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Psychologie digitaler Lernmedien
Forschung

Forschung an der Professur


Motivation und Emotion sind in den letzten Jahren multimedialer Lernforschung zu den am häufigsten untersuchten, mediierenden Variablen geworden. Es gibt kaum noch Zweifel daran, dass affektive und motivationale Faktoren einen entscheidenden Einfluss auf die Lernleistung besitzen. Inwieweit sich jedoch multimediale Designelemente, die den beiden Faktoren zugeschrieben werden, zur Verbesserung von Behaltens- und Transferlernleistungen nutzen lassen, wird in diesem Forschungsbereich näher untersucht. Dafür sollen exemplarisch Forschungsergebnisse aus den Bereichen Emotional Design, Anthropomorphisierung sowie Wahlmöglichkeiten in Lernumgebungen aufgegriffen und im E-Learning-Kontext näher untersucht werden.

Unter Emotional Design werden alle Bemühungen verstanden, Elemente in einer Lernumgebung einzufügen oder zu verändern, um lernrelevante bzw. lernunterstützende Emotionen zu erzeugen. Dazu gehören Texte und Bilder, aber auch Videos, Animationen, Lernseitengestaltung und andere Induktionsmethoden zur Erzeugung von Arousal (Aktivierungspotenzial) und Valenz wie Biofeedback. In diesem Projekt liegt der Fokus auf dekorativen und instruktionalen Bildern sowie der Wirkung von Farben.

Emotional Design


Anthropomorphisierung wird in technologiegestützten Umgebungen als Tendenz zur Erkennung menschlicher Verhaltensweisen in künstlichen Systemen verstanden. Das heißt, dass Menschen bspw. Computer betrachten als wären diese soziale Interaktionspartner und sprechen ihnen Eigenschaften zu, die sonst nur menschliche Interaktionspartner aufweisen. Bezogen auf multimediale Lernumgebungen wurde der Einfluss jedoch bisher nicht hinreichend untersucht und wird daher in diesem Forschungsprojekt erweitert.

Anthropomorphisierung


Menschen, die sich in Lernsituationen autonomer bzw. selbstständiger fühlen, erreichen höherer Lernergebnisse. Autonomie wird bereits durch die Möglichkeit zwischen Optionen auswählen zu können erhöht. Im Rahmen dieses Teilprojektes werden die Auswirkungen von Wahlmöglichkeiten auf motivationale und kognitive Prozesse beim multimedialen Lernen untersucht.

Für Anfragen zu diesen und weiteren Themen im Forschungsfeld der Gestaltungsempfehlungen steht Ihnen unser Mitarbeiter Sascha Schneider gerne zur Verfügung.

Das zentrale Charakteristikum dieses geplanten Promotionsvorhabens stellt die Verknüpfung von instruktionspsychologischer Theorie und kognitionswissenschaftlicher Methode dar. Aus instruktionspsychologischer Sicht steht dabei die Cognitive Load Theory (CLT) von John Sweller im Fokus, welche unter anderem die Differenzierung des Cognitive Load Konstrukts in die drei additiv wirkenden Facetten des intrinsischen, extraneous und germane Cognitive Load postuliert. Während der intrinsische Cognitive Load (ICL) aus der Komplexität des Lernmaterials sowie dem jeweiligen Lernervorwissen resultiert, wird der extraneous Cognitive Load (ECL) mit der Art der Instruktion assoziiert. Der germane Cognitive Load (GCL) schließlich entsteht aus den lernrelevanten Prozessen von Schemaerwerb und Automation. Auch wenn diese Facetten in der Literatur bereits umfassend beschrieben wurden, lassen sie sich empirisch nur schwer direkt erfassen und kaum sauber trennen. Nicht zuletzt daraus resultiert zunehmend die Kritik an der Annahme eines rein additiven Zusammenwirkens sowie der substanziellen Redundanz des primär theoriegeleitet entstandenen GCL. Die Reaktionen darauf lassen sich grob in zwei Ansätze gruppieren, die beide in unterschiedlicher Weise eine Reformulierung des ursprünglich postulierten Theoriegebäudes vornehmen. Ein Ansatz zielt dabei auf die Reduktion der Facetten hin zu einem Zwei-Komponenten-Modell ab, welches lernförderliche (produktive) und lernhinderliche (unproduktive) Faktoren gegenüberstellt und den GCL vollständig unter den ICL subsumiert. Dem gegenüber vertritt der andere Ansatz eine prozessgeleitete Rekonzeptualisierung des Drei-Komponenten-Modells mit Bezug auf die Quantifizierung der zeitlichen Veränderung des GCL über die Aufgabe hinweg. Ferner werden hier konzeptuelle und messmethodische Verknüpfungen zu Theorien aus der Mensch-Computer-Interaktion und Ergonomie anregt.

