Lehren, Lernen und Bildung metaphorisch verstehen/ Denkwerkzeuge/ Didaktische Modelle/ Kybernetisch-informationstheoretische Didaktik

Vorbemerkung/Einleitung

Die kybernetisch-informationstheoretische Didaktik versucht, technisch-wissenschaftliche Methoden auf den menschlichen Bereich der Erziehung anzuwenden. Sie geht auf Felix von Cube zurück, der sie in den 1970er Jahren entwickelte. Dabei werden Grundlagen und Begriffe aus der Kybernetik und der Informationstheorie herangezogen.

Gegenstandsbereich

Die kybernetisch-informationstheoritische Didaktik untersucht Gesetzmäßigkeiten, auf denen das Lernen basiert. Außerdem hat sie die Absicht für alle denkbaren Lernziele die optimalen Handlungsanweisungen zu erstellen. Sie beschäftigt sich damit, wie Lernprozesse gesteuert werden können, um ein vorgegebenes Lernziel zu erreichen. Dabei greift sie auf Begriffe und Methoden der Kybernetik (Steuermannskunst) und der Informationstheorie zurück. Die kybernetisch-informationstheoretische Didaktik ist Teilbereich der kritisch-rationalen Erziehungswissenschaft. Sie leistet einen vor allem theoretischen Beitrag zu den Erziehungswissenschaften und liefert Werkzeuge für die Unterrichtsplanung. Anwendungen der kybernetisch-informationstheoretischen Didaktik finden sich in Lernprogrammen und in programmierten Trainings für Verkehrs- oder Sporterziehung wieder (vgl. von Cube 1997).

Kybernetische Methoden werden in drei Bereichen auf die Erziehungswissenschaften angewandt (vgl. von Cube 1997):

Beschreibung von Erziehen oder Lehren als Regelung. Daher wird der Regelkreis, der ein Werkzeug der Kybernetik darstellt, herangezogen.
Die Verwendung von informationstheoretischen Methoden auf den Gegenstand Lernen. Dabei wird Lernen als Abbau subjektiver Information aufgefasst.
Programmierung rückgekoppelter Lernsysteme (Lernprogramme)

Analytische Dimension

In der Kybernetik ist eine Regelung ein ständig zu korrigierender, zielgerichteter Steuerungsprozess. Das lässt sich gut am Beispiel der Temperaturregelung erklären.

Es gibt einen von außen gegebenen Sollwert (z.B. 20°C). Dieser soll durch den Regelungsvorgang eingestellt werden. Der Regler ist hier eine elektronische Schaltung. Er kann die Befehle „öffnen“ und „schließen“ an das Stellglied, einen mechanischen Schieber, geben. Dieses Stellglied kontrolliert den Warmwasserzufluss zum Heizkörper und übt damit Einfluss auf die eigentliche Regelgröße aus. Die eigentliche Regelgröße ist die Raumtemperatur. Sie wird durch das Warmwasser im Heizkörper gesteuert. Dazu kommen Störfaktoren, wie z.B. offene Fenster. Der Messfühler ist hier ein Thermometer, das die aktuelle Raumtemperatur misst („Ist-Wert“). Der Regler vergleicht diesen mit dem vorgegebenen Sollwert und beginnt bei Bedarf den nächsten Regelungsvorgang.

Diesen Prozess überträgt von Cube (1997, S.59) auf die Erziehung und die Ausbildung. Die Sollwerte sind dabei von außen vorgegebene Lernziele. Als Regler fungiert ein Lehrer oder Ausbilder als Planer der Lehrstrategie. Dem Stellglied entsprechen Personen oder Medien, die das Lernverhalten beeinflussen und der Durchführung der Lehrstrategien dienen. Das Regelobjekt ist der Adressat, also der Lernende. Er wird durch Störgrößen, welche innere und äußere Einflüsse darstellen, zusätzlich beeinflusst. Als Messfühler dienen Lernkontrollen. Anhand der Ergebnisse dieser Lernkontrollen wird der Lernzustand festgestellt. Stimmen Istwert und Sollwert nicht überein, so werden die Lehrstrategien angepasst und ein neuer Kreislauf beginnt. Falls der Sollwert erreicht ist, so ist dieser Regelvorgang abgeschlossen und es werden neue Ziele gesetzt.

Felix von Cube (1997, S.61) bemerkt ausdrücklich: „Der Regelkreis der Erziehung (Ausbildung) ist kein Personen- oder Positionsschema, sondern ausschließlich ein Funktionsschema: Die einzelnen Instanzen können sowohl von unterschiedlichen Personen besetzt werden als auch (im Extremfall) von einer einzigen.)“ Ferner wird angemerkt, dass die Verhaltensänderung der Adressaten durch Lernen erfolgen soll und nicht durch eine veränderte Reizsituation.

