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Experimente für den Unterricht in der Sekundarstufe 2. Ein variables Fingerlabyrinth als Memotechnik

Unterrichtsentwurf 2019 9 Seiten

Biologie - Verhalten

Leseprobe

Inhalt

1.1 Ein variables Fingerlabyrinth
1.2 Vorschlag für Wege
1.3 Vorschlag für versuche
1.4 Ergebnisse
1.5 Y-Labyrinth
1.6 Vergleiche zu Tierversuchen
1.7 Anhang: Bau einer Zähleinrichtung Quellen

2 Literatur zu Unterrichtsmaterial

1.1 Ein variables Fingerlabyrinth

zum Selbstbau mit 12 Versuchs-Vorschlägen.

In Anlehnung an: Cruse ([1]).

Wie beim Mauslabyrinth sollte es leicht umzubauen sein. (Für Tierversuche sind in [2], Seite 171, drei verschiedene Labyrinth-Typen und in [3] , Seite 141 bis 143 weitere Varianten abgebildet).

Für die Schule kann man sich z.B. folgende einfache Konstruktion anfertigen.

Auf einer Plexiglasplatte (etwa 20 cm x 30 cm) werden etwa 2 cm x 2 cm große dicke Plappstückchen oder Spielsteine so geklebt, daß dazwischen Straßen (etwa 5 mm breit) bleiben. (So wie beim Hermannschen Gitter.)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1

Davon erstellt man sich ganz schwache (hellgraue) Kopien, auf die man den jeweils gewünschten Weg mit schwarzer Farbe zeichnet. Verwendet man dazu einen Filzstift, so kann der durchscheinende Verlauf auf der Rückseite gleich als spiegelbildlicher Plan verwendet werden. Den Wege-Plan legt man nun unter die Plexiglasplatte.

1.2 Vorschlag für Wege

Vorschläge z.B. Abb. 2 bis Abb. 8.

Dann benötigt man noch eine Dunkelbrille oder ersatzweise einen Schal zum Verbinden der Augen.

Es arbeiten jeweils drei Leute zusammen:

A,-die Versuchsperson, soll den Weg mit dem Finger ertasten.
B-sagt bei einem Fehler, also beim Abweichen vom Weg, „falsch“ und
C-führt eine Strichliste und beachtet die Stoppuhr.

Für eine automatische Zählung hatte ich eine „Reflex-Maus“ (Schaltung im Anhang), die man den Weg entlang führen konnte. Bei jeder Abweichung vom schwarzen Weg zählte dies ein Zählrelais mit einem gut hörbaren Knacken. Schüler/innen wollten aber lieber mit einem Finger den Weg ertasten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

A soll zum Kennenlernen zunächst mit offenen Augen einen Weg vom Start zum Ziel durchfahren.

Als Lernziel wird A eine der 3 Varianten schriftlich (damit andere Lernende nicht informiert werden) angegeben. Entweder

1.Möglichst schnell zum Endpunkt gelangen.
2.Mit möglichst wenigen Fehlern ohne Zeitdruck zum Endpunkt gelangen.
3.Den Weg lernen. (Also ohne eine der beiden Möglichkeiten anzudeuten.)

A setzt dann eine Dunkelbrille auf, d.h. den dann wirklich zu lernenden Weg soll A natürlich nicht sehen.

B führt A' s Hand auf den Startpunkt, sagt "los" und C startet die Stoppuhr.

A soll so häufig das Labyrinth durchfahren, bis mehrmals keine Fehler gemacht werden.

Man muß ihm vorher sagen, daß er die Brille erst auf Aufforderung hin abnehmen darf.

C notiert für jeden Durchlaufndie FehlerzahlFund die Durchlaufzeitt. Damit werden zwei grafischen Darstellungen (F von n und t von n) angefertigt.

