Das Dokument behandelt die Anwendung kognitiver Theorien zur Verbesserung der Usability im E-Learning und legt dabei besonderen Fokus auf Multimedia-Lernen. Es beschreibt verschiedene Modelle wie das Multi-Store-Modell und Theorien wie die Dual-Coding-Theorie sowie Designprinzipien, die die Effektivität von Lerninhalten beeinflussen. Zur Stärkung der Lernprozesse wird empfohlen, bildhafte und audiovisuelle Komponenten strategisch zu integrieren, um das Lernen zu optimieren.

1. Usability im eLearning-Kognitive Theorien für Multimedia-LernenUlrik Schroeder, Eva Altenbernd-Giani, Daniel Herding LuFG Informatik 9 (Computerunterstütztes Lernen))Dank an Dr. Christian Spannagel (PH Ludwigsburg)

2. Beispiel aus dem SAiL-M ProjektVon Verständlichkeit zu Usability2

3. Usability für eLearningVon Verständlichkeit zu Usability3UsabilityeLearning Produkte sind Software-ProdukteLernen steht im Vordergrund LernfreundlichkeitLernen – Was ist das?EtymologischGotisch: "LAIS""ich weiß"Indogermanisch: "LIS" "gehen"deutet auf einen Prozessbei dem ein Weg zurückgelegt wirdund dabei Wissen aufgebaut wirdLernen – Wie geht das ? Nachahmen ?Forschen?auswendig lernen ?Erfahrungen sammeln?Geistige Höhenflüge ?Experimentieren?Üben?

4. ÜbersichtVon Verständlichkeit zu Usability4Multi-store model (Atkinson/Shiffrin)TheorienDual Coding Theory(Paivio)Model of workingmemory (Baddeley)Cognitive Load Theory(Chandler & Sweller)Theory of Multimedia Learning (Mayer)DesignprinzipienDesign principles (Chandler & Sweller)… for multimedia learning(Mayer)

5. GedächtnismodelleMultimedia LearningVon Verständlichkeit zu Usability5

6. Multi-store Memory Model: ProzesseVon Verständlichkeit zu Usability6WahrnehmungBottleneckBottleneckInformation Processing ModelExtended Information Processing ModelKurzzeitgedächtnis(Arbeitsgedächtnis)Sensorisches GedächtnisLangzeitgedächtnisEnkodierungSelektive AufmeksamkeitLernenAbruf (retrieval)Wissen aktivierenErprobung/BestätigungAufmerksamkeitlenkenchunkingTransformieren

7. Dual Coding Model (Paivio '71)Zwei separate SystemeVerknüpfung erhöht Erinnerungsleistung Von Verständlichkeit zu Usability7Verbale Systemverbale InformationLogogeneSinnesorganeReaktionNon-verbale SystemImagenebildliche Information

8. Auswirkungen des Dual CodingIllustrationen helfen bei der Vermittlung neuen WissensDiagramme nicht zu detailliertdirekt auf den Text / Inhalt bezogenEmpirische ErgebnisseIllustrationen bei geringen Vorkenntnissen besser als Expertenin Verbindung mit Text mittlerer KomplexitätBilder / Videos können mehr Funktionen habenAufmerksamkeit erregenbestimmte Zielgruppe ansprechen und motivierenInformationen wiederholen und strukturierenAnalogien aufzeigenHilfe zur Bildung mentaler Modelle von abstrakten KonzeptenVon Verständlichkeit zu Usability8

9. Verfeinertes ArbeitsgedächtnismodellVon Verständlichkeit zu Usability9(Baddeley)ArbeitsgedächtnisEchoischesRegisterphonologische SchleifeLTMzentrale Exekutiveepisodischer PufferIkonischesRegisterräumlich-visueller Notizblock

