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Das Befunden von Elektrokardiogrammen (EKG) gehört für Studierende der Humanmedizin zu den zentralen Ausbildungsinhalten. Dazu ist ein basales Verständnis eines physiologischen EKG notwendig. Allerdings zeigen sich diesbezüglich verschiedene fachlich unangemessene, lernhinderliche Vorstellungen bei Medizinstudierenden höherer Semester. Beispielsweise sind Probanden nicht in der Lage, den Zusammenhang zwischen Kurvenverlauf und Richtung des Erregungsverlaufes zu bezeichnen [1]. Identifizierte Verständnisschwierigkeiten basieren unter anderem auf fachlich nicht angemessenen Vorstellungen von kardialen Erregungsphänomenen. Daher werden die Befunde der durchgeführten qualitativ-explorativen Interviewstudie über Vorstellungen zum physiologischen EKG [1] reanalysiert, um explizit den Erregungsbegriff genauer zu untersuchen. Der Forschungsansatz zielt darauf ab, fachlich fehlleitende Vorstellungen über Herzerregung zu erfassen und Hinweise für lernförderliche Vermittlungsinterventionen zu gewinnen. Die Rekonstruktion von Vorstellungen erfolgt dabei auf der Basis sprachlicher Äußerungen mithilfe einer neurokognitionslinguistischen Verstehenstheorie [2], [3], [4] und unter Nutzung der systematischen Metaphernanalyse [5]. Im Aufsatz werden vier konzeptbildende Metaphern dargestellt, auf Basis derer Studierende die Vorgänge der Herzerregung fehlleitend verstehen können. Überdies wird aufgezeigt, dass gleichartige metaphorische Vorstellungen in akademischen Lehrbüchern vorkommen.

Die Arbeit zielt auf die Analyse von Vorstellungen zu kardialen Erregungsvorgängen ab. Unter dem Terminus Vorstellung wird in dieser Arbeit ein interpretativ erschlossenes, d.h. aus sprachlichen oder schriftlichen Äußerungen rekonstruiertes Abbild mentalen Erlebens verstanden, welches einem Individuum kontextspezifisch zugeschrieben werden kann. Vorstellungen werden überdies als eine für den Denkenden bedeutsame und Sinn bildende mentale Aktivität eines definierten Zeitraumes verstanden, wodurch sowohl Prozesshaftigkeit als auch Subjektivität [3] hervorgehoben werden.

Vorstellungen sind allerdings für Forschende gemäß konstruktivistischem Paradigma weder direkt noch objektiv zugänglich. Es ist lediglich möglich, aus sprachlichen beziehungsweise textlichen Äußerungen Rückschlüsse auf das Gedachte zu ziehen. Für das Rekonstruieren solch subjektiver Bedeutungswelten wird daher ein qualitativ-explorativer Forschungsansatz gewählt.

Um Vorstellungen über Vorgänge der Herzerregung zu rekonstruieren, bedarf es einer geeigneten Verstehenstheorie. Da abstrakte Sachverhalte wie auch die biochemischen Vorgänge der kardialen Erregung über „konzeptbildende Metaphern“ [6] verstanden werden, wird die Conceptual Metaphor Theory [2], [3], [4] genutzt: Nach dem Ansatz der verkörperten Kognition (Embodied Cognition) generieren wir durch Interaktion mit unserer physischen und sozialen Umwelt verkörperte Vorstellungen, die den Kern unserer verfügbaren Kognitionen ausmachen. Durch unwillentliche Projektion solcher „cognitive primitives“ [6] können abstrakte Sachverhalte mental repräsentiert werden. Verkörperte, zur kognitiven Erschließung abstrakter Sachverhalte genutzte Vorstellungen werden dabei als konzeptbildende Metaphern bezeichnet. Dieser kognitionslinguistische Metaphernbegriff ist vom philosophischen und alltäglichen Verständnis einer Metapher klar abzugrenzen, da Metaphern hier traditionell als bewusst genutzte Ausdrücke bildhaft-poetischer Sprache bezeichnet werden [7]. Metaphern sind vielmehr physisch im Gehirn manifestiert: Rohrer [8] konnte beispielsweise zeigen, dass beim metaphorischen Verstehen die gleichen Regionen im Gehirn angeregt werden wie durch die physische Erfahrung des Quellbereichs der Metapher. Spricht jemand u¨ber das Begreifen von Sachverhalten, die man nicht zu fassen bekommt, dann werden im Gehirn des Zuhörers primäre motorische und somatosensorische Bereiche der Hirnrinde aktiviert, die für die Bewegung der Hand und des Handgelenks zuständig sind.

Zu den verkörperten Vorstellungen gehören unter anderem definierte kognitive Schemata [7], [9], die in dieser Arbeit in der originalsprachlichen Fassung genannt werden. Am Beispiel des SOURCE-PATH-GOAL-Schemas [9] wird nachfolgend an alltäglichen Vorstellungen grundsätzlich verdeutlicht, wie Schemata als konzeptbildende Metaphern beim Verstehen abstrakter Sachverhalte genutzt werden können (vgl. auch Abbildung 1 [Abb. 1]). Direkt verständlich ist beispielsweise folgende Aussage:

Ursächlich dafür sind nach Johnson [9] verkörperte Vorstellungen, die wir seit frühester Kindheit mit Fortbewegung im Raum gemacht haben. Körperliche Bewegungen oder Handlungen sind in der Regel an das Zurücklegen einer Strecke geknüpft. Dabei gibt es zumeist einen Startpunkt und ein Ziel, auf das wir uns als sich bewegende Entität zubewegen. Das SOURCE-PATH-GOAL-Schema ist als eine erfahrungsbasierte Kognition, über die wir verfügen und mithilfe derer der genannte Satz Bedeutung erlangen kann.

