Multimediales Lernen. Multimediales Lernen. R. Girwidz 1. R. Girwidz 2

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1 Multimediales Lernen R. Girwidz 1 Multimediales Lernen R. Girwidz 2 1

2 Multimedia Multicodierung Multimodalität Interaktivität R. Girwidz 3 Multicodierung sprachlich formal bildlich, grafisch R. Girwidz 4 2

3 Multicodierung R. Girwidz 5 Multicodierung R. Girwidz 6 3

4 Multicodierung Oliver Gösswein R. Girwidz 7 Multimedia Multicodierung Multimodalität Interaktivität R. Girwidz 8 4

5 Multimodalität R. Girwidz 9 Multimodalität (.wav) R. Girwidz 10 5

6 Multimodalität Elektromyogramm - "Biofeedback" BioPac-System R. Girwidz 11 Multimedia Multicodierung Multimodalität Interaktivität R. Girwidz 12 6

7 Interaktivität R. Girwidz 13 Interaktivität R. Girwidz 14 7

8 Interaktivität Steffen Schaal (2004) R. Girwidz 15 Multimedia MPTL group Multimedia in Physics Teaching and Learning R. Girwidz 16 8

9 MPTL Annual international Conference Topics: Designing multimedia for teaching and learning physics Integrating multimedia in the curriculum E-learning and distance learning,... Reports and recommendations on available multimedia material R. Girwidz 17 MPTL Reports and recommendations on available multimedia material Workshop 7th Parma th Prague th Graz th Berlin th Szeged th Wroclaw 2007 Title Quantum mechanics report Optics Mechanics Statistical and Thermal Physics Electricity and Magnetism Solid State, Nuclear and Particle Physics 13th Nicosia th Udine th Reims Quantum Mechanics (to be posted) Optics and Waves Mechanics R. Girwidz 18 9

10 MPTL Review: List of criteria Benutzeroberfläche Attraktivität Motivation Klare Beschreibung und Zielsetzung relevant? Inhalt umfassend? korrekt? Flexibilität Methodik Passung an die Zielgruppe Umsetzung Dokumentation R. Girwidz 19 MPTL Review: List of criteria Ist die Anwendung einfach zu starten? Usability Ist das Design schlüssig und die Bildqualität gut? Ist die Funktion der Kontrollelemente klar erkennbar? Motivation Attraktivität Anforderungen der Software klar und angemessen? Layout ansprechend? Motivierende Einführung? Interaktive Komponenten? Thema interessant (Alltagsbezüge, Anwendungen, )? Programm technisch up-to-date / innovativ? Klare Beschreibung und Zielsetzung Ist die Zielsetzung evident? Ist dem Nutzer klar, was er tun soll? Ist das Problem klar erkennbar, bzw. der Inhalt verständlich? R. Girwidz 20 10

11 MPTL Review: List of criteria Ist die Thematik wichtig? relevant Macht die die Anwendung Sinn (z. B. für Verständnis-probleme, Animation für dynamische Abläufe, )? Inhalt umfassend Wird der Inhalt gründlich behandelt? Wird der Inhalt in der Breite erschlossen (Spezialfälle + allg. Überblick)? korrekt Ist der Inhalt korrekt behandelt? Sind Vereinfachungen dokumentiert bzw. angezeigt? R. Girwidz 21 MPTL Review: List of criteria Flexibilität Passung an die Zielgruppe Methodik Umsetzung Dokumentation Ist die MM-Anwendung für eine breite Zielgruppe nutzbar (incl. Selbstlerner)? Ist das Programm in verschiedenen Lehr- und Lernszenarien einsetzbar? Eröffnet das MM-Programm neue Zugänge zu einem Thema? Kommt eine sinnvolle didaktische Reduktion zum Einsatz? Werden technische Fachbegriffe erläutert? Sind die Zielsetzungen angemessen? Kann das Grundkonzept der Anwendung den Inhalt angemessen präsentieren und die Zielsetzung realisieren? Ist der Typ der MM-Anwendung für den Zweck angemessen ausgewählt und zusammengestellt (Video, Simulation, )? Ist das Verfahren klar oder entsprechend erklärt? Ist das Material selbst-erklärend oder durch Zusatztext erklärt? Gibt es weiterführende Links und Literaturhinweise? Gibt es Vorschläge für die Einbindung in Lehrprozesse? R. Girwidz 22 11

