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«Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor philosophi ae (Dr. phil.) vorgelegt der Philosophischen Fakultät der Technischen ...»

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Lernen mit Multimedia:

Die Spezifizierung des Modalitätsprinzips unter

Berücksichtigung individueller und

gestaltungsdidaktischer Faktoren

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades

doctor philosophi ae (Dr. phil.)

vorgelegt der Philosophischen Fakultät der

Technischen Universität Chemnitz

von Frau Verena Jahn, geboren am 15.10.1982 in Karl-Marx-Stadt

Chemnitz, den 30. Mai 2011

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1 -qucosa-71034

Danksagung Die Forschungsarbeit entstand im Rahmen meiner Tätigkeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Medienforschung (IMF) der TU Chemnitz. An dieser Stelle möchte ich die Gelegenheit nutzen, mich bei all jenen Personen zu bedanken, die mich auf dem teilweise recht mühsamen Weg unterstützt haben.

Mein Dank gebührt im Besonderen meiner Doktormutter Frau Prof. Dr. Maria Bannert für ihre kontinuierliche Betreuung und Förderung in den letzten Jahren. Sie hat mich in allen Belangen, ob strategischer, konzeptioneller oder methodischer Art unterstützt und mir stets mit konstruktiven Hinweisen beigestanden.

Weiterhin danke ich Herrn Prof. Dr. Peter Ohler für die Übernahme des Zweitgutachtens der Arbeit. Frau Dr. Cornelia Schoor möchte ich für ihre Unterstützung und nützliche Kritik an der Arbeit danken, da sie mir mit wertvollen Ratschlägen und Diskussionen wichtige Impulse für die Arbeit geliefert hat.

Danken möchte ich außerdem Herrn Dr. Nicholas Müller, Frau Romy Morgenstern und Frau Madlen Wuttke für das kritische Gegenlesen und Diskutieren der Arbeit.

Selbiger Dank geht an alle Freunde und Kollegen, die mich auf dem teils steinigen Weg seelisch und moralisch unterstützt haben sowie an alle Studierenden, die an den Studien teilgenommen haben.

Ferner möchte ich besonders Herrn Michael Clauß danken, dass er mir in allen Phasen geduldig zur Seite stand, mich verständnisvoll begleitete und motivierte.

Mit seinen Zuspruch hat er wesentlich zum Gelingen der Arbeit beigetragen.

Abschließend danke ich von Herzen meiner Mutter Frau Eveline Trautsch, die mich in meinen Vorhaben immer unterstützt hat und ohne die ich diesen Weg nie hätte einschlagen können.

Danke.

Chemnitz, Mai 2011 Verena Jahn Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Gestaltung von multimedialen Lernumgebungen und fokussiert die Fragestellung, unter welchen Bedingungen eine audiovisuelle Aufbereitung von Lernmaterialien lernförderlicher ist als eine rein visuelle.

In der Multimedia-Forschung wird die Überlegenheit multimodaler Lernapplikationen in zahlreichen Studien belegt (Clark & Mayer, 2008). Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden unter dem so genannten Modalitätsprinzip zusammengefasst (Mayer, 2001). Es besagt, dass zur Erläuterung einer Abbildung der Text besser gesprochen anstatt geschrieben dargeboten werden sollte, da dies zu einer adäquateren Nutzung der begrenzten modalitätsspezifischen Kapazitäten führt und dadurch die kognitive Belastung reduziert wird. Dies stellt einen wesentlichen Einflussfaktor für den Lernprozess dar und wird in der Theorie der kognitiven Belastung (Sweller & Chandler, 1994) näher betrachtet. Allerdings gibt es auch abweichende Befunde, die gegen eine generelle Lernförderlichkeit audiovisueller Lernumgebungen sprechen (Stiller, 2007; Tabbers, 2002). Deswegen war es das Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit, das Modalitätsprinzip weiter zu spezifizieren und u.a. den Einfluss individueller Faktoren zu untersuchen. Dazu wurden die aufgestellten Hypothesen in zwei Studien empirisch überprüft. In beiden Untersuchungen wurde die Art der Informationspräsentation manipuliert und vermutet, dass Lernende bei einer audiovisuellen Präsentation einen größeren Wissenszuwachs und eine geringere kognitive Belastung aufweisen als bei einer rein visuellen. Die kognitive Belastung wurde dabei unter Zuhilfenahme des Dual-Task Paradigmas erfasst, bei dem Lernende neben der primären Lernaufgabe parallel eine sekundäre Reaktionsaufgabe erfüllen mussten. In Studie 1 konnte der Modalitätseffekt nicht nachgewiesen werden. Es zeigten sich jedoch signifikante Unterschiede zwischen den zuerst präsentierten Überblicksseiten und den darauffolgenden Lernseiten mit Detailinformationen. Das wurde mit der Konstruktion eines neuen mentalen Modells erklärt. Deshalb wurde in Studie 2 die Sequenzierung des Lernmaterials manipuliert.