Die letztgenannte Perspektive zugrunde legend, wird durch den Einsatz der kognitiven Architektur ACT-R von John R. Anderson im Rahmen nun die Lokalisation kognitiver Prozesse hinter den Facetten des Cognitive Load angestrebt. Wesentliche Grundlagen bestehen dabei in der durch fMRT-Studien empirisch fundierten Aktivität funktionaler Hirnregionen, welche in einen konzeptuellen Ansatz münden, der definierte Areale mit den postulierten Aspekten des Cognitive Load verknüpft. Die große Stärke dieses Vorgehens liegt darin, dass die Methode der kognitiven Modellierung eine präzise Formalisierung basaler menschlicher Kognition ermöglicht, woraus sich begründete Erklärungsansätze für menschliche Verhaltensphänomene ableiten lassen. ACT-R zeichnet sich im Besonderen durch seine modulare, neurophysiologisch angelehnte Struktur, die Repräsentation deklarativen Wissens in Form von Chunks sowie die Interaktion der definierten Module anhand von Produktionsregeln aus. Durch die computationale Implementierung (siehe Abbildung) lassen sich die aufgestellten Modellannahmen direkt in ausführbaren Modellcode übersetzen. Die auf diese Weise gewonnenen Aussagen zur Modellperformanz ermöglichen die Ableitung von Vorhersagen über menschliches Verhalten in einem bestimmten Aufgabenkontext.

ACT-R “in action“: Visicon, Experimental Window, Buffer Viewer, Listener & Control Panel während der “Subitizing Task”
Für Anfragen zu diesen und weiteren Themen im Forschungsfeld steht Ihnen unsere Mitarbeiterin Maria Wirzberger gerne zur Verfügung.

"Serious Games" oder auch digitale Lernspiele sind Teil des wissenschaftlichen Forschungsbereichs der Professur E-Learning und Neue Medien. Begleitend zu Lehre und Promotion werden mit Software wie "Minecraft" oder der "Unreal Engine" empirische Studien durchgeführt, um realitätsnah instruktionspsychologische Aspekte des Game Designs zu erforschen.
Screenshots Lernspiele



So wurde beispielsweise das Lehr- und Lernprojekt "Atlantis", verschiede Jump-and-Runs oder ein Quiz erstellt und untersucht. Aus einer kognitions- & motivationspsychologischen Perspektive werden innerhalb dieser Lernumgebungen unter anderem kollaboratives/kompetitives Lernen, affektive Effekte, Zielsetzung- & Orientierung oder seductive details beforscht.

Screenshots MinecraftEDU Atlantis



Für Anfragen zu diesen und weiteren Themen der digitalen Lernspielforschung steht Ihnen unser Mitarbeiter Herr Steve Nebel gerne zur Verfügung.
Mathematik ist eines der schwierigsten und wichtigsten Fächer an Universitäten und die meisten technischen Studiengänge behandeln in irgendeiner Form die Höhere Mathematik. Der Bedarf an qualifizierten Spezialisten aus dem MINT-Bereich steigt steig an und somit müssen sich die Technischen Universitäten mit der Optimierung der mathematischen Ausbildung auseinandersetzen.