12 MPTL - allgemeine Ergebnisse a) Überwiegend werden Standardthemen behandelt b) Umfassende Themenseiten sind zumeist noch textbasiert (html-text books). c) Gute Simulationen, interaktive Tutorials, Videoclips und virtuelle Labs behandeln meist nur isolierte Themen. R. Girwidz ] Ergebnisse allgemeine Anmerkungen d) Es gibt auch Seiten mit interessanten Spezialthemen. Sie sind aber oft schwer zu finden, und die Physik ist nur "Mittel zum Zweck". e) Wir müssen individuelle Stile und Benutzeroberflächen akzeptieren. f) Lernzielangaben und didaktischen Überlegungen sind selten. R. Girwidz 24 12

13 3. Ergebnisse allgemeine Anmerkungen Spezielle Suchmaschinen mit individualisierten Verwaltungstools sind gewünscht um die Vielfalt zu bewältigen und das weit verstreute Material zu verwalten. Bewährte didaktische MM-Konzepte sind nötig. R. Girwidz 25 Multimedia Multicodierung Multimodalität Interaktivität Wissensrepräsentation Mentale Modelle Verarbeitungstiefe - Kontext R. Girwidz 26 13

14 Visuelle Repräsentationen R. Girwidz 27 Video für erweiterte visuelle Wahrnehmung "Parabelflug" R. Girwidz 28 14

15 Video cognitive apprenticeship Von der Beobachtung zur Erklärung R. Girwidz 29 R. Girwidz 30 15

16 R. Girwidz 31 Dipolstrahlung R. Girwidz 32 16

17 Visualisierung (Dipolstrahlung) R. Girwidz 33 Visualisierung (Dipolstrahlung) R. Girwidz 34 17

18 Visualisierung (Dipolstrahlung) R. Girwidz 35 Visualisierung (Dipolstrahlung) R. Girwidz 36 18

19 Visualisierung (Dipolstrahlung) R. Girwidz 37 Visualisierung (Dipolstrahlung) R. Girwidz 38 19

20 Ausbreitungsprozesse R. Girwidz 39 Ausbreitungsprozesse 2 w 2 t u 2 w ; T t D W T ; R. Girwidz 40 20

21 Ausbreitungsprozesse T t D W T ; twellenapp R. Girwidz 41 Visualisierung ( Dispersion) R. Girwidz 42 21

22 Zusatzerklärungen - Text oder Sprache? R. Girwidz 43 Die Lerninhalte Charakter der Inhalte - Prozesse: komplex unsichtbar dynamisch R. Girwidz 44 22

23 Instruktions-Design - features R. Girwidz 45 Instruktions-Design - features Thermosäule schwarzer Absorber Thermoelemente R. Girwidz 46 23

24 Instruktions-Design - features Thermoelemente Absorber Silizium-Substrat TO5 Gehäuse R. Girwidz 47 Die Lerninhalte Bewegungsmelder R. Girwidz 48 24

25 Instruktions-Design - features Bewegungsmelder R. Girwidz 49 Instruktions-Design - features Bewegungsmelder R. Girwidz 50 25

26 Instruktions-Design - features Bewegungsmelder Michael Lippstreu (2011) R. Girwidz 51 Untersuchungsergebnisse Ist eine Sprachausgabe oder ein geschriebener Text besser? Bei Visualisierungen war die Sprachausgabe signifikant besser (ganz besonders bei Animationen). Bei reinen Daten- und Sachinformationen war geschriebener Text günstiger. Die Oberflächentemperatur der Sonne beträgt ca. 5700K. Michael Lippstreu (2011) R. Girwidz 52 26

