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Lehren und Lernen in sechs Schritten

Bei Cognitive Apprenticeship handelt es sich um ein wissenschaftlich erprobtes Modell des Instruktionsdesigns. Im Modell werden Lernende analog zum Erlernen eines Handwerksberufs begleitet. Das Ziel ist das zunehmend eigenständige Erwerben und Ausführen von Fertigkeiten.

Symbolbild Cognitive Apprenticeship

Grundlagen des Instruktionsdesigns

Bei der Gestaltung multimedialer Lernumgebungen ist eine Vielzahl didaktischer Entscheidungen zu treffen, die je nach Rahmenbedingungen und Lerninhalt unterschiedlich ausfallen können. Eine Grundlage für die Entwicklung multimedialer Lernumgebungen bildet das Instruktionsdesign, das seit Anfang der 1950er Jahre wissenschaftlich fundierte Aussagen zur effektiven Konzeption von Lernarrangements liefert. Instruktionsdesign (auch Instructional Design oder kurz ID) basiert auf pädagogisch-psychologischen Prinzipien, die systematisch und vor allem differenziert auf die jeweilige Lernumgebung angewendet werden. Unter „Instruktion“ ist „jedes systematische Arrangement von Umgebungsbedingungen, das geeignet ist, Kompetenzen zu fördern“ (Resnick, 1987, S. 51 zitiert nach Niegemann, 2008, S. 17) zu verstehen.

Die ersten Modelle des Instruktionsdesign orientierten sich am Kognitivismus und waren stark instruktionalistisch, so dass häufig nur „träges Wissen“ erzeugt wurde. Dieses ist weder nachhaltig, noch ermöglicht es Transferleistungen und außerdem lässt es sich nicht ohne Weiteres auf die Lösung realistischer Probleme anwenden.

Als in den 1990er Jahren der Konstruktivismus als Leitgedanke Einzug erhält, werden neue Modelle des Instruktionsdesigns entwickelt, die das „situierte Lernen“ in den Mittelpunkt rücken und das Lernen an „möglichst authentischen Problemsituationen“ (Strittmatter, P. & Niegemann, H. (2000), S. 26) ermöglichen.

Cognitive Apprenticeship - Prinzipien der Handwerkslehre im Unterricht

Analog zur Handwerkslehre geht das Modell der Cognitive Apprenticeship davon aus, dass der Lernende („Lehrling“) nach anfänglicher starker Stützung durch den Experten, Lehrer oder Tutor („Meister“) Schritt für Schritt in die eigene Selbstständigkeit entlassen wird. Zu Anfang soll das neue Wissen oder Verhalten erworben, dann aber zunehmend selbstgesteuert und selbstkontrolliert genutzt bzw. ausgeführt werden.

Das Modell der Cognitive Apprenticeship ist gekennzeichnet durch den Übergang von einer expositorischen zu einer explorativen Phase und eignet besonders für die Einführung in Lehrstoffe, bei denen kognitiv-prozedurales Lernen im Vordergrund steht.

  • Symbolbild Cognitive Apprenticeship
    © istock.com/FANDSrabutan

    Als besonders lernwirksam gilt außerdem, wenn das zu Erlernende folgende Kriterien aufweist:

    • anwendungsbezogene Situierung

    • unterschiedliche Perspektiven und Kontexte

    • steigende Komplexität

Dabei erfolgt der Erwerb von Wissen und Fertigkeiten in sechs aufeinander folgenden Schritten:

  • 1 Modelling

    Der Experte führt eine komplexe Handlung, Wege zur Problemlösung oder Vorgehensweisen vor, indem er als Modell fungiert und dabei interne Prozesse und Strategien zur erfolgreichen Ausführung verbalisiert. Der Lernende beobachtet und entwickelt ein eigenes konzeptuelles Modell vom präsentierten Vorgang.

  • 2 Coaching

    Der Experte betreut die Lernenden direkt und leistet Hilfestellung, gibt Rückmeldung und Tipps. Wenn nötig, werden einzelne Vorgehensweisen noch einmal wiederholt bzw. erneut vorgemacht. Der Lernende führt die gezeigte Verhaltensweise selbst aus und erfährt dabei Unterstützung durch Betrachtungstechniken wie beispielsweise Videoaufzeichnungen, erhält Verbesserungsvorschläge und wird vom Experten korrigiert.

  • 3 Scaffolding · Fading

    Der Experte räumt dem Lerner immer mehr Selbstständigkeit ein, unterstützt nur noch wo unbedingt nötig, zieht sich Schritt für Schritt zurück (Fading). Der Lerner übt weiter die neue Vorgehensweise ein und wird je nach Können und Wissensstand unterstützt.

