Referat Kognitivistische Lerntheorien und Tutoren

Kognitivistische Lerntheorien und Tutoren

Die Grundlage der kognitivistischen Lernforschung bildet die Kategorisierung von Wissen. Desweiteren wird die Formulierung operationalisierbarer Lernziele in den Mittelpunkt gerückt. In der Nachfolge der behavioristischen Lerntheorien soll also auch hier die Überprüfbarkeit eines Lernziels festgeschrieben werden. Die Anforderungen an solche Lernprogramme sind schon wesentlich komplexer als bei den Behavioristen. Man bemühte sogar die klassische KI-Forschung, um einige Probleme, vor allem der Adaptivität, mit Hilfe intelligenter Tutoren zu lösen (siehe Kap. 2.2.2.3. ITS). Darüber hinaus mussten diese Programme in der Lage sein, verschiedene kognitive Subsysteme des Lernenden anzusprechen.  

Kognitivistische Lerntheorien

Die Kognitivisten interessierten sich nicht mehr für die von Außen beobachtbaren Verhaltensänderungen, sondern für die "innere Repräsentation der Umwelt". (Edelmann, 1996: S.8) Zu Beginn der 60er Jahre begann ein Umdenken in der Lernpsychologie von der Vorstellung, Lernen als eine Verhaltensänderung zu sehen, hin zu einer Definition, in der Lernen als eine Informationsaufnahme und -verarbeitung beschrieben wurde. In den kognitiven Lerntheorien wurde versucht, die Wissensverarbeitung zu strukturieren.

Allgemein beschäftigen sich die kognitiven Lerntheorien mit der Art und Weise wie der Mensch sein Wissen speichert. Durch die Bildung von Kategorien hat der Mensch die Möglichkeit, spezielles Wissen zu generalisieren, indem er einen Spezialfall einer Gruppe ähnlicher Spezialfälle zuweist. Kategorisierung "wird durch die folgenden beiden intellektuellen Leistungen herbeigeführt:

Es muss von den Besonderheiten eines Einzelfalls abgesehen (abstrahiert) werden und

es müssen die gemeinsamen Eigenschaften hervorgehoben werden." (Edelmann, 1996: S.174)

Hierzu benutzt der Mensch Eigenschaftsbegriffe. Sie werden auch deskriptive Konstrukte genannt. Eigenschaftsbegriffe dienen der Beschreibung empirischer Sachverhalte. Demgegenüber stehen die explikativen Konstrukte, auch Erklärungsbegriffe genannt, sie dienen der Erklärung beobachteter Sachverhalte. "Sie [explikative Konstrukte] unterstellen eine Abhängigkeit zwischen zwei oder mehreren Ereignissen. Beispielsweise können die Leistungsunterschiede zwischen Schülern durch unterschiedliche Intelligenz oder unterschiedlichen Fleiß erklärt werden." (Edelmann, 1996: S.184) Auch Erklärungsbegriffe werden vom Lernenden kategorisiert.

Stehen Begriffe in einer Beziehung zueinander, entwickelt der Mensch Begriffshierarchien, um sie inhaltlich voneinander zu trennen und dennoch zu immer größeren Beziehungsgeflechten anzuordnen. Die im Folgenden beschriebenen Theorien von GAGNE, AUSUBEL beschäftigen sich mit dem verbalen Lernen. Sie gehören zu den Klassikern der Unterrichtspsychologie und werden in den darauffolgenden kognitivistischen Lernprogammen häufiger zitiert werden.

Regellernen nach GAGNE

GAGNE spricht statt von Wissenserwerb von dem Erwerb von Regeln, wobei Regeln aus Begriffsketten bestehen. "Wissen besteht (demnach) aus der Kombination von Begriffen." (Edelmann, 1996: S.202)

Es ist eine Voraussetzung des Regellernens, dass alle vorkommenden Begriffe bekannt sind. Nach GAGNE geht es nicht um das Auswendiglernen von Sätzen, sondern um das Verstehen der Beziehung der einzelnen Begriffe untereinander. EDELMANN benennt vier Maßnahmen für den Erwerb von Wissen oder Regeln:

Die Bedeutung des Begriffs muss dem Lernenden deutlich werden und soll von allen Lernenden einheitlich gebraucht werden. Aus diesem Grund werden Definitionen für Begriffe vorgenommen.

