Viel mehr als nette Bildchen - Wie LabVIEW Ihrem Gehirn auf die Sprünge hilft

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"Mehr Erfolg und mehr Spaß beim Programmieren."

- Dipl.-Ing. Peter Siwon, MicroConsult GmbH

The Challenge:
Erläuterung zur Nutzung grafischer Programmierwerkzeuge wie LabVIEW und thematische Abhandlung wie die Stärken unseres Gehirns besser nutzbar gemachen werden können.

The Solution:
Durch die Anregung von Spieltrieb und Neugierde sowie die Vereinfachung der Kommunikation im Team wird das Lernen gefördert.

Author(s):
Dipl.-Ing. Peter Siwon - MicroConsult GmbH

Kurzfassung

Die bestmögliche Nutzung des Gehirns ist unser wichtigster Schlüssel zum Erfolg, gerade wenn wir mit sehr komplexen Aufgabenstellungen zu kämpfen haben. Wer zu wenig über sein Gehirn weiß, setzt es nicht optimal ein. Hier wird gezeigt, wie gute grafische Programmierwerkzeuge die Stärken unseres Gehirns besser nutzbar machen und was dahinter steckt. 

Die besondere Gabe des menschlichen Gehirns liegt darin, die reale Welt in Modellen abzubilden. Wie ein technischer Regler nutzt das Gehirn diese Modelle, um sein Verhalten anzupassen. Grafische Programmierwerkzeuge wie LabVIEW unterstützen uns dabei, diese Weltmodelle in unserem Kopf zu entwickeln, zu nutzen und zu erweitern. Sie erleichtern die Abbildung unserer Ideenwelt auf technische Systeme, weil Bilder unserer Vorstellungswelt näher stehen als Codelistings. Bemerkenswert ist, dass 70% aller Sinneszellen des Menschen im Auge konzentriert sind. Unsere Vorstellung der Welt wird damit sehr stark durch die visuelle Wahrnehmung bestimmt. 

Auch diese Tatsache spricht für Programmiertools, die eine gute visuelle Umsetzung einer Aufgabe unterstützen. Bilder eignen sich sehr gut für die Darstellung räumlicher und zeitlicher Zusammenhänge. Das kommt wiederum der Arbeitsteilung des Gehirns zugute, da eine Gehirnhälfte sich mehr auf räumliche und die andere mehr auf zeitliche Modelle spezialisiert hat. Schließlich regen gute grafische Tools die Neugierde und den Spieltrieb an und fördern die Kommunikation im Team. All diese Faktoren steigern die Lernbereitschaft des Gehirns und fördern so den Erfahrungszuwachs.

Fazit: Die richtige Nutzung grafischer Programmiersprachen ist eine gute Voraussetzung für schnellere und bessere Arbeitsergebnisse, da sie den Denk-, Lern- und Kommunikationsprozess unterstützen.

Einleitung

Projekte geraten immer häufiger in eine regelrechte Komplexitätsfalle: Der Überblick geht verloren und Missverständnisse pflastern den Weg. In der Folge scheitern Projekte, oder Kosten, Termine und Qualität laufen aus dem Ruder. Die Ursache ist in letzter Konsequenz immer gleich: Da wir zu wenig über die Schwächen und Stärken unseres Gehirns wissen, setzen wir es nicht immer optimal ein. Die bestmögliche Nutzung des Gehirns ist der wichtigste Schlüssel zum Erfolg, gerade wenn wir mit sehr komplexen Aufgabenstellungen zu kämpfen haben. Dieser Beitrag zeigt, wie grafische Programmierwerkzeuge wie LabVIEW die Stärken unseres Gehirns besser nutzbar machen und was dahinter steckt.

Regler und Weltmodelle im Kopf

Jede Aufgabe, der wir uns stellen, ist wie eine Wunsch-Wirklichkeits-Differenz, die durch unser Verhalten minimiert werden soll. Um das Verhalten so zu beeinflussen, dass das gewünschte Ergebnis erzielt wird, braucht unser Nervensystem eine Vorstellung davon, wie die Umgebung mit hoher Wahrscheinlichkeit auf unsere Handlungen reagiert. Wenn wir einen Stein auf ein bewegtes Ziel werfen, ist das nur möglich, weil unser Gehirn gelernt hat, wie sich Gegenstände bewegen. Wenn wir ein System programmieren, ist das nur möglich, weil wir den Zusammenhang zwischen Programmiersprache und Systemverhalten kennen. Unser Gehirn arbeitet also wie ein Regler, der Soll-Istwert-Differenzen durch Annahmen über die Welt so schnell und genau wie nötig ausgleicht. Das Wort „nötig“ ist bewusst gewählt, weil es in der Natur immer um den optimalen Ausgleich zwischen Aufwand und Nutzen geht. Technische Regler bilden dazu die reale Welt in einem mathematischen Modell nach. Unser Gehirn modelliert sie mit Hilfe neuronaler Netzwerke.