Um den hohen Durchfallquoten und Studienabbrüchen in mathematischen Disziplinen entgegenzuwirken, wurden semester-begleitende Lernkurse auf der Lernplattform OPAL vorbereitet. Die Kurse entstanden in Kooperation mit der Professur für Angewandte Funktionsanalysis (Fakultät für Mathematik der TU Chemnitz). Die Studenten sollen hier mithilfe eines großen Pool an Übungsaufgaben und Instruktionen die Möglichkeit bekommen, zeitlich und örtlich unabhängig in ihrem eigenen Tempo zu lernen und zu üben.

OPAL Lernplattform




Zur Erreichung dieses Ziels sind vor allem instruktionspsychologische und fachdidaktische Aspekte der Gestaltung von computerbasierten Lernumgebungen näher zu erforschen. Ebenso spielen motivationale und emotionale Prozesse während des Lernprozesses eine wichtige Rolle. Die weiteren experimentell erworbenen Erkenntnisse sollen schließlich in weiteren Online-Kursen implementiert werden.

Zentrale Fragestellungen der Arbeitsgruppe lauten wie folgt:
  • Wie wirken dekorative Bilder auf den Lernprozess?
  • Wie wirken sich höfliche oder direkte Instruktions- und Feedbackprinzipien auf die Lernfähigkeit und die Motivation aus?
  • Lässt sich durch eine vorgetäuschte Aufgabenadaptation eine Lernleistungssteigerung erzielen, wie dies auch mithilfe einer realen Anpassung möglich ist (Vandewaetere & Clarebout, 2010)?
Für Anfragen zu diesen und weiteren Themen zur Digitalisierung der Lehre im Bereich Mathematik steht Ihnen unsere wissenschaftliche Mitarbeiterin Maria Mikheeva gerne zur Verfügung.


Welche Rolle spielen Interaktivität, Bewegungen und Gesten beim Lernen mit Multimedia? Neuartige Eingabegeräte und Virtual Reality-Umgebungen ermöglichen komplexe Interaktionen mit realistischen Darstellungen, doch wie können diese lernförderlich gestaltet werden? In diesem Projekt sollen Aspekte des Interaktionsdesigns vor dem Hintergrund des Embodied Cognition-Ansatzes untersucht werden. Hierbei werden insbesondere die Rolle haptischer Informationen, die Gestaltung dreidimensionaler Lernumgebungen und die Auswirkungen von Aktivität auf den Cognitive Load experimentell erforscht.
In der Kognitionspsychologie stoßen theoretische Ansätze auf wachsenden Zuspruch, in denen die Verzahnung von Wahrnehmung und Gedächtnis betont wird. In diesen Theorien werden die Aktivierung der neuronalen Zustände beim Wahrnehmen sowie ihre Wiederaktivierung bei Denk- und Erinnerungsvorgängen beschrieben. Zentrales Ziel dieses Promotionsprojektes ist es, diese Erkenntnisse aus der Kognitionswissenschaft in den Anwendungskontext des multimedialen Lernens zu übertragen und damit instruktionspsychologische Ansätze zu erweitern. Hierbei wird die „Embodied Cognitive Load Theory“ als Erweiterung der „Cognitive Load Theory“ entwickelt.

Für Anfragen zu diesen und weiteren Themen im Forschungsfeld der Embodied Cognition steht Ihnen unser Mitarbeiter Alexander Skulmowski gerne zur Verfügung.

Parasozialität bezeichnet die bei der Medienrezeption aufkommende Illusion einer direkten Interaktion, die damit einhergehenden Gefühle und die sich daraus ergebende Beziehung zwischen Rezipient und Charakter. Reporter, Sportler, Schauspieler, Videospielcharaktere (im Forschungskontext zusammengefasst: soziale Entitäten) spielen in fast allen Medienangeboten eine zentrale Rolle und ohne sie wäre die Medienlandschaft undenkbar. Umso interessanter ist es, soziale Interaktionsprozesse hinsichtlich ihrer mediendidaktischen Auswirkungen zu untersuchen. Warum interagieren Menschen mit medialen Figuren und wie kann man diese Prozesse gezielt beeinflussen um einen optimalen Lernkontext herzustellen?