10. CognitiveLoadTheory(Chandler & Sweller)Von Verständlichkeit zu Usability10LTMWMSTMintrinsicCLgermaneCLextraneous CL

11. CL-Theorie: KonsequenzenVon Verständlichkeit zu Usability11Interne Strukturierung und Modifikation von SchemataKognitive Energie genutzt füriCLgCLeCLminmaxkomplexer Lerngegenstand (iCL groß)  eCL möglichst minimal! genügend gCL

12. ÜbersichtVon Verständlichkeit zu Usability12Multi-store model (Atkinson/Shiffrin)TheorienDual Coding Theory(Paivio)Model of workingmemory (Baddeley)Cognitive Load Theory(Chandler & Sweller)Theory of Multimedia Learning (Mayer)DesignprinzipienDesign principles (Chandler & Sweller)… for multimedia learning(Mayer)

13. 3 Multimedia LearningMultimedia Learning Theorie &Designprinzipien für Multimedia-LernenVon Verständlichkeit zu Usability13

14. Modell des Multimedia-LernensVon Verständlichkeit zu Usability14selectingwordsorganizingwordsintegratingselectingimagesorganizingimagesAuditiver / verbaler KanalMultimedia-PräsentationSensorischesGedächtnisArbeits-gedächtnisLangzeit-gedächtnisVerbales ModellTextWorteVorwissenBildhaftesModellBilderBilderSelectOrganizeIntegrateVisueller / bildhafter Kanal

15. Multimedia-PräsentationSensorischesGedächtnisArbeits-gedächtnisLangzeit-gedächtnisVerbales ModellTextWorteselectingwordsorganizewordsintegratingVorwissenBildhaftesModellBilderBilderselectingimagesorganizeimagesWeshalb eigentlich Folien?Von Verständlichkeit zu Usability15Visueller Kanal inhaltlich ungenutzt

16. Kognitive Ressourcen verschenktVisualisierung des InhaltsMultimedia-PräsentationSensorischesGedächtnisArbeits-gedächtnisLangzeit-gedächtnisVerbales ModellTextWorteselectingwordsorganizewordsintegratingVorwissenBildhaftesModellBilderBilderselectingimagesorganizeimagesMultimedia-Prinzip(Mayer): Bild + Text > nur TextTextWorteVerbales ModellselectingwordsorganizingwordsVorwissenintegratingBilderBilderBildhaftesModellselectingimagesorganizingimages7 Prinzipien des Multimedia-DesignsMultimedia-PrinzipPrinzip der räumlichen KontiguitätPrinzip der zeitlichen KontiguitätModalitäts-PrinzipKohärenz-PrinzipRedundanz-PrinzipPrinzip der individuellen UnterschiedeVon Verständlichkeit zu Usability17

17. 1. Multimedia-PrinzipVon Verständlichkeit zu Usability18Die Arbeitsweise eines OttomotorsEin Viertakt Ottomotor führt während seines Arbeitsspiels 4 Takte aus - Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausschieben. Im ersten Takt (Ansaugen) ist das Einlaßventil geöffnet und der Kolben bewegt sich in Richtung Kurbelwelle. Durch den im Verbrennungsraum herrschenden Unterdruck wird ein Luft-Kraftstoffgemisch angesogen und füllt zum Ende des Taktes den Verbrennungsraum ganz aus. Das Enlaßventil schließt sich und der Kolben bewegt sich von der Kurbelwelle weg (Takt 2: Verdichten). Dabei wird das Luft-Kraftstoffgemisch stark verdichtet. Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes (OT) wird das Gemisch durch einen Funken an der Zündkerze gezündet (Zündzeitpunkt). Temperatur und Druck im Verbrennungraum steigen sprunghaft an. Durch den hohen Druck wird der Kolben wieder in Richtung Kurbelwelle gepreßt (Takt 3: Arbeiten). Am unteren Totpunkt (UT) öffnet das Auslaßventil und die Verbrennungsgase werden aus dem Verbrennungsraum ausgeschoben (Takt 4: Ausschieben). Insgesamt hat sich die Kurbelwelle nach den 4 Takten um 720° gedreht (2 vollständige Umdrehungen).

