3 Theorien (Überblick) 9 Gestaltungsempfehlungen CTL. 10 Gestaltungsempfehlungen CTML. 11 relevant: Text. 12 relevant: Bild (und Text)

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1 2 Begriffe 3 Theorien (Überblick) 4 CTL (1) 5 CTL (2) 6 CTML 7 ITPC 8 CATML 9 Gestaltungsempfehlungen CTL 10 Gestaltungsempfehlungen CTML 11 relevant: Text 12 relevant: Bild (und Text) 13 relevant: Animation 14 Ergänzungen

2 E-Learning elearning: Begriffe Lehren und Lernen mittels verschiedener elektronischer Medien Speichermedien Multimedia Darbietungsart Multimedialität Multicodalität Sinnesmodalitäten Eingriffs- u. Steuerungsmöglichkeiten Multimodalität Interaktivität Problem pauschaler Vergleiche konfundierende Variablen zwischen - Medien - Codierungsformen - Sinnesmodalitäten - Interaktivitätsgrade - Kombinationen Gestaltung wie gut? Lerninhalt konkret Vertrautheit der Lernmaterialien Anstrengungsbereitschaft des Lerners Aufforderungscharakter Wie sehr begünstigen einzelne Lernmaterialien kognitive Prozesse? Passung zwischen Lernen und Abfragen andere typische Eigenschaften des Mediums, Informationsäquivalenz, Lernereigenschaften...

3 Lerntheorien allgemein elearning: Theorien (Überblick) Lernen als beobachtbare Verhaltensänderung Behaviorismus - Stimulus-Response - klassische u. operante Konditionierung - "Teaching machines" - Feedback Lernen als Informationsverarbeitungsprozess Kognitivismus - Wahrnehmung - Denken - Gedächtnis - keine sozialen, motivationalen und emotionalen Aspekte - aktuelle "Basistheorie" Lerner als selbstverantwortliche, aktive Personen Konstruktivismus (künstliche) neuronale Netze Konnektionismus - Wissenskonstruktion - Kooperatives Lernen - Selbstregulation - authentische Lernsituation (discovery learning) - Informationsaufnahme - Informationsverarbeitung und Netzmodifikation - Informationsausgabe - fehlende Falsifizierbarkeit - bisher nicht im Zusammenhang mit elearning verwendet Sweller 1988/2005 Lerntheorien zum multimedialen Lernen Mayer 1989/2001 Cognitive Load Theorie CLT Arbeitsgedächtnismodell von Baddeley (1992) Kognitive Theorie multimedialen Lernens CTML Integratives Modell des Textund Bildverständnisses ITPC Schnotz 2005 ähnlich Weiterentwicklung Moreno (&Mayer) 2005 mentale Modelle von Kosslyn (1994) Duale Kodierungstheorie von Paivio (1986) propositionale Kodierungen von van Dijk & Kintsch (1983) Kognitiv-affektive Theorie des Lernens mit Medien CATLM

4 Cognitive Load Theorie CLT von Sweller (1) sensorischer Speicher neue Informationen Lernen als Veränderung des Vorwissen Arbeitsgedächtnis Langzeitgedächtnis - Elaboration (neue Infos mit Vorwissen verknüpfen) - Induktion (Generalisierung) je mehr einzelne Elemente in einem Schema zu quasi EINEM Element zusammengefasst sind, desto geringer die Belastung des Arbeitsgedächtnisses erleichtert Annahme: - Begrenzung der Verarbeitungsmenge: 2-4 Elemente - zeitliche Begrenzung: Sekunden Automatisierung von Schemata - Kompilierung (automatisierte Auslösung) - Verstärkung (Wahrscheinlichkeit einer automatisierten Auslösung) Lernen und Üben! als neue oder erweiterte Schemata gespeichert im