Hier zeigte sich der Modalitätseffekt in den Reaktionszeiten, nicht aber im Wissenszuwachs. Dies wird zusammen mit den nicht eindeutigen Ergebnissen der individuellen Faktoren Modalitätspräferenz und räumliches Vorstellungsvermögen zum Abschluss der Arbeit kritisch diskutiert und Perspektiven für zukünftige Forschung aufgezeigt.

Inhaltsverzeichnis DANKSAGUNG

ZUSAMMENFASSUNG

1 EINLEITUNG

2 LERNEN MIT MULTIMEDIA: GRUNDLEGENDE THEORIEN UND MODELLE

2.1 LERNEN MIT MULTIMEDIA

2.2 DIE HUMANE KOGNITIVE ARCHITEKTUR DER INFORMATIONSVERARBEITUNG

2.2.1 Das Kurzzeitgedächtnis

2.2.2 Das Modell des Arbeitsgedächtnisses nach Baddeley (1986)

2.2.3 Das Langzeitgedächtnis

2.3 DIE THEORIE DER KOGNITIVEN BELASTUNG (1991)

2.3.1 Arten der kognitiven Belastung

2.3.1.1 Intrinsische kognitive Belastung





2.3.1.2 Extrinsische kognitive Belastung

2.3.1.3 Lernerbezogene kognitive Belastung

2.3.2 Zwanzig Jahre Theorie der kognitiven Belastung: Forschungsschwerpunkte von 1991 bis 2011

2.4 DIE KOGNITIVE THEORIE DES MULTIMEDIALEN LERNENS NACH MAYER (2001)

2.5 ZUSAMMENFASSUNG

3 DAS MODALITÄTSPRINZIP

3.1 DAS MODALITÄTSPRINZIP – EINE BEGRIFFSBESTIMMUNG

3.2 AKTUELLER STAND DER FORSCHUNG

4 DIE MESSUNG DER KOGNITIVEN BELASTUNG BEIM MULTIMODALEN LERNEN

4.1 METHODEN FÜR DIE MESSUNG DER KOGNITIVEN BELASTUNG

4.1.1 Subjektive Ratingskalen

4.1.2 Performanzwerte

4.1.3 Sekundäraufgaben

4.1.4 Physiologische Messungen

4.2 DIE MESSUNG DER KOGNITIVEN BELASTUNG IN DER VORLIEGENDEN ARBEIT

4.3 FRAGESTELLUNGEN FÜR DIE EMPIRISCHEN STUDIEN

5. STUDIE 1: DER MODALITÄTSEFFEKT UND DIE ERFASSUNG DER KOGNITIVEN BELASTUNG............. 69

5.1 FRAGESTELLUNGEN UND HYPOTHESEN

5.2 METHODIK

5.2.1 Design und Stichprobe

5.2.2 Ablauf

5.2.3 Untersuchungsmaterial

5.2.4 Untersuchungsinstrumente

5.3 ERGEBNISSE

5.3.1 Reaktionszeiten in den Baselines

5.3.2 Reaktionszeiten während des multimedialen Lernens

5.3.3 Wissenszuwachs

5.3.4 Modalitätspräferenzen

5.4 DISKUSSION DER ERGEBNISSE UND SCHLUSSFOLGERUNGEN FÜR STUDIE 2

6. STUDIE 2: DER EINFLUSS DER LEHRSTOFF-SEQUENZIERUNG AUF DIE KOGNITIVE BELASTUNG..... 102

6.1 FRAGESTELLUNGEN UND HYPOTHESEN

6.2 METHODIK

6.2.1 Design und Stichprobe

6.2.2 Ablauf

6.2.3 Untersuchungsmaterial

6.2.4 Untersuchungsinstrumente

6.2.4.1 Räumliches Vorstellungsvermögen

6.2.4.2 Wissensstand nach der ersten Lernphase

6.3 ERGEBNISSE

6.3.1 Reaktionszeiten in den Baselines

6.3.1 Reaktionszeiten während des multimedialen Lernens

6.3.3 Wissenszuwachs

6.3.3 Modalitätspräferenzen

6.3.4 Räumliches Vorstellungsvermögen

6.4 DISKUSSION DER ERGEBNISSE VON STUDIE 2

7 ZUSAMMENFASSENDE DISKUSSION UND AUSBLICK

7.1 DIE KOGNITIVE BELASTUNG BEIM MULTIMODALEN LERNEN

7.2 AUSBLICK AUF ZUKÜNFTIGE FORSCHUNG

LITERATURVERZEICHNIS

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

