3.2 Raumbezogene Wahrnehmung nach Jean Piaget

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Vor allem auf Jean Piaget geht die Beschreibung gedanklicher Operationen zurück, die die Wahrnehmung räumlicher Merkmale differenzieren und die im Wesentlichen auch für die Wahrnehmung von Figurationen zutreffen können. Jean Piaget und Bärbel Inhelder ( 1975a Piaget, J. u. Inhelder, B. (1975a): Die Entwicklung des räumlichen Denkens beim Kinde. Gesammelte Werke, 6, Stuttgart, 1975b Piaget, J. u. Inhelder, B. (1975b): Die natürliche Geometrie des Kindes. Gesammelte Werke, 7, Stuttgart) unterscheiden fünf elementare Relationen, nach denen Elemente im Raum partiell gedanklich gegliedert werden. Aufbauend auf diesen elementaren Relationen, die nach ihren Überlegungen die Basis der räumlichen Wahrnehmung bilden, differenzieren sie weitere räumliche Relationen und Eigenschaften, die neben dem Raum auch die zweidimensionale Geometrie in der Darstellungsebene betreffen. Folgende Relationen werden unterschieden (aus
Bollmann 1992Bollmann, J. (1992): Raumvorstellung und Kartenwahrnehmung. In: Geographie und ihre Didaktik, Festschrift für Walter Sperling, 2 ,Materialien zur Didaktik der Geographie, 16, 349-362):

Vor allem auf Jean Piaget geht die Beschreibung gedanklicher Operationen zurück, die die Wahrnehmung räumlicher Merkmale differenzieren.

Die Relation des benachbart sein (B) ist eine räumliche Eigenschaft, die sich zum Beispiel aus der Nähe von zwei oder mehr Objekten in einem Raumfeld ergibt: Die Objekte werden nicht getrennt, sondern nebeneinander wahrgenommen.
Die Relation der räumlichen Trennung (T) tritt auf, wenn benachbarte Objekte im Raum, die aneinander stoßen oder sich vermischen, als unabhängig wahrgenommen werden und wenn ein Mittel zu ihrer Unterscheidung geliefert bzw. eine Trennungsrelation aufgestellt wird. Wichtig ist diese elementare Wahrnehmungsrelation vor allem dann, wenn aus einer räumlichen Gesamtheit Einheiten mehrerer Objekte gedanklich herausgebildet werden.
Die Relation der Reihenfolge (R) wird dann wahrgenommen, wenn benachbarte und gleichzeitig getrennte Objekte aufeinander folgend angeordnet sind. Dieses kann eine Folge von Standorten oder eine Folge von Bewegungen sein, die als Situationen einer Handlung im Raum markiert werden.
Die Relation des umgeben sein (U) kann dann wahrgenommen werden, wenn die drei ersten Relationen organisiert sind: Ein Objekt wird zwischen zwei anderen Objekten wahrgenommen oder eine Einheit wird von mehreren Einheiten vollständig umschlossen.
Die Relation der Kontinuität (K) ist eine Synthese zwischen Benachbartsein, Trennung, Reihenfolge und Umgebensein. Im Kontinuum werden die Übergänge zwischen Elementen als eine unendliche Menge von Zwischenstadien wahrgenommen: Benachbarte Elemente einer Reihenfolge werden, weil sie nicht getrennt erscheinen, aufgrund mangelnder Differenzierung als benachbart wahrgenommen; nächstfolgende Elemente werden als getrennt wahrgenommen, weil sie nicht benachbart erscheinen.

Es werden räumliche Relationen und Eigenschaften beschrieben, die die zweidimensionale Geometrie in der Darstellungsebene betreffen.