5 Cognitive Load CL Cognitive Load Theorie CLT von Sweller (2) subjektive Lernereinschätzung 1. instrinsischer CL beeinflusst Komplexität des Lerninhaltes messbar via external festgelegt abhängig von internal festgelegt abhängig von Elementeninteraktivität innerhalb des Lernmaterials verfügbare kognitive Schemata beim Lernenden Reaktionszeiten lernirrelevant 2. extrinsischer CL beeinflusst Gestaltung des Lernmaterials beeinflusst Transferleistung lernrelevant 3. germaner CL nach Valcke (2002) unterteilbar in = (Aufwand für) Lernen, Verständnis, Aufbau u. Automatisierung von Schemata Konstruktion u. Speicherung von Schemata Monitoraktivitäten (Meta-Cognitive Load) alternative Einteilung: Mental Load + Mental Effort aufgabenbasierte Belastung lernerbasierte Anstrengung wirkt auf Lernleistung intrinsischer CL + extrinsischer CL + germaner CL = gesamte kognitive Belastung v.a. bei hohem intr.cl erhöht den Senken des Ziel einer guten Instruktion Ansatz: "Less is more"

6 Cognitive Theory of Multimedia Learning CTML von Mayer Informationen im Lernmaterial Repräsentationsmodus: Bilder visuell / bildhaft sind entweder... oder... Repräsentationsmodus: Wörter auditiv / verbal gelangen gesprochen in geschrieben ikonisch akustisch sensorische Modalität visueller Speicher auditiver Speicher sensorische Modalität Auswahl: relevante Bilder sensorischer Speicher Auswahl: relevante Töne bildhaftes System mentale Transformationen zwischen verbales System aktive Informationsverarbeitung kognitive Organisation zu begrenzte Verarbeitungskapazität -> Monitorstrategien Arbeitsgedächtnis kognitive Organisation zu - Verarbeiten - Vergleichen - Generalisieren - Aufzählen - Klassifizieren Integration zu Verständnis als Aufbau von bildhaftes Modell WISSEN verbales Modell HUND Wissensstrukturen Vorwissen wird hinzugefügt zum Langzeitgedächtnis Bilder:

7 Integrated Model of Text and Picture Comprehension Integratives Modell des Text- u. Bildverständnisses von Schnotz ITPC Repräsentationsmodus: - deskriptiv (Wörter,Formeln...) - depiktional (Bilder, Analogien...) visuell Informationen im Lernmaterial sind entweder... oder... gelangen in Repräsentationsmodus: - deskriptiv (gesprochene Wörter) - depiktional (Töne, Klangmuster...) auditiv "auditory pictures" sensorische Modalität visuelles Register auditives Register sensorische Modalität visueller Kanal sensorischer Speicher auditiver Kanal Speichergröße etwa 5 Einheiten visuelles System Arbeitsgedächtnis auditives System Speichergröße etwa 2 Sekunden Filter Filter Filter Filter bildhafter Kanal verbaler Kanal Mentale Modelle mentale Transformationen Propositionale Repräsentationen kognitive Schemata Langzeitgedächtnis Bilder:

8 Informationen im Lernmaterial Kognitiv-affektive Theorie des Lernens mit Medien von Moreno (&Mayer) CATLM Repräsentationsmodus: Bilder sind entweder... oder... Repräsentationsmodus: Wörter gelangen gesprochen in geschrieben + taktil + olfaktorisch + gustatorisch Augen Ohren Auswahl: relevante Bilder sensorischer Speicher Auswahl: relevante Wörter Bilder mentale Transformationen zwischen Töne motivationale, affektive und metakognitive Prozesse kognitive Organisation zu Arbeitsgedächtnis Integration zu kognitive Organisation zu motivationale, affektive und metakognitive Prozesse bildhaftes Modell WISSEN verbales Modell HUND Vorwissen Langzeitgedächtnis semantisches Gedächtnis episodisches Gedächtnis Bilder:

