Höffler, Tim Niclas:

Lernen mit dynamischen Visualisierungen : Metaanalyse und experimentelle Untersuchungen zu einem naturwissenschaftlichen Lerninhalt

Duisburg, Essen (2007), 187 Bl.
Dissertation / Fach: Erziehungswissenschaften; Psychologie
Fakultät für Bildungswissenschaften » Institut für Psychologie » Lehr-Lernpsychologie
Leutner, Detlev (Doktorvater, Betreuerin)
Plötzner, Rolf (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Die Frage nach Lernvorteilen von dynamischen Visualisierungen gegenüber Standbildern ist nach wie vor umstritten. Während auf der einen Seite computerbasierte Animationen eine realistischere Abbildung komplexer Prozesse und Prozeduren versprechen, die Vorlage für ein exaktes mentales Modell liefern können, verweisen auf der anderen Seite Forschungsergebnisse der Instruktionspsychologie auf die erhöhte kognitive Belastung, die mit bewegten Bildern einhergehen und so die Lernenden überfordern kann (Tversky, Morrison & Bétrancourt, 2002). Mit Hilfe einer Metaanalyse fasst vorliegende Dissertation zunächst den aktuellen Stand der Forschung zum Lernen mit Animationen und Standbildern zusammen. Neben einer statistisch signifikanten durchschnittlichen Überlegenheit von Animationen in den publizierten Studien (d=0,40) wird darüber hinaus eine Reihe von Moderatorvariablen identifiziert, die Einfluss auf das Lernen mit Visualisierungen haben. Dazu gehört unter anderem die instruktionale Rolle der Animation, d.h. ob die Animation dekorativ oder repräsentational (Carney & Levin, 2002) verwendet wird, der Grad des Realismus der Animation sowie die Funktion erläuternden zusätzlichen Textes.
Ausgehend von den Ergebnissen der Metaanalyse sowie zusätzlicher theoretischer Überlegungen werden sodann die Ergebnisse dreier experimenteller Studien zum Lernen mit Animationen und Standbildern vorgestellt. Mittels verschiedener Versionen einer eigens entwickelten computerbasierten Lernumgebung mit chemischer Thematik wird der Einfluss der Anzahl von Standbildern untersucht, wenn diese mit einer Animation verglichen werden. Es zeigt sich, dass die Animation einer Serie von vier Standbildern überlegen ist, wohingegen zumindest Hinweise dafür gefunden werden können, dass die Steigerung von vier auf elf Standbilder sowie die Ermöglichung minimaler Interaktivität diesen Unterschied reduziert.
Ein besonderer Schwerpunkt der Arbeit liegt auf dem Einfluss lernerspezifischer Faktoren wie denen des themenspezifischen Vorwissens, des Cognitive Load sowie insbesondere des räumlichen Vorstellungsvermögens. Diesbezüglich zeigt sich ein kompensierender „Aptitude-Treatment“-Effekt: Lernende mit hohem räumlichen Vorstellungsvermögen können die Nachteile, die eine Standbildversion gegenüber der Animation hinsichtlich des Lernerfolgs verursacht, kompensieren und mit Standbildern genauso gut lernen wie mit Animationen. Lernende mit niedrigem räumlichen Vorstellungsvermögen profitieren hingegen besonders von einer Animation. Um dieses Ergebnis weiter zu untersuchen, wird auf unterschiedliche Facetten des räumlichen Vorstellungsvermögens fokussiert. Es zeigt sich, dass der beobachtete Effekt nur für den Bereich der Spatial Visualization (Carroll, 1993) gilt.
Die Ergebnisse der Arbeit haben theoretische, praktische und fachdidaktische Implikationen, die abschließend diskutiert werden.

The question of whether dynamic visualizations or static pictures are superior in learning is still a matter of discussion. On the one hand, computer-based animations may be able to give a more realistic picture of complex processes and procedures and therefore provide the basis for an accurate mental model. On the other hand, instructional psychologists suggest that the transient character of dynamic pictures may increase cognitive load, which can overtax the learner (Tversky, Morrison & Bétrancourt, 2002). Via a statistical meta-analysis this dissertational thesis summarizes published studies concerning learning with animations and static pictures. In addition to the main finding of a clear superiority of animations over static pictures (d=.40), several moderator variables can be identified: These include the instructional role of animations, i.e. whether the animation is used to serve a decorational or representational function (Carney & Levin, 2002); the level of realism; and the role of additional illustrating text.
Based on the meta-analytic findings as well as on further theoretical consideration three experimental studies on learning with animations and static pictures were conducted. Using different versions of a self-developed computer-based learning environment dealing with a topic in chemistry, the effect of the number of still pictures when compared to an animation is investigated. Results indicate that the animation is clearly superior to a series of four static pictures, while there is some evidence that this difference diminishes when compared to a series of eleven static pictures and when minimal interactivity is introduced.
A specific focus of the present thesis is on the influence of learner characteristics, such as prior knowledge, cognitive load, and, in particular, spatial ability. A compensating effect of spatial ability is identified: Learners with high spatial ability are able to compensate for the disadvantages of the static version and therefore learn as much as with the animation. For learners with low spatial ability, however, the animation is especially beneficial. To further explore these results, different facets of spatial ability are examined. It can be shown that the observed effect is only valid for the area of spatial visualization (Carroll, 1993).
The results of the present dissertational thesis have theoretical, practical, and educational implications which are discussed conclusively.

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