Durch das Erklären einiger Beispiele wird versucht, die Regel mit bestimmten beschriebenen Situationen zu assoziieren.

Um dem Lernenden zu helfen, nicht die Wortkette auswendig zu lernen, sondern die Regel zu verstehen, wird dieselbe Regel öfters mit anderen Worten wiederholt.

Zur Überprüfung des Gelernten werden die Aufgaben in einen anderen Zusammenhang gestellt. Hierbei ist festzustellen, ob die Regel verstanden wurde oder auswendig gelernt worden ist.

Genau wie sich Begriffe in einer Begriffshierarchie organisieren, werden nach GAGNE Regeln in eine Regelhierarchie eingeordnet. Dementsprechend ordnen sich die Begriffsbildung, der Wissenserwerb und das Problemlösen zu einer Lernstruktur an. So lernt der Mensch zuerst Begriffe eines bestimmten Lernumfeldes zu kategorisieren, bzw. in Theorien zu formulieren. Anschließend werden Regeln aufgestellt. Das abschließende Problemlösen stellt eine Anwendung dieser Regel dar. GAGNE benennt hierzu ein Beispiel: "Wenn innerhalb der Physik Probleme gelöst werden sollen, dann müssen zuvor die wissenschaftlichen Regeln, die auf die Probleme anzuwenden sind, gelernt sein; wenn diese Regeln ihrerseits gelernt werden sollen, muss man sicherstellen, dass zuvor die relevanten Begriffe erworben wurden usw." (Gagne, 1969: S.141)

Sprachliches Lernen nach AUSUBEL

Nach AUSUBEL gibt es zwei Dimensionen des Lernens:

Dimension "sinnvoll/mechanisch"

Dimension "rezeptiv/entdeckend"

Die erste Dimension gibt Auskunft darüber, wie gelernt wird. Hiermit werden die Tätigkeiten auf der Lernerseite wiedergegeben, während die zweite Seite die Lehrerseite beleuchtet. Hier wird dargestellt wie AUSUBEL sich die Präsentation des Lernstoffes vorstellt. Es wird jedoch im Folgenden zuerst die Lernerseite genauer beschrieben:

1. Sinnvolles Lernen

Es ist das Ziel des sinnvollen Lernens, den Lernstoff verstanden zu haben, er darf nicht nur auswendig gelernt werden. Desweiteren muss "der neue Lernstoff () zufallsfrei auf bisheriges Wissen bezogen werden", wobei mit zufallsfrei eindeutig gemeint ist. In diesem Zusammenhang führt AUSUBEL die Assimilationstheorie ein, nach der das neu  Gelernte immer mit dem Vorwissen verknüpft werden muss.

2. Mechanisches Lernen

Beim mechanischen Lernen wird das Lernmaterial wortwörtlich gelernt, es wird auswendig gelernt, wobei ein inhaltliches Verständnis nicht notwendig ist. Allerdings kann dann der Lernstoff auch nicht assimiliert werden.

Auf der Lehrerseite unterscheidet man das rezeptive vom entdeckenden Lernen. Die Lerntypen der zweiten Dimension machen demnach auch keine Aussage darüber, ob das Wissen assimiliert wird oder nicht.

1. Rezeptives Lernen

Beim rezeptiven Lernen stellt der Lehrer dem Schüler den Lernstoff in abgeschlossener Form vor. Dies kann zum Beispiel durch einen Lehrervortrag oder einen fertigen Text geschehen. Der Schüler kann also keinen Einfluss auf die Wissensvermittlung nehmen. Diese Art der Präsentation hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Da der Ablauf der  Wissensvermittlung im Vorhinein feststeht, ist es zwar möglich dem Schüler zu Beginn der Lerneinheit einen Überblick über den Lernumfang zu geben, auf der anderen Seite ist es ihm aber nicht möglich, aktiv an der Wissensvermittlung teilzunehmen. Diese Lernform bietet sich, so EDELMANN, eher beim Erlernen komplexer Stoffgebiete an, da "Wissensvermittlung vorwiegend durch entdeckendes Lernen () eine außerordentlich unökonomische Angelegenheit" wäre.