9 Bezeichnung Annahme Gestaltungsempfehlungen CTL empirisch bestätigt? Anmerkung Effekt der geteilten Aufmerksamkeit (split attention) Trennung aufeinander bezogener Informationen (z.b. Bild und Text) macht mentale Integration erforderlich Erhöhung des extrinsischen CL physikalische Integration aufeinander bezogener Informationsquellen (z.b. direkte Beschriftung von Bildelementen) reduziert den extrinsischen CL und erhöht den germanen CL ja bezieht sich sowohl auf eine formatbedingte Teilung/Integration der Aufmerksamkeit (z.b. Video: Bild+Ton), als auch auf Aufmerksamkeitsteilung durch unterschiedliche mediale Objekte (z.b. PC + Buch) - wird erst wirksam bei hoher Aufgabenkomplexität Modalitätseffekt: visuell + auditiv Nur unter Split-Attention-Bedingungen! bei physikalischer Integration multipler Informationsquellen (s.o.) bietet die Darbietung in verschiedenen Modalitäten keinen Lernvorteil gemeinsame Nutzung des visuellen + akustischen Teils des Arbeitsgedächtnisses zur effektiven Auslastung des Arbeitsgedächtnisses ja Effekt wird erst wirksam ab mittlerer Aufgabenkomplexität Redundanzeffekt mehrfach vorhandene Informationen führen zu Interferenzen Erhöhung extrinsischen CL (Bsp: Bildüberlegenheitseffekt) physikalische Trennung redundanter Informationen (vgl. Split-Attention), besser: Verzicht auf überflüssige Informationen teils Redundanz ist kontextabhängig siehe Expertise-Umkehr-Effekt: lernhinderlich v.a. bei Experten, evtl. lernförderlich bei Novizen siehe Elementinteraktivitätseffekt: Redundanz wirkt v.a. bei hoher Aufgabenkomplexität negativ Effekt der Zielfreiheit vorgegebene Ziele erfordern ständige Ist-Soll- Vergleiche Erhöhung des extrinsischen CL zielfreie/-unspezifische Problemlöseaufgaben setzen kognitive Ressourcen für Erwerb + Automatisierung von Schemata frei ja widerspricht (scheinbar) der Zielsetzungstheorie, weil diese sich nicht auf kognitive, sondern auf motivationale Prozesse bezieht Effekt ausgearbeiteter Lösungsbeispiele konventionelle Aufgaben erfordern ständige Mittel-Ziel-Analyse Erhöhung des extrinsischen CL Fokussierung auf Problemstellung u. Lösungsschritte erleichtert Ausbildung generalisierter Schemata ja selbstständig erarbeitete Erklärungen fördern, evtl. Erklärungen anbieten, Lösungsbeispiele adäquat gestalten: Integrationserleichterung, Betonung von Strukturmerkmalen, Aufbau von zentralen Wissensbausteinen Effekt der abschwächenden Unterstützung mit steigender Expertise verringert sich der positive Effekt von ausgearbeiteten Lösungsbeispielen siehe Problemvervollständigungsstrategie ja vgl. Expertise-Umkehr-Effekt Effekt der Problemvervollständigung ausgearbeitete Lösungsbeispiele werden oft nur oberflächlich durchgearbeitet geringer germaner CL zunehmend unvollständiger werdende Lösungsbeispiele leiten ohne kognitive Überlastung zu konventionellen Aufgaben über ja vgl. Effekt der abschwächenden Unterstützung Variabilitätseffekt vergrößerte Variabilität erhöht die Wahrscheinlichkeit, ähnliche Merkmale in unterschiedlichen Problemsituationen zu entdecken Variieren von Lernaufgaben auf unterschiedlichen Dimensionen fördert Erwerb von Schemata und verbessert die Transferleistungen ja die damit verbundene Erhöhung der lernrelevanten kognitiven Belastung ist nur dann von Vorteil, wenn der extrinsische CL gering ausfällt setzt gewisses Vorwissen voraus (Experten) Effekt der Isolation interagierender Elemente komplexe Lernmaterialien mit hoher Elementinteraktivität überfordern das Arbeitsgedächtnis Isolierte Darbietung einzelner Elemente ermöglicht serielle statt simultane Verarbeitung entlastet das Arbeitsgedächtnis und fördert Aufbau basaler Schemata zur späteren Integration ja Effekt scheint nur bei Novizen aufzutreten Imaginationseffekt mentale Verbildlichung führt zur Automatisierung der vorhandenen Schemata Imagination bereits gelernter Arbeitsschritte ja Effekt tritt nur bei Experten auf Elementinteraktivitätseffekt Expertise-Umkehr- Effekt moderierender Einfluss des Lernmaterials auf andere Effekte: Effekt der geteilten Aufmerksamkeit, Modaliätseffekt, Redundanzeffekt bei niedriger Aufgabenkomplexität bringen die entsprechende Gestaltungsempfehlungen kaum Vorteile moderierender Einfluss von Lernereigenschaften auf andere Effekte/Gestaltungsempfehlungen (Vorwissenprinzip): Redundanzeffekt, Effekt der abschwächenden Unterstützung, Variabilitätseffekt, Effekt der Isolation interagierender Elemente, Imaginationseffekt

