Eye-Tracking. Lehren und Lernen mit Medien II. Professur E-Learning und Neue Medien. Institut für Medienforschung Philosophische Fakultät

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1 Professur E-Learning und Neue Medien Institut für Medienforschung Philosophische Fakultät Lehren und Lernen mit Medien II Eye-Tracking

2 Überblick Einführung Arten von Eye-Trackern Auswertung von Eye-Tracking-Daten Signalisierungseffekt Signalisierungsarten Split-Attention Effekt Vorübungseffekt Eye-Tracking: Bewertung 2

3 Einführung (z. B. Rey, 2009) Eye-Tracking als Aufzeichnung von Blickbewegungen einer Person mittels technischer Hilfsmittel Arten von Blickbewegungen Fixationen: Bestimmter Punkt im Raum (Fixationspunkt) wird mit dem Blick fokussiert Sakkaden: Sprung von einer Fixation zur nächsten ( Blickwechsel ) Quelle: SMI 3

4 Erfassung der Aufmerksamkeit 4

5 Eye-Tracking (Yarbus, Haigh, & Rigss, 1967) Beispiel: Blickbewegungen in Abhängigkeit der Aufgabenstellung Quelle: Wikipedia 5

6 Arten von Eye-Trackern (z. B. Rey, 2009) Aufzeichnungsgeräte Überkopfsysteme Ferngesteuerte Systeme Aufzeichnungsverfahren Retinal-Nachbilder Elektrookulogramme Kontaktlinsenmethode Search coil Cornea Reflex Methode Quelle: SMI 6

7 Cornea Reflex Methode (z. B. Rey, 2009) Ausrichtung eines schwachen Infrarot-Lichtstrahls auf das Auge und anschließende Kalibrierung Videoaufzeichnung der Augen, insbesondere des Reflexpunktes des infraroten Lichtes auf der Hornhaut (Cornealer Reflex) 7

8 Auswertung von Eye-Tracking-Daten (z. B. Rey, 2009) Rohdaten, aggregierte Werte und graphische Aufbereitung Gaze plots und gaze spots Gaze plots Gaze spots Quelle: 8

9 Signalisierungseffekt (z. B. Mayer & Fiorella, 2014; van Gog, 2014) Auftreten tieferer Verständnisprozesse in multimedialen Lernumgebungen, wenn Hinweiszeichen die Organisationsstruktur des Kerninhaltes hervorheben Beispiele: Unterstreichungen, Fettdruck oder farbliche Hervorhebungen von Texten Beispiel für Signalisierungen in einem Schaubild Wörter Ohren Auswahl von Wörtern Töne Organisation von Wörtern Verbales Modell Integration Vorwissen Bilder Augen Auswahl von Bildern Bilder Organisation von Bildern Bildhaftes Modell Quelle: Angelehnt an Mayer (2014) 9

10 Signalisierungseffekt (Jamet, 2014) N = 32; 69% ; Ø 22.4 Jahre (SD = 2.1) Lernmaterial: CTML Einfaktorielles, zweifachgestuftes Design Ohne Signalisierungen Mit Signalisierungen Abhängige Variablen Vier verschiedene Lerntests Blickbewegungen Ohne Signalisierungen Mit Signalisierungen Quelle: Jamet (2014) 10

11 Signalisierungseffekt (Jamet, 2014) Ergebnisse der Blickbewegungen Mittelwerte und Standardabweichungen der Fixationszeiten für die vier Bildschirmbereiche ,3 351,1 31,4 Inhaltsbereich p =.01; η p ² =.18 Ohne Signalisierungen Mit Signalisierungen Fortschrittsbalken p =.01; η p ² = Inhaltsverzeichnis 20,2 p =.008; η p ² =.21 11,2 Ohne Signalisierungen Mit Signalisierungen Leere Bildbereiche p =.05; η p ² =.12 4, Ohne Signalisierungen 16,9 Mit Signalisierungen 2 0 Ohne Signalisierungen 2,0 Mit Signalisierungen 11

12 Signalisierungseffekt Welche Aussagen zur Studie von Jamet (2014) sind zutreffend? A: Mit Signalisierungen betrachten die Versuchspersonen die relevanten Bildbereiche kürzer. B: Ohne Signalisierungen betrachten die Probanden die weniger relevanten Bildbereiche für kürzere Zeit. C: Mit Signalisierungen treten bei den Versuchspersonen häufiger Blickbewegungen auf zukünftige relevante Bildbereiche auf. Rey.participoll.com A B C 0 12