2. Entdeckendes Lernen

"Das wesentlichste Merkmal des entdeckenden Lernens ist die Tatsache, dass der Hauptinhalt dessen, was gelernt werden soll, nicht gegeben ist, sondern vom Schüler entdeckt werden muss". (Ausubel/u.a., 1980/81: S.47) Diese Form des Lernens wird eher bei alltäglichen Problemen des Lebens verwendet[1]. Sie ist darüber hinaus auch die Lernform, mit der Kinder Begriffs- und Regelhierarchien aufbauen.

Nach AUSUBEL ergeben sich durch die Kombination dieser 2 Dimensionen vier Grundformen des Lernens:

Mechanisch-rezeptiv

Sinnvoll-rezeptiv

Mechanisch-entdeckend

Sinnvoll-entdeckend

AUSUBEL befürwortet das sinnvoll-rezeptive Lernen, da das Ziel jeder unterrichtlichen Lernaktivität der "Erwerb einer klaren, stabilen und organisierten Wissensmenge" (Ausubel, 1974: S.139) ist.

Die beiden Theorien zum "verbalen Lernen" setzen verschiedene Schwerpunkte. Während GAGNE seine Überlegungen der Art der Wissensspeicherung widmet, dimensioniert AUSUBEL den Lernbegriff.

Kognitivistische Lernprogramme

Der im Behaviorismus erzeugten Atomisierung der Lernprozesse sollte in den kognitivisti­schen Lernprogrammen entgegengewirkt werden. Instructional design-Systeme folgen den von GAGNE und AUSUBEL beschriebenen Lerntheorien über die Organisation und den Erwerb von Wissensstrukturen. "Für das didaktisch-methodische Vorgehen hat sich in der pädagogischen Psychologie der Begriff der Instruktion eingebürgert. Man versteht darunter die möglichst präzise Beschreibung der Beeinflussung des Lernens." (Edelmann, 1996: S.11) Aus diesem Grund bezeichnet SCHULMEISTER die von diesen Autoren beschriebenen Theorien als Instruktionstheorien. Außerdem sollte der monoton und linear ablaufende Lernprozess variablen Unterrichtsmethoden Platz machen. LOWYCK und ELEN charakterisieren die enge Verbindung der beiden Theorien innerhalb der Instruktionstheorie folgendermaßen: "Both the behaviouristic origins and the general systems theory strongly influenced the outlook of the ID []. While in ID the design parameters are selected from a behaviouristic framework, the process is structured in line with general systems theory."

Instructional design - Lehrerorientierte Systeme

Typisch für das Instruktionsdesign ist nach BAUERLE die Übertragung von deklarativem, prozedualem und kontextualem Wissen vom Lehrer auf den Schüler (vgl. Bäuerle, 1999: S.50). Somit steht auch dieser Programmtyp ganz im Zeichen der behavioristischen Lerntheorien. Es ist eine Aufgabe der Instructional Design-Systeme (ID-Systeme), Lehrern nach der Formulierung eines Lernziels entsprechende Methoden vorzuschlagen. REIGELUTH stellt sich die Umsetzung solcher ID-Systeme in der Gestalt von Expertensystemen vor. In diesem Fall stehen solche Systeme in einem engen Zusammenhang zu den Autorensystemen, wobei die ID-Systeme eine Weiterentwicklung darstellen, die es dem Lehrer auf der Basis der kognitiven Lerntheorien ermöglicht, seinem selbst entwickelten Lernprogramm eine Reihe unterschiedlicher Lernmethoden hinzuzufügen. Erst später entwickelten sich ID-Systeme, die auch dem Lernenden zur Verfügung standen.