27 Untersuchungsergebnisse Warum ist bei Visualisierungen die Sprachausgabe besser? Michael Lippstreu (2011) R. Girwidz 53 Untersuchungsergebnisse Eye-tracker R. Girwidz 54 27

28 Untersuchungsergebnisse focal points Michael Lippstreu (2011) R. Girwidz 55 Untersuchungsergebnisse focal points Michael Lippstreu (2011) R. Girwidz 56 28

29 Untersuchungsergebnisse focal points Michael Lippstreu (2011) R. Girwidz 57 Untersuchungsergebnisse focal points Michael Lippstreu (2011) R. Girwidz 58 29

30 Untersuchungsergebnisse focal times (Angaben in Prozent) focal time Vocal (Angaben time (in percent) in Prozent) gesprochener spoken Text text text Text to read zum Lesen 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 76% 53% 19% 3% picture Bild text Text picture Bild text Text Michael Lippstreu (2011) "lost" 21 % 18 % R. Girwidz 59 Untersuchungsergebnisse Verbesserung durch Sprachinformation: a) quantitativ (mehr Zeit für die Bildverarbeitung) b) qualitativ Konzentration auf relevante Bereiche Michael Lippstreu (2011) R. Girwidz 60 30

31 Wissensstrukturierung und Vernetzung R. Girwidz 61 Wissen strukturieren "the legend of concept maps" R. Girwidz 62 31

32 Wissen strukturieren in Flüssigkeiten Luftströmung um einen Heizkörper R. Girwidz 63 Wissen strukturieren Wärmeleitung in Flüssigkeiten in Gasen R. Girwidz 64 32

33 Wissen strukturieren Energietransport Wärmeleitung Konvektion Wärmestrahlung in Gasen in Flüssigkeiten Luftströmung um einen Heizkörper Thermik, Aufwinde R. Girwidz 65 Wissen strukturieren html-programmierung R. Girwidz 66 33

34 Wissen strukturieren R. Girwidz 67 Wissen strukturieren Concept maps R. Girwidz 68 34

35 Wissen strukturieren Concept maps R. Girwidz 69 Ergebnisse Steffen Schaal (2004) R. Girwidz

36 Ergebnisse nach Arbeit mit Concept Maps Steffen Schaal (2004) R. Girwidz Mentale Modelle R. Girwidz 72 36

37 Mentale Modelle Analoge Repräsentation Externe Vorgänge intern simulieren El. Draht Kontakte Batterie Spule Feder R. Girwidz 73 Virtueller Fotoapparat Thomas Rubitzko (2004) R. Girwidz 74 37

38 Virtueller Fotoapparat Fragen Unterstützt die Multicodierung die Problemlösefähigkeit (10. Klasse Realschule: Thema Fotografieren)? Hängen die Lernergebnisse von der Leistungsfähigkeit der Lernenden ab? Thomas Rubitzko (2004) R. Girwidz 75 Virtueller Fotoapparat Ergebnisse Die Multicodierung unterstützt die Problemlösefähigkeit! Unterschiede bei unterschiedlichen Schulnoten sind andeutungsweise vorhanden, aber nicht signifikant nachweisbar. Thomas Rubitzko (2004) R. Girwidz 76 38

39 b) Konkret und abstrakt R. Girwidz 77 Hilfen Supplantationsprinzip R. Girwidz 78 39

40 Multiple Repräsentationen R. Girwidz 79 Multiple Repräsentationen dünn, dick, lang, breit? R. Girwidz 80 40

41 Multicodierung & Supplantation Markus Vogel (2006) R. Girwidz 81 Multicodierung & Supplantation Hypothese 1: Supplantation hilft beim Lernen Hypothese 2: Bessere Schüler profitieren von "reduced supplantation", für schwächere Schüler ist "full supplantation" günstiger Markus Vogel (2006) R. Girwidz 82 41