10 Bezeichnung Annahme Gestaltungsempfehlungen CTML empirisch bestätigt? Anmerkung Prinzip der geteilten Aufmerksamkeit (split attention) siehe Kontiguitätsprinzip: Trennung aufeinander bezogener Informationen... Belastung des Arbeitsgedächtnisses physikalische Integration aufeinander bezogener Informationsquellen (z.b. direkte Beschriftung von Bildelementen) + Verzicht auf nonverbale auditive Informationen entlasten das Arbeitsgedächtnis ja visueller split (lernförderlich): Bild + passender Audiokommentar vgl. Multimodalitätsprinzip auditiver split (lernhinderlich): Text/Bild + Hintergrundgeräusche/Musik vgl. Kohärenzprinzip (seductive details) betrifft besonders Lernende mit geringem Vorwissen wird in der aktuellen CTML-Version unter den in diesem Zusammenhang genannten Prinzipien subsummiert! Modalitätsprinzip Nur unter Split-Attention-Bedingungen! bei physikalischer Integration multipler Informationsquellen (s.o.) bietet die Darbietung in verschiedenen Modalitäten keinen Lernvorteil gemeinsame Nutzung des visuellen + akustischen Teils des Arbeitsgedächtnisses zur effektiven Auslastung des Arbeitsgedächtnisses ja sollte v.a. bei einseitiger Überlastung des visuellen Kanals angewandt werden Redundanzprinzip mehrfach vorhandene Informationen führen zu Interferenzen Belastung des Arbeitsgedächtnisses Verzicht auf überflüssige Informationen teils Redundanz ist kontextabhängig (Vorwissen, Aufgabenschwierigkeit) Multimediaprinzip duale Kodierung eigenständige Generierung mentaler Bilder führt zur kognitiven Überlastung des Arbeitsgedächtnisses Hinzufügen geeigneter Bilder zu einem Lerntext entlastet das Arbeitsgedächtnis teils besonders hilfreich für Lernende mit geringem Vorwissen: Bilder erleichtern die Organisation des Lernmaterials, verdeutlichen dessen innere Struktur, heben zentrale Konzepte hervor, begünstigen deren Wiederabruf und helfen bei der Integration der einzelnen Lerninhalte Kontiguitätsprinzip 1.räumlich 2.zeitlich räumliche Trennung aufeinander bezogener Informationen verlangt visuelle Suche (z.b. Bild+Text) zeitliche Trennung aufeinanderbezogener Informationen erfordert längere Speicherung der entsprechenden Inhalte im Arbeitsgedächtnis (z.b. Bild+Audiokommentar) räumlich nahe bzw. simultane Präsentation von korrespondierenden Informationen entlastet das Arbeitsgedächtnis ja bezieht sich nur auf formatbedingte Teilung/Integration der Aufmerksamkeit, nicht auf Aufmerksamkeitsteilung durch unterschiedliche mediale Objekte (vgl. CTL: Effekt der geteilten Aufmerksamkeit) besonders hilfreich für Lernende mit geringem Vorwissen Signalisierungsprinzip ergänzende Informationen lenken von Kerninhalten ab und erschweren die Organisation des Lernmaterials durch Überlastung des Arbeitsgedächtnisses Organisationsstruktur des Kerninhaltes mit Hinweiszeichen hervorheben teils bisher überwiegend für Betonungen in gesprochenen Texten belegt Segmentierungsprinzip zu schnelle Darbietung der multimedialen Botschaft führt zur Überlastung beider Kanäle d. Arbeitsged. lerngerechte Abschnitte entlasten das Arbeitsgedächtnis ja auch: Interaktivitätsprinzip Weiter-Taste zur Kontrolle der Präsentationsgeschwindigkeit Vorübungsprinzip ohne Vorwissen droht kognitive Überlastung vorheriges Präsentieren + Einüben der zentralen Konzepte erleichtert Konstruktion kausaler Modelle ja strategic scaffolding: vorher Teilelemente benennen und erläutern pictorial scaffolding: vorher unterstützende Illustrationen präsentieren Personalisierungsprinzip unpersönliche Formulierungen ( man ), ungewöhnliche Betonungen und Akzente erschweren die Verarbeitung der Lerninhalte Verwendung umgangssprachlicher Formulierungen + voice principle verringern kognitiven Aufwand + fördern aktivere kognitive Verarbeitung ja Erklärung: soziale Hinweisreize (direkte Ansprache) aktivieren soziale Reaktionen, Selbstreferenz-Effekt führt vermutlich zu höherer Behaltensleistung (nicht nachgewiesen),vertrautheit erleichtert Encodierung Kohärenzprinzip zum Verständnis nicht zwingend benötigtes Zusatzmaterial führt zu Ablenkung und evtl. zur Aktivierung unpassendener Schemata Belastung des Arbeitsgedächtnisses Verzicht auf seductive details erleichtert das Erkennen und Verarbeiten der wesentlichen Lerninhalte teils emotional interessante Materialien können aufgrund motivationaler Aspekte lernförderlich wirken diese Faktoren werden aber in kognitionspsychologischen Studien i.d.r. nicht erfasst Prinzip individueller Unterschiede moderierender Einfluss von individuellen Differenzen im Vorwissen und den räumlichen Fähigkeiten auf Gestaltungsempfehlungen: Prinzip der geteilten Aufmerksamkeit, Multimediaprinzip, Kontiguitätsprinzip

