern und Neubauer (2007): Intelligenz ist die Fähigkeit, sich in neuen Situationen aufgrund von Einsicht zurechtzufinden, Aufgaben mithilfe des Denkens zu lösen, wobei nicht auf eine bereits vorliegende Lösungen zugrückgegriffen werden kann, sondern diese erst aus der Erfassung von Beziehungen abgeleitet werden muss. Oder kürzer: Kreatives Problemlösen unter Zeitdruck Heute wird im Anschluss an Cattell eine generelle Intelligenz (g-faktor, fluide Intelligenz ) und eine bereichsspezifische Intelligenz (Expertenwissen, kristalline Intelligenz ) unterschieden.

10 VERTEILUNG DER INTELLIGENZLEISTUNG (IQ) Normal intelligent: IQ (68%) Hochbegabt: IQ > 115 (14%) Höchstbegabt : IQ > 135 (1%)

11 INTELLIGENZ, GENE UND UMWELT Nach heutigen Erkenntnissen, vor allem der Zwillingsforschung, ist Intelligenz in hohem Maße (50-60%) angeboren. Die Intelligenz eineiiger, kurz nach der Geburt getrennter Zwillinge korreliert mit einem Korrelationskoeffizienten zwischen 0,6 0,8. Andere Persönlichkeitsmerkmale und Begabungen sind weniger deutlich genetisch bedingt. Die Entwicklung der Intelligenz stabilisiert sich schnell und ist mit ca. 15 Jahren weitgehend abgeschlossen. Die Intelligenz einer Person mit sechs und mit vierzig Jahren korreliert mit einem Korrelationskoeffizienten von 0,6, was relativ hoch ist. Man nimmt an, dass Umwelteinflüsse eine maximale Auswirkung im Bereich von 20 IQ-Punkten haben.

12 Bedeutet dies, dass die Umwelt einen nur geringe Rolle spielt? Nicht unbedingt, da die Intelligenz von ca. 2 Dritteln der Bevölkerung im Bereich eines IQ von 85 und 115 eng beieinander liegt und deshalb geringfügige Unterschiede einen großen Effekt haben können: Beispiel: Ein angeborener IQ von 100 kann sich unter optimalen Bedingungen zu einem IQ von 110 entwickeln (ca. Abiturientendurchschnitt) oder unter negativesten Bedingungen auf 90 zurück fallen.

13 POPULÄRE FÖRDERMASSNAHMEN Mozart-Effekt (Rauscher et al., 1993): Steigerung der I. durch 10-minütiges Hören einer Klaviersonate von Mozart (KV 488). Nicht reproduzierbar. Kaugummi-Effekt (Wilkinson et al., 2002; Allen et al., 2004): Steigerung von I. und Leistung durch Kaugummi-Kauen. Nicht reproduzierbar. Pygmalion-Effekt (Rosenthal & Jacobson, 1966, 1968: Steigerung der Leistung von Schülern über die Falschinformation der Lehrer, die Schüler seien hochbegabt. Nicht voll reproduzierbar.

14 LANGFRISTIG WIRKSAME MASSNAHMEN BZW. FAKTOREN Positive frühkindliche Bindungserfahrung und frühe sensorische, kognitive und kommunikative Erfahrungen. Psychosozial und sensorisch vernachlässigte Kinder (z.b. russische oder rumänische Waisenhauskinder) lagen in ihrem IQ um durchschnittlich 20 Punkte unter dem IQ normal aufgewachsener Kinder. Diese Beeinträchtigung ist später nur schwer oder gar nicht kompensierbar. Langjähriger Schulbesuch verbunden mit vielseitiger kognitiver, musischer und körperlicher Anregung und nachhaltigem Üben. Jeder einzelne Schulmonat erbringt einen Intelligenzzuwachs von ca. einem drittel IQ-Punkt, zumindest im mittleren IQ-Bereich.

