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Usability in eLearning - Cognitive Theories
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Usability in eLearning - Cognitive Theories Usability in eLearning - Cognitive Theories Presentation Transcript

  • Usability im eLearning-Kognitive Theorien für Multimedia-Lernen
    Ulrik Schroeder, Eva Altenbernd-Giani, Daniel Herding LuFG Informatik 9 (Computerunterstütztes Lernen))
    Dank an Dr. Christian Spannagel (PH Ludwigsburg)
  • Beispiel aus dem SAiL-M Projekt
    Von Verständlichkeit zu Usability
    2
  • Usability für eLearning
    Von Verständlichkeit zu Usability
    3
    Usability
    eLearning Produkte sind Software-Produkte
    Lernen steht im Vordergrund Lernfreundlichkeit
    Lernen – Was ist das?
    Etymologisch
    Gotisch: "LAIS""ich weiß"
    Indogermanisch: "LIS" "gehen"
    deutet auf einen Prozess
    bei dem ein Weg zurückgelegt wird
    und dabei Wissen aufgebaut wird
    Lernen – Wie geht das ?
    Nachahmen ?
    Forschen?
    auswendig lernen ?
    Erfahrungen sammeln?
    Geistige Höhenflüge ?
    Experimentieren?
    Üben?
  • Übersicht
    Von Verständlichkeit zu Usability
    4
    Multi-store model (Atkinson/Shiffrin)
    Theorien
    Dual Coding Theory(Paivio)
    Model of working
    memory (Baddeley)
    Cognitive Load Theory(Chandler & Sweller)
    Theory of Multimedia Learning (Mayer)
    Designprinzipien
    Design principles (Chandler & Sweller)
    … for multimedia learning(Mayer)
  • Gedächtnismodelle
    Multimedia Learning
    Von Verständlichkeit zu Usability
    5
  • Multi-store Memory Model: Prozesse
    Von Verständlichkeit zu Usability
    6
    Wahrnehmung
    Bottleneck
    Bottleneck
    Information Processing Model
    Extended Information Processing Model
    Kurzzeitgedächtnis(Arbeitsgedächtnis)
    Sensorisches Gedächtnis
    Langzeitgedächtnis
    Enkodierung
    Selektive Aufmeksamkeit
    Lernen
    Abruf (retrieval)
    Wissen aktivieren
    Erprobung/Bestätigung
    Aufmerksamkeitlenken
    chunking
    Transformieren
  • Dual Coding Model (Paivio '71)
    Zwei separate Systeme
    Verknüpfung erhöht Erinnerungsleistung
    Von Verständlichkeit zu Usability
    7
    Verbale System
    verbale Information
    Logogene
    Sinnesorgane
    Reaktion
    Non-verbale System
    Imagene
    bildliche Information
  • Auswirkungen des Dual Coding
    Illustrationen helfen bei der Vermittlung neuen Wissens
    Diagramme nicht zu detailliert
    direkt auf den Text / Inhalt bezogen
    Empirische Ergebnisse
    Illustrationen bei geringen Vorkenntnissen besser als Experten
    in Verbindung mit Text mittlerer Komplexität
    Bilder / Videos können mehr Funktionen haben
    Aufmerksamkeit erregen
    bestimmte Zielgruppe ansprechen und motivieren
    Informationen wiederholen und strukturieren
    Analogien aufzeigen
    Hilfe zur Bildung mentaler Modelle von abstrakten Konzepten
    Von Verständlichkeit zu Usability
    8
  • Verfeinertes Arbeitsgedächtnismodell
    Von Verständlichkeit zu Usability
    9
    (Baddeley)
    Arbeitsgedächtnis
    EchoischesRegister
    phonologische Schleife
    LTM
    zentrale Exekutive
    episodischer Puffer
    IkonischesRegister
    räumlich-visueller Notizblock
  • CognitiveLoadTheory(Chandler & Sweller)
    Von Verständlichkeit zu Usability
    10
    LTM
    WM
    STM
    intrinsicCL
    germaneCL
    extraneous CL
  • CL-Theorie: Konsequenzen
    Von Verständlichkeit zu Usability
    11
    Interne Strukturierung und Modifikation von Schemata
    Kognitive Energie genutzt für
    iCL
    gCL
    eCL
    min
    max
    komplexer Lerngegenstand (iCL groß)
     eCL möglichst minimal!
     genügend gCL
  • Übersicht
    Von Verständlichkeit zu Usability
    12