TABELLENVERZEICHNIS

ANHANG

LEBENSLAUF

SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG

1 Einleitung 6

1 Einleitung

Anhand der rasanten Entwicklung und Optimierung von neuen Informations- und Kommunikationstechnologien, die alle Lebensbereiche des Menschen durchdringen und Veränderungen sowohl im Arbeits- als auch Freizeitverhalten hervorbringen, werden neue Medien zum zentralen Untersuchungsgegenstand verschiedenster Wissenschaftsgebiete wie der Informatik, den Rechtswissenschaften oder der Psychologie. Ein Untersuchungsbereich in der pädagogischen Psychologie ist dabei das multimodale Lernen, bei dem der Lernende multiple Sinne für die Informationsrezeption einsetzt, was den Lernprozess fördern soll. Die Erkenntnisse darüber manifestieren sich im so genannten Modalitätsprinzip respektive Modalitätseffekt 1 (Mayer, 1997, 2001), welches besagt, dass bei der Darbietung von Bildern eine auditive Textpräsentation lernförderlicher ist, als eine visuelle, da die modalitätsspezifischen kognitiven Ressourcen effizienter genutzt werden (Moreno & Mayer, 1999).

Betrachtet man allerdings die aktuelle Ausgestaltung von computerunterstützten Lernmaterialien, muss konstatiert werden, dass in einem Großteil der Lernapplikationen die Informationen, trotz der vielfältigen Möglichkeiten, die die neuen Medien offerieren, vorwiegend visuell dargeboten werden und auditive Elemente wenig eingesetzt bzw.

vollkommen vernachlässigt werden. Für die Nichtbeachtung des Modalitätsprinzips werden oft technische oder finanzielle Grenzen als Ursachen angeführt (Niegemann et al., 2004). Dies steht im Widerspruch zum allgemeinen Wunsch nach effektiven und effizienten Lernmaterialien und der Ansicht der einfachen Umsetzung von lernunterstützenden Maßnahmen durch die Möglichkeiten, die die neuen Informations- und Kommunikationstechnologien bereitstellen. Lassen sich auditive Elemente tendenziell einfach integrieren, sollten finanzielle Gründe einer Lernförderlichkeit nicht vorstehen.

Andererseits offenbart sich die Problematik, dass die multimodale Darstellung nicht per se einer monomodalen Darbietung überlegen ist (Kühl, Scheiter, Gerjets & Edelmann,

2011) und diese ambivalenten Ergebnisse die Bedeutung und Akzeptanz und demzufolge auch die Befolgung des Instruktionsprinzips vermindern. Daher liegt die Motivation dieser Forschungsarbeit in der weiterführenden Klärung der Bedingungen, unter welchen Umständen eine multimodale Präsentation nicht nur notwendig, sondern hinInnerhalb der Forschungsgemeinschaft und auch in der vorliegenden Arbeit werden die Begriffe teils synonym verwendet, wobei jedoch ein entscheidender Unterschied besteht. Effekt rekurriert eher auf Untersuchungsergebnisse, wohingegen Prinzip sich auf die Anwendung dieser Erkenntnisse bezieht.