Das ID ist zu jeder Zeit einer vehementen Kritik unterworfen worden. Einige Vorwürfe sollen an dieser Stelle wiedergegeben werden: Das ID gehört nach SCHULMEISTER zu den kognitivistischen Theorien, dennoch sind Programme, die der Instruktionstheorie folgen von der grundlegenden Idee GAGNES u.a. verschieden. Die Kategorien, die diese Lernprogramme bilden, sind eher "Klassifikationsschemata für Objekte nach dem Muster biologischer Taxonomien mit zusätzlichen kausalen, probabilistischen bzw. korrelationalen Relationen zwischen Handlungen [], aber keine kognitiven Konzepte im Sinne der kognitiven Psychologie." (Schulmeister, 1997: S.135) Für die Kognitivisten waren die Eigenschafts- und Erklärungsbegriffe eine Art der Zuordnung von Begriffen, die auf Individualität und Subjektivität beruhten. Das Lernprogramm jedoch gibt solche Klassifikationsschemata vor, ohne dass der Lernende darauf Einfluss nehmen kann. Eine ähnliche Kritik vertritt BAUERLE, der der Ansicht ist, dass "auch modernere, auf den Erkenntnissen der Kognitionspsychologie fußende Ansätze, bei denen die Lernenden möglichst viel von dem, was sie verinnerlichen müssen, auch verstehen sollen, () der Theorie des Instruktionalismus [folgen]. Dies bedeutet, dass auch bei kognitivistisch geprägten Lehrmethoden (und somit bei den meisten der heute als "modern" geltenden Lernprogrammen, auch der Mehrzahl der ITS [siehe Kap. 2.2.3.3.]) der Lernende keinen Einfluss darauf hat, was er wann oder wie lernen muss." (Bäuerle, 1999: S.59/60)

Der in AUSUBELS Theorie integrierte Vorgang der Assimilation spricht desweiteren gegen eine Vorgabe von Kategorien, wie ID-Systeme sie ausführen. Neues Wissen wird dabei nicht nur in schon vorhandene Wissensstrukturen integriert, sondern es findet eine Veränderung in der Wissensstruktur statt, wobei auch das neu erworbene Wissen einer Modifikation unterliegt, da es in die Wissensstruktur eingepasst werden muss.

Eine weitere Schwäche der ID-Systeme skizziert SCHULMEISTER folgendermaßen: "Lerntheorien sind per definitionem deskriptiv, Instruktionstheorien per definitionem präskriptiv." (Schulmeister, 1997: S.137) Nach HABERMAS gilt allerdings, "dass Sätze einer deskriptiven Theorie sich nicht in präskriptive Sätze übersetzten lassen." (Habermas, 1970: S. 24) SCHULMEISTER schreibt dazu weiter: "LANDA unterscheidet Propositionen in deskriptiven Theorien mit der Form von Wenn-Dann-Aussagen, von Propositionen in präskriptiven Theorien mit der Form ,in order to do this'. Und er macht deutlich, dass Propositionen der letzteren Art nicht durch Transformationen aus Wenn-Dann-Regeln gewonnen werden können." (Schulmeister, 1997: S.138) Demnach ist es also nicht möglich, die Erkenntnisse der kognitiven Lerntheorien so in Instruktionen umzuwandeln, dass zum einen ein symbolverarbeitender Computer in der Lage ist, jene Erkenntnisse darzustellen und zum anderen dem Lernenden durch eine Instruktion ein Sachverhalt erklärt werden kann. Ein Beispiel von LANDA soll diese Ausführungen verdeutlichen: " Instruktionen der Art ,suche ein analoges Problem' oder  ,versuche das Problem in kleinere Probleme zu unterteilen' sind heuristische Hinweise an den Lernenden in Problemlösungsprozessen. Sie helfen dem Lernenden, erklären aber nichts. Wenn aber Heuristiken als Instruktionen in ID vorkommen können, dann dürfte klar sein, dass der explanative Gehalt von ID gering ist." (Schulmeister, 1997: S. 138)