Nach Blankertz (2000, S.55) kommt durch die Kybernetik zu den umweltverändernden Prinzipien Materie und Kraft als drittes Prinzip die Information dazu. Der Regelkreis wird als Kreislauf von Aufnahme, Speicherung, Reproduktion und Verarbeitung von Nachrichten gesehen. Dadurch ist die Kybernetik unlösbar mit der Informationstheorie verbunden. Ihre Probleme lassen sich im Prinzip mit Hilfe von elektronischer Datenverarbeitung lösen. Fasst man Lernen - wie in der kybernetischen Didaktik - als Sonderfall von gesteuertem Verhalten auf, so ist Lernen eine Art von Nachrichtenverarbeitung (vgl. Blankertz 2000, S.55).

Exkurs zum Behaviorismus

Das geht wiederum in Richtung des Behaviorismus. Darunter versteht man in der Lernpsychologie die Theorie, dass das Lernen nur von außen gesteuert wird und als ein Reiz-Reaktions-Schema abläuft. Was im Inneren vorgeht interessiert nicht, sondern auf äußere Anreize folgen vorhersehbare Reaktionen. Ein bekanntes Beispiel ist die Konditionierung des Pawlowschen Hundes.

Auf dem Behaviorismus aufbauend entwickelte Skinner 1954 den sogenannten „programmierten Unterricht“. Seine Lehrprogramme zeichnen sich aus durch

Individualisierung
Zerlegung in kleinste Schritte
sofortige Rückmeldung zum Lernerfolg

Von Crowder wurde dieses Einweg-Programm in ein verzweigtes Programm („multiple choice“) umgestaltet.

Exkurs zur Informationstheorie

In der Informationstheorie beschäftigt man sich mit dem Informationsgehalt von Nachrichten. Um das mathematisch zu fassen, muss man sich klar machen, dass ein seltenes Zeichen wesentlich mehr Information beinhaltet als ein häufig auftretendes Zeichen. Erkennen kann man das beispielsweise daran, dass ein Text, der nur die seltenen Buchstaben enthält, noch relativ gut verständlich ist, während ein Text, der nur die häufigsten Buchstaben enthält, kaum zu entziffern ist. Das sei an folgendem Beispiel aus Gallenbacher, S126/127 demonstriert:

Dem folgenden Text fehlen die seltenen Buchstaben, so dass nur die 244 häufigsten Buchstaben übrig geblieben sind:

an atte ieen are ei eine errn eient, a ra er u i 'err, eine eit it eru, nun ote i erne ieer ei u einer utter, et ir einen on.' er err antortete 'u at ir treu un eri eient, ie er ient ar, o o er on ein,' un a i ein tü o, a o roß a anen o ar. an o ein Tüein au er Tae, iete en uen inein, ette in au ie uter un ate i au en e na au.

Im zweiten Beispiel wurden aus demselben Originaltext die häufigen Buchstaben entfernt, so dass nur die 244 seltenen Buchstaben übrig geblieben sind:

Hns htt sbn Jhr b snm Hrrn gdnt, d sprch r z hm 'Hrr, mn Zt st hrm, nn wllt ch grn wdr hm z mnr Mttr, gbt mr mnn Lhn.' Dr Hrr ntwrtt 'd hst mr tr nd hrlch gdnt, w dr Dnst wr, s sll dr Lhn sn,' nd gb hm n Stck Gld, ds s grß ls Hnsns Kpf wr. Hns zg n Tchln s dr Tsch, wcklt dn Klmpn hnn, stzt hn f d Schltr nd mcht sch f dn Wg nch Hs.

Wie man sieht, ist der zweite Text deutlich besser verständlich. Hier noch der zugrunde liegende Originaltext der Gebrüder Grimm:

Hans hatte sieben Jahre bei seinem Herrn gedient, da sprach er zu ihm 'Herr, meine Zeit ist herum, nun wollte ich gerne wieder heim zu meiner Mutter, gebt mir meinen Lohn.' Der Herr antwortete 'du hast mir treu und ehrlich gedient, wie der Dienst war, so soll der Lohn sein,' und gab ihm ein Stück Gold, das so groß als Hansens Kopf war. Hans zog ein Tüchlein aus der Tasche, wickelte den Klumpen hinein, setzte ihn auf die Schulter und machte sich auf den Weg nach Haus.