Der Erfolg unseres Handelns hängt deutlich davon ab, wie effektiv wir ein geeignetes Weltmodell entwickeln, nutzen und immer weiter verfeinern. Ganz besonders interessant ist diese Tatsache im Bezug auf Softwareentwicklung. Hier übertragen wir Gedankenmodelle auf Maschinen, um mit ihrer Hilfe unsere Gedankenmodelle zu erweitern. Beispielsweise programmieren wir ein Messsystem, um mehr über das Verhalten unserer Umgebung zu erfahren. Mit Hilfe dieser Erkenntnisse verfeinern wir unser Weltmodell und lassen diese neue Sicht der Dinge wiederum in die Messtechnik einfließen. Je weniger Denk- und Arbeitsschritte dazu notwendig sind, desto schneller wächst unser Erfahrungsschatz und desto rasanter der technische Fortschritt. Grafische Programmiersprachen wie LabVIEW sind hier in vielerlei Hinsicht von großem Nutzen.

Visualisieren statt Verschlüsseln

Stellen Sie sich vor, Sie haben eine anspruchsvolle Mess- oder Regelaufgabe zu lösen. Ihnen steht eine Mikroelektronik zur Verfügung, die eine Vielzahl von Signalen messen, darstellen und ausgeben kann. Die Sache hat jedoch einen Haken: Sie müssen das Gedankenmodell Ihrer Lösung auf die Elektronik abbilden, indem Sie es beispielsweise in C programmieren. Wie gehen Sie dabei üblicherweise vor? Sie denken nach, bis eine Idee vor Ihrem geistigem Auge auftaucht. Dann nehmen Sie ein Blatt Papier und zeichnen Kästchen, Kreise und Pfeile darauf, die Objekte mit Eigenschaften, Fähigkeiten, Beziehungen etc. darstellen. Das alles wird dann schließlich in einer Folge von Codezeilen und Datenstrukturen verschlüsselt. Verschlüsselt insofern, als die reale Welt praktisch nicht mehr wiederzuerkennen ist.

Was die Aufgabenstellung betrifft, steckt die Kreativität in der Beschreibung der Systemstruktur und des Systemverhaltens. Alles andere ist ein Übersetzungsvorgang, um einer Logik, die auf einer primitiveren Ebene als der Mensch „denkt“, das alles beizubringen. Das ist äußerst uneffektiv, weil unser Gehirn nicht in Codezeilen, sondern in vereinfachten Modellen der realen Welt denkt. Beim Codieren in C oder gar Assembler muss das Gehirn ständig die große Kluft zwischen Gedankenmodell und Codezeilen überbrücken. Es ist wie bei der Kommunikation über den Umweg einer Fremdsprache. Die Folge: Es geht langsamer, es treten häufiger Fehler auf und in vielen Fällen werden faule Kompromisse geschlossen, weil die passenden Worte fehlen. Sicherlich lässt sich hier durch Übung vieles beschleunigen und verbessern, doch es stellt sich die Frage, ob es die Mühe wert ist, wenn wir auch unsere Muttersprache benutzen könnten.

Unsere wichtigste Informationsquelle sind Bilder, sie sind die Mutter aller Kommunikation. Unsere empfindlichsten Sinnesorgane sind die Augen, die 70% aller Sinneswahrnehmungen liefern. Wir sind visuelle Wesen! Bevor wir Menschen auch nur ein gesprochenes Wort verstehen, beherrschen wir schon sehr gut die Interpretation von visuellen Eindrücken. Unsere Sprache funktioniert nur, weil wir eine meist bildliche Vorstellung von der Bedeutung ihrer Worte besitzen. Programmiersprachen kommen erst sehr viel später. Die Konsequenz für die Wahl einer Programmiersprache ist somit ganz simpel: Je näher sie an der ursprünglichen, dem Menschen seit langem vertrauten bildlichen Vorstellungswelt liegt, umso effektiver ist sie. Sicherlich lässt sich heutzutage eine Programmierung in Codezeilen nicht immer vermeiden, doch wer geht schon alle Wege zu Fuß, nur weil er ab und zu das Fahrrad schieben oder das Auto tanken muss? Wer den visuellen Kanal nicht effektiv nutzt, braucht sich nicht wundern, wenn er im wahrsten Sinne des Wortes den Durchblick verliert.

