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Konzeptlandkarten fördern den Lernprozess


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Pädagogik - epaper ⋅ Ausgabe 1/2022 vom 03.01.2022

Egal, ob Sie im Biologieunterricht die Struktur pflanzlicher Zellen behandeln oder im Englischunterricht die Unterschiede zwischen Past Tense und Past Perfect herausarbeiten, stets müssen Ihre Schüler:innen die Bedeutung von Begriffen verstehen und Zusammenhänge zwischen diesen Begriffen erfassen. Gelingt dies, so hinterlässt Unterricht ein gut organisiertes Zusammenhangswissen in den Köpfen Ihrer Schüler:innen, auf das diese in unterschiedlichen Kontexten flexibel zugreifen können.

Zusammenhangswissen wird in Form von Knoten (Konzepte oder Begriffe) und Verbindungen zwischen diesen Knoten im Langzeitgedächtnis gespeichert. Die kleinste Bedeutungseinheit, die eine semantisch sinnvolle Aussage innerhalb des Langzeitgedächtnisses ermöglicht, besteht aus mindestens zwei miteinander verbundenen Knoten (z. B. Pflanzenzelle enthält Zellorganellen; Schnee besteht aus Wasser) und wird Proposition genannt. ...

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Bildquelle: Pädagogik, Ausgabe 1/2022

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... Alle Propositionen zusammen bauen kognitive Begriffsnetze auf, in denen das Zusammenhangswissen einer Person mental repräsentiert wird. Sie sind namensgebend für eine Gruppe psychologischer Gedächtnismodelle, die als propositionale Modelle bezeichnet werden.

Concept-Maps sind mit anderen Wissensstrukturdarstellungen verwandt. Im Gegensatz zu den bekannteren Mindmaps ordnen Concept-Maps Begriffe jedoch nicht nur übergeordneten Kategorien unter, sondern beschreiben möglichst präzise, wie die verschiedenen Begriffe inhaltlich miteinander zusammenhängen. Concept-Maps wurden von Joseph D. Novak als Evaluationsinstrument entwickelt, um Veränderungen der Wissensstruktur von Schüler:innen im naturwissenschaftlichen Unterricht in Form von Konzeptlandkarten sichtbar zu machen. Bereits nach kurzer Zeit wurde jedoch auch ihr Nutzen als Lernmethode erkannt, die bedeutungsvolles Lernen wirksam unterstützt. Concept-Maps sollten dabei einer hierarchischen Struktur folgen, das heißt, sie sollten sich von einem übergeordneten Begriff zu weiter unten stehenden (spezielleren) Begriffen, Unterbegriffen und Beispielen auffächern (auch eine implizite hierarchische Struktur, die nicht der aufgezeigten Oben-unten-Logik folgt, ist denkbar). Dabei sollten unterschiedliche Bereiche der Concept-Map durch sogenannte Cross-Links (Quervernetzungen) miteinander in Beziehung gesetzt werden (Novak/Cañas 2006).

WIE LÄSST SICH DIE LERNWIRKSAMKEIT VON CONCEPT-MAPS BEGRÜNDEN?

Aus der Kognitionspsychologie lassen sich verschiedene Erklärungen für die Lernwirksamkeit des Concept-Mapping ableiten, die sich auf die hypothetische Organisation des menschlichen Gedächtnisses, den sparsamen Umgang mit kognitiven Ressourcen und die Anregung des (meta)kognitiven Lernstrategiegebrauchs beziehen:

■ In Analogie zu propositionalen Gedächtnismodellen stellen Concept-Maps strukturierte Darstellungen von Zusammenhängen dar, in denen die Netzknoten über beschriftete Pfeile in Beziehung gesetzt werden. Die Externalisierung kognitiver Repräsentationen in Gestalt von Concept-Maps wird mit dem Aufbau kohärenter Wissensstrukturen und der Entlastung des Arbeitsgedächtnisses in Verbindung gebracht. Informationen sind extern verfügbar und müssen nicht kontinuierlich im Arbeitsgedächtnis präsent gehalten werden.

