Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Biosensortechnologie findet diese in einer Vielzahl neuer und spannender Forschungsbereiche Anwendung. Die Miniaturisierung der Sensoren, die drahtlose Datenübertragung und die Fortschritte in der automatisierten Signalverarbeitung haben es einfacher und kostengünstiger denn je gemacht, multimodale physiologische Daten zu erfassen und diese zum Verständnis des menschlichen Verhaltens zu nutzen.
Eine ähnliche Begeisterung herrschte in den Anfängen der Computerprogrammierung, als Computer immer leistungsfähiger und kostengünstiger wurden. Doch genau zu dieser Zeit entstand auch das Sprichwort „Garbage in, garbage out“, um zu beschreiben, dass fehlerhafte Eingabedaten in einem Computerprogramm zu ebenso unsinnigen Ausgabedaten führen würden [1].
Dieser allgemeine Grundsatz hat ähnliche Auswirkungen auf die Forschung zum menschlichen Verhalten. Unabhängig von den Fortschritten in der Biosensorik werden Schlussfolgerungen, die auf wackeligen empirischen Grundlagen beruhen, einer wissenschaftlichen Überprüfung nicht standhalten. Daher kann die Möglichkeit für Pädagogen, kritisches Denken und die Werte der wissenschaftlichen Forschung zu fördern, dazu beitragen, eine zukünftige Generation von Forschern im Bereich des menschlichen Verhaltens heranzubilden, die auf strengen Forschungsmethoden basiert. Mit anderen Worten: Exzellenz am Anfang, Exzellenz am Ende.
Im Folgenden stellen wir Ihnen 5 Unterrichtstipps vor, die Ihnen dabei helfen können, ein positives und optimales Lernumfeld für Ihre Schüler zu schaffen und die Wirkung Ihres Unterrichts zu maximieren.
1. Theoretische Konzepte mit praktischen Anwendungen verknüpfen
Wenn man theoretische Konzepte aus den Seiten eines Lehrbuchs herausholt und in die Praxis umsetzt, kann dies dazu beitragen, die Schüler zu motivieren und das Behalten des Gelernten zu fördern [2]. Als Pädagoge besteht ein Ansatz, um solche Verbindungen stärker herzustellen, darin, über nicht offensichtliche, praktische Anwendungsmöglichkeiten nachzudenken – sowohl große als auch kleine.
Nehmen wir das Beispiel des physiologischen Phänomens, bei dem eine übermäßige Atmung mit kurzzeitigen Veränderungen der Erregung einhergeht, die mithilfe eines Sensors zur Messung der elektrodermalen Aktivität (EDA) erfasst werden können.
Theoretisches Konzept: Das freiwillige Einatmen und anschließende Anhalten des Atems beim Menschen führt zu einem vorübergehenden Anstieg der Erregung (Stress), der mit einem Anstieg der Hautleitfähigkeit (SCL) einhergeht [3].
Praktische Anwendung: Diese Phänomene können als Überprüfungsschritt genutzt werden, wenn ein Studienteilnehmer vor Beginn der Datenerhebung mit Sensoren ausgestattet wird. Auf diese Weise kann ein Forscher eine natürliche körperliche Reaktion nutzen, um sicherzustellen, dass die Elektroden des EDA-Sensors aussagekräftige physiologische Informationen erfassen.
Dieses Beispiel verdeutlicht, wie ein kleines Konzept von den Schülern auf praktische Weise genutzt werden kann, um ein umfassenderes Verständnis der Physiologie zu entwickeln. Wenn man Informationen anschaulich vermittelt, macht das Lernen mehr Spaß, lässt sich besser auf die reale Welt beziehen und ist leichter zu verstehen.
2. Geben Sie Beispiele anhand von Datenvisualisierungen aus der Praxis
Nahezu alle Konzepte der Verhaltensforschung lassen sich zwar in Worten beschreiben, doch viele bleiben schwer fassbar, wenn sie nicht auf irgendeine Weise visualisiert werden. Man denke beispielsweise an Wahrnehmungsverzerrungen beim Menschen, die bekanntermaßen schwer zu beobachten und zu erklären sind, da sie der bewussten Verarbeitung oder subjektiven Erfahrung weitgehend verborgen bleiben.
