Die Cognitive Theory of Multimedia Learning
Die Cognitive Theory of Multimedia Learning
Die Cognitive Theory of Multimedia Learning
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<strong>Die</strong> „<strong>Cognitive</strong> <strong>Theory</strong> <strong>of</strong><br />
<strong>Multimedia</strong> <strong>Learning</strong>“ –<br />
Laborexperimentelle Methoden<br />
der Medienpsychologie<br />
Hauptseminar: Kinder und Medien<br />
Pr<strong>of</strong>. Dr. G. Nieding<br />
Lukas Götz und Tobias Zimmer<br />
09.06.08<br />
1
Gliederung<br />
1. The <strong>Cognitive</strong> <strong>Theory</strong> <strong>of</strong> <strong>Multimedia</strong> <strong>Learning</strong><br />
1.1 Einführung<br />
1.2. Modell des multimedialen Lernens<br />
1.3 Defintion der <strong>Cognitive</strong> Load <strong>Theory</strong><br />
1.4 3 Annahmen der <strong>Cognitive</strong> Load <strong>Theory</strong><br />
1.5. 5 Schritte der <strong>Cognitive</strong> Load <strong>Theory</strong><br />
1.6. Beispiele<br />
2. Laborexperimentelle Methoden der Medienpsychologie<br />
2.1 Vorannahmen<br />
2.2 Manipulation des Stimulusmaterials<br />
2.3 Echte Online-Maße<br />
2.4 Quasi-Online-Maße<br />
2.5 Offline-Maße<br />
2
1.1. Einführung:<br />
Prinzipien multimedialen Lernens<br />
Intelligibilty<br />
Plausibilty<br />
Applicability<br />
Intelligibility = Sprachvernständlichkeit<br />
Konstruktion von Wissen aus Worten<br />
und Bildern<br />
Informationsverarbeitungsprozesse<br />
Anpassung von multimedialen Designs an<br />
menschliche Lernkonzeption<br />
3
1.2. Kognitives Modell von<br />
multimedialem Lernen<br />
4
1.2. Kognitives Modell von<br />
multimedialem Lernen<br />
Sensorisches Gedächtnis<br />
Kurzzeit-Speicherung und Wiedergabe von<br />
exakten visuellen bzw. auditiven Bildern<br />
Arbeitsgedächtnis<br />
Aktive, bewusste Konstruktion und Manipulation<br />
von einer begrenzten Menge an visuellen bzw.<br />
auditiven Bildern in Wissensmodellen und deren<br />
Verbindungen<br />
Langzeitgedächtnis<br />
Integration von bestehenden Wissensmodellen<br />
aus dem Langzeitspeicher<br />
5
1.3. <strong>Cognitive</strong> Load <strong>Theory</strong><br />
- Definition<br />
Lernen mit Belastung verbunden<br />
Zentral: Arbeitsgedächtnis<br />
Informationsverarbeitung Wissenserwerb<br />
Problemslösung<br />
Annahmen<br />
-Zwei Kanäle der<br />
Info-Verarbeitung<br />
-Begrenzte Verarbeitungs<br />
kapazität<br />
-Aktive, koordinierte<br />
Verarbeitungsprozesse<br />
6
1.4. Drei Annahmen der <strong>Cognitive</strong><br />
<strong>Theory</strong> des multimedialen Lernens<br />
Falsche Standpunkte:<br />
Ein Kanal der Infoverarbeitung<br />
für alle Modalitäten von Informationen<br />
Unbegrenzte Verarbeitungskapazität<br />
für Informationen<br />
Passive Verarbeitungsprozess als<br />
unstrukturierte Info-Aufnahme<br />
Gegensatz zur kognitiven Psychologie<br />
7
1. Annahme: Zwei Kanäle der<br />
Info-Verarbeitung<br />
Differenzierung<br />
Sensory modalities:<br />
Visuelle Reize durch das Auge<br />
Auditive Reize durch das Ohr<br />
Konsistenz zur Theorie des visuospatialen und<br />
phonologischen Loops (Baddeley, 1986)<br />
Presentation mode:<br />
Verbale Reize<br />
Non-verbale Reize<br />
Konsistenz zur Theorie eines verbalen und eines<br />
non-verbalen Systems (Paivio, 1986)<br />
8
1. Annahme: Zwei Kanäle der<br />
Info-Verarbeitung<br />
Kompromiss:<br />
Auditory/verbal Channel (Top-Frame)<br />
Visual/pictorial Channel (Bottom-Frame)<br />