■ Drei Lernstrategien wirken direkt auf die zu verarbeitenden Informationen (z. B. den fachlichen Lerngegenstand) ein und sind verantwortlich für die Aufnahme, Verarbeitung und Speicherung dieser Informationen. Neben den Wiederholungsstrategien gehören zu diesen sogenannten kognitiven Lernstrategien alle Strategien zur Verknüpfung neuer Informationen mit der bestehenden Wissensstruktur (Elaborationsstrategien) sowie die Strategien zur Aufbereitung von Daten in eine verarbeitungsfreundliche Form (Organisationsstrategien). Concept-Mapping wird nun besonders mit der Anregung von Elaborations- und Organisationsstrategien in Verbindung gebracht, die eine notwendige Voraussetzung für bedeutungsvolles Lernen darstellen. Es wird angenommen, dass die Verknüpfung von Begriffen durch beschriftete Pfeile die Integration neuer Informationen in das Vorwissen unterstützt (Elaboration) und neue Informationen so aufbereitet werden, dass sie auf das Wesentliche reduziert werden (Organisation).

■ Die kognitive Ebene, die mit der Aufnahme, Verarbeitung und Speicherung von Informationen betraut ist (siehe oben), wird fortlaufend durch eine sogenannte Metaebene überwacht und gesteuert (Nelson/Narens 1996). Von dieser Metaebene gehen Planungs-, Überwachungs-, Steuerungs- und Evaluationsaktivitäten aus (sogenannte metakognitive Lernstrategien), die Prozesse der kognitiven Ebene zum Gegenstand der Reflexion beziehungsweise Manipulation machen. Die Methode des Concept-Mapping wird dabei insbesondere mit der Sequenzierung von Arbeitsabläufen und der Identifikation von Verständnisschwierigkeiten und Wissenslücken (augenscheinlich bei isolierten Begriffen, die nicht in die Gesamt-Map eingebunden sind) in Verbindung gebracht.

Empirische Befunde zeigen, dass Schüler:innen beim Erwerb von Zusammenhangswissen Hilfe benötigen.

■ Aus Paivios (1986) Doppelkodierungstheorie kann abgeleitet werden, dass die Informationsverarbeitung beim Lernen verbessert wird, wenn Informationen zugleich in verbalen (z. B. Wörter) und piktorialen Symbolsystemen (z. B. Abbildungen) kodiert werden. Für beide Symbolsysteme postuliert Paivio (1986) separate Gedächtnissysteme, ein verbales und ein nonverbales. Beide greifen auf unterschiedliche Ressourcen des kognitiven Systems zurück und können bei gleichzeitiger Bereitstellung verbaler und piktorialer Symbolsysteme simultan genutzt werden, ohne die Kapazitäten des jeweils anderen Gedächtnissystems einzuschränken. Für das Lernen aus Concept-Maps wird nun beansprucht, dass beide Gedächtnissysteme in die Informationsverarbeitung einbezogen werden, weil Concept-Maps sowohl verbale (z. B. Begriffe, Relationen) als auch piktoriale Symbolsysteme vorsehen (z. B. Distanzen zwischen Begriffen, die semantische Verwandtschaften anzeigen, oder sogar Bilder; Großschedl 2010).

WIE WERDEN CONCEPT-MAPS IM UNTERRICHT EINGESETZT?