Ein weiteres sich stellendes Problem ist die einseitige Ausrichtung von ID-Systemen auf zu erlernende Fähigkeiten. Sollen sie jedoch in der Lage sein, einem Lehrer die Planung seines Unterrichts zu erleichtern, müssten sie auch die Einstellungen der Schüler mit berücksichtigen. Wie SCHULMEISTER schreibt, sind "Psychologische Faktoren wie Ausweichen, Unlust, Lust auf Abwechslung, u.a." nicht nur nicht enthalten, sie sind auch ein "offenes Problem" für die Programmierer solcher ID-Systeme. Eine sich da­r­an anschließende Schwierigkeit ist, dass ein ID-System nie eine Gruppe von Schülern betreuen kann, sondern immer nur ein Lernkonzept zur Verfügung stellt. Es ist also nicht in der Lage auf die unterschiedlichen Lernvoraussetzungen einzugehen. Diese Aufgabe bleibt weiterhin dem Lehrer vorbehalten, da der Lehrer in der Lage ist, ad hoc Entscheidungen in bestimmten Situationen zu treffen, die nicht nur auf der kognitiven Ebene liegen, sondern auch auf psychologischen und sozialen Hintergrundinformationen über seine Schüler beruhen. "Die Varianz, über die ein Lehrer verfügt, ist stets größer als die einer Datenbank oder einer in Form von Regeln geschriebenen Wissensbasis." (Schulmeister, 1997: S.151) SCHULMEISTER geht nicht davon aus, dass ID-Systeme je in der Lage sein werden, einen Lehrer zu substituieren.

Die ID-Systeme gehen nach einem deduktiven Ansatz vor. Hierbei werden aus allgemeinen Lernzielen, Lehrmethoden abgeleitet, die sich dann in einem konkreten Lernprozess manifestieren. Als Deduktionsproblem bezeichneten Schulmeister u.a. die Schwierigkeit, die Lernmethode von den Lernzielen abhängig zu machen. Das ID-System wird dadurch deterministisch und damit behavioristischen Lernprogrammen ähnlich, in denen der Lernende ausschließlich eine reaktive Rolle einnimmt. "Selbst wenn die Instruktionalisten ihre ursprüngliche behavioristische Grundlage verlassen zu haben glauben, steckt in ihnen noch der behavioristische Ansatz, der Lehren als Induktion und den Lernenden als Reagierenden versteht, sowie die Annahme, dass man das Ganze gelernt hat, wenn man die Teile des Ganzen identifiziert und gelernt hat." (Schulmeister, 1997: S. 146) Die Kritik zum Deduktionsproblem ist vernichtend. JONES, LI und MERRILL bezeichnen das ID-System als Indoktrination und SCHULMEISTER bezweifelt die "Freiheit des Pädagogen im Instruktionsdesign." (Schulmeister, 1997: S.146)

Einen Ausweg aus dem Deduktionsproblem suchte man in lernerorientierten Programmen. Nicht mehr der Lehrer sollte im Mittelpunkt des Systems stehen, sondern der Schüler. Aus einem Instruktionsprogramm sollte also wieder ein Lernprogramm im herkömmlichen Sinne werden. Zu einem selbstregulierenden System kann man jedoch erst kommen, wenn die präskriptiven Konzepte der Instruktionstheorien gegen deskriptive Konzepte ausgetauscht werden. Dennoch stellen VERMUNT und VAN RIJSWIJK einen allgemeinen Trend mit zunehmendem Alter hin zu extern-regulierten und reproduktionsorientierten Lernerergebnissen fest. Dies scheint die Reaktion auf das "in ihrer Lernumwelt überwiegende Angebot an expositorischer Instruktion und reproduktiven Lernsituationen" (Schulmeister, 1997: S.149) zu sein. So produziert die Instruktionstheorie ihre eigenen Schüler, die weit von Innovation oder Kreativität entfernt sind. Das eher mechanische Lernen nach AUSUBEL gerät in den Vordergrund. Das sinnvolle, verstehende Lernen scheint durch das ID nicht erreicht zu werden, wie MAYES, DRAPER u.a. bei einer Studie zur Wahrnehmung von Benutzerschnittstellen herausfand. "It seems that the necessary information is picked up, used and discarded; it is not learned in the sense that commands are learned. More exactly users retain only enough information for recognition, not the much greater amount required for recall." (Mayes, 1992: S.9/10)