11 Effekt der geteilten Aufmerksamkeit Modalitätseffekt: visuell + auditiv Redundanzeffekt CTL CTML "Less is more" relevante Designempfehlungen: Text Hyperlinks: sparsam und userfreundlich! Prinzip der geteilten Aufmerksamkeit Multimodalitätsprinzip: audiovisuelle Darstellung Redundanzprinzip: keine Mehrfachdarstellung Effekt der Zielfreiheit Multimediaprinzip: duale Kodierung (Text+Bild) Effekt ausgearbeiteter Lösungsbeispiele Einfachheit Kontiguitätsprinzip: räumliche +zeitliche Nähe Effekt der abschwächenden Unterstützung Signalisierungsprinzip: auf Kerninhalte hinweisen Effekt der Problemvervollständigung Gliederung Ordnung Segmentierungsprinzip: Lerneinheiten Variabilitätseffekt: unterschiedliche Übungen Hamburger Verständlichkeitskonzept Vorübungsprinzip Effekt der Isolation interagierender Elemente Imaginationseffekt (bei Experten) Kürze Prägnanz Personalisierungsprinzip: umgangssprachlich Kohärenzprinzip: nur lernrelevante Infos moderieren Gestaltungsempfehlungen Elementinteraktivitätseffekt Expertise-Umkehr-Effekt Anregende Zusätze widersprechen als "seductive details" dem... moderiert Gestaltungsempfehlungen Prinzip individueller Unterschiede (Vorwissen)

12 Effekt der geteilten Aufmerksamkeit CTL relevante Designempfehlungen: Bild (und Text) CTML Prinzip der geteilten Aufmerksamkeit Modalitätseffekt: visuell + auditiv Integration von Text- und Bildelementen Multimodalitätsprinzip: audiovisuelle Darstellung Redundanzeffekt dabei beachten Redundanzprinzip: keine Mehrfachdarstellung Effekt der Zielfreiheit Effekt ausgearbeiteter Lösungsbeispiele Effekt der abschwächenden Unterstützung dabei beachten simultane Nutzung des visuellen + akustischen Arbeitsgedächtnisses Multimediaprinzip: duale Kodierung (Text+Bild) Kontiguitätsprinzip: räumliche +zeitliche Nähe Signalisierungsprinzip: auf Kerninhalte hinweisen Effekt der Problemvervollständigung Variabilitätseffekt: unterschiedliche Übungen Beachtung der Aufgabenkomplexität Segmentierungsprinzip: Lerneinheiten Effekt der Isolation interagierender Elemente Personalisierungsprinzip: umgangssprachlich Imaginationseffekt (bei Experten) Vorübungsprinzip motivationsförderlich Vermeidung dekorativer Bilder? widersprechen als "seductive details" dem... Kohärenzprinzip: nur lernrelevante Infos moderieren Gestaltungsempfehlungen moderiert Gestaltungsempfehlungen Elementinteraktivitätseffekt Expertise-Umkehr-Effekt Prinzip individueller Unterschiede (Vorwissen)