Abb. 32.1 Topologische Relationen (aus Bollmann 1992 Bollmann, J. (1992): Raumvorstellung und Kartenwahrnehmung. In: Geographie und ihre Didaktik, Festschrift für Walter Sperling, 2 ,Materialien zur Didaktik der Geographie, 16, 349-362): Benachbartsein (B), räumliche Trennung (T), Reihenfolge (R), Umgebensein (U), Kontinuität (K)
Mit Hilfe dieser fünf elementaren topologischen Relationen (vgl. auch Abb. 32.1) kann der Wahrnehmungsraum topologisch gegliedert werden. Die Relationen bilden einerseits die Basis für die Entwicklung von Aktivitäten im Raum und sind andererseits Voraussetzung für die gedankliche Verarbeitung von konkreten räumlichen Informationen.	Die Relationen bilden die Basis für die Entwicklung von Aktivitäten im Raum und sind Voraussetzung für die gedankliche Verarbeitung konkreter räumlicher Informationen.
Die Verarbeitung bestimmter Raumausschnitte erfolgt durch die Wahrnehmung konkreter elementarer topologischer Informationen. Mit ihnen wird der Raum individuell organisiert: Der Raumvordergrund trennt sich vom Raumhintergrund; Raumhälften verbinden sich gedanklich zu einer Raumeinheit oder werden weiter unterteilt in geordnete Folgen von Geländeabschnitten. Merkmale einer solchen Gliederung sind konkrete markante morphologische Geländeformen, Vegetations-. oder Nutzungsgrenzen, Verkehrswege etc. Sprachlich lässt sich diese Gliederung durch die Präpositionen davor, daneben, darüber, darunter, darin etc. beschreiben.	Bedeutung von Relationen: Der Raumvordergrund trennt sich vom Raumhintergrund; Raumhälften verbinden sich gedanklich zu einer Raumeinheit sie werden unterteilt in geordnete Folgen von Geländeabschnitten.

Abb. 32.2 Merkmale und Relationen räumlicher Wahrnehmung (aus Bollmann 1992 Bollmann, J. (1992): Raumvorstellung und Kartenwahrnehmung. In: Geographie und ihre Didaktik, Festschrift für Walter Sperling, 2 ,Materialien zur Didaktik der Geographie, 16, 349-362; vgl. Piaget et al. 1975a Piaget, J. u. Inhelder, B. (1975a): Die Entwicklung des räumlichen Denkens beim Kinde. Gesammelte Werke, 6, Stuttgart)

3.2.1 Formenmerkmale und -relationen

Mit den elementaren topologischen Relationen werden die Gliederung und Einordnung von bestimmten Gegenständen in einen räumlichen Verbund organisiert. Die Gegenstände selbst unterscheiden oder gleichen sich dabei aufgrund von lokalen Formmerkmalen (vgl. Abb. 32.2). Wichtigste Merkmale sind die übergeordneten topologischen Formmerkmale „offen“ und „geschlossen“ und „getrennt“. Eine differenziertere Unterscheidung von Gegenständen im Raum erfolgt durch euklidische Formmerkmale. Ihre gedankliche Verarbeitung setzt nach Piaget höhere Abstraktionsleistungen voraus.

Neben topologischen Differenzierungen im Raum werden Gegenständen durch euklidische Formmerkmale geordnet.

Sie trennen Geraden, Kreise, Kurven, Winkel etc. aus dem Gesamtverbund der wahrnehmbaren Formen eines Gegenstandes und bilden Invarianten aufgrund des gedanklich verfügbaren euklidischen Formensystems. Der Wahrnehmungs- oder Wiedererkennungswert der verschiedenen Formmerkmale richtet sich nach ihrem Informationsgehalt. Dieser ist nach Klix (1971) Klix, F. (1971): Information und Verhalten. Kybernetische Aspekte der organismischen Informationsverarbeitung. Einführung in naturwissenschaftlichen Grundlagen der Allgemeinen Psychologie. Bern besonders hoch, wenn die Formenausprägungen gegenüber ihrer Umgebung auffallend sind. Dies trifft zu, wenn zum Beispiel unerwartet ein spitzer Knick in einem sonst eher gleichmäßigen Verlauf einer Kante eines Gegenstandes als ikonisches Formenmerkmal auftritt oder wenn allgemein eine bestimmte Form in einem Formenverbund seltener auftritt als andere Formen.