Instructional design Systeme: Lernerorientiert

Eine Kontrolle des Lerners über das Programm soll das Problem der Adaptivität regeln. So ist es ID-Systemen möglich, sich an den Lerner anzupassen. Auch wenn es dem Lernprogramm nicht möglich ist, sich über eine Diagnosefunktion automatisch an den Lernenden anzupassen, so ist es doch dem Lernenden möglich über ein Auswahlmenü an Unterrichtsmethoden das Lernprogramm seinen Lerngewohnheiten anzugleichen. Es bleibt jedoch zu erwähnen, dass diese Form der Adaptivität nicht dem entspricht, was man unter einem sich anpassenden System versteht, denn hierbei müsste sich das Programm über eine Diagnosekomponente dem Lernprozess des Benutzers angleichen können. Es sind unterschiedliche Formen von Kontrollstrategien entworfen worden. CHUNG und REIGELUTH differenzieren eine Kontrolle des Lerners in die "Kontrolle über den Inhalt, die Sequenz, die Lerngeschwindigkeit, das Display bzw. die Strategie, den internen Prozess und die Beratungsstrategie." (Schulmeister, 1997: S.152) MERRILL ist der Meinung, dass es vier bewusste Strategien gibt: Selektion von Inhalten, Selektion von Displays, bewusste Kognition und Metakognition. (vgl. Merrill, 1980) MERRILL beurteilt die Auswahl der Kontrollstrategien allerdings auch sehr kritisch. So kann eine ungezielte Nutzung der Lernerkontrolle eher zu einem Leistungsabfall als zu einer Verbesserung des Lernerfolgs führen. Gerade bei schwachen Lernern oder solchen, die ohne die nötigen Vorkenntnisse mit der Lernerkontrolle umgehen, kann kein klar strukturierter Lernprozess erzeugt werden, so dass der Lernende sich in einer Fülle von Informationen verliert. Vielfach wurde aus diesen Beobachtungen die Konsequenz gezogen, den Lernenden vor solchen unüberschaubaren Systemen zu schützen.

Der Lernerkontrolle, bei der der Lernende die Kontrolle über die Steuerung des Lernprogramms übernimmt, steht also die Programmkontrolle gegenüber, bei der ein großer Teil des Lernprozesses durch den Computer gesteuert wird. SCHULMEISTER sagt hierzu: "Hier wird die Lernerkontrolle wieder zur Lernkontrolle " (Schulmeister, 1997: S.158/159).  Dies ist jedoch genau der Vorbehalt, den man gegenüber ID-Systemen hatte. SCHULMEISTER sagt an anderer Stelle, dass jede Beurteilung über Vor- und Nachteile einer Lernerkontrolle von der Lernstrategie abhängt, davon ob es sich z.B. um ein ID-System oder einen Hypertext mit freier Navigation handelt. Darüber hinaus muss man verschiedene Lernstile voneinander unterscheiden, um ein konstruktives Urteil über eine Lernerkontrolle fällen zu können.

Intelligente Tutorielle Systeme (ITS)

Eine grundlegende Eigenschaft von ITS ist ihre Diagnosefähigkeit. Erwachsen aus der Kritik der Instruktionssysteme sollten die IT-Systeme adaptionsfähig gemacht werden. MANDL und HRON definieren deshalb auch Lernprogramme immer nur dann als "intelligent", "wenn sie in der Lage sind, einen flexiblen und adaptiven Dialog mit dem Lernenden zu führen." (Mandl/Hron, 1990: S. 19) Nach einem Input des Lernenden werden über eine Kommunikationsstruktur Kompetenz und Kompetenzdefizite analysiert. Dementsprechend stellt das System ein tutorielles Angebot zusammen. BAUERLE schreibt dazu: "Bei Diagnosesystemen und sog. Intelligenten Tutoriellen Systemen handelt es sich sowohl um flexible als auch adaptive Programme." (Bäuerle, 1999: S.50) Um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden zu können, hat man ähnlich den Expertensystemen eine Mehrkomponentenstruktur entwickelt:

Eine Komponente, die eine Modellierung des Wissensgebietes vornimmt

Eine Komponente, die ein Modell des Lernenden konstruiert

Eine Komponente, die pädagogische Strategien bereitstellt

Eine Komponente zur Kommunikation mit dem Lernenden

Nicht bei allen ITS sind alle vier Komponenten vertreten, so bestehen einige Systeme nur aus einer Wissensbasis, andere bestehen nur aus einem Lernermodell. Im folgenden sollen jedoch alle vier Komponenten und deren Verknüpfung untereinander deutlich gemacht werden. (siehe Abb.3)

