Zwischen Messgerät und Schreibblock – Labore lernwirksam gestalten

Text: Wolfgang Bührer

Beim Ausmisten fielen mir meine Protokolle des Anfängerlabors Physik aus dem Grundstudium in die Hände: handschriftlich angefertigt, Korrekturkommentare à la «das ist nicht das erwartete Ergebnis, Wiederholungsmessung»… Vor 25 Jahren hatte ich verzweifelt versucht, zu verstehen, was ich falsch gemacht hatte, und hoffte bei jedem Versuchsprotokoll aufs Neue, dass es im ersten Lauf akzeptiert wird. Gleichzeitig fragte ich mich, was ich, abgesehen von der Reproduktion schon längst bekannter Ergebnisse, auf die es scheinbar ankam, lernen soll. Willkommen Frustration – meine Begleiterin im Anfängerlabor.

Labore sind komplexe Lernumgebungen

Labore sind in den MINT-Fächern, vor allem in den Ingenieurs- und Naturwissenschaften, unverzichtbare Bestandteile der Hochschullehre. Dabei haben sich unterschiedliche Laborformen wie zum Beispiel das Mini-Labor, das Anfängerlabor, das integrierte Labor oder auch Maker Spaces (May u.a. 2023) entwickelt, um nur einige aufzuzählen. So vielfältig wie die Laborformen sind auch die Wissensanforderungen an die Studierenden im Labor: Beispielsweise muss man Messgeräte korrekt einsetzen und bedienen, einen Aufbau planen und ausführen, sauber dokumentieren, Sicherheitsvorschriften kennen und einhalten, Daten auswerten oder die Ergebnisse auf Plausibilität prüfen können. Neben diesen prozeduralen Fähigkeiten wird in der Regel zusätzlich Fachwissen zum jeweiligen Laborversuch benötigt.

Die (bei weitem nicht vollständige) Aufzählung macht deutlich, dass aufgrund der vielfältigen Wissensanforderungen die Gefahr besteht, Studierende in Laborsettings zu überfordern, zumal jede einzelne dieser Anforderungen auch ein potenzielles Lernziel sein kann. Labore als Lernumgebungen stellen Dozierende somit vor ein Dilemma: Sie sind unverzichtbar für praxisnahes Lernen, gleichzeitig aber ein Ort potenzieller kognitiver Überlastung. Wie können wir mit dieser Zwickmühle umgehen?

Ein Praxisbeispiel: Zwei meiner Studierenden aus dem 1. Semester Elektrotechnik, nennen wir sie Julia und Jens, sitzen im Labor und verzweifeln an der Bedienung und dem korrekten Ablesen des Oszilloskops, mit dem sie einen elektrischen Schwingkreis vermessen sollen. Dabei entgehen ihnen die physikalischen Zusammenhänge, die das eigentliche Lernziel gewesen sind. Ich wundere mich später über ihr mangelhaftes Protokoll. Ein Paradebeispiel für kognitive Überlastung.

Kognitive Last

Die Entdeckung der «Cognitive Load Theory» (Sweller 1988) war für mich ein Augenöffner: Ich verstand nun , warum sowohl meine eigenen Laborerfahrungen als auch die meiner Studierenden frustrierend waren. Der Ansatz gab mir Werkzeuge zur Verbesserung der Situation in die Hände. Denn die «Cognitive Load Theory» besagt, dass das Arbeitsgedächtnis grundsätzlich begrenzt ist und unterscheidet drei Formen von kognitiven Belastungen bei Lernprozessen:

• Intrinsische kognitive Belastung: Diese ergibt sich aus der Komplexität des Lernstoffs. Hier können gezielte Reduktionen die Belastung senken.
• Extrinsische (englisch: «extraneous») kognitive Belastung: Diese Belastung entsteht beispielsweise durch unklare Anweisungen oder durch für das eigentliche Lernziel irrelevante Informationen, welche das Arbeitsgedächtnis zusätzlich belasten. Durch sorgfältige Formulierung und Gestaltung von Materialien und Planung kann man diese reduzieren.
• Lernbezogene kognitive Belastung: Damit ist die Belastung gemeint, die lernzielrelevant und direkt mit dem Lernprozess verknüpft ist. Diese Art kognitiver Belastung ist in Bezug auf das Lernen gewünscht.

