1

R. Girwidz 1

Multimediales Lernen

R. Girwidz 2

Multimediales Lernen

2

R. Girwidz 3

Multimedia

Multicodierung

Multimodalität

Interaktivität

R. Girwidz 4

sprachlich

formal

bildlich, grafisch

Multicodierung

3

R. Girwidz 5

Multicodierung

R. Girwidz 6

Multicodierung

4

R. Girwidz 7

Multicodierung

Oliver Gösswein

R. Girwidz 8

Multimedia

Multicodierung

Multimodalität

Interaktivität

5

R. Girwidz 9

Multimodalität

R. Girwidz 10

(.wav)

Multimodalität

6

R. Girwidz 11

Elektromyogramm - "Biofeedback"

Multimodalität

BioPac-System

R. Girwidz 12

Multimedia

Multicodierung

Multimodalität

Interaktivität

7

R. Girwidz 13

Interaktivität

R. Girwidz 14

Interaktivität

8

R. Girwidz 15

Interaktivität

Steffen Schaal (2004)

R. Girwidz 16

Multimedia

MPTL – group

Multimedia in Physics

Teaching and Learning

9

R. Girwidz 17

MPTL

Annual international Conference

Topics:

• Designing multimedia for teaching and learning physics

• Integrating multimedia in the curriculum

• E-learning and distance learning, ...

• Reports and recommendations on available multimedia material

R. Girwidz 18

MPTL

Reports and recommendations on available multimedia material

Workshop Title

7th Parma 2002 Quantum mechanics report

8th Prague 2003 Optics

9th Graz 2004 Mechanics

10th Berlin 2005 Statistical and Thermal Physics

11th Szeged 2006 Electricity and Magnetism

12th Wroclaw 2007 Solid State, Nuclear and Particle Physics

13th Nicosia 2008 Quantum Mechanics (to be posted)

14th Udine 2009 Optics and Waves

15th Reims Mechanics

http://www.mptl.eu/

10

R. Girwidz 19

MPTL Review: List of criteria

Attraktivität

Benutzeroberfläche

Motivation

Klare Beschreibung und Zielsetzung

Inhalt

relevant?

umfassend?

korrekt?

Methodik

Flexibilität

Passung an die Zielgruppe

Umsetzung

Dokumentation

R. Girwidz 20

MPTL Review: List of criteria

Motivation

Usability

Ist die Anwendung einfach zu starten?

Ist das Design schlüssig und die Bildqualität gut?

Ist die Funktion der Kontrollelemente klar erkennbar?

Anforderungen der Software klar und angemessen?

Attraktivität

Layout ansprechend?

Motivierende Einführung?

Interaktive Komponenten?

Thema interessant (Alltagsbezüge, Anwendungen, …)?

Programm technisch up-to-date / innovativ?

Klare Beschrei-bung und

Zielsetzung

Ist die Zielsetzung evident?

Ist dem Nutzer klar, was er tun soll?

Ist das Problem klar erkennbar, bzw. der Inhalt verständlich?

11

R. Girwidz 21

Inhalt

relevant

Ist die Thematik wichtig?

Macht die die Anwendung Sinn (z. B. für Verständnis-probleme, Animation für dynamische Abläufe, …)?

umfassend

Wird der Inhalt gründlich behandelt?

Wird der Inhalt in der Breite erschlossen(Spezialfälle + allg. Überblick)?

korrekt

Ist der Inhalt korrekt behandelt?

Sind Vereinfachungen dokumentiert bzw. angezeigt?

MPTL Review: List of criteria

R. Girwidz 22

Metho-dik

Flexibilität

Ist die MM-Anwendung für eine breite Zielgruppe nutzbar (incl. Selbstlerner)?

Ist das Programm in verschiedenen Lehr- und Lernszenarien einsetzbar?

Eröffnet das MM-Programm neue Zugänge zu einem Thema?

Passung an die

Zielgruppe

Kommt eine sinnvolle didaktische Reduktion zum Einsatz?

Werden technische Fachbegriffe erläutert?

Sind die Zielsetzungen angemessen?

Umsetz-ung

Kann das Grundkonzept der Anwendung den Inhalt angemessen präsentieren und die Zielsetzung realisieren?

Ist der Typ der MM-Anwendung für den Zweck angemessen ausgewählt und zusammengestellt (Video, Simulation, …)?