Zu a) Wissenskomponente

Diese Komponente entspricht der Wissensbasis eines Expertensystems, was nicht weiter verwundert, da IT-Systeme der KI-Forschung entlehnt sind. Ihr Programmdesign entspricht daher einem, auf den lernenden Benutzer abgestimmten, Expertensystem. Das Wissensmodell besteht aus deklarativem, prozedualem und in neueren Entwicklungen von ITS heuristischem Wissen. Im deklarativen Wissensbereich wurden Begriffe definiert und deren Vernetzung untereinander hergestellt. Das prozeduale Wissen stellt sich in Form von Regeln und Prozessabläufen dar, "mit deren Hilfe sich Probleme lösen lassen sollen." (Schulmeister, 1997: S.182) Heuristisches Wissen imitiert das Problemlöseverhalten eines Experten, wobei dieses Verhalten nicht an einen Inhalt gebunden ist, sondern in Form von Regeln den Computer in die Lage versetzen soll, den Lösevorgang des Lernenden nachzuvollziehen oder ihm vorzugeben. SCHULMEISTER unterscheidet zwei Möglichkeiten für die Gestaltung eines IT-Systems. Zum einen das Black-box-Modell, welches eine Antwort formuliert, ohne dass der Lernende den Lösungsweg nachvollziehen kann. Zum anderen das Glass-box-Modell, das als Gegenteil zum Black-box-Modell mit einer Erklärungskomponente ausgestattet ist und in der Lage ist, das Problemlöseverhalten eines Experten zu imitieren und mit Hilfe seines heuristischen Wissens dem Lernenden die Lösungsschritte erklären kann.

Zu b) Lernerkomponente

Es gibt zwei Möglichkeiten ein Lernermodell zu konstruieren. Zum einen kann das Wissen des Lernenden als Teil des Expertenwissens abgeglichen werden. KERRES spricht in diesem Fall von einem Overlay-Modell (Kerres, 1998: S. 63), zum anderen werden gegebene Antworten von einem System analysiert und immer als Abweichung zum Expertensystem betrachtet. KERRES bezeichnet diese Modelle als Differenzmodelle (Kerres, 1998: S.63). Die erstere Möglichkeit unterliegt der Schwäche, dass das System nicht erkennen kann, "ob das Wissen des Lernenden sich deshalb von dem Wissen des Experten unterscheidet, weil der Lernende nicht über es verfügt oder weil er andere Strategien als der Experte verfolgt." (Schulmeister, 1997: S.184) Auch die zweite Variante, zwischen der Antwort des Lernenden und der Vorgabe in der Wissensbasis zu differenzieren, kann letztlich nur fehlendes Wissen annehmen, nicht aber verschiedene Lösungswege voneinander unterscheiden. Selbst wenn die Wissensbasis über heuristisches Wissen verfügt, ist doch die Menge an Regeln für einen Problemlösevorgang begrenzt, so dass es letztlich nicht eindeutig möglich ist, die falsche von der richtigen Lösung zu unterscheiden.

Eine große Schwäche des Lernermodells ist das Schattendasein der bisher in der Lernpsychologie schon gut erforschten Lernstile und Lernstrategien. Nur sehr begrenzt werden entsprechende Forschungsergebnisse in Lernermodellen verwendet, wodurch es möglich wäre, individuelle Lerndiagnosen durchzuführen.

Zu c) Pädagogisches Modell

Das pädagogische Modell simuliert das Entscheidungsverhalten des Lehrers. Seine Aufgabe besteht darin, die Ergebnisse des Lernermodells, des Diagnoseverfahrens also aufzugreifen, um daraus Lernstrategien abzuleiten. Die Variantenvielfalt, den Schüler zur Einsicht seines Fehlers zu führen und ihn dabei aus seinen eigenen Fehlern lernen zu lassen, lässt sich in zwei Teilgebiete aufspalten. Einerseits gibt es Systeme, die mit Hilfe des sokratischen Dialoges, also durch ein Frage-Antwort-Spiel, den Schüler zu einer Analyse seiner eigenen Fehler zu führen. Andererseits hat sich die Coaching-Methode entwickelt, bei der fehlende Wissensbestände mit Hilfe von einfachen Übungen oder dem Probieren von Problemlösungen ausgeglichen werden sollen, wobei der Coach erklärend aktiv wird, wenn der Lerner danach verlangt.

