6 Grundlagen für die Umformatierung

Eine klassische Lehrveranstaltung besteht aus einem Vortragenden, der mit Hilfe von Darstellungsformen und technischen Geräten Wissen vermittelt. Unabhängig vom Lehrformat wird der überwiegende Teil der Lerninhalte verbal vermittelt (siehe S. 55). Wie können diese klassischen Lehrveranstaltungen in mediale Lerneinheiten umformatiert werden?

Im Speziellen sollen hier auf Basis der kognitiven Lerntheorie empirisch belegte Richtlinien vorgestellt werden, die eine erfolgreiche mediale Wissensvermittlung ermöglichen. Dabei wird von Mayers folgendem Grundsatz ausgegangen:

„People learn better when multimedia messages are designed in ways that are consistent with how the human mind works and with research-based principles.“ (Mayer, 2003)

Grundlage für die mediale Wissensvermittlung ist zunächst, dass verstanden wird, wie unser Gehirn Wissen aufnimmt und verarbeitet – und das in Zusammenhang mit multimedialer Wissensvermittlung. Die kognitive Theorie geht von drei Annahmen aus (vgl. Mayer, 2001, S. 44):

1. Menschen besitzen zwei separate Kanäle für die Aufnahme von auditiven und visuellen Informationen (dual channel).
2. Menschen können nur eine limitierte Anzahl von Informationen gleichzeitig pro Kanal aufnehmen (limited capacity).
3. Menschen selektieren eingehende Informationen, organisieren diese in zusammenhängende mentale Repräsentationen und integrieren sie in bereits bestehende Repräsentationen (active processing).

Zwei Kanäle – Dual Channel

Die kognitive Theorie von Mayer (2001) besagt, dass Menschen bei der Verarbeitung von Informationen diese gleich von Anfang an in visuell und auditiv präsentiertes Material aufsplitten. Bilder, Grafiken, Videos, Animationen oder auch Bildschirmtexte werden von den Augen aufgenommen. Dieser Kanal wird als visuell-bildhafter Kanal bezeichnet (vis u al/pictorial channel). Mit den Ohren nehmen wir beispielsweise gesprochene Texte (Erzählungen), Musik oder Hintergrundgeräusche auf und verarbeiten diese im auditiven-verbalen Kanal (auditory/verbal channel) (vgl. Mayer, 2005a; Clark, Nguyen & Sweller, 2006).

Die zwei Kanäle können jedoch einmal aus Sicht des Präsentationsmodus (presentation mode) oder aus Sicht der sensorischen Modalität (sensory modality) betrachtet werden (siehe Abbildung 6-1 ). Der Präsentationsmodus teilt in einen verbalen und nicht-verbalen Kanal.⁴⁶ Dabei gehören zum verbalen Kanal alle Texte: die gesprochenen, gedruckten und am Bildschirm dargestellten. Zum nicht-verbalen Kanal zählen beispielsweise Bilder, Animationen, Videos oder auch Hintergrundgeräusche. Der sensorische Modalitätsansatz unterscheidet, ob der Lernende die entsprechende Darstellungsform mit den Augen oder Ohren aufnimmt.⁴⁷

	Abbildung 6-1: Die zwei Kanäle Oben: Aus Sicht des Präsentationsmodus Unten: Aus Sicht der sensorischen Modalität

Der größte Unterschied zwischen den beiden Ansätzen liegt in der Verarbeitung von Bildschirmtexten und Hintergrundgeräuschen. Bildschirmtexte werden aus Sicht des Präsentationsmodus´ im verbalen Kanal verarbeitet, aus Sicht der sensorischen Modalität aber im visuellen Kanal. Hintergrundgeräusche und nicht verbale Musik werden im Präsentationsmodus im nicht-verbalen Kanal verarbeitet, aus Sicht der sensorischen Modalität im auditiven Kanal. Mayer (2005a, 2001) kombiniert beide Ansätze: Visuelle Elemente werden zunächst im visuellen Kanal aufgenommen, so auch Bildschirmtexte. Im Arbeitsgedächtnis werden die visuellen Texte in das verbale Modell integriert (siehe Abbildung 6-3).

Limitierte Aufnahmekapazität – Limited Capacity

Die zweite Annahme der kognitiven Theorie besagt, dass der Arbeitsgedächtnisspeicher eine begrenzte Kapazität hat. Das Arbeitsgedächtnis kann nur limitiert Wissen verarbeiten und so können nur wenige auditive und visuelle Informationen dort aufbewahrt werden (vgl. Mayer, 2005a, 2001). Jedoch wie begrenzt ist die Aufnahmefähigkeit und wie viele Informationen können tatsächlich pro Kanal gleichzeitig verarbeitet werden?

