Motorisches Lernen

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Motorisches Lernen

Motorisches Lernen
Definition:
Relativ überdauernde Veränderungen internaler
Bewegungskontrollstrukturen in Folge motorischer
Übungsprozesse, die sich in relativ überdauernden
Verhaltensänderungen niederschlagen.
WS 2005
Claudia Armbrüster & Will Spijkers
Institut für Psychologie
Motorisches Lernen
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Einleitung

... ist das direkte Ergebnis von Übung und

... ist nicht beobachtbar; es ist ein hypothetisches

WS 2005
... ist der Prozess zur Erlangung und Befähigung
geschickte Handlungen auszuführen
Erfahrung
Konstrukt
... hat eine (relativ) dauerhafte Veränderung des
motorischen Verhaltens zur Folge
Einleitung
Klassifikation
Lernen
Beschreibung
Motorisches Lernen:
ein komplexes Geschehen
Sensorische Reizaufnahme
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Einleitung
Reizselektion
Vergleich mit früheren Erfahrungen
Auswahl von Bewegungsmustern
Steuerung/Regelung
Aufnahme der Rückmeldeinformation (KR)
Interne Analyse/Vergleich
Speichern von Informationen
WS 2005
Motorisches Lernen

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Einleitung

(Held, 1965)
WS 2005
Beide Kätzchen
erhalten gleiche
visuelle Information
Nur die aktive Katze
entwickelt normales
sensomotorsiches
Verhalten
Î Motorisches Lernen
setzt (auf visueller
Information
basierende) Korrelation
selbst generierter
motorischer Aktivität
mit ihren Effekten
voraus
Motorisches Lernen
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Einleitung
Theorien
Fitts‘ Stage Theorie (1964)
Adams‘ Closed-loop Theorie (1971)
Schmidts Schema Theorie (1975)
Hierarchisches Lernen
Leistungskurven und Übung
WS 2005
Fitts Stage Theorie des Lernens

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Kognitive Phase:
elementare Handlungsvorgänge werden bewusst
gelernt; Aufmerksamkeit wird benötigt; oft verbal
unterstützt

Assoziative Phase:
wiederholen und ausprobieren; erfolgreiche
Komponenten werden weiterverfolgt; Fehler nehmen
ab; Feedback ist sehr wichtig

Autonome Phase:
Bewegungen können schnell und ohne große
Aufmerksamkeitszuwendung ausgeführt werden
WS 2005
Closed-Loop Theorie von Adams

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
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Adams

WS 2005
Erste Theorie des motorischen Lernens (1971)
Motorisches Lernen erfolgt durch fortlaufende
Verfeinerung der sensomotorischen FeedbackKontrolle (perceptual trace):
Ziel:
fortlaufende Reduktion des Bewegungsfehlers
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
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Adams
Input
1
Exekutive
2
Effektor
Output
WS 2005
Fehler
Erwünschter
Zustand
4
Komparator
Aktueller
Zustand
3
Feedback
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
¨
Adams
WS 2005

Die vier Komponenten:
1
Exekutive:
Entscheidung über korrektive Aktionen
2
Effektor:
Führt die korrektiven Aktionen aus
Feedback:
3
Information über den aktuellen Zustand
4
Komparator:
vergleicht erwünschten und aktuellen
Zustand und meldet den Unterschied an die
Exekutive
Was ist Feedback?
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
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Adams
WS 2005
Was ist Feedback?
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
¨
Adams
Alle sensorischen Informationen
Bewegungsrelevante
Informationen
Nicht-bewegungsrelevante
Informationen
Vor der Bewegung
erhältlich:
Nach der Bewegung
erhältlich:
FEEDFORWARD
FEEDBACK
Intrinsisch
WS 2005
Extrinsisch
Was ist Feedback?

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
¨
Adams
Intrinsisches Feedback

Propriozeptiv
= Muskelkraft, Stellung der Gelenke, ...

Exterozeptiv
= visuell, auditiv

WS 2005
Extrinsisches Feedback

Knowledge of Results (KR)

Knowledge of Performance (KP)
Einleitung
Klassifikation
Lernen
Beschreibung
Klassifizierung von Feedback?
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams II
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Exkurs:
Feedback
FEEDBACK
simultan
final
(während der Bewegung)
proprio- und
exterozeptives
Simultanfeedback
WS 2005
kinematisches
KR
(nach der Bewegung)
proprio- und
exterozeptives
Ergebnisfeedback
Ergebnis
KR
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
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Adams
Input
1
Reizidentifikation
Antwortauswahl
Antwortprogrammierung
2
Motorisches
Programm
Rückenmark
Muskeln
Output
WS 2005
Fehler
Erwünschter
Zustand
4
Komparator
Propriozeptives Feedback
(Muskelkraft, Dauer,
Gelenkstellung, Körperposition)
3
Aktueller
Zustand
Exterozeptives Feedback

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
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Adams
Memory Trace: (Gedächtnisspur)
verantwortlich für die Auswahl der groben Richtung einer
Bewegung (Bewegungsansatz)