Euklidische Merkmale trennen Gerade, Kreise, Kurven, Winkel etc. aus dem Gesamtverbund der wahrnehmbaren Formen und bilden Invarianten aufgrund des gedanklich verfügbaren euklidischen Formensystems.

Wie bei Gegenständen spielen bei der Wahrnehmung von höheren Relationen des Raumes vor allem gedankliche Vorstellungen eine Rolle. So setzt die Verarbeitung projektiver Relationen die gedankliche Verfügbarkeit des Systems der Perspektive voraus. Der Mensch muss den Raum als Gesamtsystem verstehen, um sich aus seinem Blickwinkel andere Ansichten des Raumes vorstellen zu können. Er verfügt über die Fähigkeit, sich ohne Ortswechsel im Raum, andere Relationen des Raumes vorzustellen. Er kann aus den Relationen, die aus dem eigenen Blickwinkel gebildet werden, auf die von der Perspektive unabhängigen Relationen eines bestimmten Raumausschnitts schließen. Zu der Vorstellung von Relationen kommt die gedankliche Konstruktion von transformierten Relationen. So können aus der perspektivischen Verkürzung von Straßen oder aus dem Zusammenlaufen von Schienen am Horizont über gedankliche Transformation diese projektiven Relationen in reale Relationen des Raumes übertragen werden.

Der Mensch kann aus den Relationen, die aus dem eigenen Blickwinkel gebildet werden, auf die von der Perspektive unabhängigen Relationen eines bestimmten Raumausschnitts schließen.

Im euklidischen Raum werden die Nachbarschafts- und Ordnungsrelationen des topologischen Raumes durch Distanzrelationen ergänzt. Dieses ist möglich, wenn aufgrund von Maßsystemen der gesamte Raum gedanklich koordiniert, also quantitativ gegliedert werden kann. Durch die Zuordnung beliebiger Raumpunkte in solche gedanklich reproduzierten geometrisch-quantitative Systeme lassen sich Distanzen, Steigungen, Radien und Winkel im Raum schätzen. Diese können im Gegensatz zu den topologischen Relationen allerdings weniger gut konkret wahrgenommen und gedanklich als Informationen reproduziert werden. Ihre Funktion liegt vor allem in der quantitativen Beschreibung des Raumes. Dieses geschieht in Form von gedanklichen verfügbaren Koordinatensystemen, innerhalb derer die Lage von Gegenständen, zum Beispiel in ihren Abstandsrelationen, bestimmt wird.

Durch die Zuordnung beliebiger Raumpunkte in gedanklich reproduzierte geometrisch-quantitative Systeme lassen sich Distanzen, Steigungen, Radien und Winkel im Raum schätzen.