Wie Concept-Maps in den Unterricht integriert werden, hängt von verschiedenen Entscheidungen ab, die ohne Anspruch auf Vollständigkeit zusammengefasst dargestellt werden:

Didaktischer Ort: Die Absicht, mit der eine Unterrichtsmethode eingesetzt wird, ist auch immer untrennbar mit der Entscheidung über ihren didaktischen Ort verbunden. Beabsichtigt die Lehrkraft, die Alltagsvorstellungen ihrer Schüler:innen zu erfassen oder deren Vorwissen zu aktivieren (Einstiegsphase), können Concept-Maps gemeinsam im Plenum (Nutzung der Tafel, Verwendung von Metaplankarten) oder in Kleingruppen konstruiert werden. Soll ein neuer Lerninhalt erschlossen werden (Erarbeitungsphase), bieten sich vorgefertigte Concept-Maps als Alternative zu Medien wie Texten oder Videos an. Es drängt sich aber auch die Konstruktion von Concept-Maps durch die Schüler:innen auf, wobei die erstellten Concept-Maps dann ein »Lernprodukt« (vgl. Leisen 2011) einer kompetenzorientierten Aufgaben darstellen. Als Lernprodukte geben sie Gelegenheit zu Feedback und Diskussion. Sollen dagegen Inhalte abschließend strukturiert und aufgezeigt werden, wie verschiedene Konzepte (auch die Konzepte mehrerer vorausgehender Unterrichtseinheiten) miteinander in Verbindung stehen, bietet sich eine Platzierung der Methode am Ende einer Unterrichtseinheit oder Unterrichtsreihe (Abschluss-/Sicherungsphase) an.

Person des Mappers und Restriktionsgrad: Vorgefertigte Concept-Maps dienen im Unterricht meist als reine Informationsquelle und sehen keine Beteiligung der Schüler:innen im Konstruktionsprozess vor. Mapping-Aufgaben machen dagegen in der Regel eine Konstruktion durch die Schüler:innen erforderlich. Dabei kann die Wahlfreiheit der Schüler:innen durch die Vorgabe von Begriffen, Verbindungswörtern oder der Map-Struktur eingeschränkt werden. Auf diese Weise lassen sich vielfältige binnendifferenzierte Aufgaben entwickeln, die inklusiven Schulrealitäten gerecht werden. Verkürzt dargestellt, verringert ein hoher Restriktionsgrad den Bearbeitungsaufwand und die kognitive Belastung der Schüler:innen und eignet sich daher eher für unerfahrene Mapper mit geringem Vorwissen (Gehl 2013).

Medium und Sozialform: Concept-Maps können traditionell in einem Papier-und-Bleistift-Format erstellt werden, sie können jedoch auch unter Nutzung geeigneter Softwarepakete auf dem PC oder Tablet konstruiert werden. Dabei bietet die softwaregestützte Konstruktion einer Concept-Map diverse Vorteile, die unter anderem die einfache Reorganisation der Struktur der Map betreffen. Diese ist zwar auch mit Haftnotizen (z. B. Post-it®) im Papier-und-Bleistift-Format umsetzbar, jedoch nur eingeschränkt praktikabel. Neben Autolayout- Funktionen bieten moderne Softwarelösungen darüber hinaus Möglichkeiten des kollaborativen Arbeitens an einer Concept- Map, die Integration von Bildern, Videos, Audiokommentaren etc. und die Einbettung von Hyperlinks, um zwischen unterschiedlichen Ebenen einer Concept-Map wechseln zu können beziehungsweise einzelne Begriffe weiter auszudifferenzieren. Ob die Concept-Map nun in Einzel-, Partner- oder Gruppenarbeit konstruiert wird, ist das Ergebnis der methodischen Analyse Ihrer Unterrichtsplanung.

Trainings im Concept-Mapping folgen oft einer Vermittlungsweise, die an das traditionelle Meister-Lehrlings-Verhältnis erinnert.

Testen Sie eine dreistündige Trainingseinheit zum Concept-Mapping für die Jahrgangsstufen 8 und höher. Unterrichtsmaterialien für Lehrkräfte und Lernmaterialien für Schüler:innen finden Sie zum Download unter: https://osf.io/48a5w/

WIE KANN CONCEPT-MAPPING TRAINIERT WERDEN?