Perceptual Trace: (Wahrnehmungsspur)
verantwortlich für die genaue Positionierung
WS 2005
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
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Adams
Entwicklung der perzeptuellen Spur:
Sammlung von Spuren, die durch das
vorhandene KR (= knowledge of results) immer
genauer werden
Î KR wird aktiv genutzt um die richtige Spur
zu entwickeln (KR hat Führungsrolle)
Qualität der Rückmeldung wirkt sich auf
den Lernverlauf aus
WS 2005
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
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Adams
WS 2005
Kritik:
logische Inkonsistenz:
Komparator dient gleichzeitig als Referenzund Führungsmechanismus
Eingeschränkter Bereich:
gilt nur für langsame Positionierungsbewegungen, da für schnelle Bewegungen
Feedback zu langsam
Empirische Kontraevidenz:
Deafferenzierungsstudien, variable Übung,
relativer KR
Deafferenzierungsstudien

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
¨
Adams
Deafferenzierung:
Ausschaltung der sensiblen Impulse (Afferenzen), entweder traumatisch
bedingt oder durch operative Unterbrechung der segmentären sensiblen
Fasern der hinteren Spinalnervenwurzeln.

Lashley (1917)
- Patient mit Schusswunde konnte das Knie genauso gut in
eine 45° Position bringen wie gesunder Mensch.

Taub (1968)
- Verhaltensrepertoire von Affen nach Deafferenzierung der
vorderen Extremitäten bleibt weitgehend erhalten.
- Lediglich bei feinmotorischen Bewegungen zeigen sie
deutliche Einbußen.
WS 2005
Variable Übung

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
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Adams
WS 2005
McCracken und Stelmach (1977)
Schmidts Schema Theorie
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
¨
Schmidt

„In 1975 largely because of my dissatisfaction
with Adams‘ position, I formulated a theory that
can be considered as a rival to Adams.“
Schmidt (1982), S. 482
WS 2005

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
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Schmidt
Zwei Repräsentationsstrukturen werden postuliert:

WS 2005
Recall Schema:
verantwortlich für die Produktion von Bewegungen
Recognition Schema:
verantwortlich für die Evaluierung der (Bewegungs-)
Antwort
GMP (generalisierte motorische Programme):
abstrakte Repräsentation einer Bewegung
GMP:
generalisiertes motorisches Programm
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
¨
Schmidt

WS 2005
Ein motorisches Programm ist eine Ansammlung von
„Muskelbefehlen“, die strukturiert werden bevor eine
Bewegung beginnt und die es erlauben eine komplette
Bewegungssequenz ohne peripheres Feedback
auszuführen.
(Keele, 1968)
Recall-Schema
Input-Output-Beziehung
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
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Schmidt
WS 2005

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
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Schmidt
Wenn man eine Bewegung ausführt werden 4
Informationen gespeichert:

Anfangsbedingungen
(Körperposition, Gewicht des geworfenen Objekts,...)
Gespeicherte Programmspezifikationen
(Parameter des verantwortlichen GMP)
Ergebnis der Bewegung
(KR)
Sensorisches Ergebnis
(wie sich die Bewegung angefühlt hat, aussah,
angehört hat,...)
Î Schemabildung
WS 2005
Recall-Schema
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
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Schmidt
2 geringer Rückenwind
B gespeicherte Parameter
A gewünschte Weite des Aufschlags
WS 2005
Recognition Schema
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
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Schmidt
2 geringer Rückenwind
C erwartete sensorische Konsequenzen
A gewünschte Weite des Aufschlags
WS 2005
Schema Theorie
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
¨
Schmidt
Anfangsbedingungen
bedingungen
KR
Fehler-Markierung
("error-labeling")
gewünschtes
Ergebnis
gespeicherte
gespeicherte
Programmspezifikationen
RecallSchema
gespeicherte
gespeicherte
tatsächliche
tatsächliche
Ergebnisse
Ergebnisse
subjektive
Verstärkung
RecognitionSchema
gespeicherte
gespeicherte
sensorische
sensorische
Konsequenzen
Konsequenzen
Motorisches Handlungs-Schema ("motor response schema")
ProgrammSpezifikation
Motor. Programm
Gliedmaßen
Erwartetes exterozeptives
Feedback
Propriozeption
Umgebung
Exterozeption
messbares Ergebnis
WS 2005
Erwartetes propriozeptives
Feedback
Ergebnis-Rückmeldung (KR)
Schema Theorie

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
¨
Schmidt
WS 2005
„Pluspunkte“:
1.
bewertende Funktion des Recognition
Schemas und bewegungsproduzierende
Funktion des Recall Schemas vermeiden die
logische Inkonsistenz
2.
Bewegungsspezifizierende Funktion des
Recall Schemas macht die Theorie auch für
schnelle, ballistische Bewegungen
anwendbar
3.
Positive Wirkung von Variabilität der Übung
kann erklärt werden
Variable Übung

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
¨
Schmidt
WS 2005
McCracken und Stelmach (1977)
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
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Komplexe Einheit
WORT
W
O
R
T
Bausteine
einzelne Buchstaben
WS 2005

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
¨

Schemata und GMP sind attraktive Konzepte, aber
schwer zu identifizieren
Hierarchische Strukturen hingegen sind klar definiert
Zentrale Annahme:
Lernen erfolgt durch das Bilden von zunehmend
komplexerer „Units“ (higher-level units) aus einfacheren
Einheiten.