Hier folgt eine textliche Erläuterung der wichtigsten visuellen Aufmerksamkeitsverzerrungen [4, 5, 6]:
- Gelenkte Aufmerksamkeit ist die Tendenz, den Blick einer Person zu erwidern, die ein Objekt innerhalb einer Szene betrachtet.
- Der „Social Cues Bias“ ist die Tendenz, den Blick auf Objekte zu richten, die in einer Szene soziale Informationen vermitteln.
Betrachten wir nun, wie sich diese Aspekte in den Eye-Tracking-Daten einer Forschungsstudie widerspiegeln, in der 90 Teilnehmern statische Bilder gezeigt wurden.
Soziale Hinweise, visualisiert anhand einer statischen „Bienen-Schwarm“-Wärmekarte aller Blickfixationen aller Studienteilnehmer:
Es ist wichtig, ein umfassendes Verständnis dieser Verzerrungen zu fördern, da sie universell auftreten und – wenn sie nicht berücksichtigt werden – die Versuchsergebnisse unbeabsichtigt beeinflussen können. Eine bloße Beschreibung reicht jedoch bei weitem nicht aus, um sie zu erklären; viel aussagekräftiger ist es, sie anhand von Datenvisualisierungen in Aktion zu erleben. Sehen hilft nicht nur beim Glauben, sondern auch beim Verstehen.
3. Setzen Sie sokratische Fragetechniken ein, um kritisches Denken zu fördern
Im Kern basiert das Lernen der Schüler im Fach Experimentelle Psychologie auf der Notwendigkeit, Phänomene an der Schnittstelle von Physiologie und Psychologie zu erklären. In einem forschungsorientierten Unterricht bieten Lehrkräfte den Schülern so viele Gelegenheiten wie möglich, eigene Erklärungen und Argumente zu entwickeln und diese anschließend anhand von Belegen zu bewerten.
Eine wirkungsvolle Methode, um diesen Prozess zu fördern, ist der gezielte Einsatz der sokratischen Fragetechnik im Rahmen offener Lernerfahrungen. Dieser Ansatz, der erstmals vom antiken griechischen Philosophen Sokrates vertreten wurde, ermöglicht es den Schülern, Antworten selbst zu finden, anstatt dass diese von einem Lehrer vorgegeben werden.
In der Biosensor-Forschung können Strategien wie Nachfragen, Anleiten und Umlenken dazu beitragen, ein grundlegendes Verständnis schwieriger Konzepte zu festigen.
Betrachten wir einen grundlegenden Aspekt vieler Forschungsstudien: Biosensordaten, die das Verhalten einer kleinen Gruppe von Personen beschreiben, werden herangezogen, um Rückschlüsse auf das Verhalten der gesamten Bevölkerung zu ziehen.
Einer der entscheidenden Faktoren, der die Gültigkeit dieser Schlussfolgerung entweder ermöglicht oder einschränkt, ist die Anzahl und Repräsentativität der Personen in der Stichprobe. Die Schüler können auf vielfältige Weise befragt werden, um die zugrunde liegenden Annahmen darüber aufzudecken, inwiefern sich ihre eigenen emotionalen Erfahrungen mit denen anderer Personen oder der Gesamtbevölkerung decken.
Ohne vorherige Erfahrung in der Datenerhebung und -analyse neigt man oft dazu anzunehmen, dass die Daten eines einzelnen Teilnehmers repräsentativ für die gesamte Stichprobe sind oder dass die gesamte Stichprobe repräsentativ für die gesamte Grundgesamtheit ist. Durch sokratische Fragestellungen lernen die Studierenden, zwischen dem, was sie wissen und verstehen, und dem, was sie nicht wissen oder verstehen, zu unterscheiden.
4. Stellen Sie einen Bezug zum wissenschaftlichen Forschungsprozess her
Beim Erlernen komplexer Konzepte fällt es den Schülern oft schwer, die einzelnen Teile in einen größeren Zusammenhang einzuordnen und zu verstehen, wie diese miteinander zusammenwirken. Daher ist es wichtig, die Details in einem nachvollziehbaren Rahmen darzustellen, damit die volle Bedeutung verstanden werden kann.
Das folgende Beispiel veranschaulicht dies im Zusammenhang mit der biosensorbasierten Forschung. Während eine biosensorische Forschungsstudie mit einer empirisch fundierten Fragestellung beginnt und mit einer evidenzbasierten Schlussfolgerung endet, sind die dazwischenliegenden Schritte oft komplex.