Dokumen-tation

Ist das Verfahren klar oder entsprechend erklärt?

Ist das Material selbst-erklärend oder durch Zusatztext erklärt?

Gibt es weiterführende Links und Literaturhinweise?

Gibt es Vorschläge für die Einbindung in Lehrprozesse?

MPTL Review: List of criteria

12

R. Girwidz 23

MPTL - allgemeine Ergebnisse

a) Überwiegend werden Standardthemen behandelt

b) Umfassende Themenseiten sind zumeist noch textbasiert (html-text books).

c) Gute Simulationen, interaktive Tutorials, Videoclips und virtuelle Labs behandeln meist nur isolierte Themen.

http://animationphysics.pbworks.com/Falling-Analyzed[30.07.2010 ]

R. Girwidz 24

d) Es gibt auch Seiten mit interessanten Spezialthemen.

Sie sind aber oft schwer zu finden, und die Physik ist nur "Mittel zum Zweck".

e) Wir müssen individuelle Stile und Benutzeroberflächen akzeptieren.

f) Lernzielangaben und didaktischen Überlegungen sind selten.

3. Ergebnisse – allgemeine Anmerkungen

13

R. Girwidz 25

Spezielle Suchmaschinen mit individualisierten Verwaltungstools sind gewünscht

um die Vielfalt zu bewältigenund das weit verstreute Material zu verwalten.

Bewährte didaktische MM-Konzepte sind nötig.

3. Ergebnisse – allgemeine Anmerkungen

R. Girwidz 26

Multimedia

Multicodierung

Multimodalität

Interaktivität

Wissensrepräsentation

Mentale Modelle

Verarbeitungstiefe - Kontext

14

R. Girwidz 27

Visuelle Repräsentationen

R. Girwidz 28

http://fearofphysics.com/Proj/betheball.html

Video für erweiterte visuelle Wahrnehmung

• "Parabelflug"

15

R. Girwidz 29

Video – cognitive apprenticeship

http://paer.rutgers.edu/pt3/movies/bowlingball.mov

Von der Beobachtung zur Erklärung

R. Girwidz 30

16

R. Girwidz 31

R. Girwidz 32

Dipolstrahlung

17

R. Girwidz 33

Visualisierung (Dipolstrahlung)

R. Girwidz 34

Visualisierung (Dipolstrahlung)

18

R. Girwidz 35

Visualisierung (Dipolstrahlung)

R. Girwidz 36

Visualisierung (Dipolstrahlung)

19

R. Girwidz 37

Visualisierung (Dipolstrahlung)

R. Girwidz 38

Visualisierung (Dipolstrahlung)

20

R. Girwidz 39

Ausbreitungsprozesse

R. Girwidz 40

;TDt

TW

;2

2

2

wut

w

Ausbreitungsprozesse

21

R. Girwidz 41

;TDt

TW

twellenapp

Ausbreitungsprozesse

R. Girwidz 42

Visualisierung ( Dispersion)

22

R. Girwidz 43

Zusatzerklärungen

-

Text oder Sprache?

R. Girwidz 44

Charakter der Inhalte - Prozesse:

komplex

unsichtbar

dynamisch

Die Lerninhalte

23

R. Girwidz 45

Instruktions-Design - features

R. Girwidz 46

Thermosäule

Thermoelementeschwarzer Absorber

Instruktions-Design - features

24

R. Girwidz 47

Thermoelemente

Silizium-SubstratAbsorberTO5 Gehäuse

Instruktions-Design - features

R. Girwidz 48

Die Lerninhalte

Bewegungsmelder

25

R. Girwidz 49

Bewegungsmelder

Instruktions-Design - features

R. Girwidz 50

Bewegungsmelder

Instruktions-Design - features

26

R. Girwidz 51

Bewegungsmelder

Instruktions-Design - features

Michael Lippstreu (2011)

R. Girwidz 52

Bei Visualisierungen war die Sprachausgabe signifikant besser(ganz besonders bei Animationen).

Bei reinen Daten- und Sach-informationen war geschriebener Text günstiger.

Untersuchungsergebnisse

Ist eine Sprachausgabe oder ein geschriebener Text besser?

Michael Lippstreu (2011)

Die Oberflächentemperatur der Sonne beträgt ca. 5700K.