Gegenseitige innere Konvertierung von<br />
Eingangsreizen bei ausreichender<br />
Verfügbarkeit von Resourcen<br />
Drei Modi:<br />
Non-verbale Bilder<br />
Gesprochene Worte<br />
Gedruckte Worte<br />
9
1. Annahme: Zwei Kanäle der<br />
Info-Verarbeitung<br />
10
1. Annahme: Zwei Kanäle der<br />
Info-Verarbeitung<br />
Mentale<br />
Konvertierung<br />
von geschriebenen<br />
Worten<br />
(visueller Kanal)<br />
zu Wortlauten<br />
(auditiver Kanal)<br />
11
2. Annahme: Begrenzte<br />
Verarbeitungskapazität<br />
Bedeutung:<br />
limitierte kognitive Ressourcen<br />
Kurzzeitige Speicherung von Teil-Sequenzen<br />
eines Bildes/Satzes<br />
Speicherung von Bildausschnitten Bildung<br />
mentaler Bildrepräsentationen<br />
Speicherung von Satzteilen Bildung<br />
mentaler Textrepräsentationen<br />
Notwendigkeit von metakognitiven<br />
Strategien und Zentraler Exekutive<br />
12
2. Annahme: Begrenzte<br />
Verarbeitungskapazität<br />
Bsp.: Motor<br />
Bildliche Animation<br />
Narration<br />
Speicherung von<br />
Bildausschnitten<br />
Speicherung von<br />
Textausschnitten<br />
- Kolben nach unten - Kolben geht runter<br />
- Luft/Benzin rein - Luft/Benzin dringt ein<br />
- Kolben nach oben - Kolben geht nach oben<br />
Usw.<br />
Usw.<br />
13
2. Annahme: Begrenzte<br />
Verarbeitungskapazität<br />
Intrinsische kognitive Belastung:<br />
durch das Lernmaterial verursacht<br />
(Schwierigkeit, Komplexität)<br />
abhängig von der Elementinteraktivität<br />
Extrinsische kognitive Belastung:<br />
abhängig von der Gestaltung und Darstellung<br />
des Lernmaterials<br />
„Germane Load“:<br />
<br />
Zum Lernen wichtige<br />
Anteil von kognitiver<br />
Belastung<br />
14
2. Annahme: Begrenzte<br />
Verarbeitungskapazität<br />
Messung des <strong>Cognitive</strong> Loads:<br />
Hauptmethoden:<br />
-Gedächtnisspanne<br />
-Dual-Task-Aufgabe<br />
(Chandler & Sweller,<br />
1991)<br />
15
Exkurs: Gedächtnisspanne<br />
Memory Span Test:<br />
Gesprochene Zahlenfolge wiederholen<br />
Gelesene Zahlenfolge wiederholen<br />
Bilderfolge wiederholen<br />
16
3. Annahme: Aktive Info-<br />
Verarbeitung<br />
Bedeutung:<br />
Selektion, Organisation, Integration von<br />
eingehenden Informationen mit bestehenden<br />
Prozess des Verständnisses von<br />
multimedialen Präsentationen<br />
Mental model building: Konstruktion einer<br />
kohärenten mentalen Repräsentation aus<br />
Schlüsselinformationen und deren Beziehung<br />
Ergebnis: kohärente Wissensstrukturen<br />
17
3. Annahme: Aktive Info-<br />
Verarbeitung<br />
Strukturierungsmethoden:<br />
Prozess: Ursache-Wirkung-Beziehung<br />
Vergleich: zwischen Elementen bzgl.<br />
verschiedener Dimensionen<br />
Generalisierung: Überbegriff<br />
Aufzählung: Begriffssammlung<br />
Klassifikation: Hierarchisierung<br />
Implikationen für das <strong>Multimedia</strong>-Design:<br />
Kohärente Struktur<br />
Leitlinie für die Struktur<br />
18
3. Annahme: Aktive Info-<br />
Verarbeitung<br />
Bsp.: Prozess: Ursache-Wirkung - Motor<br />
1. Kolben geht nach unten<br />
2. Luft strömt ein<br />
3. Benzin strömt ein<br />
4. Kolben geht nach oben<br />
5. Luft-Benzin-Gemisch wird<br />
zusammengedrückt<br />
6. Zündkerze entfacht Gemisch<br />
7. Energie wird frei<br />
8. Kolben geht nach unten<br />
19
1.5. Fünf Schritte einer <strong>Cognitive</strong><br />
<strong>Theory</strong> des multimedialen Lernens<br />
Lernen in einer multimedialen Umwelt<br />
<strong>Multimedia</strong>l: unterschiedliches Reizformat<br />