    Multi-store model (Atkinson/Shiffrin)
    Theorien


    Dual Coding Theory(Paivio)
    Model of working
    memory (Baddeley)

    Cognitive Load Theory(Chandler & Sweller)
    Theory of Multimedia Learning (Mayer)
    Designprinzipien
    Design principles (Chandler & Sweller)
    … for multimedia learning(Mayer)
  • 3 Multimedia Learning
    Multimedia Learning Theorie &Designprinzipien für Multimedia-Lernen
    Von Verständlichkeit zu Usability
    13
  • Modell des Multimedia-Lernens
    Von Verständlichkeit zu Usability
    14
    selecting
    words
    organizing
    words
    integrating
    selecting
    images
    organizing
    images
    Auditiver / verbaler Kanal
    Multimedia-
    Präsentation
    Sensorisches
    Gedächtnis
    Arbeits-
    gedächtnis
    Langzeit-
    gedächtnis
    Verbales
    Modell
    Text
    Worte
    Vorwissen
    Bildhaftes
    Modell
    Bilder
    Bilder
    Select
    Organize
    Integrate
    Visueller / bildhafter Kanal
  • Multimedia-
    Präsentation
    Sensorisches
    Gedächtnis
    Arbeits-
    gedächtnis
    Langzeit-
    gedächtnis
    Verbales
    Modell
    Text
    Worte
    selecting
    words
    organize
    words
    integrating
    Vorwissen
    Bildhaftes
    Modell
    Bilder
    Bilder
    selecting
    images
    organize
    images
    Weshalb eigentlich Folien?
    Von Verständlichkeit zu Usability
    15
    • Visueller Kanal inhaltlich ungenutzt
    • Kognitive Ressourcen verschenkt
  • Visualisierung des Inhalts
    Multimedia-
    Präsentation
    Sensorisches
    Gedächtnis
    Arbeits-
    gedächtnis
    Langzeit-
    gedächtnis
    Verbales
    Modell
    Text
    Worte
    selecting
    words
    organize
    words
    integrating
    Vorwissen
    Bildhaftes
    Modell
    Bilder
    Bilder
    selecting
    images
    organize
    images
    • Multimedia-Prinzip(Mayer): Bild + Text > nur Text
  • Text
    Worte
    Verbales
    Modell
    selecting
    words
    organizing
    words
    Vorwissen
    integrating
    Bilder
    Bilder
    Bildhaftes
    Modell
    selecting
    images
    organizing
    images
    7 Prinzipien des Multimedia-Designs
    Multimedia-Prinzip
    Prinzip der räumlichen Kontiguität
    Prinzip der zeitlichen Kontiguität
    Modalitäts-Prinzip
    Kohärenz-Prinzip
    Redundanz-Prinzip
    Prinzip der individuellen Unterschiede
    Von Verständlichkeit zu Usability
    17
  • 1. Multimedia-Prinzip
    Von Verständlichkeit zu Usability
    18
    Die Arbeitsweise eines Ottomotors
    Ein 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).
  • Multimedia-Prinzip für eLearning
    Empirische Ergebnisse
    Text + Bild > Text
    55 % - 121 % bessere Abrufbarkeit
    Theoretische 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 Beziehungen
    Prinzip eher vage  muss weiter verdeutlicht werden
    Welche Arten von Bildern? Wie präsentiert? Und wann?
    Von Verständlichkeit zu Usability
    19
  • 2. Prinzip der räumlichen Kontiguität
    Text und Diagramme
    Von Verständlichkeit zu Usability
    20