  • 4 Articulation

    Der Experte stellt gezielte Fragen zur neuen Verhaltensweise und fordert den Lerner auf, das neu erworbene Vorgehen in eigenen Worten zu beschreiben. Der Lerner benennt sein eigenes Wissen, verbalisiert Denkprozesse und konkretisiert das problemlösende Vorgehen, das er gerade trainiert.

  • 5 Reflection

    Der Experte unterstützt den Lerner bei der Bewusstmachung durch geeignete Betrachtungstechniken. Der Lerner bewertet sein eigenes Wissen und die neu erlernte Vorgehensweise im Vergleich zu anderen Lernern und dem Experten.

  • 6 Exploration

    Der Experte ist in diesem letzten Schritt komplett ausgeblendet und bleibt im Hintergrund. Der Lerner kann Sachverhalte selbstständig bearbeiten, relevante Fragen stellen, den richtigen Bezugsrahmen finden sowie richtige Antworten generieren. So kann er eigenständig neue Herausforderungen meistern und Problemstellungen lösen.

Praxisbeispiel: Die Roboter sind los

„Die Roboter sind los“ ist ein fächerübergreifendes Projekt, in dem die Schülerinnen und SChüler mit einfachen Übungen an das Programmieren und Bauen von Robotern herangeführt werden. Die Schülerinnen und SChüler erlernen zunächst mit einfachen Robotern grundlegende Kompetenzen und Handlungsabläufe, um sich anschließend mit einem anspruchsvolleren Robotersystem auseinanderzusetzen. Zum Abschluss der Unterrichtseinheit sind die Schüler*innen in der Lage, selbstständig und ohne Anleitung einen Roboter für eine komplexe Problemstellungen zu konstruieren und zu programmieren.

  • kleiner Roboter
    © istock.com/Besjunior

    Hinweis

    Dieses Projekt wurde im Schuljahr 2018/19 an der Mittelschule Cincinnatistraße in München in der Jahrgangsstufe 5 durchgeführt.

Im Folgenden wird die erste Projektphase zur Erarbeitung der Grundlagen des Programmierens beschrieben, die nach dem Modell des Cognitive Apprenticeship konzipiert und in den sechs Schritten durchgeführt wurde:

  • Person springt über Graben
    © istock.com/cosmaa

    Modelling

    In diesem ersten Schritt führt die Lehrkraft den Roboter mit seinen Funktionen (im Rahmen dieses Projekts wurde mit Ozobots gearbeitet) vor und agiert als Modell und Experte. Sie zeichnet Farbcodes und Wegstrecken und lässt den Roboter komplexe Programme ausführen, die später Bestandteil der anspruchsvollen Problemstellungen sind. Die Lehrkraft erklärt, warum sie bestimmte Schritte durchführt und andere vernachlässigt.

  • Zwei Personen erklimmen hohe Stufen, die obere hilft der unteren mit einem Seil
    © istock.com/cosmaa

    Coaching

    Die Schülerinnen und Schüler müssen nun selbst in Gruppen mit jeweils einem Roboter kleine Übungen durchführen. Dafür bekommen die Gruppen jeweils kleine einfache Problemstellungen, die sie unterstützt von der Lehrkraft kooperativ lösen, und beobachten das Verhalten des Roboters, stellen Vermutungen zu seiner Fahrweise auf und diskutieren diese. Anschließend zeichnen die einzelnen Gruppen nun eigene Wege und beobachten erneut. So entdecken die Schülerinnen den Umfang aller Steuermöglichkeiten des Roboters kennen. Die Lehrkraft gibt Feedback und Hilfestellung.

  • © istock.com/cosmaa

    Scaffolding · Fading

    Die Lerner führen nun erste komplexere Aufgaben durch. Die Lehrkraft ist ebenfalls mit eingebunden und hilft bei noch mangelndem Wissen oder Verständnisproblemen. In diesem Schritt werden beispielsweise Regelplakate von der Lehrkraft weitergegeben, falls es bei Gruppen zu Schwierigkeiten kommt. Im ersten Schritt messen die Schüler*innen Zeiten, die ein Roboter für bestimmte Strecken benötigt, berechnen anschließend durch Zeitmessung und Umrechnung der Geschwindigkeiten beliebige Strecken mit dem Roboter. Mit der Aufgabenstellung ‚Mein Schulweg‘ müssen die Lerner nun erstmals ein komplexes Problem lösen, da der Roboter richtig programmiert werden muss, um in das Ziel zu kommen. Mit steigenden Kompetenzen der Lerner, nimmt sich die Lehrkraft nun immer weiter zurück. (Fading).

  • © istock.com/cosmaa

    Articulation

    Die Lehrkraft fordert die Schüler*innen auf, ihre Lösungswege und möglichen Strategien für die Geschwindigkeitsmessungen bzw. Berechnungen sowie ihren persönlichen Programmiercode für das Schulwegproblem vorzustellen. Es findet somit eine Verbalisierung der eigenen Lösungen und Strategien statt.