13 Signalisierungsarten (Boucheix & Lowe, 2010, Exp. 1) Beispiel: Signalisierungsarten in einer Animation zur Funktionsweise eines Klaviers Quelle: 13

14 Signalisierungsarten (Boucheix & Lowe, 2010, Exp. 1) N = 57; 91% ; Ø 20.7 Jahre (SD = 3.3) Einfaktorielles, dreifachgestuftes Design Ohne Hinweiszeichen Dynamische Pfeile Kontinuierliche Farbausbreitung Dynamische Pfeile K F o a n r t b i a n u u s i b e r r e l i i t c u h n e g Quellen: Boucheix und Lowe (2010) 14

15 Signalisierungsarten (Boucheix & Lowe, 2010, Exp. 1) Abhängige Variablen Blickbewegungen der Probanden mittels Cornea Reflex Methode in neun Bildbereichen (areas of interest, AOIs) aufgezeichnet und zu drei Gruppen zusammengefasst Verständnistest Quelle: Boucheix und Lowe (2010) 15

16 Signalisierungsarten (Boucheix & Lowe, 2010, Exp. 1) Ergebnisse: In der Bedingung mit kontinuierlicher Farbausbreitung signifikant mehr Fixationen auf thematisch relevante Bildbereiche 100 Anzahl an Fixationen für das zweite AOI ( Whippen ) , ,4 33,7 0 Ohne Hinweiszeichen Dynamische Pfeile Kontinuierliche Farbausbreitung 16

17 Signalisierungsarten Welche weiteren signifikanten Ergebnisse vermuten Sie für das erste Experiment von Boucheix und Lowe (2010)? A: In der Bedingung mit kontinuierlicher Farbausbreitung werden teilweise bessere Verständnisleistungen erzielt als in den anderen beiden Bedingungen. B: Die beiden Bedingungen mit Signalisierungen verbessern die Verständnisleistungen im Vergleich zur Bedingung ohne Hinweiszeichen. C: Bezüglich der Verständnisleistungen zeigen sich keine Unterschiede zwischen den drei Bedingungen. Rey.participoll.com A B C 0 17

18 Split-Attention Effekt (z. B. Sweller & Chandler, 1994) Problem: Trennung von aufeinander bezogenen Informationsquellen (z. B. Text und Bild) erfordert mentale Vereinigung und beeinträchtigt so die Lernleistungen Lösung: Mehrere Informationsquellen integrieren, z. B. durch Beschriftungen in unmittelbarer Nähe relevanter Bildelemente Quelle: Angelehnt an Renkl (2004) 18

19 Split-Attention Effekt (Johnson & Mayer, 2012) Drei Experimente Exp. 1: N = 44; 52% ; Ø 19 Jahre Exp. 2: N = 58 Exp. 3: N = 50 Lernmaterial: Bild zum Bremssystem eines Kraftfahrzeuges Jeweils zwei Versuchsbedingungen Exp. 1: A vs. B Exp. 2: A vs. C Exp. 3: D vs. B Quelle: Johnson und Mayer (2012) 19

20 Split-Attention Effekt (Johnson & Mayer, 2012) Blickbewegungen und Lernleistungen (Behalten und Transfer) als AVs Ergebnisse der Blickbewegungen zwischen Text und Bild (sog. integrative transitions ) p <.05; d = p <.05; d = p <.05; d = , , , , , ,5 Separiert Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Integriert 0 Separiert Integriert 0 Legende Integriert 20

21 Split-Attention Effekt Welche weiteren Ergebnisse vermuten Sie bei den Experimenten von Johnson und Mayer (2012)? A: Bei den Behaltensleistungen zeigen sich teilweise signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen. B: Die integrierte Bedingung schneidet in den ersten beiden, nicht aber im dritten Experiment signifikant besser bei den Transferleistungen ab als die Kontrollbedingung. C: Es treten nur kleine bis mittlere Effektgrößen in allen drei Experimenten auf. Rey.participoll.com A B C 0 21