  • 2. Prinzip der räumlichen Kontiguität
    Text und Bilder sind integriert (nahe beieinander)
    Von Verständlichkeit zu Usability
    21

  • 3. Prinzip der zeitlichen Kontiguität
    Bilder / Animationen präsentiert mit gesprochenem Text
    Bild oder Audio zuerst? Beide gleichzeitig?
    Von Verständlichkeit zu Usability
    22
  • Kontiguitäts-Prinzipien
    Zeitliche Kontiguität
    Simultane Präsentation > aufeinanderfolgend
    Ähnlich, aber nur für eLearning (Information muss im WM behalten werden, bis nächste Präsentation startet)
    Effekt nicht ganz so stark
    3/5 Tests bzgl Erinnerungsleistung
    8/8 Tests bzgl. Transferleistung
    nicht signifikant für leichte Aufgaben
    Folgerung
    Beide Medien zusammen präsentieren
    Räumliche Kontiguität
    Bilder und erläuternder Text eng beieinander auf Bildschirm / Ausdruck
    Bildschirm braucht nicht abgesucht und dabei Information im Gedächtnis behalten zu werden
    Effekt signifikant
    Erinnerungsleistung
    2/2 testbetter
    understanding/transfer
    5/5 testsbetter
    Folgerung
    Textuelle Information nahe an erläuternde Bilder setzen
    Von Verständlichkeit zu Usability
    23
  • 4. Modalitäts-Prinzip
    Von Verständlichkeit zu Usability
    24
    Split-Attention-Effect
    In dieser Darstellungsehen Sie vier äqui-valente elektrischeSchaltungen. Den Beweis hierfür liefertdie Animation, diedie Schaltungen in-einander überführt.Bitte achten Sie auchauf …

  • 4. Modalitäts-Prinzip
    Von Verständlichkeit zu Usability
    25
    Verbales
    Modell
    Text
    Worte
    selecting
    words
    organizing
    words
    Vorwissen
    integrating
    Bildhaftes
    Modell
    Bilder
    Bilder
    selecting
    images
    organizing
    images
    Bild und geschriebener Text sin dschlechter als …

  • 4. Modalitäts-Prinzip
    Von Verständlichkeit zu Usability
    26

  • 4. Modalitäts-Prinzip
    Von Verständlichkeit zu Usability
    27
    Verbales
    Modell
    Text
    Worte
    selecting
    words
    organizing
    words
    Vorwissen
    integrating
    Bildhaftes
    Modell
    Bilder
    Bilder
    selecting
    images
    organizing
    images
    Bild + Audio > Bild + (geschriebener) Text
    Theoretische Begründung
    Beide Kanäle werden gleichzeitig genutzt (dual channel)
    Starker empirischer Effekt (40-80% Steigerung)
    Pragmatische Fragestellungen bzgl. Lern-Kontext
    Stand-alone, Kopfhörer
    Bandbreite, verfügbare Tools
    Produktionskosten, …
  • 5. Kohärenz-Prinzip
    Von Verständlichkeit zu Usability
    28
    Reihenschaltung:
    Rges = R1 + R2
    Parallelschaltung:
    1/Rges = 1/R1 + 1/R2


  • 5. Kohärenz-Prinzip
    Studenten lernen besser, wenn irrelevante Information weggelassen wird
    Nicht sachdienliches Zusatzmaterialerhöht eCL, stört beim Lernen …
    Sehr starker empirischer Effekt!
    Stärker bei gedrucktem Material
    Folgerung
    Kurze Texte, Hervorhebungen
    Bilder weglassen, die nur Design und Layout dienen
    Von Verständlichkeit zu Usability
    29
  • 6. Redundanz-Prinzip
    Von Verständlichkeit zu Usability
    30
    In dieser Darstellungsehen Sie vier äqui-valente elektrischeSchaltungen. Den Beweis hierfür liefertdie Animation, diedie Schaltungen in-einander überführt.Bitte achten Sie auchauf …