  • Person steht vor Wegweiser
    © istock.com/cosmaa

    Reflection

    Die Lernenden reflektieren ihre eigenen Lösungen kritisch und tauschen sich mit den anderen Gruppenmitgliedern über deren Problemlösungen und Denkprozessen aus.

  • Person steht auf Pfeil und fliegt richtung Zielscheibe
    © istock.com/cosmaa

    Exploration

    Am Ende der ersten Phase des Projekts lösen die Gruppen nun eigenständig ein komplexes Problem. Der Roboter muss einen Weg durch ein Labyrinth sicher bewerkstelligen. Die Schüler*innen wenden ihr neues Wissen und neue Strategien an, um die Aufgabe zu lösen. Es müssen die richtigen Codes mit Sprungbefehlen eingebaut werden. Ist diese Aufgabe geschafft, legen die Gruppenmitglieder den anderen Schülergruppen selbst konstruierte Problemstellungen und Aufgaben vor, die gelöst werden müssen.

Praxisbeispiel: Writing a film review

„Writing a film review“ ist eine Unterrichtseinheit, die als Blended Learning Szenario für den Einsatz in der gymnasialen Oberstufe konzipiert und umgesetzt wurde. Wie eine Filmkritik im Englischen aussieht, welche sprachlichen Mittel bei der Formulierung hilfreich sind und wie man eine eigene Kritik zu einem Film verfasst, wird nach dem Modell des Cognitive Apprenticeship im Wechsel von aufeinander abgestimmten Online-Einheiten auf mebis und im Präsenzunterricht vermittelt und trainiert.

  • Symbolbild Kamera mit Sprechblasen
    © istock.com/Blablo101

    Hinweis

    Die Unterreichtsheit „Writing a film review” entstand am Katharinen-Gymnasium Ingolstadt und wurde bereits mehrfach durchgeführt.

Im Folgenden sind die sechs Schritte der Unterrichtseinheit nach dem Modell des Cognitive Apprenticeship dargestellt.

  • Person springt über Graben
    © istock.com/cosmaa

    Modelling

    Den Schülerinnen und Schüler wird das Schreiben einer Filmkritik in digitaler Form präsentiert. So lassen sich die einzelnen Denkprozesse und Arbeitsschritte, die zum Verfassen einer Filmkritik notwendig sind, immer wieder, zeit- und ortsunabhängig abrufen.

  • Zwei Personen erklimmen hohe Stufen, die obere hilft der unteren mit einem Seil
    © istock.com/cosmaa

    Coaching

    Im Präsenzunterricht versuchen die Schülerinnen und Schüler einzelne Bestandteile der Filmkritik selbst zu formulieren. Dabei dienen Tests zur Selbstkontrolle im mebis-Kurs sowie die Lehrkraft vor Ort als Hilfestellung.

  • © istock.com/cosmaa

    Scaffolding · Fading

    Anhand einer kommentierten Beispiel-Filmkritik der Lehrkraft können die Schülerinnen und Schüler nun selbstständig eine eigene Kritik verfassen. Sie können sich bei Unklarheiten oder Problemen sowohl über ein Forum als auch in Präsenz an die Lehrkraft wenden.

  • © istock.com/cosmaa

    Articulation

    In einem Test werden die Schülerinnen und Schüler aufgefordert alle Bestandteile der Filmkritik und das Vorgehen bei der Formulierung noch einmal zu rekapitulieren.

  • Person steht vor Wegweiser
    © istock.com/cosmaa

    Reflection

    Die Schülerinnen und Schüler vergleichen ihre eigenen erarbeiteten Lösungen mit der kommentierten Filmkritik der Lehrkraft und den Ergebnissen ihrer Mitschülerinnen und Mitschüler.

  • Person steht auf Pfeil und fliegt richtung Zielscheibe
    © istock.com/cosmaa

    Exploration

    Anhand eines selbst gewählten Films verfassen die Schülerinnen und Schüler selbstständig, ohne Hilfestellung der Lehrkraft sowie ohne Feedback ihrer Mitschülerinnen und Mitschüler eine neue Filmkritik.

Blick in den Kurs

Literatur

Collins, A., Brown, J. S., Newman, S. E. (1989). Cognitive apprenticeship: Teaching the crafts of reading, writing and mathematics. In L. B. Resnick (Ed.), Knowing, learning, and instruction: Essays in honor of Robert Glaser (pp. 453–494). Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.

Niegemann, H. et. al. (2008). Kompendium multimedialen Lernens. Berlin: Springer, S. 17-40.

Strittmatter, P. & Niegemann, H. (2000). Lehren und Lernen mit Medien: Eine Einführung. Darmstadt: Wissenschaftliche Buchgesellschaft, S. 7-39.

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