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Usability in eLearning - Cognitive Theories
 

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