18. Multimedia-Prinzip für eLearningEmpirische ErgebnisseText + Bild > Text55 % - 121 % bessere AbrufbarkeitTheoretische Begründung:Lerner ist aktiv einbezogen, identifiziert Modelle, findet Wechselbeziehungen zwischen Modellen …Grafische Illustrationen für Überblick über und Beziehungen zwischen Themen (Organisation des Inhalts)Visualisierung von BeziehungenPrinzip eher vage  muss weiter verdeutlicht werdenWelche Arten von Bildern? Wie präsentiert? Und wann?Von Verständlichkeit zu Usability19

19. 2. Prinzip der räumlichen KontiguitätText und DiagrammeVon Verständlichkeit zu Usability20

20. 2. Prinzip der räumlichen KontiguitätText und Bilder sind integriert (nahe beieinander)Von Verständlichkeit zu Usability21

21. 3. Prinzip der zeitlichen KontiguitätBilder / Animationen präsentiert mit gesprochenem TextBild oder Audio zuerst? Beide gleichzeitig?Von Verständlichkeit zu Usability22

22. Kontiguitäts-PrinzipienZeitliche KontiguitätSimultane Präsentation > aufeinanderfolgendÄhnlich, aber nur für eLearning (Information muss im WM behalten werden, bis nächste Präsentation startet)Effekt nicht ganz so stark3/5 Tests bzgl Erinnerungsleistung8/8 Tests bzgl. Transferleistungnicht signifikant für leichte AufgabenFolgerungBeide Medien zusammen präsentierenRäumliche KontiguitätBilder und erläuternder Text eng beieinander auf Bildschirm / AusdruckBildschirm braucht nicht abgesucht und dabei Information im Gedächtnis behalten zu werdenEffekt signifikantErinnerungsleistung2/2 testbetterunderstanding/transfer5/5 testsbetterFolgerungTextuelle Information nahe an erläuternde Bilder setzenVon Verständlichkeit zu Usability23

23. 4. Modalitäts-PrinzipVon Verständlichkeit zu Usability24Split-Attention-Effect In dieser Darstellungsehen Sie vier äqui-valente elektrischeSchaltungen. Den Beweis hierfür liefertdie Animation, diedie Schaltungen in-einander überführt.Bitte achten Sie auchauf …

24. 4. Modalitäts-PrinzipVon Verständlichkeit zu Usability25Verbales ModellTextWorteselectingwordsorganizingwordsVorwissenintegratingBildhaftesModellBilderBilderselectingimagesorganizingimagesBild und geschriebener Text sin dschlechter als …

25. 4. Modalitäts-PrinzipVon Verständlichkeit zu Usability26

26. 4. Modalitäts-PrinzipVon Verständlichkeit zu Usability27Verbales ModellTextWorteselectingwordsorganizingwordsVorwissenintegratingBildhaftesModellBilderBilderselectingimagesorganizingimagesBild + Audio > Bild + (geschriebener) TextTheoretische BegründungBeide Kanäle werden gleichzeitig genutzt (dual channel)Starker empirischer Effekt (40-80% Steigerung)Pragmatische Fragestellungen bzgl. Lern-Kontext Stand-alone, Kopfhörer Bandbreite, verfügbare ToolsProduktionskosten, …

27. 5. Kohärenz-PrinzipVon Verständlichkeit zu Usability28Reihenschaltung:Rges = R1 + R2Parallelschaltung: 1/Rges = 1/R1 + 1/R2

28. 5. Kohärenz-PrinzipStudenten lernen besser, wenn irrelevante Information weggelassen wirdNicht sachdienliches Zusatzmaterialerhöht eCL, stört beim Lernen …Sehr starker empirischer Effekt!Stärker bei gedrucktem Material FolgerungKurze Texte, HervorhebungenBilder weglassen, die nur Design und Layout dienenVon Verständlichkeit zu Usability29