Zu einem nicht unmittelbar erfahrbaren Phänomen gehört die Zeit. Temporäre Prozesse können daher nur imaginativ – u. a. durch metaphorische Projektion des SOURCE-PATH-GOAL-Schemas – begriffen werden:

Temporäre Phänomene können wir also mental repräsentieren, indem wir das verkörperte Schema von gerichteter Bewegung nutzen [10]. Zeitliche Ereignisse begreifen wir dabei metaphorisch als Orte, die Zeit selbst wird als zurückgelegter (oder noch zu beschreitender) Weg verstanden. Dabei verstehen wir uns selbst als bewegliche Entitäten, die sich gerichtet auf einem Weg bewegen. Zeitverläufe werden metaphorisch als gerichtete Bewegungen entlang eines Weges gedacht [11].

In der Kognitionslinguistik wurden zahlreiche kognitive Schemata beschrieben, die das Verständnis abstrakter Sachverhalte ermöglichen [9]. Gropengießer [3] hat dargestellt, wie es durch das Herausarbeiten von konzeptbildenden Metaphern aus sprachlichen Äußerungen möglich wird, die Konstruktion von Vorstellungen zu abstrakten Sachverhalten kausal zu deuten. Auf diese Weise steht ein Analyse-Instrument für die Diagnose von Fehlvorstellungen zur Verfügung.

Zur besseren Verständlichkeit werden In Tabelle 1 [Tab. 1] die später bei der Analyse von Vorstellungen über kardiale Erregungsphänomene relevanten Schemata in ihrer basalen Logik erläutert und hinsichtlich ihrer grundsätzlichen metaphorischen Projizierbarkeit an ausgewählten fachdidaktischen Beispielen beleuchtet.

Das Verständnis über ein EKG erfordert unter anderem fachlich angemessene Vorstellungen über Erregung im kardiologischen Kontext. Der Forschungsansatz soll einen Beitrag dazu liefern, mögliche Fehlvorstellungen über Herzerregung zu identifizieren, die von Studierenden der Humanmedizin konstruiert werden können. Folgende Forschungsfrage ist daher von Interesse:

• Welche Vorstellungen strukturieren den kardiologischen Erregungsbegriff Studierender der Humanmedizin und welche konzeptbildenden Metaphern liegen diesem Verständnis zugrunde?
• Welche wissenschaftlichen Vorstellungen über kardiale Erregung werden in akademischen Lehrbüchern konstruiert?

Das Forschungsdesign orientiert sich am Modell der didaktischen Rekonstruktion (MdDR). Das MdDR [11] wurde als theoretischer und methodischer Rahmen für die Planung, Durchführung und Evaluation fachdidaktischer Forschungsarbeitern entwickelt. Es zielt auf die Optimierung des Lehrens und Lernens bestimmter fachlicher Inhalte ab. Dabei werden Vorstellungen Lernender zu bestimmten Fachthemen analysiert (Lernpotenzialdiagnose) und in einen wechselseitigen Vergleich mit den aus fachdidaktischer Perspektive analysierten fachwissenschaftlichen Konzepten aus akademischen Lehrbüchern gesetzt (Vermittlungspotenzialanalyse), um Gemeinsamkeiten oder Unterschiede ausmachen zu können. Darauf basierend lassen sich Optionen für die Vermittlung entwickeln, die identifizierte Verständnisprobleme oder lernförderliche Anknüpfungen hinsichtlich zuvor erfasster Vorstellungen berücksichtigen (didaktische Strukturierung).

Zur Lernpotenzialdiagnose wird eine Sekundäranalyse eigener Forschungsdaten vorgenommen. Nach Bortz und Döring [12] ist eine solche, punktuelle Sekundäranalyse spezifischer Untersuchungsdaten von einer Metaanalyse umfassender Forschungsbefunde begrifflich abzugrenzen. Die Befunde stammen aus einer Untersuchung über Vorstellungen von Medizinstudierenden zum EKG [1]. Im Zuge der vorherigen Studie wurden Medizinstudierende (N=10) einzeln mithilfe problemzentrierter, Leitfaden-gestützter Interviews [13] befragt. Zudem wurde eine entwickelte Intervention mithilfe einzeln durchgeführter Vermittlungsexperimente [14] unter Nutzung von Lautem Denken [15] erprobt. Die Studierenden wurden darin primär zum Elektrokardiogramm befragt, dabei aber auch dazu angeregt, sich über das Phänomen der Erregung zu äußern (z. B.: Was stellen sich Studierende unter Erregung vor, wie entsteht sie, wie stellen sich Probanden Erregung im Herzen im zeitlichen Verlauf vor, welche Aspekte von Erregung zeigen sich wie im EKG). Alle Probanden wurden detailliert über das methodische Vorgehen informiert und haben ihr Einverständnis erklärt. Die Daten wurden anonymisiert, eine Zuordnung der Zitate zu entsprechenden Personen ist aufgrund von Pseudonymen nicht möglich.

Im Rahmen dieses Zweitzugriffs liegt der Fokus auf der Rekonstruktion des Erregungsbegriffs, den Studierende in den durchgeführten Einzelinterviews konstruierten. Die vorliegenden Interviewdaten (hier: Aussagen und videografierte Gesten) werden erneut mithilfe der qualitativen Inhaltsanalyse [16] aufbereitet. In Anlehnung an die Mayrings „wissenschaftliche Methode“ [17] erfolgt dabei eine Interpretation der Ergebnisse vor dem Hintergrund von Fragestellung und Kategorienfindung. Genutzt wird dabei der Ansatz der induktiven Kategorienbildung [17], bei der Vorstellungen theoriebasiert mithilfe der systematischen Metaphernanalyse [5] interpretativ erschlossen werden. Dazu werden alle Äußerungen extrahiert, die sich auf den Vorgang der Herzerregung - grundsätzlich oder speziell im Kontext des EKG - beziehen. Die identifizierte Metaphernkonzepte, auf Basis derer Erregung mental repräsentiert wird, werden in diesem Aufsatz durch X Ist Y bezeichnet. Das groß geschriebene Ist bedeutet wird verstanden als. X steht für einen abstrakten Sachverhalt, der durch eine erfahrungsbasierte Vorstellung Y verstanden wird. Die identifizierten kognitiven Schemata, welche dem metaphorischem Denken zugrunde liegen, werden in Kapitälchen dargestellt. Die folgende Tabelle 2 [Tab. 2] zeigt, wie zwischen Aussagen, Metaphernkonzepten und zugrundeliegenden kognitiven Schemata geschieden wird.