Dieses Beispiel soll plausibel machen, dass nach Shannon der Informationsgehalt I(x) eines Zeichens x definiert ist als

I(x)=\log _{2}\left({\frac {1}{p_{x}}}\right)=-\log _{2}(p_{x})

(vgl. Blankertz 2000, S.77).

Dabei ist p(x) die relative Häufigkeit (= Wahrscheinlichkeit) des Zeichens x. Der duale Logarithmus drückt die Anzahl der Stellen aus, die man braucht um diese Zahl im Binärsystem darzustellen.

Als Entropie bezeichnet man den mittleren Informationsgehalt. Dieser Begriff wurde aus der Thermodynamik übernommen. Dort kann die Entropie in geschlossenen Systemen nicht abnehmen. In einem gewissen Sinne beschreibt sie das Maß von Unordnung. In der Informationstheorie streben hingegen die Prozesse von der Ungewissheit zur eindeutigen Gewissheit oder Ordnung. Da das dem Gegenteil der Entropie in der Thermodynamik entspricht, redet man auch von „negativer Entropie“ oder „Negentropie“. (Blankertz 2000, S.80)

Je geordneter ein System ist, desto weniger Information enthält es. Ein gelöstes Problem oder ein auswendig gelernter Text enthalten keine Information. In diesem Sinne wird Lernen als Abbau von subjektiver Information betrachtet. Ein weiterer Begriff ist die Redundanz, die komplentär zur Entropie ist. Lernen ist dann als Abbau von Information zugleich eine Zunahme der subjektiven Redundanz. (Blankertz 2000, S.81)

Normative Dimension

Die kybernetisch-informationstheoretische Didaktik beschreibt den Erziehungsprozess als einen Regelungsprozess. Außerdem wird die Auffassung vertreten, dass Erziehung hauptsächlich Information ist. Darauf stützt sich die Annahme, dass der Regelkreis, wie bereits in der analytischen Dimension beschrieben, auf didaktische Vorgänge übertragen werden kann. Hieraus soll eine bessere Erfassung der didaktischen Vorgänge erfolgen und so eine bessere Steuerung dieser ermöglicht werden (vgl. Peterßen 2001, S. 187).

Genauer gesagt soll durch informationstheoretische Methoden eine Optimierung von Lernstrategien erlangt werden. Laut von Cube kann so die Strukturierung eines Textes bestimmt werden, der für den Lernenden die optimale Darstellung von Informationen enthält. Ebenso sei es möglich die benötigte Anzahl der Wiederholungen bis zur Speicherung zu berechnen (vgl. von Cube 1997, S. 69). Des Weiteren könne die kybernetisch-informationstheoretische Didaktik zur Planung des Unterrichts herangezogen werden. Durch das Aneinanderreihen mehrerer Regelkreise entsteht ein Netzplan für den Unterricht, der sich laut von Cube in der Praxis bereits bewährt hat (vgl. von Cube 1997, S.71). Ein weiterer Anwendungsbereich befindet sich in der Mediendidaktik. „Dabei wird versucht, geläufige Codierungen (z.B. Die Codeierung der Wirklichkeit durch AV- Medien, die Codierung abstrakter Zusammenhänge durch digitale Medien oder Schemata) zu präzisieren und zu optimieren. Dadurch wird die Lernwirkung der codierten Lernstrategien erhöht.” (von Cube 1997, S. 69).

Kritik

Ein Problem bei der konkreten Anwendung der kybernetisch- informtionstheoretischen Didaktik entsteht durch die Ausklammerung der Zielfrage, sowie die Vernachlässigung der Frage nach dem Sinn und der Rechtmäßigkeit dieser Ziele. Weiterhin werden die eigenen Ideen oder Lösungsansätze sowie die Eigeninitiative des Lernenden ausgeblendet (vgl. Blankertz 2000, S. 52-54).

Literatur

Blankertz, Herwig (2000): Theorien und Modelle der Didaktik, 14. Aufl., Juventa Verlag, München.

Gallenbacher, Jens (2012): Abenteuer Informatik, 3. Aufl., Springer-Verlag, Berlin Heidelberg.

Müller, Axel (1999): Kybernetisch-informationstheoretische Didaktik, Johann Wolfgang Goethe-Universität, Frankfurt. http://www.mightymueller.de/texte/pdf/kyberdid.pdf (1.12.2015)

Peterßen, Wilhelm H. (2001): Lehrbuch Allgemeine Didaktik, Oldenbourg Schulbuchverlag, München.

von Cube, Felix (1997): Die kybernetische-informationstheoretische Didaktik. In: Gudjons (Hrsg.) & Winkel (Hrsg.): Didaktische Theorien. Bergmann + Helbig;