Schnell oder genau

Ein weitere wichtige Randbedingung stellt die Bandbreite unserer Datenverarbeitung im Gehirn dar. Es verfügt nur über eine Taktrate von einigen 100 Hz. Nicht gerade schnell, wenn wir an unsere Gigahertz-Prozessoren denken. Trotz massiver Parallelverarbeitung muss das Gehirn zwangsläufig einen Kompromiss zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit schließen. Das heißt, bei hohem Detaillierungsgrad denken wir genau aber langsam, oder schnell aber ungenau. Das Gehirn wird sich in der Regel immer zuerst auf die Eindrücke konzentrieren, die dabei helfen, schnell genug zu reagieren. Wer zählt schon auf der Flucht die Schnurrhaare eines angreifenden Löwen. 

Es genügt zu wissen, dass etwas hinter uns her ist, das einem Löwen ähnlich sieht. Doch nicht nur die Bandbreite der Signalverarbeitung, sondern auch die gleichzeitig verfügbaren Informationen in unserem Bewusstsein sind begrenzt. Der Mensch kann nur eine gute Handvoll Einheiten gleichzeitig bewusst wahrnehmen. Je höher die Detaillierung einer Darstellung, desto kleiner werden die bewusst wahrnehmbaren und verstehbaren Ausschnitte. Sehr schnell sieht man das Programm vor lauter Codezeilen nicht mehr. Die grafische Programmierung lenkt im Gegensatz zur Verschlüsselung in Codezeilen den Blick auf das Wesentliche, weil viele Details in den grafischen Elementen gekapselt werden können. Das hilft unserem Gehirn, sich auf das Wesentliche zu konzentrieren und Zusammenhänge bewusst wahrzunehmen. 

Durch die Möglichkeit, grafische Elemente auf anderen Darstellungsebenen immer weiter - auch bis auf Maschinensprachenebene - aufzulösen, ist  dennoch jedes Detail verfügbar, wenn es benötigt wird. Wir haben von diesem positivem Effekt der Kapselung bereits beim Übergang von Maschinensprache auf Hochsprache profitiert. Durch den Übergang zu grafischen Programmiersprachen wird dieser Effekt nicht nur weiter verstärkt, sondern die Repräsentation von Software ähnelt auch immer mehr den Modellen in unseren Köpfen.

Intuition und Analyse

Unser Gehirn denkt in drei Dimensionen: Raum, Zeit und Emotion. Diese Dimensionen spiegeln sich auch in der Arbeitsteilung des Gehirns wieder. Die rechte Gehirnhälfte unterstützt vor allem unser bildliches und ganzheitliches Vorstellungsvermögen. Sie hilft uns, die Bedeutung eines Bildes auf einen Blick, quasi intuitiv, zu erfassen. Die linke Gehirnhälfte dagegen denkt mehr analytisch in Ursache-Wirkungsketten und Abläufen. Sie hilft uns beispielsweise, Abläufe richtig zu koordinieren oder zu interpretieren. Die beiden Gehirnhälften kombinieren über ein dickes Nervenbündel intuitives mit analytischem Denken. 

Diese Tatsache zeigt, welche Vorteile es hat, dem Gehirn Stoff für ganzheitliches UND analytisches Denken anzubieten, um so beide Fähigkeiten zu nutzen. Auch hier haben grafische Darstellungen eindeutig die Nase vorn. Kaum jemand kann die Struktur einer Software oder den Fluss von Daten oder Signalen anhand eines Listings schnell erfassen. Bilder dagegen stellen räumliche und zeitliche Zusammenhänge sehr viel besser dar, selbst wenn es sich um relativ primitive grafische Elemente handelt. Je mehr dabei die Darstellung an die täglichen Erfahrungen erinnert, desto schneller liefern Intuition und Analyse ein brauchbares Ergebnis. Das klassische Beispiel ist der Unterschied zwischen digitalen und analogen Anzeigen. In der Regel erfasst der Mensch die prinzipielle Aussage analoger Darstellungen schneller, weil er sie intuitiv erfasst. Verzögert erfolgt dann die genaue numerische Analyse der Anzeige.