Auf diese Weise werden alle identifizierbaren Metaphernkonstrukte zum Erregungsbegriff summativ erfasst, interpretiert und den jeweiligen, anonymisierten Probanden zugeordnet.

Um die Transparenz der Interpretation und die damit einhergehende Intersubjektivität [18] zu gewährleisten, werden alle vorgenommenen Explikationen jeweils an konkrete Ankerzitate geknüpft.

Die Vermittlungspotenzialanalyse wird in ähnlicher Weise durchgeführt. Qualitative Inhaltsanalyse [16] wird verwendet, indem zunächst bedeutungstragende Textpassagen oder Abbildungen aus Publikationen zusammengefasst werden (geordnete Aussagen). Daran schließen sich die Rekonstruktion und Interpretation wissenschaftlicher Vorstellungen (Explikation) an, ebenfalls unter Nutzung der systematischen Metaphernanalyse [5]. Zur Analyse eignen sich akademische Lehrbücher, weil darin fachwissenschaftlich etablierte Konzepte (hier: Herzerregung) einer Forschungsgemeinschaft an Studierende adressiert dargestellt werden [11]. Für diese exemplarisch durchgeführte fachliche Klärung werden insgesamt drei gängige Lehrwerke genutzt, die in Lerhrbuchsammlungen medizinischer Bibliotheken zu finden sind.

Die Ergebnisse sind entsprechend der Untersuchungsschritte des MdDR gegliedert.

Aus Gründen der Übersicht werden exemplarische Zitate ausgewählter Probanden aufgeführt (geordnete Aussagen) und aus Vermittlungsperspektive analysiert (Explikation). Im Zuge dessen erfolgt die Metaphernanalyse, aus der metaphorisches Verständnis (Einzelstrukturierung) abgeleitet wird. Die unterstrichenen Äußerungen sind für die für die Explikation von besonderer Relevanz, weil sie Schlüsselwörter beziehungsweise Textstellen darstellen, anhand derer metaphorische Erregungskonzepte abgeleitet werden. Auf diese Weise soll die Nachvollziehbarkeit der Interpretation abgesichert werden.

Die konstruierte Vorstellung lässt sich auf die metaphorische Nutzung basaler Kognitionen über Vertikalität zurückführen. Im Licht der Conceptual Metaphor Theory wird deutlich, dass unter dem abstrakten Sachverhalt von Erregung ein Zustand verstanden wird, der auf einer vorgestellten vertikalen Skala variabel ist. Die Ankerzitate lassen diesbezüglich erkennen, dass Erregung in der Vorstellung von Johannes „steigen“ und „abfallen“ oder einen „höchsten Punkt“ erreichen kann. Die Vorstellung von steigender und fallender Erregung basiert auf der metaphorischen Projektion des VERTICAL-ORIENTATION-Schemas – ein nicht direkt verständlicher Sachverhalt wird durch eine „Orientierungsmetapher“ [2] verstanden.

Aus Vermittlungsperspektive erweist sich diese Vorstellung als problematisch, da für Johannes Erregung und Spannung semantisch bedeutungsgleich sind. Das Maximum der R-Zacke ist für den Probanden sowohl der Punkt der „höchsten Spannung“ wie auch der Moment „maximaler Erregung“. Der Proband übersieht, dass im EKG eine extrazelluläre Potenzialdifferenz gemessen beziehungsweise abgebildet wird, nicht aber nicht die Erregung des Herzgewebes selbst erfasst wird. Erregung wird also fälschlich mit der im EKG extern abgeleiteten Potenzialdifferenz (die man sich in der Tat als fallend und steigend vorstellen kann) gleichgesetzt. Trauschke [1] konnte aufzeigen, dass auf diese Weise Fehlvorstellungen über das EKG entstehen. Mögliche Verständnisschiwerigkeiten zeigen sich exemplarisch auch an der Aussage von Kathrin:

Der Probandin gelingt es sichtlich nicht, die Vorgänge der Erregung von den im EKG abgebildeten extrazellulären Potenzialdifferenzen zu scheiden.

Nichtphysisches wird oftmals physisch verstanden, indem Substanzmetaphern konstruiert werden [2]. Die Ankerzitate legen nahe, dass auch Erregung als eine Art bewegliche, quasi-materielle Entität begriffen wird, die sich durch das Herz bewegt. Die dabei genutzte basale Kognition ist das OBJECT-Schema. Johannes stellt sich hier vor, dass Erregung von einem definierten Punkt A einen gewissen Weg durch Herzmuskelzellen zurücklegt und nach Erreichen eines Zielortes (Punkt B) diesen auch wieder zurückgeht. Das Zurücklegen eines Weges kann nach unseren Primärerfahrungen nur einer dinglichen Entität zugeschrieben werden. Die Vorstellung wird unterstützend durch Gesten illustriert, indem der gedachte Verlauf von Erregung (vgl. Ankerzitat 5) durch eine von einem Punkt (= Herzspitze) parabelförmig nach oben führende Bewegung der Hände gezeigt wird. Das abstrakte Phänomen der Erregung wird folglich auch durch das SOURCE-PATH-GOAL-Schema erschlossen.