22 Vorübungseffekt (z. B. Mayer, 2005; Skuballa, Fortunski & Renkl, 2015) Auftreten tieferer Verständnisprozesse, wenn Lernende Namen und Charakteristika der zentralen Konzepte der Lerninhalte kennen Beispiele zur Unterscheidung von: Strategic scaffolding: Benennung einzelner Teilelemente einer komplexen Animation und Erläuterung des möglichen Verhaltens dieser Elemente Pictorial scaffolding: Bereitstellung unterstützender Illustrationen im Vorfeld einer komplexen Animation Vorübungseffekt auch mittels Trainings der Blickbewegungen möglich? 22

23 Vorübungseffekt (Skuballa, Fortunski & Renkl, 2015) N = 45; 82% ; Ø 22.7 Jahre (SD = 4.8) Lernmaterial: Bild zur Funktionsweise von Solaranlagen mit Audiokommentar Einfaktorielles, zweifachgestuftes Design Mit Vorübung der Blickbewegungen Ohne Vorübung der Blickbewegungen Abhängige Variablen Lernleistungen (offene Fragen zu Strukturen, Prozessen und Funktionen) Selbsteinschätzungen zur kognitiven Belastung, mentalen Anstrengung und zum Stresserleben Blickbewegungen Quelle: Skuballa, Fortunski und Renkl (2015) 23

24 Vorübungseffekt (Skuballa, Fortunski & Renkl, 2015) Ergebnisse der Lernleistungen in % Strukturen Prozesse Funktionen ,1 76, , ,1 40 p =.40; η p ² =.02 p =.01; η p ² =.15 p =.04; η p ² = Ohne Vorübung Mit Vorübung Ohne Vorübung Mit Vorübung Ohne Vorübung Mit Vorübung 20 32,1 42,4 Ansonsten keine weiteren signifikanten Effekte (weder für die Selbsteinschätzungen noch für die Blickbewegungen) 24

25 Eye-Tracking: Bewertung (z. B. Rey, 2009) Vorteile Messung des Blickverlaufs Rückschlüsse auf Aufmerksamkeitsprozesse Vielfältige Anwendungsgebiete Nachteile Kosten, Aufwand und erforderliche Expertise hoch Blickbewegungen Informationsaufnahme kognitive Verarbeitung Beeinflussung des Verhaltens und Erlebens Nutzerbedingte Einschränkungen (z. B. bei jüngeren Kindern) 25

26 Erfassung der Aufmerksamkeit Quelle: 26

27 Zusammenfassung Eye-Tracking als Aufzeichnung von Blickbewegungen in Form von Fixationen und Sakkaden einer Person mittels technischer Hilfsmittel Aufzeichnung meist mittels videobasierter Cornea Reflex Methode Untersuchung zugrundeliegender Prozesse von Gestaltungseffekten wie dem Signalisierungseffekt, dem Split-Attention Effekt oder dem Vorübungseffekt durch Eye-Tracking möglich Verschiedene Vor- und Nachteile beim Einsatz von Eye-Tracking in der Lehr-Lernforschung 27

28 Prüfungsliteratur Rey, G. D. (2009). E-Learning. Theorien, Gestaltungsempfehlungen und Forschung. Bern: Huber. Eyetracker (S ) Jamet, E. (2014). An eye-tracking study of cueing effects in multimedia learning. Computers in Human Behavior, 32, Boucheix, J.-M., & Lowe, R. K. (2010). An eye tracking comparison of external pointing cues and internal continuous cues in learning with complex animations. Learning and Instruction, 20, Johnson, C. I., & Mayer, R. E. (2012). An eye movement analysis of the spatial contiguity effect in multimedia learning. Journal of Experimental Psychology: Applied, 18, Skuballa, I. T., Fortunski, C., & Renkl, A. (2015). An eye movement pretraining fosters the comprehension of processes and functions in technical systems. Frontiers in psychology, 6. 28

29 Weiterführende Literatur Yarbus, A. L., Haigh, B., & Rigss, L. A. (1967). Eye movements and vision (Vol. 2): Plenum press New York. Mayer, R. E. (2014). Cognitive theory of multimedia learning. In R. E. Mayer (Ed.), The Cambridge handbook of multimedia learning (2 ed., pp ). Cambridge, MA: Cambridge University Press. Sweller, J., & Chandler, P. (1994). Why some material is difficult to learn. Cognition and Instruction, 12, Mayer, R. E. (2005). Principles for managing essential processing in multimedia learning: Segmenting, pretraining, and modality principles. In R. E. Mayer (Ed.), The Cambridge handbook of multimedia learning (pp ). Cambridge, MA: Cambridge University Press. 29