27

R. Girwidz 53

Untersuchungsergebnisse

Warum ist bei Visualisierungen die Sprachausgabe besser?

Michael Lippstreu (2011)

R. Girwidz 54

Untersuchungsergebnisse

Eye-tracker

28

R. Girwidz 55

focal points

Untersuchungsergebnisse

Michael Lippstreu (2011)

R. Girwidz 56

focal points

Untersuchungsergebnisse

Michael Lippstreu (2011)

29

R. Girwidz 57

focal points

Untersuchungsergebnisse

Michael Lippstreu (2011)

R. Girwidz 58

focal points

Untersuchungsergebnisse

Michael Lippstreu (2011)

30

R. Girwidz 59

"lost" 21 % 18 %

Vocal time (in percent) spoken text text to read

76%

19%

3%

53%

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

picture | text picture | text

focal times (Angaben in Prozent)

Untersuchungsergebnisse

focal time (Angaben in Prozent)gesprochener Text Text zum Lesen

Bild Bild TextText

Michael Lippstreu (2011)

R. Girwidz 60

Verbesserung durch Sprachinformation:

a) quantitativ(mehr Zeit für die Bildverarbeitung)

b) qualitativKonzentration auf relevante Bereiche

Untersuchungsergebnisse

Michael Lippstreu (2011)

31

R. Girwidz 61

Wissensstrukturierung und Vernetzung

R. Girwidz 62

"the legend of concept maps"

Wissen strukturieren

32

R. Girwidz 63

Wissen strukturieren

Luftströmung um einen Heizkörper

inFlüssigkeiten

…

…

R. Girwidz 64

Wissen strukturieren

inGasen

…

inFlüssigkeiten

Wärmeleitung

…

…

33

R. Girwidz 65

Wissen strukturieren

Energietransport

Luftströmung um einen Heizkörper

inGasen

… in

Flüssigkeiten

Thermik,Aufwinde

Wärmeleitung Konvektion Wärmestrahlung

…

…

R. Girwidz 66

html-Programmierung

Wissen strukturieren

34

R. Girwidz 67

Wissen strukturieren

R. Girwidz 68

– Concept maps

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html

Wissen strukturieren

35

R. Girwidz 69http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html

Wissen strukturieren

– Concept maps

R. Girwidz 70

70

Ergebnisse

Steffen Schaal (2004)

36

R. Girwidz 71

71

Ergebnisse nach Arbeit mit Concept Maps

Steffen Schaal (2004)

R. Girwidz 72

Mentale Modelle

37

R. Girwidz 73

• Analoge Repräsentation

• Externe Vorgänge intern simulieren

BatterieFeder

Kontakte

El. Draht

Spule

Mentale Modelle

R. Girwidz 74

Virtueller Fotoapparat

Thomas Rubitzko (2004)

38

R. Girwidz 75

• Unterstützt die Multicodierung die Problemlösefähigkeit (10. Klasse Realschule: Thema Fotografieren)?

• Hängen die Lernergebnisse von der Leistungsfähigkeit der Lernenden ab?

Virtueller Fotoapparat

Fragen

Thomas Rubitzko (2004)

R. Girwidz 76

• Die Multicodierung unterstützt die Problemlösefähigkeit !

• Unterschiede bei unterschiedlichen Schulnoten sind andeutungsweise vorhanden, aber nicht signifikant nachweisbar.

Virtueller Fotoapparat

Ergebnisse

Thomas Rubitzko (2004)

39

R. Girwidz 77

b) Konkret und abstrakt

http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/SHM.htm#yva

R. Girwidz 78

Hilfen

„Supplantationsprinzip“

40

R. Girwidz 79

Multiple Repräsentationen

R. Girwidz 80

dünn, dick, lang, breit?