Auch Jan stellt sich Erregung als eine quasi-materielle Entität (Erregung Ist Objekt) vor, die sich im Herzgewebe fortleitet. Der abstrakte Vorgang der Erregungsfortleitung wird mental ebenfalls durch das SOURCE-PATH-GOAL-Schema strukturiert wird, da Jan sich Start- und Zielpunkte vorstellt, welche die Erregung (= Trajektor) passiert.

Aus Vermittlungsperspektive stellt sich somit eine weitere lernhinderliche Vorstellung dar, in der nicht die Funktionalität von Erregung fokussiert wird, sondern ausschließlich die örtliche Veränderung einer Entität als bedeutsam erachtet wird. Die zentrale fachliche Idee von sich örtlich ausbreitenden Depolarisationen und die letztlich daraus resultierende elektromechanische Kopplung werden hingegen nicht bedacht. Es ist zudem fachlich nicht korrekt, sich ein Hin- und Hergehen von Erregung vorzustellen, weil so nicht zwischen De- und Repolarisierung geschieden werden kann.

Erregung wird hier als Befähigung zur Pumpleistung des Herzens gedacht. Erregung wird dabei als ein Vermögen oder eine Befähigung begriffen, dessen variable Ausprägung dem Kontraktionszustand („Angespanntheit“) des Herzmuskels gleichgesetzt wird. Der Angespanntheit des Herzens wird die Befähigung zugedacht, etwas Mögliches in etwas Seiendes übergehen zu lassen. Diese Vorstellung basiert auf der Nutzung des ENABLEMENT-Schemas [9]. Aus Vermittlungsperspektive betrachtet ist dies eine fehlleitende Vorstellung, da dieser konstruierte Erregungsbegriff in keiner Weise auf elektrochemische Vorgänge an Zellmembranen ausgerichtet ist. Eine angemessene Verknüpfung von Erregung und Kontraktion stellt sich der Proband nicht vor.

Aus didaktischer Sicht relevant ist ebenfalls die Vorstellung über Rückbildung von Erregung, die im Folgenden aufgezeigt wird. Annalena stellt vor, dass Erregung größer und kleiner wird (abnimmt). Dahinter stehen die basalen, erfahrungsbasierten Kognitionen von kleiner bzw. größer werden, die nach Riemeier dem alltäglichen Verständnis von Wachstum [19] entspringen.

Aus fachdidaktischer Perspektive ist das Konzept von Erregungsrückbildung, welches als Antonym zu Erregungsausbreitung auch in akademischen Lehrbüchern [20], [21], [22] gebraucht wird, fehlleitend.

Der Terminus Ausbreitung bezeichnet die räumliche Verteilung von Entitäten. Wenn sich eine Entität ausbreitet, nimmt sie zunehmend mehr Raum oder Fläche ein. Die Vorstellung von Erregungsausbreitung ist daher fachlich angemessen, da sich ja ein Prozess (Depolarisierungen) entlang von Herzmuskelzellmembranen örtlich fortleitet.

Das Konzept der Rückbildung ist jedoch unpassend, es steht dem angemessenen Verständnis von sich ausbreitender Repolarisierung entgegen: Der Terminus Rückbildung bezeichnet die Abnahme von phänomenologischen Ausprägungen. Beispielsweise können sich Symptome einer Krankheit zurückbilden beziehungsweise abklingen. Auch kann sich eine Schwellung oder ein Organ (z. B. Uterus nach Entbindung) zurückbilden. Diese Vorstellung eignet sich jedoch nicht dafür, um die erneute Umkehrung des Membranpotenzials durch Ionenflüsse (Repolarisierung) nebst örtlicher Ausbreitung fachlich angemessen zu bezeichnen. Ausbreitung (etwas verteilt sich) und Rückbildung (etwas wird kleiner, nimmt ab) eignen sich aus semantischer Sicht nicht als passendes Begriffspaar, um die zweimalige Umkehr und jeweiliger Fortleitung von Membranpotenzialänderungen durch Ionenströme (De- und Repolarisierung) zu bezeichnen.

Die lernhinderliche Problematik lässt sich auch an Kathrins Aussagen zeigen. Sie spricht von Erregungsrückbildung und zudem von „Rückerregung“. Hier wird deutlich, dass die basale Kognition von Rückbildung nicht passend ist, um die elektrischen Vorgänge im Herzen sachdienlich zu bezeichnen.

Zusammenfassend ist dargestellt (siehe Tabelle 3 [Tab. 3]), welche Vorstellungen innerhalb der Probandengruppen identifiziert werden konnten.

Die rekonstruierten Vorstellungen haben grundsätzlich keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Ebenso können sie - dies beruht auf dem zur Interpretation subjektiver Bedeutungswelten notwendigen qualitativen Ansatz - nicht repräsentativer Art sein. Somit ist eine Verallgemeinerung über die Stichprobe hinaus nicht möglich. Ihr Wert als Forschungsergebnisse liegt jedoch primär darin, Erkenntnisse zu erlangen, welche Fehlvorstellungen es geben kann und diese dezidiert zu beschreiben.

Eine weitere Limitation begründet sich im methodischen Ansatz. Zwar ermöglicht die durchgeführte Sekundäranalyse der Befunde die Rekonstruktion von Vorstellungen und liefert somit theoretisch fundierte Erkenntnisse. Gleichwohl ist nicht auszuschließen, dass in problemzentrierten und leitfadengestützten Interviews weitere Aussagen angeregt werden können, wenn der Interviewleitfaden primär auf den Erregungsbegriff fokussiert (in den durchgeführten Interviews war dies nur ein Teilaspekt, weil es primär um das Erfassen von Vorstellungen über das physiologische EKG ging). Zudem ist es denkbar, dass Studierende in einer retrospektiven Befragung diese Fehlvorstellungen als solche erfassten, wenn sie explizit damit konfrontiert würden. Insofern sind die Befunde als kontext- und situationsbedingt zu deklarieren.