1. Auswahl relevanter Worte<br />
2. Auswahl relevanter Bilder<br />
3. Organisation der ausgewählten Worte<br />
4. Organisation der ausgewählten Bilder<br />
5. Integration von wort-basierenden und<br />
bild-basierenden Repräsentationen<br />
20
1. Schritt:<br />
Auswahl relevanter Worte<br />
Aufmerksamkeit auf relevante Worte<br />
der multimedialen Nachricht<br />
Auditive oder visuelle Präsentation<br />
Auditiver oder visueller Kanal<br />
Sensorische Repräsentation zu einer<br />
internen mentalen Repräsentation im<br />
verbalen Arbeitsgedächtnis<br />
Aktive Burteilung der Sinnbedeutung<br />
21
2. Schritt:<br />
Auswahl relevanter Bilder<br />
Aufmerksamkeit auf relevante<br />
Bildmerkmale der multimedialen<br />
Nachricht<br />
Auditive oder visuelle Präsentation<br />
Auditiver oder visueller Kanal<br />
Sensorische Repräsentation zu einer<br />
internen mentalen Repräsentation im<br />
Arbeitsgedächtnis<br />
Aktive Burteilung der Sinnbedeutung<br />
22
3. Schritt: Organisation der<br />
ausgewählten Worte<br />
Ziel: Wissensstruktur - Verbales Modell<br />
Bedingung: Wortlaut-Basis aus den<br />
ausgewählten Wortsequenzen<br />
Wissensstruktur: Kohärente, strukturierte<br />
Repräsentation des Arbeitsgedächtnis aus<br />
den ausgewählten Worten<br />
Kognitive Prozess: Verbindungen zwischen<br />
den verbalen Wissensteilen<br />
Organisationsprozess: - einfache Struktur<br />
- Sinngehalt<br />
23
4. Schritt: Organisation der<br />
ausgewählten Bilder<br />
Ziel: Wissensstruktur - bildliches Modell<br />
Bedingung: Bild-Basis aus den ausgewählten<br />
Bildsequenzen<br />
Wissensstruktur: Kohärente, strukturierte<br />
Repräsentation des Arbeitsgedächtnis aus<br />
den ausgewählten Bildern<br />
Kognitive Prozess: Verbindungen zwischen<br />
seinen bildlichen Wissensteilen<br />
Organisationsprozess: - einfache Struktur<br />
- Sinngehalt<br />
24
5. Schritt: Integration von wortund<br />
bild-basierenden<br />
Repräsentationen<br />
Ziel: Konstruktion eines Integrations-modells<br />
aus verbalem und bildlichen Modell<br />
Bedingung: Berücksichtigung von<br />
Korrespondenzen beider Modellen und<br />
Vorwissen des LZG<br />
Koordination im Arbeitsgedächtnis<br />
Gesamtprozess:<br />
Teilprozesse segmenthaft und wiederholend<br />
25
Fazit:<br />
<strong>Cognitive</strong> Load <strong>Theory</strong> des<br />
multimedialen Lernens<br />
Informationsverarbeitungsprozesse zum<br />
Wissenserwerb<br />
Fünf Stufen der Infoverarbeitung<br />
Drei Faktoren der Infoverarbeitung<br />
<br />
<br />
<br />
Zwei Informationskanäle<br />
Limitierte Kapazität<br />
Aktiver Prozess<br />
Einfluss von Emotionen und Motivation?<br />
Konsequenzen für Gestaltung von<br />
multimedialen Nachrichten?<br />
26
2. Laborexperimentelle Methoden<br />
der Medienpsychologie<br />
2.1 Vorannahmen<br />
2.2 Manipulation des Stimulusmaterials<br />
2.3 Echte Online-Maße<br />
2.4 Quasi-Online-Maße<br />
2.5 Offline-Maße<br />
27
2.1 Vorannahmen<br />
Narrative Filme sind mehrschichtige<br />
Zeichensysteme<br />
Formale und inhaltliche Komponenten<br />
sind bei narrativen Filmen untrennbar<br />
miteinander verwoben<br />
Bei der Verarbeitung narrativer Filme<br />
werden Situationsmodelle aufgebaut<br />
28
2.2 Manipulation des Stimulusmaterials<br />
Remontage<br />
Eigenproduktion<br />
Methode der Gabe von<br />
Vorausinformation<br />
29
Operationalisierung der abhängigen<br />
Variable<br />
echte Online-Maße: Rezeptionsbegleitende<br />