3.2.2 Gedankliche Repräsentation georäumlicher Informationen

Die im Kap. 3.2 dargestellte und von Piaget und Inhelder erarbeitete Systematik der Raumwahrnehmung bildet eine gute Grundlage für die im Folgenden zu entwickelnden geometrischen und graphischen Modelle zur Untersuchung von georäumlichen Wahrnehmungsleistungen in Karten. Auch die psychologische Kognitionsforschung und verwandte Disziplinen stützen sich zum Teil bei der Definition von Voraussetzung zur räumlichen Wahrnehmung auf einige der oben dargestellten Definitionen. Besonders Ruth Schumann-Hengsteler (1995) Schumann-Hengsteler, R. (1995): Die Entwicklung des visuell-räumlichen Gedächtnisses. Göttingen hat sich mit der euklidisch-topologischen Systematik auseinandergesetzt.	Die Kognitionsforschung stützt sich bei der Definition von Faktoren der räumlichen Wahrnehmung häufig auf die von Piaget und Inhelder entwickelten Definitionen.
In Abbildung 32.3 sind Positionsdefinitionen im zweidimensionalen Raum dargestellt, das heißt, Merkmale, Relationen und Muster, die für die Feststellung einer subjektiven Position im Raum zur Verfügung stehen und die in der psychologischen und neurowissenschaftlichen Literatur diskutiert werden.
Schumann-Hengsteler (1995)Schumann-Hengsteler, R. (1995): Die Entwicklung des visuell-räumlichen Gedächtnisses. Göttingen hat dieses Schema, vergleichbar mit den entwicklungspsychologischen Intensionen von Piaget, auf die Gedächtnis- und Repräsentationsleistungen von Kindern in unterschiedlichen Altersphasen ausgerichtet. Dabei geht es u.a. um die umstrittene Annahme von Piaget, dass im frühkindlichen Alter bei der räumlichen Positionierung vor allem topologische Größen eine Rolle spielen und erst ab dem 9. Lebensjahr euklidische Raumvorstellungen zum Tragen kommen. Spätere Untersuchungen haben dagegen gezeigt, dass euklidische Vorstellungen durchaus schon im 5. oder 6. Lebensjahr für die Positionierung genutzt werden (vgl. Huttenlocher et al. 1984 Huttenlocher, J. u. Newcombe, N. (1984): The child`s representation of information about location. In: The origin of cognitive skills. 81-111. Hillsdale NJ; Somerville et al. 1985 Somerville, S.C. u Bryant, P.E. (1985): Young children`s use of spatial coordinates. Child Development, 56, 604-613). Obwohl diese Fragestellungen in der vorliegenden Arbeit nicht diskutiert werden sollen, ist das vorgeschlagene Schema als Grundlage für die gedankliche Repräsentation von räumlichen Informationen durchaus eine wertvolle Präzisierung räumlicher Größen, die auch für die Fragestellungen und Untersuchungen der vorliegenden Arbeit von Interesse sein können.	Schumann-Hengsteler hat ihr Schema, vergleichbar mit den Intensionen von Piaget, auf die Gedächtnis- und Repräsentationsleistungen von Kindern in unterschiedlichen Altersphasen ausgerichtet.
Bei Schumann-Hengsteler (1995, S. 84ff) Schumann-Hengsteler, R. (1995): Die Entwicklung des visuell-räumlichen Gedächtnisses. Göttingen werden drei Gruppen differenziert, in denen spezifische Merkmale und Faktoren der internen Repräsentation räumlicher Informationen zusammengefasst sind:	Merkmale und Faktoren der internen Repräsentation werden in drei Gruppen zusammengefasst.