1.3 Vorschlag für Versuche

Bisher wurden folgende Varianten ausprobiert:

1.Erst ein einfacher, dann ein komplizierter Weg. (Abb. 2 und Abb. 4).
2.Umgekehrte Reihenfolge. (War die Idee einer Schülerin).
3.Mit der rechten Hand lernen, mit der linken testen.
4.Der zweite Weg hat die doppelte Schrittweite. (Abb. 2 und Abb. 3)
5.Nacheinander ähnliche Wege lernen (Abb. 4 und Abb. 5) und danach den ersten Weg wieder testen.
6.Nacheinander unähnliche Wege lernen (Abb. 4 und Abb. 6) und danach den ersten Weg wieder testen.
7.Erst einen Weg und dann den dazu spiegelbildlichen lernen. (Abb. 4, zweite Seite verwenden.)
8.Erst einen Weg lernen und dann Start und Ziel vertauschen.
9.Einen Weg mit einer Schleife lernen. (Abb. 7)
10.Mit offenen Augen: Den Weg erst ansehen und dann erst durchfahren. (Abb. 8)
Ohne, daß dies angekündigt wird, soll der Weg anschließend mit noch geschlossenen Augen durchfahren werden.
11.Bei den Versuchen (1) bis (9) soll der Lernende nach Lernabschluß, aber immer noch mit verschlossenen Augen, das Labyrinth zeichnen.

Dann soll der Lernende seine Lernstrategie aufschreiben, d.h. andere Versuchs-personen sollen dies zunächst nicht mitbekommen.

1.4 # Ergebnissein Stichworten:

Die Versuche fanden großen Anklang.

Zu

1. und
2. Wegoptimum vor Zeitoptimum erreicht. Sonst war kein Unterschied fest-stellbar.
3. Die Übertragung gelingt meist gut.
Es wird z.B. bei Abb. 2 und Abb. 6 schnell eine Hypothese über den weiteren Weg erstellt.
4. Rechts-Links und Schrittlänge werden wohl getrennt gelernt.
5. und
6. Neue Lerninhalte beeinträchtigen ähnliche alte.
7. und
8. Spiegelbildwege werden nicht schneller gelernt.
9. Erfolgte zufällig anfangs mehrmals eine Wahl z.B. nach links, so wird dieser Weg schnell gelernt.

Traten anfangs mehrmals beide Wahlen auf, so wird der Weg extrem langsam gelernt.

Daß alternative Wege zum gleichen Ziel führen können, ist wohl nicht geläufig.

(Ich habe selbstverständlich betont, daß dies keine politische Aussage sei.)

Wir haben nicht ausprobiert, wie es sich auswirkt, wenn man auf eine mögliche Schleife hinweist.

10. Auch wenn der Durchlauf mit offenen Augen fast immer fehlerfrei erfolgte, werden anschließend viele Fehler gemacht.
11. Manche "sehen" das Labyrinth (und zeichnen gut), andere merken sich den Rechts-Links-Rhythmus und erfreuen die anderen mit ihrer Zeichnung. Sie zeichnen dann auch nicht immer 90[0]-Winkel.

1.5 Y-Labyrinth(Abb. 9.)

12. Auf Schüleranregung hin fertigte ich auch ein Y-Labyrinth zum Vergleich. Es wurde nämlich vermutet, daß ein gelernter T-Weg gut auf einen entsprechenden Y-Weg übertragen würde. Die Ergebnisse waren erwartungsgemäß nur bei denen überzeugend, die sich den Rechts-Links-Rhythmus merken. Sonst irritierte, daß beim Y-Labyrinth entgegen dem alten Labyrinth alle Wegstücke gleich lang sind.

(Hier wurden runde Hölzchen verwendet. Man kann auch dicke Unterlegscheiben oder Sechskantmuttern benutzen.)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das Abb. 10 rechts zeigt den zu Abb.11 entsprechenden Weg.

13. Nicht ausprobiert habe ich folgenden Vorschlag zu Versuch 10: Man kündigt vor dem Lernen an, daß der Weg anschließend in Gegenrichtung durchfahren werden muß.

Ein Schüler „beanstandete“, daß er nach sicherem Erreichen des Ziels keine Belohnung erhalten habe. Andere waren aber der Meinung, daß die Versuche an sich Spaß machen und keine extra Belohnung für weitere Durchgänge erforderlich sei.

Von den klassischen Lerntheorien her handelt es sich hier um „Lernen am Erfolg“ in einer intrumentellen Lernsituation ([3], Seite 43 f). Da aber z.B. in Versuch (3) schnell Hypothesen über den weiteren Weg aufgestellt werden, spricht man auch von „Einsicht“ ([3] , Seite 140).

In der klinischen Psychologie werden auch Labyrinth-Versuche als sprach-unabhängige Tests eingesetzt ([4], Seite 140 oder [5], Seite 391).

Dann erzählte ich Vergleiche zu Tierversuchen.