Da Concept-Maps über eine recht einfache Struktur verfügen, ist die Frage, ob Concept-Mapping längerer Trainingsmaßnahmen bedarf, nicht einfach zu beantworten und wird teils kontrovers diskutiert. Trainingsmaßnahmen im Concept- Mapping beginnen meist mit einer instruktionalen Phase, in der kognitives und metakognitives Strategiewissen vermittelt werden. Kognitives Strategiewissen bezeichnet Kenntnisse über die Anwendung und Ausführung der neuen Lernmethode. Es betrifft unter anderem die Auswahl der Schlüsselbegriffe, die Verbindung der Schlüsselbegriffe zu einer Proposition und die Kennzeichnung der Leserichtung durch einen Pfeil (Novak/Cañas 2006). Metakognitives Strategiewissen bezeichnet Kenntnisse über die Anwendung einer Lernmethode und deren Nutzen (Schraw 1998). Die instruktionale Phase geht in den meisten Fällen in eine Übungsphase über, in der die Schüler:innen die neue Lernmethode selbst erproben. Um die Aufmerksamkeit der Schüler:innen auf den Konstruktionsprozess zu lenken, wird in dieser Phase ein Thema ausgewählt, das den Schüler:innen vertraut ist (Novak/Cañas 2006). Außerdem wird häufig eine Liste mit Schlüsselbegriffen vorgegeben, die den Konstruktionsprozess erleichtert. Um späteren Produktions- oder Nutzungsdefiziten vorzubeugen, bei denen verfügbares Strategiewissen nicht spontan beziehungsweise ohne Nutzen für die Schüler:innen eingesetzt wird, sollten die Schüler:innen bereits zu diesem Zeitpunkt generelle Techniken und Prinzipien der Selbstkontrolle einüben, die mit Leitfragen (regulatory checklist) unterstützt werden können (Schraw 1998; siehe auch Tabelle). Eine Diskussionsphase inklusive Feedback, in der die Erfahrungen und Probleme der Schüler:innen besprochen werden, schließt die Trainingsmaßnahme ab.

Trainings im Concept-Mapping folgen häufig einer Vermittlungsweise, die an das traditionelle Meister-Lehrlings-Verhältnis erinnert und als Cognitive Apprenticeship bezeichnet wird. Dabei fungiert die Lehrkraft in einer rein instruktionalen Phase zunächst als Rollenmodell, das die Methode selbst anwendet (Modeling). Anschließend leitet die Lehrkraft die Übungsphase ein und tritt dabei zunehmend in den Hintergrund (Fading). Während sie anfänglich den Mapping-Prozess noch stark anleitet (Coaching), greift sie später nur noch bei Bedarf steuernd ein (Scaffolding) und überlässt schließlich den Mapping-Prozess den Schüler:innen ganz selbst (Exploration). Dieses Vorgehen wird durch Artikulations- und Reflexionsprozesse abgeschlossen, die die Aufmerksamkeit der Schüler:innen steigern und den bewussten Umgang mit der Methode begünstigen (Kirschner/Hendrick 2020).

SIND CONCEPT-MAPS LERNWIRKSAM?

