Förderung kognitiver Flexibilität

Die Cognitive Flexibility Theorie (vgl. Spiro, Coulson, Feltovich & Anderson, 1988) betrifft in erster Linie das Lernen bei komplexen Sachverhalten. Kognitive Flexibilität zeichnet sich durch folgende fünf Merkmale aus:

• Es werden mehrere mentale Modelle verwendet.
• Wissenselemente sind untereinander stark und vielschichtig verknüpft.
• Beim Lernen sollte der Aufbau von Schemata unterstützt werden.
• Anwendungsbezüge sind zentral für ein konzeptuelles Verstehen.
• Mitbestimmtes Lernen sowie tutorielle Betreuung fördern ein Verständnis in komplexen Themengebieten.

Um im Physikunterricht kognitive Flexibilität zu erreichen, bieten sich folgende Ansätze an.

Umstrukturierung

Unterschiedlich strukturierte Darstellungen desselben Sachverhalts helfen dem Lerner oft das Gelernte flexibel anzuwenden.

Mit folgender Animation kann durch Umstrukturierung ein flexibler Umgang mit Widerstandsschaltungen angeregt werden. 

 

Vier Widerstandsschaltungen, die durch Umstrukturierung ineinander überführt werden können.

Ein anderes Beispiel behandelt die wirkenden Kräfte an der schiefen Ebene. In der Animation können der Winkel der schiefen Ebene, sowie die Gewichtskraft variiert werden. Hierzu klicken Sie bitte unten auf die entsprechenden Schaltflächen. Durch einen Klick auf Winkel prüfen, wird der Anwender mit einer Animation beim Vergleich der beteiligten Winkel visuell unterstützt. Die kognitive Flexibilität im Umgang mit ähnlichen Dreiecken bei der Kräftezerlegung wird somit gefördert. 

Animation zu den wirkenden Kräften an einer schiefen Ebene. Eine größere Version der Animation finden sie unter Link.

Vergleichende Zusammenstellungen

Es kann auf höherem Lernniveau oft sinnvoll sein, die Lerner mit verschiedenen Repräsentationen eines Sachverhaltes zu konfrontieren. Durch ihren Vergleich werden Zusammenhänge klarer und der Aufbau kognitiver Flexibilität unterstützt.

In der Elektrostatik bietet sich dieses Prinzip beispielsweise an, um flexible Vorstellungen zum elektrischen Feld zu bilden. Hierfür eignet sich nachfolgende Simulation, in der man für beliebige Ladungskonfigurationen zwischen unterschiedlichen Darstellungen des elektrischen Feldes wechseln kann.

Simulation zur Darstellung des E-Feldes beliebiger Ladungskonfigurationen. Zum Starten der Applikation bitte das Bild klicken. 

Literaturangaben:
Spiro, R. J., Coulson, R. L., Feltovich, P. J., & Anderson, D. K. (1988). Cognitive flexibility theory advanced knowledge acquisition in ill-structured domains (S.1-20), Technical Report No. 441. University of Illinois at Urbana-Champaign.