Messverfahren<br />
Quasi-Online-Maße: Rezeptionsbegleitende<br />
Messverfahren, die die Filmexposition<br />
unterbrechen<br />
Offline-Maße:<br />
Messverfahren, die im Anschluss an die<br />
Filmrezeption erhoben werden<br />
30
2.3 Echte Online-Maße<br />
Erwachsene<br />
Kinder<br />
Physiologische<br />
Messungen<br />
Zweitaufgabenmethoden:<br />
Klickdetektionslatenzen<br />
<br />
Schnittdetektionslatenzen<br />
<br />
<br />
<br />
Genrediskrimination<br />
Registrierung der<br />
visuellen Orientierung<br />
Bildmaskenverfahren<br />
31
Physiologische Messungen<br />
Einsatz: v.a. um unterschiedliche<br />
dramaturgische Verlaufsgestalten<br />
gegeneinander zu testen<br />
Probleme:<br />
Interpretierbarkeit der Daten<br />
Statistische Auswertung von<br />
Zeitverläufen<br />
32
Methode der Klickentdeckung<br />
Prozessmodell der Verarbeitung narrativer<br />
Filme:<br />
Während der Verarbeitung des Films<br />
kontinuierliche Aktualisierung des<br />
Situationsmodells<br />
Beanspruchung kognitiver Kapazität<br />
Vorgehen:<br />
<br />
<br />
<br />
Vpn sollen Film aufmerksam verfolgen<br />
(Erstaufgabe)<br />
Und gleichzeitig auf in das Stimulusmaterial<br />
eingefügte kurze Töne (Klicks) schnellstmöglich<br />
durch Druck einer Taste reagieren (Zweitaufgabe)<br />
Messung der Reaktionszeit<br />
33
Methode der Schnittentdeckung<br />
<br />
<br />
Vorgehen:<br />
Ähnlich zur Methode der Klickentdeckung<br />
Zweitaufgabe: bei jeden Filmschnitt schnellstmöglich eine<br />
Taste drücken<br />
Experiment:<br />
Fragestellung: Lässt sich ein Wissensbestand um das<br />
Continuity-System nachweisen?<br />
Material: kurze Alltagsszenen mit filmischen vs.<br />
unfilmischen Schnitten<br />
Ergebnis: signifikant längere Detektionslatenzen bei<br />
filmischen Schnitten, in 25 % der Fälle sogar übersehen<br />
Wissensbestand über filmische Darbietungsformen<br />
beeinflusst Enkodierung filmischer Information<br />
34
Genrediskrimination<br />
VS.<br />
35
Genrediskrimination<br />
<br />
<br />
Vorgehen:<br />
Vpn sollen Filmgenres unterscheiden<br />
Messung der Reaktionszeiten<br />
Experiment:<br />
Fragestellung: Können Kinder zwischen verschiedenen<br />
Genres unterscheiden?<br />
Vpn: 5 bis 8 jährige Kinder<br />
Material: narrative Kinderfilme vs. Werbung<br />
Ergebnis:<br />
5 jährige Kinder: können bereits zwischen beiden<br />
Genres diskriminieren<br />
8 jährige Kinder: benötigen für die Entscheidung im<br />
Mittel nur noch 1 Sekunde und machen fast keine<br />
Fehler mehr<br />
36
Registrierung der visuellen<br />
Orientierung<br />
Zur Erfassung der kindlichen<br />
Aufmerksamkeitsprozesse<br />
Vorgehen:<br />
Erfassung, wann Kinder zum Film hinund<br />
wann sie wegschauen<br />
Während der Darbietung des Films<br />
werden zusätzlich zur Ablenkung neben<br />
dem Bildschirm Dias projiziert<br />
37
Bildmaskenverfahren<br />
38
Bildmaskenverfahren<br />
Ermittlung aktiver Suchbewegungen<br />
Vorgehen:<br />
Vpn können schwarze Maske, in der ein<br />
Ausschnitt ausgespart ist, über<br />
Bildschirm bewegen<br />
Speicherung der Bewegungen mit der<br />
Maske<br />
39
2.4 Quasi-Online-Maße<br />
Erwachsene<br />
Kinder<br />
<br />
<br />
Leselatenzen von Sätzen<br />
Latenzen bei<br />
Entscheidungsaufgaben<br />
<br />
Objektsuche mit<br />
Bildmaske<br />
<br />
Antizipation der<br />
Geschichte<br />
40
Leselatenzen von Sätzen<br />
Event-Index-Modell:<br />
<br />
<br />
Überprüfung neuer Informationen auf ihre<br />