29. 6. Redundanz-Prinzip Von Verständlichkeit zu Usability30In dieser Darstellungsehen Sie vier äqui-valente elektrischeSchaltungen. Den Beweis hierfür liefertdie Animation, diedie Schaltungen in-einander überführt.Bitte achten Sie auchauf …

30. Multimedia-PräsentationSensorischesGedächtnisArbeits-gedächtnisLangzeit-gedächtnisVerbales ModellTextWorteselectingwordsorganizewordsintegratingVorwissenBildhaftesModellBilderBilderselectingimagesorganizeimagesRedundanter TextVon Verständlichkeit zu Usability31Geschriebener und gesprochener Text: DoppelbelastungStarker empirischer Nachweis (.77/1.24)PragmatischNicht identischen Text gesprochen und gedruckt anbietenOK: gesprochener Text und gedruckte Zusammenfassung der Schlüsselwörter

31. eCL gering haltenMultimedia-PräsentationSensorischesGedächtnisArbeits-gedächtnisLangzeit-gedächtnisVerbales ModellTextWorteselectingwordsorganizewordsintegratingVorwissenBildhaftesModellBilderBilderselectingimagesorganizeimagesBildhafte Gestaltung!Von Verständlichkeit zu Usability32hohe gCL KapazitätBesser: Bildhafte Gestaltung!

32. Nur zentrale Begriffe und Aussagen auf Folien.Keine Romane![7. Prinzip der Individuellen Unterschiede]Persönliche Ansprache wirkt sich positiv ausAgenten, AvatareDesign-Effekte variieren individuellgeringe Vorkenntnis > hohe VorkenntnisBegründungLerner mit hohem Wissensstand kompensieren fehlende Führung durch ihr VorwissenVon Verständlichkeit zu Usability33

33. Ein Beispiel: Tischtennis-TrainerVon Verständlichkeit zu Usability34

34. WörterTöneVerbales ModellselectingwordsorganizingwordsVorwissenintegratingBilderBilderBildhaftesModellselectingimagesorganizingimages7 Prinzipien des Multimedia-DesignsMultimedia-PrinzipPrinzip der räumlichen KontiguitätPrinzip der zeitlichen KontiguitätModalitäts-PrinzipKohärenz-PrinzipRedundanz-PrinzipPrinzip der individuellen UnterschiedeVon Verständlichkeit zu Usability35

35. ZusammenfassungErkenntnisse kognitiver TheorienAkzeptierte DesignkriterienEmpirische ValidierungStark vereinfachte Bedingungen (Labor), um Effekte zu messenZ.B. nur Erlernen einfacher Technologien …Kann nicht generell auf alle Lernarten übertragen werdenviele weitere Kriterien ausgeblendetDidaktikZielgruppe(Soziale) Einbettung des LernensEmotion, Motivation, …Von Verständlichkeit zu Usability36

36. eLearning Forschung – Modelle, Usability, …Von Verständlichkeit zu Usability37

37. LiteraturBücherClark, Ruth Colvin; Mayer, Richard E. (2003): e-Learning and the Science of Instruction. Proven Guidelines for Consumers an Designers of Multimedia Learning. San Francisco Calif.: Pfeiffer.Mayer, Richard E. (2005): The Cambridge handbook of multimedia learning. Cambridge: Cambridge Univ. Press.Mayer, Richard E. (2006): Multimedia Learning. Cambridge: Cambridge Univ. Press.Hasebrook, Joachim (1995): Multimedia-Psychologie. Eine neue Perspektive menschlicher Kommunikation. Heidelberg: Spektrum Akad. Verl.Von Verständlichkeit zu Usability38

38. Beispiel 1Von Verständlichkeit zu Usability39