42 Multicodierung & Supplantation Hypothese 1: Supplantation hilft beim Lernen Markus Vogel (2006) R. Girwidz 83 Multicodierung & Supplantation Hypothese 2: Bessere Schüler profitieren von "reduced supplantation", für schwächere Schüler ist "full supplantation" günstiger mixed linear models (Chambers & Hastie, 1992): diff = treat + grade diff = treat + grade + treat x grade S-Plus Intercept treat grade value p < Markus Vogel (2006) Intercept treat grade treat x grade value p R. Girwidz 84 42

43 Multicodierung & Supplantation R. Girwidz 85 Kognitive Flexibilität R. Girwidz 86 43

44 Kognitive Flexibilität Kognitive Flexibilität: In einer komplexen Anwendungssituation geeignete mentale Repräsentationen auswählen. (Spiro 1988, 1992) R. Girwidz 87 Kognitive Flexibilität R. Girwidz 88 44

45 Kognitive Flexibilität Visualisieren und Animieren tops und flops Top Flop R. Girwidz 89 Kognitive Flexibilität R. Girwidz 90 45

46 Kognitive Flexibilität R. Girwidz 91 Verarbeitungstiefe R. Girwidz 92 46

47 Verarbeitungstiefe R. Girwidz 93 Verarbeitungstiefe R. Girwidz 94 47

48 Verarbeitungstiefe R. Girwidz 95 Verarbeitungstiefe R. Girwidz 96 48

49 Verarbeitungstiefe R. Girwidz 97 Verarbeitungstiefe R. Girwidz 98 49

50 Kontexteinbindung R. Girwidz 99 Kontexteinbindung wellenapp R. Girwidz

51 Kontexteinbindung R. Girwidz 101 Kontexteinbindung R. Girwidz

52 Kontexteinbindung R. Girwidz 103 Kontexteinbindung R. Girwidz

53 R e s u m e e R. Girwidz 105 Multimedia Hilfen (z. B. Supplantation, Sprachausgabe) Mentale Modelle und Multicodierung Vernetzung und kognitive Flexibilität Verarbeitungstiefe, Einkleidung und Rahmung R. Girwidz

54 Literatur / Mitarbeit Schaal, S., Bogner, F. X. & Girwidz, R. (2010). Concept Mapping Assessment of Media Assisted Learning in Interdisciplinary Science Education. Research in Science Education, 40, Lippstreu, M. & Girwidz, R. (2010). Multimodale, animierte Lernangebote im Physikunterricht Zur Unterstützung von Visualisierungen durch Text und Ton. Notes on Educational Informatics Section A: Concepts and Techniques 6 (2): 1-23, Girwidz, R. (2009). Mediendidaktik zum E-Learning im Physikunterricht. Praxis der Naturwissenschaften Physik in der Schule, Heft 7/58, Jg. 2009, S Girwidz, R. (2009). Neue Medien und Multimedia. In E. Kircher, R. Girwidz, P. Häußler (Hrsg.) Physikdidaktik (zweite Auflage) Berlin: Springer. Girwidz, R. (2009). Neue Medien unter lernpsychologischen Aspekten. In E. Kircher, R. Girwidz, P. Häußler (Hrsg.) Physikdidaktik (zweite Auflage) Berlin: Springer. Vogel, M., Girwidz, R., & Engel, J. (2007). Supplantation of Mental Operations on Graphs. Computers & Education 49 (2007), pp Girwidz, R., Rubitzko, T., Schaal, S. & Bogner, F.X. (2006). Theoretical Concepts for Using Multimedia in Science Education. Science Education International. Vol. 17, No. 2, pp Girwidz, R., Bogner, F., Rubitzko, Th., & Schaal, St. (2006). Media Assisted Learning in Science Education: An interdisciplinary approach to hibernation and energy transfer. Science Education International. Vol. 17, No. 2, pp R. Girwidz 107 Literatur / Mitarbeit Lippstreu, M. (Dissertation 2011) Rubitzko, Th. (Dissertation 2006) Schaal, S. (Dissertation 2005) Spannagel, Chr. (Dissertation 2006) Vogel, M. (Dissertation 2006) R. Girwidz