15 MOTIVATION UND FLEISS Neben Intelligenz sind Motivation und Fleiß die wichtigsten Bedingungen für den Lernerfolg. Motivation zum Lernen und Fleiß sind wie Intelligenz teils abhängig von der Persönlichkeit (Gewissenhaftigkeit, Ausdauer, Zielorientierung, Belohnungserwartung), teils sind sie umweltabhängig, insbesondere von prägenden Faktoren in Kindheit und früher Jugend wie einem lernbegünstigenden und intellektuell offenem Familienklima, dem Vorbild der Eltern, Ermutigung und frühen Lernerfolgen. Dies erklärt, warum Motivation und Fleiß signifikant mit dem Bildungsgrad der Eltern korrelieren. Die Einstellung zum Fleiß ist in Deutschland deutlich geschlechtsspezifisch ausgeprägt: bei Mädchen wird Fleiß toleriert, bei Jungen gilt er als uncool. Dies drückt signifikant die Schulleistung der Jungen.

16 DIE PROBLEMATIK BILDUNGSFERNER ELTERNHÄUSER Intelligenz und Persönlichkeit eines Menschen werden neben einer genetischen Veranlagung stark geprägt durch eine bildungsnahe, ermutigende und tolerante familiäre Situation. Deshalb überrascht es nicht, dass die PISA-Studien einen engen Zusammenhang zwischen familiärer Bildungsnähe und schulischer Leistung feststellen. Dies ist dadurch leicht zu erklären, dass insbesondere die frühen psychosozialen Verhältnisse in den Familien einen großen Einfluss von rund IQ-Punkten haben, der allerdings ab der Jugendzeit auf rund 10 IQ-Punkte absinkt. Je früher man ansetzt, desto wirkungsvoller sind also die Maßnahmen.

17 HERAUSFORDERUNG UND ANSTRENGUNG Eine herausforderungs- und anstrengungsfreie Schule ist eine populäre, aber sehr problematische Forderung. Lernen ist nur im Kleinkindalter anstrengungsfrei, danach geht der Grad der Anstrengung direkt in den Lernerfolg ein: Je mehr geistige Energie ich für die Aneignung eines Wissens aufgewendet habe, desto besser beherrsche ich es später; Inhalte dagegen, die leicht erscheinen, verschwinden schnell, weil das Gehirn feststellt Kenne ich schon! Anstrengung ist nicht zu verwechseln mit psychischem Stress und Angst, die Lernen und Gedächtnisbildung blockieren. Bei der Balance zwischen Herausforderung und Angst ist die Feinfühligkeit des Lehrers in hohem Maße gefordert. Die psychischen Belastungen der Schülerinnen und Schüler durch das gegenwärtige Schulsystem werden meist erheblich unterschätzt.

18 STRESS/HERAUSFORDERUNG UND LERNERFOLG C. Sandi, Trends Cogn. Sci. 34 (2011)

19 Die Art der schulischen Wissensvermittlung ist äußerst ineffektiv. Hier herrscht der behördliche Wahn, deutsche Schülerinnen und Schüler wüssten und könnten zu wenig, und deshalb müsse der Stoff erhöht werden und dazu noch in 12 statt in 13 Jahren. Wissenschaftliche Erkenntnis sagt uns hingegen: Weniger ist mehr!, Dies bedeutet eine radikale Verschlankung des Unterrichtsstoffes. Ein solcher Unterrichtsstoff, optimal vermittelt, erzeugt mehr bleibendes Wissen als ein unter Druck durchgezogener Stoff. Das bedeutet aber, dass jedes Schulfach seine Inhalte auf das beschränkt, was der junge Mensch tatsächlich im späteren Leben braucht. Dazu gehört keineswegs nur praktisches, d.h. naturwissenschaftlich-technisches Wissen, sondern Bildung im geistig-kulturellen Bereich und Befähigung zu eigenständigem Denken. Vieles jedoch, was an deutschen Schulen gelehrt wird, gehört weder zum einen, noch zum anderen.

20 Seitenansicht des menschlichen Gehirns

21 Funktionale Gliederung der Großhirnrinde BEWEGUNGS- VORSTELLUNGEN ANALYSE PLANUNG ENTSCHEIDUNG MOTORIK SOMATOSENSORIK KÖRPER RAUM SYMBOLE SPRACHE SEHEN BEWERTUNG AUTOBIOGRAPHIE OBJEKTE HÖREN GESICHTER SPRACHE SZENEN