13 Effekt der geteilten Aufmerksamkeit CTL relevante Designempfehlungen: Animation CTML Prinzip der geteilten Aufmerksamkeit Modalitätseffekt: visuell + auditiv Redundanzeffekt Effekt der Zielfreiheit daher kein keine Split-Attention- Bedingung,da physikalische Integration aufeinander bezogener Informationsquellen! zeitgleiche Darbietung der zugehörigen, gesprochenen Information Multimodalitätsprinzip: audiovisuelle Darstellung Redundanzprinzip: keine Mehrfachdarstellung Multimediaprinzip: duale Kodierung (Bild+Text) Effekt ausgearbeiteter Lösungsbeispiele Kontiguitätsprinzip: räumliche +zeitliche Nähe Effekt der abschwächenden Unterstützung Signalisierungsprinzip: auf Kerninhalte hinweisen Effekt der Problemvervollständigung Segmentierungsprinzip: Lerneinheiten Variabilitätseffekt: unterschiedliche Übungen auch: Interaktivitätsprinzip ("Weiter-Taste") Vorübungsprinzip Effekt der Isolation interagierender Elemente Unterteilung in lerngerechte Abschnitte Personalisierungsprinzip: umgangssprachlich Imaginationseffekt (bei Experten) moderieren Gestaltungsempfehlungen auch (CATML): Schrittsteuerungsprinzip Kohärenzprinzip: nur lernrelevante Infos moderiert Gestaltungsempfehlungen Elementinteraktivitätseffekt Expertise-Umkehr-Effekt Prinzip individueller Unterschiede (Vorwissen)

14 Ergänzungen Basis der meisten elearning-modelle: Arbeitsgedächtnismodell von Baddeley zentrale Executive Arbeitsgedächtnis (fluide Systeme) visuell-räumliche Notiztafel episodischer Puffer phonlogische Schleife Langzeitgedächtnis (kristallines System) visuelle Semantik episodisches Langzeitgedächtnis Sprache CLT und CTML/CATML: kurz notiert Weniger ist mehr Ziel: > Arbeitsgedächtnis nicht unnötig belasten > Aufbau mentaler Modelle erleichtern Vorgehen bei der Wissensvermittlung: eher direktiv angeleitetes Lernen, Reflexion, Feedback eher gegen entdeckendes Lernen Problem: Gestaltungsempfehlungen der CTML beziehen sich primär auf naturwissenschaftliche Lernmaterialien und lassen sich anscheinend nur schlecht auf sozialwissenschaftlichen Themen übertragen Computersimulationen = Computerprogramme: Das zugrundeliegende mathematische Modell bestimmt, wie die Simulation auf Eingaben des Lerners reagiert Entwicklung von Verständnis für die entsprechenden Zusammenhänge Probleme 1. Wahl der Eingabevariablen und Hypothesenformulierung 2. Herstellung von Simulationszuständen 3. Schlussfolgerungen ziehen 4. Bezug zwischen Hypothesen und experimentellen Daten 5. Vorgehensweise beim Experimentieren 6. Durchführung von Experimenten 7. Verwendung eines Ingenieuransatzes 8. Vorhersagen treffen und Ergebnisse interpretieren 9. Planungs- und Überwachungsaktivitäten Unterstützungsmaßnahmen 1. Übungsaufgaben implementieren 2. Erläuterungen und Hintergrundinformationen hinzufügen 3. Überwachungs- & Planungswerkzeuge bereitstellen 4. Instruktionshinweise oder ähnliche Unterstützungsmaßnahmen anbieten 5. Lernumgebung strukturieren 6. (Komplexe) Computersimulationen allmählich aufbauen 7. Adaptive Elemente verwenden Lernereigenschaften: moderieren Gestaltungsempfehlungen 1. Vorwissen: Experten bzw. Novizen 2. räumliches Vorstellungsvermögen: zwei Theorien Fähigkeitsverstärkungshypothese Fähigkeitskompensationshypothese 3. Feld(un)abhängigkeit: holistisch bzw. analytisch 4. Verbalisierer / Visualisierer: Text bzw. Text und Bild 5. Geschlecht : mentale Rotationsfähigkeit, Computererfahrung