Kontinuität mit vorhandenen Infos im<br />
Situationsmodell<br />
Bei Erwartungsbrüchen muss das<br />
Situationsmodell aktualisiert werden<br />
Beanspruchung kognitiver Kapazität<br />
Vorgehen:<br />
<br />
<br />
Vpn sollen während des Films eingeblendete<br />
Sätze lesen<br />
Erfassung der Leselatenzen<br />
41
Leselatenzen von Sätzen<br />
Experiment:<br />
<br />
<br />
<br />
Fragestellung: Werden im Situationsmodell<br />
fortwährend Inferenzen über die zu Grunde<br />
liegenden Emotionen der Protagonisten generiert?<br />
Material: Einblendung von Texttafeln während<br />
einer James-Bond-Serie:<br />
emotionskonkordant zum mimischen Ausdrucks<br />
des Protagonisten vs. diskordant<br />
Ergebnis: Lesen diskordanter Sätze benötigt mehr<br />
Zeit<br />
fortlaufende Generierung von Inferenzen<br />
42
Latenzen bei<br />
Entscheidungsaufgaben<br />
Annahme: Höhere Belastung des<br />
zentralen Prozessors führt zu<br />
längeren Reaktionslatenzen bei der<br />
Entscheidungsaufgabe<br />
Vorgehen:<br />
Während des Films erscheint Sequenz<br />
mit eingeblendeter Ziffer<br />
Vpn soll entscheiden, ob es sich um eine<br />
gerade oder ungerade Ziffer handelt<br />
Messung der Reaktionslatenzen<br />
43
Antizipation der Geschichte<br />
Vorgehen:<br />
Anhalten der Filmdarbietung an den<br />
Ellipsen<br />
Vpn sollen den erwarteten Fortgang der<br />
Handlung schriftlich darlegen<br />
Auswertung nach Anzahl, Qualität<br />
und Variabilität der produzierten<br />
vorwärtigen Inferenzen<br />
44
Objektsuche mit Bildmaske<br />
45
Objektsuche mit Bildmaske<br />
Vorgehen:<br />
Vpn wird Film gezeigt, z.B. ein kleiner<br />
Junge der mit seinem Teddy spielen will<br />
Im Anschluss wird das Filmbild, das die<br />
Objektanordnung aus einer anderen<br />
Perspektive z.B. die des kleinen Jungen<br />
zeigt, mit einer Bildmaske verdeckt<br />
Vpn sollen nun das Suchobjekt (hier den<br />
Teddy) so schnell wie möglich finden<br />
Messung der Suchzeiten<br />
46
2.5 Offline-Maße<br />
Erwachsene<br />
Kinder<br />
<br />
Bildrekognition<br />
<br />
Gezielte Befragung<br />
<br />
Freie Reproduktion<br />
47
Bildrekognition<br />
Vorgehen:<br />
Vpn müssen entscheiden, ob Bilder in<br />
einem zuvor gesehenen Film<br />
vorgekommen sind oder nicht<br />
48
Freie Reproduktion<br />
Vorgehen:<br />
Freies Nacherzählen von Filmen<br />
Problem: Vorschulkinder sind im<br />
fremden Kontext des Labors kaum<br />
dazu in der Lage<br />
kein valides Bild der kindlichen<br />
Informationsverarbeitungsfähigkeit<br />
49
Gezielte Befragung<br />
Vorgehen:<br />
Nach Zeigen eines Films werden die<br />
Kinder gezielt befragt<br />
Vorteil: Dadurch erhält man auch bei<br />
Kindern ein valides Bild der<br />
Informationsverarbeitungsfähigkeit<br />
50
Literatur<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Mayer, Richard E. (2001): <strong>Multimedia</strong> <strong>Learning</strong>,<br />
Cambridge.<br />
Nieding G. & Ohler P. (2004): Laborexperimentelle<br />
Methoden, Lehrbuch der Medienpsychologie (Kap. 17),<br />
Göttingen<br />
http://wulv.unigreifswald.de/2004_hh_neue_medien/userdata/Virtual<br />
%20<strong>Cognitive</strong>%20Load/home.html am 06.06.2008<br />
http://arbeitsblaetter.stangltaller.at/LERNEN/<strong>Cognitive</strong>Load.shtml<br />
am 05.06.2008<br />
Valcke, M. (2002). <strong>Cognitive</strong> load: updating the theory?<br />
<strong>Learning</strong> and Instruction, 12, 147-154.<br />
51
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