Multiple Repräsentationen

41

R. Girwidz 81

Multicodierung & Supplantation

Markus Vogel (2006)

R. Girwidz 82

Hypothese 1: Supplantation hilft beim Lernen

Hypothese 2: Bessere Schüler profitieren von "reduced supplantation",

für schwächere Schüler ist "full supplantation" günstiger

Multicodierung & Supplantation

Markus Vogel (2006)

42

R. Girwidz 83

Hypothese 1: Supplantation hilft beim Lernen

Multicodierung & Supplantation

Markus Vogel (2006)

R. Girwidz 84

Hypothese 2: Bessere Schüler profitieren von "reduced supplantation",

für schwächere Schüler ist "full supplantation" günstiger

Intercept treat grade

value 2.37 -0.43 -0.17

p < 0.001 0.011 0.235

Intercept treat grade treat x grade

value 2.76 -0.62 -0.28 0.06

p 0.046 0.315 0.456 0.748

mixed linear models (Chambers & Hastie, 1992):

diff = treat + grade

diff = treat + grade + treat x grade

S-Plus

Multicodierung & Supplantation

Markus Vogel (2006)

43

R. Girwidz 85

Multicodierung & Supplantation

R. Girwidz 86

Kognitive Flexibilität

44

R. Girwidz 87

Kognitive Flexibilität:

In einer komplexen Anwendungssituation

geeignete mentale Repräsentationen auswählen.

(Spiro 1988, 1992)

Kognitive Flexibilität

R. Girwidz 88

Kognitive Flexibilität

45

R. Girwidz 89

– Top

– Flop

Kognitive Flexibilität

Visualisieren und Animieren – “tops und flops”

R. Girwidz 90

Kognitive Flexibilität

46

R. Girwidz 91

Kognitive Flexibilität

R. Girwidz 92

Verarbeitungstiefe

47

R. Girwidz 93

Verarbeitungstiefe

R. Girwidz 94

Verarbeitungstiefe

48

R. Girwidz 95

Verarbeitungstiefe

R. Girwidz 96

Verarbeitungstiefe

49

R. Girwidz 97

Verarbeitungstiefe

R. Girwidz 98

Verarbeitungstiefe

50

R. Girwidz 99

Kontexteinbindung

R. Girwidz 100

wellenapp

Kontexteinbindung

51

R. Girwidz 101

Kontexteinbindung

R. Girwidz 102

Kontexteinbindung

52

R. Girwidz 103

Kontexteinbindung

R. Girwidz 104

Kontexteinbindung

53

R. Girwidz 105

R e s u m e e

R. Girwidz 106

Multimedia

• Hilfen (z. B. Supplantation, Sprachausgabe)

• Mentale Modelle und Multicodierung

• Vernetzung und kognitive Flexibilität

• Verarbeitungstiefe, Einkleidung und Rahmung

54

R. Girwidz 107

Literatur / Mitarbeit

Schaal, S., Bogner, F. X. & Girwidz, R. (2010).Concept Mapping Assessment of Media Assisted Learning in Interdisciplinary Science Education. Research in Science Education, 40, 339-352.

Lippstreu, M. & Girwidz, R. (2010).Multimodale, animierte Lernangebote im Physikunterricht – Zur Unterstützung von Visualisierungen durch Text und Ton. Notes on Educational Informatics — Section A: Concepts and Techniques 6 (2): 1-23, 2010.

Girwidz, R. (2009). Mediendidaktik zum E-Learning im Physikunterricht. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, Heft 7/58, Jg. 2009, S. 5-13.

Girwidz, R. (2009). Neue Medien und Multimedia. In E. Kircher, R. Girwidz, P. Häußler (Hrsg.) Physikdidaktik (zweite Auflage). 423 - 450. Berlin: Springer.

Girwidz, R. (2009). Neue Medien unter lernpsychologischen Aspekten. In E. Kircher, R. Girwidz, P. Häußler (Hrsg.) Physikdidaktik (zweite Auflage). 631 - 662. Berlin: Springer.

Vogel, M., Girwidz, R., & Engel, J. (2007). Supplantation of Mental Operations on Graphs. Computers & Education 49 (2007), pp. 1287-1298.

Girwidz, R., Rubitzko, T., Schaal, S. & Bogner, F.X. (2006). Theoretical Concepts for Using Multimedia in Science Education. Science Education International. Vol. 17, No. 2, pp. 77-93.

Girwidz, R., Bogner, F., Rubitzko, Th., & Schaal, St. (2006). Media Assisted Learning in Science Education: An interdisciplinary approach to hibernation and energy transfer. Science Education International. Vol. 17, No. 2, pp. 95-107.

R. Girwidz 108

• Lippstreu, M. (Dissertation 2011)

• Rubitzko, Th. (Dissertation 2006)

• Schaal, S. (Dissertation 2005)

• Spannagel, Chr. (Dissertation 2006)

• Vogel, M. (Dissertation 2006)

Literatur / Mitarbeit