Neugierde wird belohnt

Im Kern des Gehirns sitzt schließlich das sogenannte limbisches System, das unsere Emotionen steuert. Praktisch alle Wahrnehmungen und Denkprozesse werden über dieses emotionale Zentrum, das mit allen Gehirnbereichen vernetzt ist, beeinflusst. Alles was unser Wohlbefinden fördert wirkt sich somit auch positiv auf unsere Denkleistung aus. So ist es erwiesen, dass unsere Lernbereitschaft und -fähigkeit steigt, wenn Spieltrieb und Neugierde geweckt sind. Unser Gehirn belohnt sich dabei selbst für jedes Aha-Erlebnis. Dies geschieht durch die Ausschüttung von Hormonen, die unsere Gehirnzellen stimulieren, so dass diese schneller lernen und denken. Sie verleihen dem Geist geradezu Flügel. Derselbe Effekt tritt ein, wenn Menschen zusammenarbeiten, die sich im eigentlichen und übertragenem Sinn gut verstehen. 

Jeder hat schon einmal erlebt, welch enorme Ideenvielfalt sich in einem gut gelaunten und motivierten Team entfaltet. Umgekehrt hemmen Stress und Frustration die Kreativität und Lernbereitschaft. Gute grafische Werkzeuge bieten auch hier große Vorteile. Zum einen fordern sie die Neugierde und den Spieltrieb heraus. Hier mag der eine oder andere die Nase rümpfen. Doch Tatsache ist, dass genau diese Urtriebe des Menschen die wesentlichen treibenden Kräfte für Innovationen sind. Die bessere Übersicht führt zu schnelleren Erfolgserlebnissen und weniger Fehlern. Auch das regt das Belohnungssystem im Gehirn an und senkt die Stressgefahr. Schließlich fördert und erleichtert anschauliche Grafik die Kommunikation im Team, was wiederum die Leistungsfähigkeit jedes einzelnen steigert.

Handeln und Beobachten

Unser Gehirn lernt nur aus Erfahrung. Sie entsteht durch Handeln und Beobachten. Entspricht das beobachtete Ergebnis einer Handlung nicht den Vorstellungen, dann wird das Verhalten korrigiert. So lernt das Gehirn Schritt für Schritt das optimale (Regelungs-)Verhalten und verfeinert sein Weltmodell. Genau das ist Erfahrung. Alles was die schnelle und leicht verständliche Rückkopplung von Ergebnissen fördert, führt zu schnellem Erfahrungsgewinn. Tools, die eine Umsetzung von Ideen mit Hilfe grafischer Elemente erlauben und die Visualisierung von Signalen und Daten unterstützten, bieten die richtigen Voraussetzungen für einen schnellen Erfahrungszuwachs. Die so erzielte steilere Lernkurve schlägt sich unmittelbar in Produktivität, Innovationskraft und Risikosenkung nieder.


Zusammenfassung

Grafische Programmierwerkzeuge helfen unserem Gehirn, komplexe Aufgaben schneller und fehlerfreier zu bewältigen, indem sie unnötige Verschlüsselung und Detaillierung vermeiden helfen. Sie unterstützen intuitive und analytische Denkprozesse gleichermaßen und erweitern so den Lösungshorizont. Durch die Anregung von Spieltrieb und Neugierde sowie die Vereinfachung der Kommunikation im Team wird das Lernen gefördert. Der Erfahrungszuwachs wird auch durch die schnellere Umsetzung von Lösungen und die bessere Visualisierung des Systemverhaltens beschleunigt. Kurz: Mehr Erfolg und mehr Spaß beim Programmieren. Zu häufig werden diese Vorteile vorschnell in dem Glauben geopfert, dass die Einsparung von Speicher- und Rechenleistung uneffektives Denken rechtfertigt.

 

Author Information:
Dipl.-Ing. Peter Siwon
MicroConsult GmbH
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Tel: +49 89 450617-0
Fax: +49 89 45 06 17-17
p.siwon@microconsult.com

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