Die Untersuchungsaufgabe besteht in der methodisch kontrollierten systematischen Untersuchung fachwissenschaftlicher Äußerungen aus der Vermittlungsperspektive [11]. Diese Wissenschaftlervorstellungen werden einer fachdidaktischen (nicht einer fachlichen!) Analyse unterzogen. Dabei wird deren Vermittlungspotenzial hinsichtlich fehlleitender Vorstellungen untersucht, also ob und in wie fern die in einer spezifischen Weise repräsentierten fachwissenschaftlichen Konstrukte das Lehren und Lernen fördern beziehungsweise erschweren können. Aus Gründen der Übersicht erfolgt die Vermittlungspotenzialdiagnose exemplarisch.

Johannes und Jan konstruieren unpassende Vorstellungen hinsichtlich des Phänomens der Erregungsfortleitung. Sie stellen sich Erregung als quasi-materielle Entität vor, die sich im Herzen hin- und her bewegt, ohne dabei die Funktionalität zu beschreiben. Eine von Silverthorn [20] verwendete sprachliche und bildliche Repräsentation (siehe [20], hier Abbildung 14.18 zu Erregungsleitung im Herzen, in der Erregung als quasi-materielle Entität verstanden wird) ist hinsichtlich einer solchen substanzartigen Vorstellung von Erregung (sich ausbreitende violette Färbung) durchaus kritisch zu betrachten. Da auf den Sachverhalt der sich ändernden Ladungsverhältnisse nicht eingegangen wird, fehlt dieser Art der externen Repräsentation eine zentrale fachliche Komponente: Die Prozesshaftigkeit von Erregung wird nur unzureichend dargestellt. Gleichwohl kann Erregung von Lesenden aufgrund der sich flächig ausbreitenden Färbung als quasi-materielles Fluidum wahrgenommen werden, welches sich im Herzen verteilt.

Zudem wird der Sachverhalt der Repolarisierung grafisch nicht repräsentiert. Dies erfolgt hingegen in einer analogen Visualisierung bei Silbernagl und Despopoulos [21]. Unter der Überschrift „Erregungsausbreitung im Herzen“ (195, Abb. C) wird auch die Repolarisation geführt. Allerdings wird so deutlich, dass zwei grundsätzlich divergierende Konzepte von Erregungsausbreitung vermittelt werden:

1.

Erregungsausbreitung = Ausbreitung von Depolarisierung

2.

Erregungsausbreitung = Ausbreitung von De- und Repolarisierung

Aus Vermittlungsperspektive ist diese fachliche Ungereimtheit problematisch, weil Lernenden hier grundlegend unterschiedliche Vorstellungen dargeboten werden.

Der fachdidaktische Blick auf wissenschaftliche Äußerungen zeigt mitunter auf, dass auch in wissenschaftlichen Quellen lebensweltliche, fachlich weniger passende Konzepte identifiziert werden können [23]. Dies lässt sich beispielhaft an der Verwendung des fachlich nicht angemessenen Begriffs von Rückbildung aufzeigen. Fleischmann und Kollegen [22] erläutern in Kapitel „8.1.1 Herzerregung“ die „Erregungsausbreitung“ (394). Diesbezüglich unterscheiden sie Erregungsausbreitung von Erregungsrückbildung.

Das Ausbreiten von Erregung, also die sich fortsetzenden Depolarisationen zwischen benachbarten Herzmuskelzellen, bezeichnet grundsätzlich einen fachlich angemessenen Sachverhalt, wenngleich der Terminus einer quasi-materiellen Erregungsvorstellung Vorschub leisten kann (5.1.4). Das Konzept von Rückbildung ist aus fachlicher und didaktischer Sicht hingegen kritisch zu sehen. Wie bereits dargestellt, stehen hinter dem Terminus Rückbildung die basalen, erfahrungsbasierten Kognitionen von kleiner werden (DECREASE-Schema). Die metaphorische Nutzung dieser Kognitionen bei der Vorstellung von Erregungsrückbildung ist allerdings unpassend, um einen zu Erregungsausbreitung reziproken Prozess zu bezeichnen (genau genommen wäre Eindämmung der semantisch passende Gegenbegriff zu Ausbreitung). Genau dies wäre jedoch aus physiologischer Sicht aber notwendig, denn der hier als Rückbildung bezeichnete Vorgang ist auf molekularer Ebene konzeptionell identisch (erneute Ladungsumkehr durch Ionenströme). Depolarisation (Umkehr eines Membranpotenzials) und Repolarisation (erneute Umkehr des Membranpotenzials zum Ausgangszustand) müssten sich dieser Sachlogik nach gleichermaßen ausbreiten - eine Idee, wie sie von Silbernagl und Despopoulos [21] offenbar präferiert wird (vgl. [21], Abb. C zu Erregungsausbreitung im Herzen). Eben dies wird aber durch das Wortpaar Erregungsausbreitung versus Erregungsrückbildung ungenau dargestellt. Erregungsrückbildung ist somit grundsätzlich ein fehlleitender Terminus.

Da diese Vermittlungspotenzialanalyse exemplarischen Charakter hat, wird kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben. Dennoch ist limitierend festzustellen, dass die Analyse weiterer Lehrbücher zu zusätzlichen Erkenntnissen führen kann und das Feld der erfassten Vorstellungen somit erweitert werden könnte. Grundsätzlich ist überdies zu konstatieren, dass die Daten keinen repräsentativen Charakter aufweisen, da eine qualitative Analyse vorgenommen wurde.