1 Einleitung 7 reichend ist, um einen erfolgreichen Lernprozess zu ermöglichen. Dies soll vor dem Hintergrund der Theorie der kognitiven Belastung (Sweller, 1994) erfolgen, da diese neben u.a. motivationalen Aspekten einen der essenziellen Einflussfaktoren für den Lernprozess darstellt. Daher soll die kognitive Belastung beim Lernen mit Multimedia näher betrachtet und ihre Auswirkungen identifiziert werden, um daraus ableitend eine detaillierte Bestimmung des Modalitätsprinzips zu erstellen. Die methodische Umsetzung erfolgt mittels ‚Dual-Task Paradigma„ (Zweitaufgaben-Methodik), bei dem Lernende simultan zwei Aufgaben bewältigen müssen, die miteinander interferieren (z. B.

Brünken, Steinbacher, Plass & Leutner, 2002). Hierbei wird die Erfüllung einer Reaktionsaufgabe als Sekundäraufgabe einer Lernaufgabe als Primäraufgabe entgegengesetzt. Durch die den gleichen Ressourcenpool beanspruchenden Aufgaben lässt sich die kognitive Belastung online als Differenz zwischen Dual-Task Bedingung und der vorab erfassten Single-Task Bedingung der Sekundäraufgabe erfassen und mögliche Implikationen für zukünftige Gestaltungsansätze formulieren. Zusätzlich werden die individuellen Faktoren Modalitätspräferenz und räumliches Vorstellungsvermögen als Differenzierungskomponenten des Modalitätseffekts gemessen, die für eine detailliertere Betrachtung des Gestaltungsprinzips beitragen sollen.

Die vorliegende Arbeit gliedert sich in einen theoretischen Teil und einen empirischen Teil. Während sich die ersten Kapitel mit der theoretischen Auseinandersetzung mit Multimedia, basalen kognitionspsychologischen Theorien und Modellen, multimod alem Lernen sowie dessen Erfassung befassen, werden im empirischen Teil der Arbeit zwei Studien präsentiert, die die abgeleiteten Forschungsfragen untersuchen. In einer kurzen Einführung in das multimediale respektive multimodale Lernen werden in Kapitel 2.1 zunächst, für ein grundlegendes Verständnis von Multimedia, verschiedene Definitionen und Charakteristika von neuen Medien vorgestellt und die für die vorliege nde Forschungsarbeit herangezogene Begriffsbestimmung abgebildet.

In Kapitel 2.2 wird weiterhin auf grundlegende Theorien und Modelle des Lernens mit Multimedia eingegangen, um ein Verständnis des in Kapitel 3 dargestellten Modalitätsprinzips, seinen zugrunde liegenden kognitionspsychologischen Ursachen und angrenzenden Gestaltungsprinzipien zu gewährleisten. Dafür wird zuerst die kognitive Architektur der menschlichen Informationsverarbeitung betrachtet, wobei zwei wesentliche Komponenten eine Rolle spielen: zum einen das Kurzzeitgedächtnis und zum anderen das Langzeitgedächtnis. Ersteres stellt den Schwerpunkt der Betrachtungen dar und 1 Einleitung 8 wird ausführlich im Arbeitsgedächtnismodell von Baddeley (1986, 1992) beschrieben.

Anschließend wird darauf aufbauend auf eine grundlegende Theorie der Instruktionspsychologie detailliert eingegangen, die für die vorliegende Arbeit einen hohen Stellenwert besitzt: die Theorie der kognitiven Belastung (CLT, Chandler & Sweller, 1991). Sie verknüpft für eine effiziente Förderung von erfolgreichem Lernen die basalen kognitionspsychologischen Erkenntnisse über die humane Architektur und Funktionsweise der Informationsverarbeitung mit Gestaltungsausprägungen von Lernmaterial aus diversen Inhaltsbereichen. In Kapitel 2.3 wird anschließend, neben der differenzierten Darstellung der drei Belastungsarten und den daraus resultierenden instruktionspsychologischen Effekten, ein Überblick über die Forschungsschwerpunkte und Neukonzeptionalisierungen der letzten 20 Jahre skizziert. Die kontinuierlichen Erweiterungen und Spezifizierungen der CLT werden jeweils durch kritische Positionen und Interpretationen ergänzt, die neue Sichtweisen und Forschungsansätze im Rahmen der CL-Forschung hervorbrachten. Daran anschließend wird in Kapitel 2.4 die kognitive Theorie des multimedialen Lernens von Mayer (2001) vorgestellt, die explizit als Erklärungsansatz für das Modalitätsprinzip dient.



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