Abb. 32.3 Interne Repräsentation räumlicher Informationen (aus Schumann-Hengsteler 1995Schumann-Hengsteler, R. (1995): Die Entwicklung des visuell-räumlichen Gedächtnisses. Göttingen)
In der ersten Gruppe werden, wie in Abb. 32.3 dargestellt ist, zur gedanklichen Positionierung Objektmerkmale als „optische Markierer“ angenommen. Bei dieser Annahme wird vorausgesetzt, dass die Positionierungsmerkmale unmittelbar wirken, bevor weitere Merkmale encodiert oder Objekte erkannt werden (vgl. Pylyshym 1989 Pylyshym, Z.W. (1989): The role of location indexes in spatial perception: Asketch of the FINST spatial index model. Cognition, 32, 65-97). Dieses sog. FINST-Konzept (FINST = INSTantiation FINger) basiert u.a. auf Annahmen von Hasher et al. (1979) Hasher, L. u. Zacks, R.T. (1979): Automatic and effortful processes in memory. Journal of Experimental Psychology, General, 108, 356-388, nach denen die Position eines Elements als Hinweisreiz (Cue) genutzt wird, ohne dass dessen Identität encodiert sein muss.	Objektmerkmale markieren Positionen bevor weitere Objekte erkannt werden.
In die zweite Gruppe der räumlichen Repräsentation gehören Relationen zwischen Elementen oder zwischen einem Subjekt und Elementen. Bei diesen Relationen sind in der Literatur unterschiedliche Zuordnungen zu den Begriffen topologisch und euklidisch sowie über die Zuordnung von Merkmalen zu topologischen Relationen entstanden. Ausgehend von Piaget und Inhelder, bei denen die topologischen Merkmale mathematisch definiert sind (Benachbartsein, Trennung, Reihenfolge etc.), werden bei van Geert (1983)Geert, P. van (1983): The development of perception. Cognition and language. London die der Wahrnehmung oder dem praktischen Denken eher angepassten Propositionen (Aussagen, Inhalte) wie „auf“, „in“ oder „neben“ vorgeschlagen. Kosslyn et al. (1990) Kosslyn, S.M.; Kleeck, M.H. van u. Kirby, K.N. (1990): A neurologically plausible model of individual differences in visual mental imagery. Imagery, 39-77, London schlägt eine noch geringere Exaktheit bei der Bestimmung von Relationen vor, und zwar durch kategoriale Definitionen wie etwa „in der Umgebung“.	Es werden Relationen zwischen Elementen oder zwischen einem Subjekt und Elementen räumlich repräsentiert.
In der dritten Gruppe georäumlicher Relationen spielt die Exaktheit der zu repräsentierenden Informationen keine herausragende Rolle mehr. Im Mittelpunkt der Überlegungen steht die Möglichkeit, Muster aus einer Menge Elemente zu bilden und diese für die Positionierung entweder als momentane Häufung (visuelle Konstellation, Cluster) oder als eine zeitliche Folge von Elementen zu decodieren. Bei visuellen Konstellationen werden beispielsweise nach Auffassung der Gestaltpsychologen wie Wertheimer (1923)Wertheimer, M. (1923): Untersuchungen zur Lehre von der Gestalt II. In: Psychologische Forschung, 4, 301-350, Köhler (1947)Köhler, W. (1947): Gestaltpsychology. New York und Koffka (1935) Koffka, K. (1935): Principles of Gestalt psychology. New York Einzelelemente nicht isoliert, sonders als Ganzes wahrgenommen, womit sich eine Informationsreduktion ergibt, die bei begrenzten Informationsverarbeitungsressourcen einen ökonomischen Wahrnehmungsprozess unterstützen würden. Ein weiterer Vorschlag zur räumlichen Elementstrukturierung wird mit dem Ansatz von Fuzzy Traces vorgeschlagen (Brainerd et al. 1990 Brainerd, C.J. u. Reyna, V.F. (1990): Gist is the grist: Fuzzy trace theory and the new intuitionism. Developmemtal Review, 10, 3-47), also der Verarbeitung von Detailinformationen zu abstrahierten globaleren Informationen (vgl. dazu Kap.4.1.1).	Es werde Muster als visuelle Häufung oder als zeitliche Folge von Elementen gedanklich repräsentiert.

Die Definitionen und wahrnehmungspsychologischen Einordnungen von Piaget u. Inhelder sowie Schumann-Hengsteler verdeutlichen, dass z.B. die diskutierten Ansätze zur visuell-gedanklichen Positionierung und mentalen Repräsentation im zweidimensionalen Raum durchaus mit Fragestellungen kartographischer Informationsbildung zu vergleichen sind. In Kapitel 4. werden für den kartographischen Bereich weitere Differenzierungen raumbezogener Daten, Zeichen und Informationen dargestellt, die verdeutlichen sollen, welche komplexen optischen Szenarien in georäumlichen Präsentationen angeboten werden und visuell extrahiert sowie gedanklich weiterverarbeitet werden müssen.

Die diskutierten Ansätze mentaler Repräsentation sind mit Fragestellungen kartographischer Informationsverarbeitung zu vergleichen.