Überträgt man diese Formen auf das Beispiel von Julia und Jens, so war die aufgrund des Versuchs gegebene intrinsische kognitive Belastung beim Umgang mit dem Messgerät so hoch, dass sie die eigentlich gewünschte lernbezogene kognitive Belastung, nämlich die Messung mit physikalischen Grundprinzipien zu verknüpfen, vermutlich aus dem Arbeitsgedächtnis verdrängt hat.

Weniger ist mehr: Lernzielfokus und Entlastung

Aus diesem Gedankengang ergibt sich ein Vorgehen für die didaktische Optimierung von Laboren: Zunächst ist zu klären, was für den jeweiligen Laborversuch das Lernziel sein soll. Danach listet man alle Wissensanforderungen auf, um auf dieser Basis intrinsische und extrinsische kognitive Belastungen gezielt dort zu senken, wo sie nicht direkt lernzielrelevant sind. In manchen Fällen genügt ein schriftlicher Info-Kasten in den Versuchsunterlagen. Bei prozeduralen Themen könnten kurze Videos entlasten, und bei jeder Information in den Praktikumsunterlagen soll geprüft werden, ob sie wirklich lernzielrelevant ist – wenn nicht, streichen. Gleichzeitig darf lernzielrelevante kognitive Belastung durchaus eingefordert werden.

Im Beispiel von Julia und Jens habe ich für das nachfolgende Semester zur Senkung der kognitiven Belastung einige Kurzvideos und Übungsaufgaben zum Umgang mit dem Oszilloskop sowie zum Ablesen der Messwerte als obligatorische Pre-Lab-Vorbereitung zur Verfügung gestellt. Komplett beseitigt war das Problem damit zwar nicht, aber es kam zu keiner Fehlmessung mehr und die Frustration der Studierenden war in meiner Wahrnehmung deutlich geringer.

In vielen aktuellen Laborsettings finden ebenfalls Entlastungen der Studierenden in so genannten «Pre-Labs» statt. Dabei bildet sich die Vielfalt der Wissensanforderungen in unterschiedlichen Methoden und Fokussen ab: Es existieren zum Beispiel theorieorientierte Pre-Labs, bei denen es um den theoretischen Hintergrund des Versuchs geht, prozedurale Pre-Labs, bei denen es um praktische Abläufe im Labor geht, oder auch schreibintensive Pre-Labs, bei denen Protokoll- und Dokumentationsfähigkeiten trainiert werden.

Neben der Vorentlastung durch Pre-Labs trägt eine gute Verteilung der Entlastungsmassnahmen dazu bei, den «cognitive load» besser zu dosieren. Agustian und Seery (2017) zum Beispiel empfehlen, fachliche und gerätespezifische Konzepte im Vorfeld bereitzustellen, prozedurale Informationen «just-in-time» im Labor verfügbar zu machen und je nach Bedarf oder Notwendigkeit Fertigkeiten isoliert zu trainieren.

Im CAS Hochschuldidaktik MINT vertiefen wir die Labordidaktik mit prämierten Praxisbeispielen von Gastdozierenden und greifen weitere hochschuldidaktische Themen wie Lernzielformulierung sowie MINT-spezifische Themen auf (siehe Infobox).

Als ich einige meiner alten Protokolle noch einmal durchblätterte, bevor sie in der Papiertonne verschwanden, änderte sich mein Bild des Anfängerpraktikums. Damals empfand ich es als überwiegend sinnlose Fleissarbeit, heute sehe ich, was ich dabei letztlich gelernt habe: Es geht darum, Labore so zu gestalten, dass die Studierenden verstehen, warum sie tun, was sie tun (sollen) und dass wir Lehrende die kognitive Belastung so steuern, dass sie so gut wie möglich auf das Lernziel fokussiert ist.

INFOBOX

CAS HOCHSCHULDIDAKTIK MINT

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An der Online-Infoveranstaltung zum CAS Hochschuldidaktik MINT 25/26 können Sie mit den Lehrgangsleitenden Mònica Feixas und Wolfgang Bührer ins Gespräch kommen. Sie findet am Montag, 25. August 2025, von 12–13 Uhr statt. 
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Die folgenden Module aus dem CAS Hochschuldidaktik MINT 25/26 können auch einzeln gebucht werden:
- Lernziele und Methoden in MINT-Fächern, 22.–23. Januar 2026
- Leiten und Begleiten (mit einem Fokus auf MINT-Fächern), 30.–31. März 2026
- Assessment, Feedback und Evaluation in MINT-Fächern), 1.–2. Juli 2026

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