Quelle: "http://felixschroeter.de/2012/03/05/parasoziale-interaktion-und-computerspiele"
In diesem Forschungsschwerpunkt wird die lernfördernde Wirkung sozialer Entitäten auf affektive, motivationale, kognitive Prozesse und die Lernleistung empirisch untersucht. Zentral ist die Fragestellung, inwiefern durch die Umsetzung von Gestaltungsprinzipien die parasoziale Interaktion und Beziehung gefördert werden kann. Beispielsweise können Aussehen, Präsentation und wahrgenommene Sympathie von Darstellern in einem Lernvideo, von pädagogischen Agenten und Computerspielcharakteren manipuliert werden, um Lernprozesse zu optimieren.


Quelle: "http://www.pcgames.de/FIFA-13-PC-239399/Tipps/FM-13-und-Fifa-13-Guide-Editor-Guide-1082365/4/"
Für Anfragen zu diesen und weiteren Themen zu parasozialen Designs steht Ihnen unser Mitarbeiter Maik Beege gerne zur Verfügung.

Computerbasierte Lernumgebungen in Form von multimedialen, digitalen Lernmaterialien werden im Kontext von Unterricht, Ausbildung und Weiterbildung immer häufiger als Ersatz und Ergänzung zu traditionellen Unterrichtsmethoden eingesetzt. In diesem Bereich beschreiben mehrere kognitionspsychologische Theorien, welche Möglichkeiten durch das Feld neuer und neuster Medien entstehen und welche Grenzen sich bei der Erstellung von Instruktionen und Lerninhalten ergeben. Eine zentrale Theorie in diesem Forschungsfeld stellt die CTML (Cognitive Theorie of Multimedia Learning) von Richard E. Mayer dar. Aus dieser Theorie wurden zahlreiche Empfehlungen für das Design computerbasierter Lernumgebungen abgeleitet. Auch wenn zu jeder dieser Gestaltungsempfehlungen bereits stützende empirische Belege existieren, bedarf es bei einigen dieser Prinzipien der Ausformulierung einschränkender und rahmengebender Bedingungen bzw. moderierender Variablen für den Einsatz im Instruktionsdesign. Dazu zählen auch das "Seductive Detail Principle" sowie das "Personalisierungs- bzw. Höflichkeitsprinzip". So sollen das Promotionsvorhaben und weiterführende Forschungsprojekte zu neuen Erkenntnisse in diesem Bereich im Hinblick auf kognitive, aber auch motivationale und emotionale Variablen führen.

Das "Seductive Detail Principle" beschäftigt sich mit der Forschungsfrage, ob für den Lernvorgang irrelevante aber für das Thema interessante Informationen, die in Lernmaterialen platziert werden, den Lernprozess beinträchtigen oder sogar verhindern. Diese lernirrelevanten Details können in Form von Bildern oder Texten, wie sie in traditionellen Textbüchern vorkommen, vermittelt werden, aber auch mittels Audiokommentaren, Klängen, Hintergrundmusik oder Videobeiträgen in neuen Medien die Kerninhalte ergänzen. Dabei sollen die Grenzen oder Möglichkeiten solcher irrelevanter Informationen untersucht werden.

Aktuelle Studien zum "Personalisierungsprinzip" zeigen inwieweit umgangssprachliche Formulierungen, direkte Kommentare, Dialoge und andere soziale Hinweiszeichen dem Lernenden helfen eine höhere Lernleistung in multimedialen Kontexten zu erzielen. Untermauert wird dieser Ansatz auch durch das "Höflichkeitsprinzip", welches höfliche Formulierungen bei Instruktionen, Lernmaterialien und Feedback in Lernumgebungen als lernförderlich ansieht. Beide Gestaltungsempfehlungen greifen dazu sowohl auf kognitive als auch soziale, motivationale und emotionale Erklärungsansätze zurück. Diese theoretischen Herleitungen sollen im Rahmen dieses Forschungsschwerpunkts und in der Betreuung von Abschlussarbeiten eingehender untersucht werden.

Für Anfragen zu diesen und weiteren Themen im Forschungsfeld der Gestaltungsempfehlungen steht Ihnen unser Mitarbeiter Sascha Schneider gerne zur Verfügung.