WS 2005
Bryan & Harter (1897): Morse-Code
MacKay & Bowen (1969): „Biliguale“

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
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WS 2005
MacKay & Bowen (1969):
Versuchspersonen sprachen fließend Englisch und Deutsch
müssen einen Satz in einer Sprache immer schneller
sprechen Î Sprechzeit nimmt ab
wenn sie dann einen Satz in der anderen Sprache
sprechen müssen, der die gleiche Bedeutung hat,
verbessert sich die Sprechzeit weiter; hat der Satz eine
andere Bedeutung, stellt sich die Verbesserung langsamer
ein
Erklärung:
Bildung von höheren Ebenen („higher-level units“)
während des Lernens. Die höchste Ebene ist die
Bedeutung, wird diese wieder aktiviert, kann schneller
gelernt werden.
Chunking
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
¨
Bildung von „Informationsklumpen“

Î vw bmw opel

WS 2005
vwb mwo pel
Telefonnummern Auswendiglernen
Darstellung von Lernprozessen

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungskurven
WS 2005

Verbesserung (und auch Verschlechterung)
motorischer Leistung kann mit Hilfe von
Leistungskurven graphisch dargestellt
werden.
Bezeichnung „Leistungskurven“ besser
als „Lernkurven“, da lernen nicht direkt
gemessen werden kann, sondern nur aus
beobachtbaren Verhaltensänderungen
herleitbar ist.
Leistungskurven
Zeit in msec
negativ
Treffer
Leistung
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungskurven
Leistung
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Durchgänge
positiv
Durchgänge
• Transfer darf nie vergessen werden
WS 2005
Leistungskurven

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungskurven
Person A
Person B
Leistung
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Variabilität zwischen Versuchspersonen
1
WS 2005
50
Durchgänge
100
Leistungskurven
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungskurven
Erfolgswahrscheinlichkeit

Variabilität innerhalb einer Versuchsperson
.50
.25
.00
1
50
100
Durchgänge
WS 2005
Hypothetische Leistungskurven
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungskurven
WS 2005
Übung
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung
WS 2005

Übung macht den Meister.
Üben ist schwer, aber Sterben noch schwerer.
Übung bringt Gewöhnung
Übung ist der beste Lehrer.
Übung tut mehr als aller Meister Lehr'.
Übung und Fleiß vermag alles.
Übung
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung
Definition von motorischem Lernen:
Relativ überdauernde Veränderungen internaler
Bewegungskontrollstrukturen in Folge motorischer
Übungsprozesse, die sich in relativ
überdauernden Verhaltensänderungen niederschlagen.
WS 2005
Physikalische Veränderungen
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung
WS 2005

neben den Verhaltensänderungen und den
kognitiven Übungseffekten entstehen auch
nicht-kognitive und
nicht-neuronale
Übungseffekte (Î z.B.
Muskelaufbau)
Übung
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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung
...dazu braucht man
Motivation:

ein Bewegungsbild:

Filme, verbale Instruktion, Demonstration
eine Struktur:

WS 2005
Die Aufgabe wichtig erscheinen lassen.
Ziele setzen oder vereinbaren.
Variables Üben
Massed vs. distributed
Blocked vs. random
Mentales Üben
Übung

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Concept of goalsetting (Locke, 1968)
Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung
WS 2005
Übung

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung
WS 2005

massed= ohne Pausen
distributed = mit Pausen
Übung

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Blocked versus random
Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung
blocked
random
(Shea & Morgan)
WS 2005
Mentale Übung

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung
Bedeutet eine Bewegung im Geiste
ausführen, ohne dabei Muskeln zu
beanspruchen
Î Hilfreich beim Erlernen und Abruf von
motorischen Programmen
Î Besser als kein Üben, aber schlechter als
aktives Üben
WS 2005
Mentale Übung

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung
Rotary Pursuit Test
(Rawlings, et al.)
WS 2005
Mentale Übung

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung

besser als kein Üben
schlechter als aktives Üben
(Rawlings, et al.)
WS 2005
Guidance (Anleitung)

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Einleitung
Einleitung
Fitts
Fitts
Adams
Adams
Schmidt
Schmidt
Hierarschi
Hierarschi-sches
sches Lernen
Lernen
Leistungs
Leistungs-kurven
kurven
Übung

Hilfestellungen im Sport
Verbales Begleiten
PRO:
Î Fehler werden vermieden
Î verringert die Verletzungsgefahr und nimmt die Angst
(nicht experimentell bewiesen)
CONTRA:
Î trial-and-error oft erfolgreich
Î Man „entdeckt“ die Bewegung nicht selbst.
WS 2005