1.6 Vergleiche zu Tierversuchen

a.) Bietet man Ratten ein für sie neues Labyrinth, so durchlaufen sie mehrmals ohne irgend eine Belohnung alle Wege ([3], Seite 67). Legt man dann ein beliebtes Futterstück an die Stelle, an der sie sich gerade befinden und setzt sie an den Startpunkt des Labyrinths, so laufen sie anschließend auf dem kürzesten Weg zum Futter. Blockiert man an einer Stelle diesen Weg, so laufen sie einen anderen möglichen Weg ([3], Seite 141).

b.) Werden Ratten von dem gelernten Labyrinth in ein entsprechend gebautes Schwimm-Labyrinth gesetzt, so finden sie sich sofort zurecht ([2], Seite 195). Wird Ratten statt des gelernten T-Labyrinths ein Y-Labyrinth geboten, so finden sie sich sofort darin zurecht ([2], Seite 195) und auch ein spiegelbildliches konstruiertes Labyrinth wird schnell erkannt. Werden Weglängen zwischen den Abzweigungen oder Winkel geändert, führt dies nur zu einer kurzen Pause an der ersten Abzweigung. (Hier die Versuche 7 und 12.)

Ratten wurden in einen Wagen gesetzt und so durch ein T-Labyrinth gezogen ([3], Seite 144). An einigen Abzweigungs-Beginnen (falscher Weg) erhielten sie einen kleinen elektrischen Schlag. In einem anschließenden eigenen Lauf mieden sie die Abzweigungen, an denen sie zuvor „bestraft“ worden waren. Die Ratten haben demnach nicht die Bewegungsfolge gelernt, sondern gewissermaßen eine kognitive Landkarte erstellt ([6], in [2], Seite 195).

c.) Blinde Mäuse lernen nur dann die Wege in einem Labyrinth kennen, wenn ihre Gehirnrinde in dem Bereich intakt ist, in dem - bei sehenden Mäusen - die optischen Reize verarbeitet werden ([2], Seite 195).

d.) Mit Schimpansen wurden ([7], Seite 132) Lernversuche mit einem Labyrinth angestellt. Die Affen beschäftigten sich auch dann damit, wenn sie mal keine Belohnung erhielten. Bei derartigen Versuchen müssen sie z.B. mit einem Magnet einen Eisenring unter einer Plexiglasscheibe den Weg entlang führen. Ein Versuchstier sah sich das Labyrinth längere Zeit an. Dabei blickte es immer wieder von einem der drei vorhandenen Ausgänge beginnend die Wege an. Dann erfolgte das gleiche Verhalten von 2. und dann vom 3. Ausgang ausgehend. Schließlich führte es den Eisenring schnell und fehlerfrei zum Ausgang. Man spricht hier von einem „einsichtigen Verhalten“ ([8], Seite 130).

e.) Nicht nur bei Menschen gibt es unterschiedlich gute „Labyrinth-Lerner“. Man hat ([9], Seite 234) bei Ratten 8 Generationen lang immer wieder die besten und schlechtesten Lerner ausgesucht und gekreuzt. Dann war der Unterschied des Lernerfolges zwischen beiden Gruppen so groß, daß sich die Variationskurven der beiden Gruppen nicht mehr überschnitten. Abbildungen dazu in [10], Seite 112. Offen ist, welche am Lernen beteiligten Komponenten hier vererbt werden.

f.) Oft kam von Schüler/innen die Frage nach dem „eßbaren Gedächtnisstoff“. Man hatte ([2], Seite 18 und 242 und [9], Seite 251) Planarien und Goldfische bezüglich einer Alternativwahl trainiert und anschließend ihr Gehirn an Artgenossen verfüttert oder Teile davon mit einer Injektion ins Gehirn übertragen. Einige Versuche zeigten, daß die Empfänger etwas schneller diese Alternativwahl lernten. Andere Versuche bestätigten diese Ergebnisse nicht. Bestätigt würde wohl, daß es G. Ungar gelang, den Gedächtnisstoff „Skotophobin“ nach Training zu isolieren und so bei unerfahrenen Ratten Dunkelangst auszulösen. Dazu hatte er 4000 Ratten dressiert und aus deren Gehirnen (m = 5 kg) etwa m = 150 μg der Substanz gewonnen ([2], Seite 243). Die chemische Formel dieses Peptids findet man z.B. in ([9], Seite 251). Es wird dort vermutet, daß dieser Stoff kein Gedächtnisstoff ist, sondern die Motivationslage beeinflußt. Neuere diesbezügliche Ergebnisse habe ich nicht gelesen.