Die Datenbank ERIC (Education Resources Information Center) findet nach einer Schlagwortsuche weit mehr als 1000 wissenschaftliche Quellen, die sich mit der Methode des Concept-Mapping beschäftigen. Reviews und Metaanalysen fassen diese Quellen zusammen (z. B. Schroeder/Nesbit/Anguiano/Adesope 2018) und erlauben ein Plädoyer für die Nutzung von Concept-Maps. Concept-Maps sind lernwirksamer als viele andere Informationsquellen (z. B. Lehrkraftvorträge, Texte), die im Unterricht Verwendung finden. Sie sind aber auch vielen alternativen (konstruktiven) Lernmethoden (z. B. Schreiben, Diskussionsrunden) überlegen. Dabei scheint es gleichgültig zu sein, in welchem Fach Concept-Maps genutzt oder erstellt werden – so ergeben sich beispielsweise kaum Unterschiede zwischen den MINT-Fächern und anderen Fächern. Schüler:innen mit geringem Vorwissen oder schwachen (schrift-)sprachlichen Fähigkeiten scheinen von der Übersichtlichkeit von Concept-Maps in besonderem Maße zu profitieren, und auch die Empirie legt nahe, dass die Konstruktion von Concept-Maps im Vergleich zum Studium ausgearbeiteter Concept-Maps den Goldstandard festlegt. Dabei sollte die Konstruktion der Maps am besten aus dem Gedächtnis erfolgen und das in einer Map darzustellende Quellenmaterial während des Mapping-Prozesses zur Seite gelegt werden. Auf diese Weise können besonders lernförderliche Abrufprozesse ablaufen, die zu einer Verankerung der Lerninhalte im Gedächtnis und bedeutungsvollem Lernen beitragen. Es zeigt sich jedoch, dass Mapping erst trainiert werden muss, bevor es gewinnbringend in den Unterricht integriert werden kann, denn die Lernwirksamkeit des Concept-Mappings steigt mit zunehmender Vertrautheit im Umgang mit der Methode. Probieren Sie es aus – es bringt Abwechslung in Ihren Unterricht!

Nutzen Sie die kostenlose Software IHMC Cmap- Tools® zur Konstruktion von Concept-Maps. Sie kann im Webbrowser ohne Installation verwendet, aber auch auf lokalen Endgeräten (Windows, OS X, iPad und Linux) installiert werden. Download unter: https://cmap.ihmc.us

DR. JÖRG GROSSSCHEDL ist Juniorprofessor für Biologiedidaktik und bildet an der Universität zu Köln angehende Lehrkräfte aller Lehrämter aus. ↗ j.grossschedl@uni-koeln.de

LITERATUR

Gehl, Dagmar (2013): Concept Mapping als medienwissenschaftliche Methode. In: Gehl, Dagmar (Hrsg.): Vom Betrachten zum Verstehen. Berlin, S. 95–155.

Großschedl, Jörg (2010): Einfluss ausgewählter instruktionaler Maßnahmen auf Struktur und Niveau zellbiologischen Wissens. Berlin.

Großschedl, Jörg/Harms, Ute (2018): Metakognition – Denken aus der Vogelperspektive. In: Spörhase, Ulrike/Ruppert, Wolfgang (Hrsg.): Biologie Methodik. Berlin, S. 48–52.

Kirschner, Paul A./Hendrick, Carl (2020): »Cognitive Apprenticeship« Revisited. In: American Educator, 44, S. 37–40.

Leisen, Josef (2011): Kompetenzorientiert unterrichten. In: Unterricht Physik, 123/124, S. 4–10.

Nelson, Thomas O./Narens, Louis (1996): Why Investigate Metacognition? In: Metcalfe, Janet/Shimamura, Arthur P. (Hrsg.): Metacognition: Knowing about Knowing. Cambridge, S. 1–25. Novak, Joseph D./Cañas, Alberto J. (2006): The Theory Underlying Concept Maps and How to Construct Them. Abrufbar unter: www.researchgate.net/publication/215439441_The_Theory_Underlying_Concept_Maps_and_How_to_Construct_Them (zuletzt abgerufen am 10.08.2021).

Paivio, A. (1986): Mental Representations: A Dual Coding Approach. Oxford.

Schraw, Gregory (1998). Promoting General Metacognitive Awareness. In: Instructional Science, 26, S. 113–125.

Schroeder, Noah L./Nesbit, John C./Anguiano, Carlos J./Adesope, Olusola O. (2018): Studying and Constructing Concept Maps: A Meta-Analysis. In: Educational Psychology Review, 30, S. 431–455.