Für Studierende, die zum ersten Mal mit den Feinheiten der Versuchsplanung, der Datenerhebung und der Analysetechniken in Berührung kommen, kann es schwierig sein, sich den gesamten Prozess vorzustellen.
Wenn man das Gespräch wieder auf ein Modell des Forschungszyklus zurückführt, kann dies dazu beitragen, Verfahrenslücken zu schließen, die normalerweise erst nach umfangreicher praktischer Erfahrung bei der Durchführung von Forschungsstudien verständlich werden.
Die Verwendung eines Modells wie dem unten dargestellten bietet sowohl Lehrenden als auch Lernenden einen gemeinsamen Bezugsrahmen, an dem sie Unterrichtseinheiten, Übungen und Diskussionen ausrichten können. Auch wenn Vereinfachungen unvermeidlich sind, veranschaulicht eine Prozessdarstellung die Richtungsabhängigkeit, die Beziehungen und die Verflechtungen der verschiedenen Komponenten im Verlauf des Prozesses und fördert ein systemisches Verständnis, das letztlich zu proaktivem Denken und Planen bei der Durchführung einer Forschungsstudie führt.
5. Die Werte der wissenschaftlichen Forschung durchgängig stärken
Auf höchster Ebene vermittelt die Ausbildung in einem wissenschaftlichen Fachgebiet eine Reihe von Werten für die wissenschaftliche Forschung, die über einzelne Themen oder Branchen hinausgehen und die Studierenden während ihrer gesamten Laufbahn als analytische Denker begleiten.
Diese Werte wurden vom National Research Council der Vereinigten Staaten im Zusammenhang mit der MINT-Bildung (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik) konkretisiert [7]:
- Anerkennung der Bedeutung des logischen Denkens
- Präzision
- Aufgeschlossenheit
- Objektivität
- Skepsis
- Eine Voraussetzung für transparente Forschungsverfahren und eine ehrliche Berichterstattung über die Ergebnisse
Die Förderung einer forschenden Denkweise und die Vermittlung der ethischen Grundlagen wissenschaftlicher Forschung sind ebenso wichtig wie die Schulung im Umgang mit Sensoren und Datenanalysetechniken. Im Idealfall werden die Studierenden die Bedeutung dieser Werte erst nach praktischen Erfahrungen mit der wissenschaftlichen Methode zu schätzen wissen.
Eine explizite Auseinandersetzung mit jedem einzelnen Wert kann jedoch selbst den erfahrensten Studierenden zugutekommen. Diese Übung dient zudem dazu, die Verflechtung aller Werte untereinander sowie die Eigenschaften eines gesunden Systems des wissenschaftlichen Diskurses zu veranschaulichen.
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Literaturverzeichnis
[1] „Die Arbeit mit neuen elektronischen ‚Gehirnen‘ eröffnet neue Perspektiven für Mathematik-Experten der Armee“. The Hammond Times. S. 65. Abgerufen am 20. Mai 2019 – via Newspapers.com.
[2] Korwin, A. R., & Jones, R. E. (1990). Fördern praxisorientierte, technologiebasierte Aktivitäten das Lernen, indem sie kognitives Wissen und die Merkfähigkeit stärken? Journal of Technology Education, 1(2), 39–50.
[3] Boucsein, W. (1992). Elektrodermale Aktivität. New York: Plenum.
[4] Fashler, S. R., Katz, J. (2014). Mehr als man auf den ersten Blick sieht: Verzerrungen der visuellen Aufmerksamkeit bei Personen, die über chronische Schmerzen berichten. J Pain Res, 7:557–570.
[5] Deltomme, B., Mertens, G., Tibboel, H. & Braem, S. (2017). Angeleitete Angstreize beeinflussen die visuelle Aufmerksamkeit. Acta Psychologica. https://doi.org/10.1016/j.actpsy.2017.08.010
[6] Yang Z, Jackson T, Gao X, Chen H. (2012). Identifizierung selektiver Verzerrungen der visuellen Aufmerksamkeit im Zusammenhang mit der Angst vor Schmerzen durch die Verfolgung von Augenbewegungen im Rahmen eines Dot-Probe-Paradigmas. Pain, 153(8):1742-1748.
[7] Kennedy, T. J., & Odell, M. R. L. (2014). Schüler für die MINT-Bildung begeistern. Science Education International, 25(3), 246–258.