Zu d) Kommunikationskomponente

Die Kommunikationskomponente wird für die wichtigste und entscheidendste aller 4 Komponenten gehalten. Gerade durch die Interaktion zwischen Tutor und Lernendem ist eine individuelle Anpassung des Tutors an den Lernprozess möglich. Das unterscheidet ein ITS z.B. von einem ID-System, Autorensystem oder anderen frühen kognitivistischen und behavioristischen Lernprogrammen. Dennoch war lange Zeit die Interaktion zwischen Computer und Lernendem ein großes Problem. Heute ist die Computertechnologie und sind die Programmierer in der Lage, eine audio-verbale Kommunikation zwischen Computer und Lernendem herzustellen. Dennoch bemerkt WOOLF an dieser Stelle: "Effective communication with a student does not mean natural language understanding or generation [] Rather effective communication requires looking beyond the words that are spoken and determining what the tutor and the student should be communicating about."

Ahnlich wie in ID-Systemen besteht auch bei den ITS das Problem der Operationalisierbarkeit von pädagogischen Situationen. In diesen Fällen ist eine Wenn-Dann-Abhängigkeit kaum herzustellen, auf die ein symbolverarbeitender Computer jedoch angewiesen ist. Deshalb werden auch die ITS immer in einer engen Verwandtschaft zu den behavioristischen Lernprogrammen stehen, wobei die Programmierer gezwungen sind, pädagogische Situationen auf die nach außen sichtbaren Ausschnitte zu beschränken. SCHULMEISTER schreibt dazu: "Aber die gesamte Anlage der ITS kommt nicht darum herum, diese Konzepte als Verhaltensziele zu operationalisieren, wenn Vergleiche von Lernermodell und Wissensmodell möglich sein sollen.

Es bleibt jedoch auch bei den IT-Systemen eine entscheidende Frage, ob sich der Lernende an das Lernprogramm anpassen soll, oder ob das Lernprogramm in der Lage sein sollte, sich an seinen Schüler anzupassen. Im ersten Fall wäre man wieder bei den Instruktionsmodellen der 50er und 60er Jahre. Der zweite Fall stellt die Programmierer vor wesentlich größere Probleme. Zum einen hat die kognitive Psychologie noch nicht alle Lernparameter so erforscht, dass es einem Computer möglich wäre, sich an die Lernvorgänge des Schülers anzupassen, auf der anderen Seite würde diese Form der Adaptivität zu einer "kombinatorischen Explosion" (Schulmeister, 1997: S.201) führen. Ist es jedoch sowohl der Kognitionsforschung als auch der Computertechnologie irgendwann möglich, diese Probleme aus dem Weg zu räumen, dann wäre ein Lernprogramm auch in der Lage, sich in einer, wie SCHULMEISTER sagt "natürlichen" Form an den Lernenden anzupassen. Bis heute sind ITS aber nur in der Lage, sich grob dem Lernenden anzugleichen. SCHULMEISTER ist jedoch eher der Ausfassung, dass es solche universalen Lernermodelle nie geben wird. Sowohl in der Kognitionsforschung als auch in der KI-Forschung hat man das Problem der Universalität dadurch lösen wollen, dass man Wissensgebiete in immer kleinere Teilgebiete zergliedert hat, um die daraus entstehenden Ergebnisse zu einem immer komplexer werdenden Wissen zusammenzuschließen. Jedoch sind nahezu alle Versuche gescheitert, weil die Atomisierung den Ausgangszustand verändert. (vgl. Kapitel 1.2.)

Eine andere Schwäche der ITS liegt in der Verarbeitung hermeneutischer Wissensgebiete. Die Programmierer eines ITS sind nicht in der Lage ein Sachgebiet, wie z.B. "methodologisches, historisches, soziales, psychologisches, ästhetisches, anthropologisches und ethnographisches Wissen" ( Schulmeister, 1997: S. 205) in die Wissensbasis zu implementieren, da eine Formulierung in Wenn-Dann-Regeln nicht möglich ist. Natürlich bestehen auch solche Wissensgebiete aus deklarativem Wissen, doch der all­er­größ­te Teil ist dem Erfahrungswissen vorbehalten und stellt somit die Fachleute vor große Probleme.