22 Arbeitsgedächtnis als Integrationszentrum Expertenwissen Arbeitsgedächtnis

23 Der Flaschenhals der Gedächtnisbildung ist das Arbeitsgedächtnis / Kurzzeitgedächtnis. Es ist in seinen Ressourcen und seiner Geschwindigkeit hochgradig beschränkt und anfällig für Störungen. Allgemeine Intelligenz korreliert am besten mit der Effektivität des Arbeitsgedächtnisses. Untersuchungen zeigen, dass intelligente Menschen ein effektiver arbeitendes Arbeitsgedächtnis haben als weniger intelligente. Das Arbeitsgedächtnis selbst lässt sich nicht verbessern, jedoch sind intelligente Personen besser in der Lage, mit den typischen Beschränkungen des Arbeitsgedächtnisses besser umzugehen (intuitive oder erlernte Tricks, Denk- und Merkhilfen sowie Routinisierung.)

24 HIRNGERECHTE DARBIETUNG DES STOFFES DURCH DEN LEHRER Weniger Stoff, sorgfältig aufbereitet und kompetent vermittelt, ist besser als mehr Stoff, der unter Druck vermittelt wird! Genaue Überprüfung des individuellen Wissensstandes Kurze Einführung in den Inhalt Unterteilung des Stoffes in kurze, inhaltlich zusammenhängende Abschnitte von maximal 5 Minuten. Dann eine Denkpause, in der kurz geklärt wird, ob alles verstanden wurde ( was haben wir gerade gelernt?. Dann erst weiter. Zum Schluss Zusammenfassung des Vorgetragenen bzw. gemeinsam Erarbeiteten Anschließend genügend Raum zu Selbst-Aneignung des Stoffes durch den Lernenden

25 NOTWENDIGKEIT DER SYSTEMATISCHEN WIEDERHOLUNG Neben Aufmerksamkeit, Anschlussfähigkeit und Motivation ist Wiederholung ist das A und O der Verankerung im Langzeitgedächtnis. Außer stark emotionalen Erlebnissen wird nichts im einem Mal gelernt. Jeder Stoff sollte in etwas abgewandelter und zunehmend komprimierter Form in zunehmenden Intervallen (Tagen, Wochen, Monaten) wiederholt werden. Dabei ist vornehmlich das zu behandeln, was noch nicht sitzt

26 AUFMERKSAMKEITSDEFIZIT- UND HYPERAKTIVITÄTSSTÖRUNG Diagnose und Prognose schwierig, Prävalenz umstritten (3.9-10%) Kernsymptome von ADHS: Hyperaktivität: Herumlaufen, nicht still sitzen können. Unaufmerksamkeit: Beendet angefangene Dinge nicht, hört nicht zu, ist leicht abgelenkt, kann sich nicht konzentrieren. Impulsivität: Platzt häufig mit Antworten heraus, kann nicht abwarten, stört, redet häufig dazwischen Störung des Sozialverhaltens: Ist aggressiv, aufsässig bis hin zu antisozialem Verhalten. Erlebnishunger : Benötigt immer neue Reize und Anregungen Verhalten tritt schon vor dem 7. LJ auf, häufig schon im Säuglingsund Kleinkindalter ( Schreibabies ). Gefahr, kriminell zu werden, ist hoch (15-30%)

27 WAHRSCHEINLICHE NEURONALE GRUNDLAGEN VON ADHS Deutliche genetische Prädisposition (ca. 50%) plus pränatale Risiken (Rauchen, Drogen usw.) und ungünstige frühe postnatale Bedingungen Hyperaktivität des dopaminergen Antriebssystem (Basalganglien) Defizit im Selbstbelohnungssystem (endogene Opioide) Defizite im serotonergen Beruhigungssystem Defizite im cortical-subcorticalen Impulshemmungs-system

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29 CORTICAL-LIMBISCHES IMPULSHEMMUNGSSYSTEM (Glutamat, GABA, Serotonin) Hemmende corticale Verbindungen, bes. vom orbitofrontalen, anterioren cingulären, temporalen und entorhinalen Cortex zur Amygdala Erregende Verbindungen der Amygdala zum Cortex, bes. zum präfrontalen, prämotorischen, insulären und entorhinalen Cortex

30 Aktivierung des mesolimbischen Systems (VTA-Nucleus accumens) bei Gewinn-Erwartung Knutson B. et al. (2003) Neuroimage, 18:

31 Methylphenidat Ritalin Methylphenidat wirkt anregend und aufregend, unterdrückt Müdigkeit und Hemmungen und steigert kurzfristig die körperliche Leistungsfähigkeit. Warnsignale wie Muskelschmerz und Müdigkeit treten nicht auf. Eine langfristige Anwendung hat Suchtpotential. Methylphenidat hemmt die Wiederaufnahme von Dopamin und Noradrenalin an der Präsynapse und erhöht so deren Konzentration im synaptischen Spalt. Dies führt zu erhöhtem Signalaufkommen am Rezeptor. Methylphenidat wirkt außerdem als Agonist am Serotonin-Rezeptor 5-HT1A und 5-HT2B. Häufige Nebenwirkungen (bis 1:10): Appetitlosigkeit, Angstgefühle, anfängliche Schlafstörungen, depressive Verstimmung, Nervosität, Unruhe, Agitiertheit, Aggressionen, Zähneknirschen, Depressionen, Verwirrung, Spannung, Schwindelgefühl, Zittern, Dämpfung (Sedierung), Spannungskopfschmerzen

32 Lese- und Rechtschreibschwäche (Dyslexie) Generelle Schwierigkeit mit der Buchstaben-Laut-Beziehung (Phonologie-Defizite). Tritt bei 3-5% der Schulkinder auf, nicht mit anderen Intelligenz-Einbußen verbunden. Schwierigkeiten resultieren in einer enorm reduzierten Lesegeschwindigkeit und dem Verwechseln von Phonemen, insbes. Konsonanten. Das Gehirn des Schülers muss Laute (Phoneme) mit Buchstaben in Verbindung setzen: das gesprochene Wort muss in seine Lautsegmente zerlegt werden, und jedes Segment muss als Laut identifiziert werden, der einem bestimmten Buchstaben entspricht. Dies setzt eine Verankerung der Beziehung zwischen Phonemen und Buchstaben Im Gedächtnis voraus (orthographisches Lexikon). Verbesserung nur durch sekundäre Wortfindestrategien.

33 Neurobiologische Befunde Unterfunktion im linken temporo-parietalen Cortex, der bei kompetenten Lesern an phonologischen Prozessen beteiligt ist. Unterfunktion im unteren linken temporo-okzipitalen Cortex, der für die schnelle visuelle Worterkennung und Orthographie nötig ist. Eventuell mangelnde Ausreifung dieser Gebiete bei dyslexischen Kindern. Deutliche Steigerung der Aktivität in diesen Gebieten nach intensiver Therapie.

34 RECHENSCHWÄCHE (DYSKALKULIE) Tritt bei 6% der Schüler auf: Hartnäckige Schwierigkeiten bei Rechnen und Mathematik. Tritt auch bei allen Aufgaben auf, die mit Zahlen zu tun haben (numerische Begriffe). Häufig kombiniert mit Dyslexie. Schlechtes Zahlen-Arbeitsgedächtnis. Angst vor Mathematik, schwieriger Familienhintergrund. Unabhängiges Operieren mit Zahlen außerhalb der Kardinal

35 Vier zerebrale Zentren für Zählen bzw. Rechnen: -Ein phylogenetisch altes System, das sich auch bei vielen Tieren findet und die Anzahl von Objekten und Ereignissen bis fünf zählen kann. Es ist bilateral im parietalen Cortex lokalisiert. -Ein phylogenetisch neues, nur beim Menschen vorhandenes und sprachgekoppeltes System, das die Sprachzentren aktiviert und Rechenergebnisse aus dem Gedächtnis abrufen kann. -Ein visuell-räumliches, parietal-okzipitales System, das bei der visuellen Vorstellung von Rechenoperationen tätig ist -Ein parietal-prämotorisches System, das während des Fingerrechnens und des Kopfrechnens aktiv ist.

36 Bei Dyskalkulie-Patienten scheint insbesondere die verbale Komponente des Rechnens und der Mathematik gestört zu sein. Dies könnte das häufige gleichzeitige Auftreten von Dyskalkulie und Dyslexie erklären. Beidem liegt wahrscheinlich eine Störung der zeitlichen Segmentieren von Ereignissen zugrunde, die wiederum eine wesentliche Grundlage von Syntax und Grammatik ist.

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38 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!

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