  • Multimedia-
    Präsentation
    Sensorisches
    Gedächtnis
    Arbeits-
    gedächtnis
    Langzeit-
    gedächtnis
    Verbales
    Modell
    Text
    Worte
    selecting
    words
    organize
    words
    integrating
    Vorwissen
    Bildhaftes
    Modell
    Bilder
    Bilder
    selecting
    images
    organize
    images
    Redundanter Text
    Von Verständlichkeit zu Usability
    31
    Geschriebener und gesprochener Text: Doppelbelastung
    Starker empirischer Nachweis (.77/1.24)
    Pragmatisch
    Nicht identischen Text gesprochen und gedruckt anbieten
    OK: gesprochener Text und gedruckte Zusammenfassung der Schlüsselwörter
  • eCL gering halten
    Multimedia-
    Präsentation
    Sensorisches
    Gedächtnis
    Arbeits-
    gedächtnis
    Langzeit-
    gedächtnis
    Verbales
    Modell
    Text
    Worte
    selecting
    words
    organize
    words
    integrating
    Vorwissen
    Bildhaftes
    Modell
    Bilder
    Bilder
    selecting
    images
    organize
    images
    Bildhafte Gestaltung!
    Von Verständlichkeit zu Usability
    32
    hohe gCL Kapazität
    • Besser: Bildhafte Gestaltung!
    • Nur zentrale Begriffe und Aussagen auf Folien.Keine Romane!
  • [7. Prinzip der Individuellen Unterschiede]
    Persönliche Ansprache wirkt sich positiv aus
    Agenten, Avatare
    Design-Effekte variieren individuell
    geringe Vorkenntnis > hohe Vorkenntnis
    Begründung
    Lerner mit hohem Wissensstand kompensieren fehlende Führung durch ihr Vorwissen
    Von Verständlichkeit zu Usability
    33
  • Ein Beispiel: Tischtennis-Trainer
    Von Verständlichkeit zu Usability
    34
  • Wörter
    Töne
    Verbales
    Modell
    selecting
    words
    organizing
    words
    Vorwissen
    integrating
    Bilder
    Bilder
    Bildhaftes
    Modell
    selecting
    images
    organizing
    images
    7 Prinzipien des Multimedia-Designs
    Multimedia-Prinzip
    Prinzip der räumlichen Kontiguität
    Prinzip der zeitlichen Kontiguität
    Modalitäts-Prinzip
    Kohärenz-Prinzip
    Redundanz-Prinzip
    Prinzip der individuellen Unterschiede
    Von Verständlichkeit zu Usability
    35
  • Zusammenfassung
    Erkenntnisse kognitiver Theorien
    Akzeptierte Designkriterien
    Empirische Validierung
    Stark vereinfachte Bedingungen (Labor), um Effekte zu messen
    Z.B. nur Erlernen einfacher Technologien …
    Kann nicht generell auf alle Lernarten übertragen werden
    viele weitere Kriterien ausgeblendet
    Didaktik
    Zielgruppe
    (Soziale) Einbettung des Lernens
    Emotion, Motivation, …
    Von Verständlichkeit zu Usability
    36
  • eLearning Forschung – Modelle, Usability, …
    Von Verständlichkeit zu Usability
    37
  • Literatur
    Bücher
    Clark, 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 Usability
    38
  • Beispiel 1
    Von Verständlichkeit zu Usability
    39
  • Beispiel 2
    Von Verständlichkeit zu Usability
    40
  • Vorstellung
    Prof. Dr.Ulrik Schroeder
    DanielHerding
    Eva Altenbernd-Giani