Im Rahmen der Vermittlungspotenzialdiagnose werden mitunter historische Quellen beleuchtet, da auf diese Weise die Entwicklung von Begriffen untersucht werden kann [11]. Eine solche vertiefte Form der Vermittlungspotenzialanalyse wurde nicht durchgeführt. Sie könnte sich jedoch als sinnvoll erweisen, um den im kardiologischen Kontext unscharf genutzten Begriff der Erregung dezidierter hinsichtlich der Herkunft und Bedeutung zu klären.

Die durchgeführte Lernpotenzialdiagnose zeigt, wie unter Nutzung einer neurokognitionslinguistischen Verstehenstheorie fehlleitende Vorstellungen

von Studierenden der Humanmedizin über Herzerregung identifiziert werden konnten. Es lassen sich vier Metaphernkonzepte spezifizieren (siehe auch Abbildung 2 [Abb. 2]).

1.

VERTICAL-ORIENTATION-Schema: Erregung wird als steigender und fallender Zustand verstanden (und mit extrazellulären Potenzialdifferenzen gleichgesetzt), der sich in der EKG-Kurve abbildet.

2.

SOURCE-PATH-GOAL-Schema, OBJECT-Schema: Erregung wird als quasi-materielle Entität verstanden, die sich im Herzen gerichtet hin- und her bewegt. Die dabei auftretenden, sich fortsetzenden Depolarisierungen werden dabei nicht beachtet, ebenso wenig die elektromechanische Kopplung als folgender Vorgang.

3.

ENABLEMENT-Schema: Unter Erregung wird der Tonus bzw. die Angespanntheit des Myokards verstanden.

4.

DECREASE-Schema: Erregung wird als eine elektrische Erscheinung verstanden, die sich zurückbilden (abklingen, kleiner werden) kann. In einem Fall wird zusätzlich eine Vorstellung von Rückerregung ermittelt.

Die exemplarisch vorgestellte Vermittlungspotenzialanalyse zeigt, dass sich die Vorstellungen von Erregung als sich im Herzen bewegende quasi-materielle Entität auch in akademischen Lehrbüchern findet (SOURCE-PATH-GOAL-Schema, OBJECT-Schema). Dies gilt gleichermaßen für die Vorstellung von Erregungsrückbildung (DECREASE-Schema). Dadurch wird deutlich, dass wissenschaftliche Vorstellungen mitunter auf den gleichen erfahrungsbasierten Kognitionen basieren wie Vorstellungen von Lernenden. Dieser Forschungsansatz lässt allerdings keine Rückschlüsse darauf zu, ob und inwiefern die analysierten Konzepte zur Ausbildung der fachlich unangemessenen Vorstellungen bei Studierenden beitragen oder gar kausal damit zusammenhängen. Wohl aber liegt die Vermutung nahe, dass diese in Lehrbüchern vorhandenen Vorstellungen nicht zur Konstruktion adäquater Vorstellungen beitragen beziehungsweise um Umlernen hin zu angemessenen Ideen bewirken können. Der Untersuchungsschritt der Vermittlungspotenzialanalyse verdeutlicht somit grundsätzlich den Nutzen einer fachdidaktischen Analyse wissenschaftlicher Vorstellungen, weil sich somit lernhinderliche Aspekte identifizieren lassen. Die Vermittlungspotenzialanalyse liefert ferner – hier exemplarisch – die Erkenntnis, dass fachliche Konzepte über Lehrbücher hinweg nicht eindeutig kommuniziert werden. Beispielsweise ist für Lernende unklar, ob unter Erregung die Vorgänge von De- und Repolarisierung zu führen sind, oder ob Erregung lediglich als Depolarisierung der Herzmuskelzellen zu bezeichnen ist. Eine solche, durch entsprechende Grafiken (vgl. [20], Abbildung 14.18 zu Erregungsleitung im Herzen, in der Erregung als quasi-materielle Entität verstanden wird und [21], Abbildung C zur Erregungsausbreitung ) repräsentierte fachliche Unschärfe ist aus Vermittlungsperspektive als Lernhindernis zu reklamieren.

Nachfolgend werden die erfassten fehlleitenden Vorstellungen diskutiert. Dabei werden auch Ansätze für die Planung von Vermittlungsoptionen skizziert.

Durch Kenntnis der einzelnen Vorstellungen ergeben sich weitere Hinweise auf Schwierigkeiten, die Studierende beim Verstehen des physiologischen EKG haben können. Bedeutsam ist diesbezüglich die fehlleitende Vorstellung, nach der im EKG der Anstieg bzw. der Abfall von Erregung abgebildet wird (VERTICAL-ORIENTATION-Schema). Dabei wird zum einen die eigentliche Ursache für das Zustandekommen der EKG-Kurve außer Acht gelassen (Abgreifen extrazellulärer Potenzialdifferenzen). Zum anderen kann auf diese Weise keine Vorstellung dahingehend konstruiert werden, dass die EKG-Kurve die Richtung der Erregungsfortleitung wiedergibt.

Ein didaktisch geeigneter Ansatz zur Vermeidung beziehungsweise zur Überwindung dieser unangemessenen Vorstellung sollte den Zusammenhang zwischen elektrischer Erregung, extrazellulärer Potenzialdifferenz und Ausschlag im EKG herausstellen. Eine diesbezüglich passende Illustration findet sich bei Pape, Kurtz und Silbernagl ([24], 205, Abb. 5.31). Darin wird visualisiert, dass Erregung ein Prozess von Ladungsumverteilungen entlang der Zellmembranen von Herzmuskelzellen ist und gleichzeitig klar veranschaulicht, dass dieser molekulare Vorgang nicht direkt im EKG abgebildet wird.