g.) Bei ([2], Seite 19) wird gegen einen behavioristischen Ansatz bei Verhaltens-änderungen darauf hingewiesen, daß man auch komplizierte Verhaltensweisen beobachtet, die nicht durch „Versuch und Irrtum“ erworben sein können: „Ein junges Springspinnenmännchen, das nach der letzten Häutung sich zum erstenmal einem Weibchen nähert, darf weder eine nahverwandte Art mit der eigenen verwechseln, noch die auslösenden Bewegungsweisen seines Balztanzes in einer anderen als der streng artgemäßen Weise vorführen. Andernfalls bleibt bei der umworbenen weiblichen Spinne die spezifische Tötungshemmung aus, und der Freier wird gefressen. Das Prinzip „Versuch und Irrtum“ ist dort ausgeschlossen, wo ein Irrtum sofort mit dem Tode bezahlt wird.“ ([11]).

1.7 Anhang

Bei der „Maus“ in einem Gehäuse 2 cm x 2 cm x 4 cm ragt aus der Unterseite ein kleines Röhrchen vom Licht-Reflex-Koppler ([12]) heraus, das dann in der Straße entlang geführt wird. Bei jeder Abweichung vom schwarzen Weg zählt das Relais - akustisch gut vernehmbar - eins weiter. Falls man das Gerätchen nach baut: Zwischen den Versuchen muß man die „Maus“ auf eine schwarze Fläche legen, da sonst das Relais dauernd anzieht und sich die Batterie erschöpft. Gebrauchte, aber noch funktionstüchtige Zählrelais (sie haben aber keine Rück-stellung auf Null) bekam man in Frankfurt um 1972 herum für Schulversuche von der Post geschenkt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 12 Abb. 13

Aber: Schüler/innen arbeiteten lieber mit einem Finger.

Die Labyrinthe nach CRUSE werden aus Holz oder Pappe ausgeschnitten. Dies ist leider etwas aufwendig, wenn man verschiedene Wege verwenden möchte. Man kann sie - wie hier - direkt mit einem Finger testen oder man legt für jeden Durchgang ein Blatt unter und die Versuchsperson muß mit einem Bleistift den Weg lernen. Dann sind die anfänglichen Irrwege sicherlich gut zu sehen.

Quellen

(1) Cruse, H.: Lernversuche am Menschen. Biol. in unserer Zeit. 1976. S. 183ff.
(2) Sinz, R.: Lernen und Gedächtnis - Fischer Verlag, Stuttgart 1974
(3) Foppa, K.: Lernen - Gedächtnis - Verhalten - Kiepenheuer Witsch, Köln 1965
(4) Delay, J.: Medizinische Psychologie - Thiemeverlag, Stuttgart 1966
(5) Arnold, W. et al.: Lexikon der Psychologie Bd.II/1 - Herderverlag, Freiburg 1976
(6) Tolmann, E. C. / Honzig, C.H. , 1930 zitiert nach (2), Seite 195.
(7) Rensch, B. /Döhl, : 1968, zitiert nach (8), Seite 132
(8) Frank, D.: Verhaltensbiologie - Thiemeverlag, Stuttgart 1979
(9) Rahmann, H.: Neurobiologie - Ulmerverlag, Stuttgart 1976
(10) Tembrock, G.: Grundlagen der Tierpsychologie - Akademieverlag, Berlin 1971
(11) Anfang der 70ger Jahre hatten Schülerinnen im Sozialkunde-Unterricht erfahren, daß der Behaviorismus gezeigt habe, daß es - von einfachen Reflexen abgesehen - nur erlerntes und kein angeborenes Verhalten gibt. Da dieser Lehrer eher links orientiert war (dagegen habe ich nichts), hatte ich das obige Zitat von einem DDR-Wissenschaftler ausgewählt.
(12) AEG-Telefunken: Optoelektrische Bauelemente: Daten zum Reflexkoppler CNY 70

Alle Abbildungen vom Autor.

2.Literatur zu Unterrichtsmaterial

Wo man noch etwas von mir zum Biologie-Unterricht finden kann:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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