Erwerb von Problemlösefähigkeit durch Lernumgebungen

Die zunehmende Globalisierung und der voranschreitende Übergang zur Informationsgesellschaft bringen Änderungen in sämtlichen Bereichen des Lebens der Menschen mit sich. Systemtheoretisch betrachtet bedeutet Globalisierung, dass verschiedene Teilsysteme (z.B. Staaten, Unternehmen etc.) eine stetig ansteigende Zahl von Interaktionsbeziehungen zu anderen Teilsystemen aufbauen. Des Weiteren beschließen viele Teilsysteme, sich zu größeren Systemen zusammenzuschließen (z.B. Europäische Union, weltweite Konzerne usw.). Dadurch entstehen sehr komplexe Systeme, die wiederum noch komplexere Gesamtsysteme bilden. Der Umgang mit dieser Komplexität erfordert erhebliche Kompetenz im Bereich des systemischen Denkens. Die Lenkung komplexer Systeme allein auf Basis kausaler Wirkungszusammenhänge hat meist fatale Folgen. Wesentlich hilfreicher ist hier das Denken in Zusammenhängen (siehe u.a. [Dörn01]).

Die konstruktivistisch ausgerichtete Kognitionsforschung³ ist zum großen Teil auf die Arbeiten von PIAGET zurückzuführen. In diesen Arbeiten wird festgestellt, dass jedes Subjekt seine Begriffe und das Bild seiner Lebensumwelt selbst konstruiert (siehe [Glas97, 41]). Die von PIAGET entwickelte genetische Erkenntnistheorie beschäftigt sich sowohl mit dem Erwerb als auch mit der Bedeutung des Wissens. Aus PIAGETs Sicht liegt die Bedeutung bzw. der Wert des Wissens darin, dem Subjekt ein erfolgreiches Handeln zu ermöglichen. Wissen ist Werkzeug und nicht die korrekte Abbildung der Realität. Somit stellt Wissen ein Instrument zur Durchführung zielgerichteter Handlungen in einer real existierenden Welt dar (siehe [Glas97, 43]).

Problemlösen stellt einen Sonderfall des Handelns dar. Im Allgemeinen bezeichnet man als Handlungsfähigkeit, oder synonym Handlungskompetenz, „die Gesamtheit der einer Person zur Verfügung stehenden Handlungskonzepte und Handlungsschemata“ [Edel00, 205].⁵⁴ Die Problemlösefähigkeit einer Person setzt sich aus allen Handlungsschemata zusammen, welche sie für das Lösen von Problemen einsetzen kann. Im Folgenden wird zunächst der Begriff des Problems analysiert und darauf aufbauend die für das Lösen von Problemen notwendigen Handlungen — das sog. Problemlösen — dargestellt.

Eine Lernumgebung umfasst alle Aufgaben und Aufgabenträger, die das Lernen einer Person direkt oder indirekt unterstützen (siehe Abschnitt 2.2.2). Dies bedeutet, dass jede Lernumgebung Lernunterstützungsleistungen generiert und an den Lerner abgibt (siehe Abbildung 75).

In diesem Abschnitt wird ein Framework für die Erstellung von Experimentierumgebungen entwickelt. Experimentierumgebungen sind maschinelle Aufgabenträger für die Durchführung problemorientierter Lernsettings (vgl. Abschnitt 3.4). Somit stellen Experimentierumgebungen spezielle Anwendungssysteme dar. Aus softwaretechnischer Sicht besteht jedes Anwendungssystem aus einer Menge miteinander interagierenden Komponenten (vgl. u.a. [Balz96, 866]). Da im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine objektorientierte Programmiersprache verwendet wird, liegen diese Komponenten in Form von Objekten vor. Ein Objekt ist die Instanz eines bestimmten Objekttyps und interagiert mit Hilfe von Nachrichten mit anderen Objekten (siehe im Folgenden [FeSi01, 294ff]). Jeder Objekttyp kapselt seine internen Datenobjekttypen und Operatoren. Nach außen sind lediglich Name und Wirkung der öffentlichen Operatoren bekannt. Deren Implementierung wird jedoch nicht weitergegeben. Zusätzlich besitzen Objekttypen die Eigenschaft der Vererbung. Durch Ableitung — das sog. Spezialisieren — erbt ein Objekttyp alle Datenobjekttypen und Operatoren von seinem Vorgänger. Eine weitere Eigenschaft von Objekten ist der Polymorphismus. Polymorphismus bedeutet, dass die Wirkung einer Nachricht, die zu einem Objekt versendet wird, abhängig vom jeweiligen Kontext, d.h. vom Typ des Empfängerobjektes, ist.

Der gesellschaftliche Wandel führt zu erheblichen Änderungen in vielen Bereichen der Lebensund Arbeitswelt. Die Individuen müssen in der Lage sein, in einer immer komplexeren und dynamischeren Umwelt erfolgreich agieren zu können. Hierzu ist es notwendig, dass sie über ausreichend Kompetenz im Bereich des systemischen Denkens, d.h. des Denkens in Zusammenhängen, verfügen. Der Erwerb dieser Fähigkeit erfordert viel praktische Übung. Ein wichtiger Bestandteil des Trainings ist das Handeln in komplexen Problemsituationen und die Reflexion von durchgeführten Entscheidungen. Problematisch ist jedoch, dass falsche Entscheidungen oft aufgrund erheblicher Zeitverzögerung zwischen Ursache und Wirkung nur schwer erkennbar sind. Deshalb bietet sich das Üben in Form von Spielen an. So sind die unterschiedlichsten Arten von Spielen (Planspiele, Rollenspiele etc.) wesentlicher Bestandteil problemorientierter Lernsettings. Die Effizienz und Effektivität dieser Lernsettings lässt sich erheblich steigern, wenn die Durchführung mit Hilfe der IuK-Technologie erfolgt. Die IuK-Technologie erlaubt es, beliebig komplexe Situationen zu simulieren und deren Parameter relativ einfach und schnell zu variieren. Zudem bieten Simulationen die Möglichkeit, durch Zeitraffer den Lerner direkt mit den Konsequenzen seiner Handlungen zu konfrontieren. Dadurch werden Fehler wesentlich augenscheinlicher, als dies in realen Situationen der Fall ist.