Ferner wird die Prozesshaftigkeit von Erregung angedeutet. Zwar sind die Ionenverhältnisse nicht gezeigt, jedoch werden die dadurch bedingten Ladungsverhältnisse repräsentiert. Dies ist vor dem Hintergrund der nachfolgend erörterten Verständnisschwierigkeiten (6.2 und 6.3) ebenfalls als lernförderlich zu erachten.

In der naturwissenschaftsdidaktischen Forschung ist bekannt, dass abstrakte Phänomene wie etwa Energie oder Wärme mithilfe von Substanzmetaphern als quasi-materielle Phänomene verstanden werden [25]. Insofern entspricht die hier erfasste Vorstellung von Erregung als substanzartige Entität den Erwartungen an die Metapherntheorie. Auch in wissenschaftlichen Lehrwerken lässt unser Denken und der damit verknüpfte Sprachgebrauch es kaum zu, Substanzmetaphern zu vermeiden. Gleichwohl sollte insbesondere in Lehrwerken der Versuch unternommen werden, hinsichtlich der Erregungsfortleitung primär die Prozesshaftigkeit (fortgeleitete Umpolarisierungen) zu betonen. Eben dies sollten Studierende lernen, um den Zusammenhang von Erregung und den dadurch bewirkten extrazellulären Potenzialdifferenzen zu erfassen und folglich wesentliche Grundlagen der EKG-Entstehung begreifen zu können.

Im Hinblick auf Visualisierungen in akademischen Lehrbüchern sind daher Illustrationen zu vermeiden, die Erregungsausbreitung ohne Bezüge zu den sich ändernden Ladungsverhältnissen darstellen (vgl. [20], Abbildung 14.18 zu Erregungsleitung im Herzen, in der Erregung als quasi-materielle Entität verstanden wird) und so neben einem substanzartigen auch einen unvollständigen Begriff von Erregungsausbreitung (vgl. v. a. Vorstellungen des Probanden Jan) vermitteln.

Neben den nicht berücksichtigten molekularen Aspekten greift die Vorstellung von sich ausbreitender, substanzartig gedachter Erregung auch hinsichtlich von kausalen Zusammenhängen zu kurz, da die Verknüpfung von elektrischer Erregung und mechanischer Kopplung nicht expliziert wird. Sprachlich oder bildlich geäußerte Vorstellungen, in denen das Ankommen von Erregung das Ziel darstellt, stellen demnach keine passenden Konzepte im Sinne naturwissenschaftlicher Kausalität dar. In grafischen Abbildungen sollte das vollständig depolarisierte Herz daher nicht als Ziel dargestellt werden, sondern eher als Startpunkt für das Initiieren von muskulären Kontraktionen. Auf diese Weise ließe sich der konzeptionellen Leerstelle in den Vorstellungen der Probanden entgegenwirken.

Wie sich zeigt, kann der Kontraktionsgrad des Myokards über den Terminus Erregung begrifflich erschlossen werden. Dies mag bei fortgeschrittenen Studierenden als eine ausgeprägte Verständnisschwäche kategorisiert werden. Im Lichte der Theorie der verkörperten Kognitionen ist diese Vorstellung jedoch zu erklären. Anspannung von Muskulatur ist lebensweltlich erfahrbar. Der Terminus Erregung wird alltäglich ebenfalls für das Gefühl von Aufregung oder Anspannung verwendet. Somit ist nachvollziehbar, dass in einzelnen Fällen, in denen fachliche Auseinandersetzungen mit dem Gegenstand vermutlich eher oberflächlich erfolgten, die physischen Erfahrungen mit Anspannung das Verständnis von Herztätigkeit strukturieren. Aus didaktischer Perspektive zeigt sich jedoch ein ausgeprägtes Lernhindernis in zweierlei Hinsicht: Einmal wird Erregung nicht als Umverteilung von Ionen und den sich daraus ergebenen Membranpotenzialdifferenzen verstanden. Zudem wird Erregung gar nicht als Prozess begriffen, sondern als ein Zustand. Ein grundlegender Ansatz der Vermittlung sollte daher a) auf Prozesshaftigkeit fokussieren (vgl. auch 6.1) und zudem b) den Blick weniger auf die Organebene (z. B. [20], Abbildung 14.18 zu Erregungsleitung im Herzen, in der Erregung als quasi-materielle Entität verstanden wird) als auf die Zell- und Molekülebene richten. Auf eben dieser Systemebene des Lebendigen lassen sich die Vorgänge von Ionenumverteilungen (Erregung) und die daraus resultierenden mechanischen Prozesse (Kontraktionen der Sarkomere) wesentlich dienlicher repräsentieren.

Aus fachdidaktischer Sicht ist die Nutzung des Terminus Erregungsrückbildung als reziproker Vorgang zur Ausbreitung von Erregung zu diskutieren. Im Wort Erregungsausbreitung steckt das Konzept von Erregung als Veränderung des Membranpotenzials (Depolarisierung) und die örtliche Fortleitung dieses Prozesses über angrenzende Zellen hinweg. Das Wort Rückbildung vernachlässigt hingegen den Aspekt, dass Repolarisierung ebenfalls ein Vorgang von Ausbreitung ist.

Der Terminus ist nicht geeignet, um darzustellen, dass sich nach Erregung wieder das ursprüngliche Membranpotenzial einstellt. Erregung – also die Depolarisation einer Membran über ein Schwellenpotenzial hinaus – kann sich jedoch nicht zurückbilden (= abklingen, kleiner werden). Gemeint und fachlich angemessener ist eher das Konzept der Umkehr oder Wiederherstellung, welches sich metapherntheoretisch repräsentieren ließe: Als passende basale Kognition eignet sich dafür das TWIN-PAN-BALANCE-Schema [9]. Demnach verfügen wir über basale Kognitionen des Austarierens, beispielhaft lässt sich das Spielen auf einer Wippe nennen. Diese hat zwei Lastarme und eine Drehachse und wir haben in der Regel körperliche Erfahrungen gemacht, wie sich diese Lastarme jeweils in Abhängigkeit von Gewicht und Bewegung verhalten. Die aus dieser Interaktion gewonnenen Vorstellungen von Balance werden genutzt, um abstrakte Sachverhalte metaphorisch zu verstehen, z. B.:

• Lara ist heute emotional viel ausgeglichener als gestern.
• Strafmaß und Ausmaß von Kriminalität sollten sich ausgleichen.

Das Schema ist insofern fachlich passend, weil sich zwei veränderliche Zustände des Membranpotenzials – depolarisiert und repolarisiert – abwechselnd einstellen. Das Gesamtsystem kann quasi zwei Zustände einnehmen, die sich jeweils wieder in den anderen überführen lassen. Elektrische Erregungsphänomene lassen sich ebenso über dieses Schema kommunizieren. Entsprechende Aussagen können grundlegend wie folgt konstruiert werden:

• Erregung: Durch gerichtete Ionenströme entlang der Zellmembran erfolgt eine Umkehr der Ladungsverteilung (Depolarisation). Man bezeichnet die Zelle als erregt.
• Erregte Zellen wirken als Reiz auf umgebende Muskelzellen und imitieren dort ebenfalls eine Depolarisierung. Auf diese Weise leitet sich der Prozess der Erregung räumlich im Herzgewebe fort.
• Durch erneute Ausbreitung der Umverteilung von Ionen kehren sich die Ladungsverhältnisse wieder um. Das Erreichen des damit einhergehenden ursprünglichen Membranpotenzials nennt man Repolarisierung.

Lehrpersonen bedenken oft die Wirksamkeit der Lehrimpulse auf den kognitiven Lernprozess der Lernenden nicht. Wie z. B. Pfäffli [26] kritisiert, kommt es dazu, dass Hochschullehrende ihr Vermittlungsvorgehen unreflektiert aus subjektiven Vorstellungen über Lernen ableiten. Lehre erfolgt somit oftmals – entgegen gelehrter Empfehlung konstruktivistischer Lehr-Lern-Theorien – als reine Abfolge von monologischen Vorlesungen. Kenntnisse über mögliche Verständnisschwierigkeiten erweitern daher grundsätzlich die Perspektive Lehrender, weil das Ergebnis geplanter Lernsituationen stärker in den Vordergrund treten kann. Die metaphorisch strukturierten Vorstellungen von Studierenden zeigen Hürden auf, einem fachlich angemessenen Verständnis über Herzregung im Weg stehen können. Wie die Vermittlungspotenzialanalyse überdies verdeutlicht, finden sich gleichartige Vorstellungen auch in akademischen Lehrwerken. Dies legt nahe, auch fachwissenschaftliche Vorstellungen aus einer Vermittlungsperspektive kritisch-konstruktiv zu beleuchten, um etwaige lernhinderliche Repräsentationen fachlicher Konzepte zu überarbeiten.

Grundsätzlich liefert diese Sekundäranalyse weitere Erkenntnisse darüber, wie fachlich unangemessene Vorstellungen über kardiale Erregung zu den zuvor identifizierten Verständnisschwierigkeiten über die EKG-Kurve [1] führen können. Dazu zählt die Vorstellung von Erregung als substanzartige Entität oder als Zustand muskulärer Kontraktion. Als grundsätzlich unpassend wurde die bei Studierenden und in Lehrbücher identifizierte Vorstellung von Erregungsrückbildung ausgewiesen. In der präklinischen Lehre erscheint es daher ratsam, kardiale Erregungsphänomene präzise auf molekularer Ebene als Vorgang der doppelten Umpolarisation durch Ionenflüsse zu bezeichnen. Insbesondere bei der ikonischen Darstellung die Fortleitung von De- und Repolarisierung sollten Substanzmetaphern vermieden werden, weil sie die fachlichen Kernaspekte auf elektrochemischer Ebene vernachlässigen.

Die gezeigten fehlleitenden Vorstellungen lassen sich außerdem gezielt nutzen, um sie in Lehrveranstaltungen fachlich korrekten Konzepten kontrastierend gegenüberzustellen und auf diese Weise kognitive Konflikte als Ausgangspunkt für Lernen zu schaffen. Fachlich unangemessene Vorstellungen können Studierenden ferner in Seminaren zur kritischen Sichtung und Korrektur vorgelegt werden, wodurch eine vertiefte Auseinandersetzung mit den fachlichen Inhalten erzielt werden kann.

Wie in dieser Arbeit exemplarisch deutlich wird, führt auch der fachdidaktische Blick auf Fachlichkeit zu Erkenntnissen, die für das Lehren und Lernen von Relevanz sind. Dazu zählt die Analyse der fehlleitenden Bezeichnung von Erregungsrückbildung in Lehrbüchern, die für Lernende keine verständliche Repräsentation der molekularen Prozesse an Herzmuskelzellen bereitstellt. Das Modell der didaktischen Rekonstruktion hat sich daher in Verbindung mit der Conceptual Metaphor Theory als fruchtbares Forschungsdesign zur Analyse von Vorstellungen über fachliche Sachverhalte erwiesen. Perspektivisch wäre von Forschungsinteresse, Vorstellungen Hochschullehrender über Herzerregung und die Bedeutung des EKG zu untersuchen. Zudem ließe sich ergänzend untersuchen, über welche individuellen Lehrerfahrungen sie mit Studierenden verfügen.

Ein herzlicher Dank geht an Ute Heine für den konzeptionellen Austausch. Außerdem danke ich den Gutachter*innen für die konstruktiven Anregungen zum Manuskript.

Der Autor erklärt, dass er keine Interessenkonflikte im Zusammenhang mit diesem Artikel hat.