George Miller publizierte bereits 1956, dass das menschliche kognitive System lediglich 7 ± 2 Elemente gleichzeitig aufnehmen kann (Clark, Nguyen & Sweller, 2006; Miller, 1956; Niegemann et al., 2004). Die klassische Methode, um die Gedächtnisspanne tatsächlich zu messen, ist der memory span test. Beispielsweise soll eine Testperson eine sekundenweise vorgelesene Zahlenreihe „8-7-5-3-9-6-4“ in umgekehrter Reihenfolge wiedergeben. Die längste Liste, die die Testperson fehlerfrei wiedergeben kann, ist ihre Gedächtnisspanne für Ziffern (digit span). Wie für das auditive sensorische Gedächtnis (auditory sensory memory) gibt es einen vergleichbaren Test für das visuelle sensorische Gedächtnis (visual sensory memory). Der Testperson werden sekundenweise verschiedene Zeichnungen vorgelegt „Mond-Bleistift-Kamm-Apfel-Stuhl-Buch-Schwein“, die die Testperson ebenso in umgekehrter Reihenfolge wiedergeben soll. Die längste fehlerfrei wiedergegebene Kette beschreibt die Gedächtnisspanne für Bilder (picture span). Millers Forschungen haben ergeben, dass die Probanden zwischen fünf und neun Zahlen oder Bilder fehlerfrei wiedergeben konnten und hat damit belegt, dass das Arbeitsgedächtnis eines Menschen 7 ± 2 Informationseinheiten gleichzeitig verarbeiten kann (Niegemann et al., 2004). Da unser Arbeitsgedächtnis somit nur begrenzt Informationen aufnehmen kann, ist Lernen mit kognitiver Belastung verbunden. Davon geht auch Chandlers und Swellers Cognitive-Load-Theory (CLT) aus. Je niedriger die kognitive Belastung ist, umso besser kann gelernt werden. Die kognitive Belastung setzt sich aus drei additiven Komponenten zusammen (vgl. Clark, Nguyen & Sweller, 2006; Sweller, 2005a; Niegemann et al., 2004; Chandler & Sweller, 1991):

• Intrinsische Belastung: Komplexität des Lerninhalts (intrinsic cognitive load)
  Wie schwierig oder vernetzt sind die Lerninhalte?
  Die intrinsische Belastung ist von der Komplexität und dem Schwierigkeitsgrad des Lernmaterials abhängig, das der Lernende verarbeiten muss.⁴⁸ Je mehr die einzelnen Lernelemente miteinander verknüpft sind, desto höher ist der Aufwand für den Lernenden, ein kohärentes mentales Modell aufzubauen.⁴⁹ Die intrinsische Belastung kann nicht eliminiert werden, jedoch können didaktische Elemente, wie beispielsweise die sinnvolle Unterteilung einer Lektion, sie positiv beeinflussen.
• Extrinsische Belastung: Darstellungsart der Lerninhalte (extraneous cognitive load)
  Wie einfach oder schwer ist es, die relevanten Informationen aufzunehmen?
  Die extrinsische Belastung wird durch die Gestaltung des Lernmaterials bestimmt.⁵⁰ Beispielsweise erhöhen redundante Informationen oder getrennt dargestellte, aber an sich zusammengehörende Informationen, die extrinsische Belastung. Für die Gestaltung multimedialen Lernmaterials auf Basis der Cognitive-Load-Theorie gibt es zahlreiche Prinzipien und Gestaltungsrichtlinien (vgl. Tabelle 6-1 , S. 137).
• Lernbezogene Belastung: Verstehensförderliche Aktivität des Lernenden (germane cognitive load oder effective cognitive load)
  Welche Anstrengungen unternimmt der Lernende, um den Lerninhalt zu verstehen?
  Die lernbezogene Belastung ist direkt mit dem Lernen verbunden.⁵¹ Sie beschreibt den notwendigen Aufwand eines Lernenden, um beispielsweise das zu lernende Material zu verstehen, bereits vorhandene kognitive Schemata zu aktivieren oder gegebenenfalls neue Schemata aufzubauen. Die lernbezogene Belastung erhöht und fördert das Lernen. Je höher die lernbezogene Belastung ist, desto besser wird gelernt. Die Gestaltung des Lernmaterials (beispielsweise personalisierter Sprachstil) und der Lerneraktivitäten (bspw. Selbsterklärung) fördern die lernbezogene Belastung.

	Abbildung 6-2: Die drei additiven Komponenten der kognitiven Belastung (vgl. Seufert, Leutner & Brünken, 2004)

Bei der Konzeption und Gestaltung von multimedialen Lerninhalten sollte immer das Ziel verfolgt werden, die intrinsische Belastung verarbeitbar zu gestalten, die extrinsische Belastung zu reduzieren und die lernbezogene Belastung zu fördern. Wird die extrinsische Belastung reduziert, kann die dadurch freiwerdende Kapazität im Arbeitsgedächtnis für die lernbezogene Belastung eingesetzt werden. Die extrinsische Belastung spielt jedoch nur eine Rolle, wenn die intrinsische Belastung hoch ist. Ist die intrinsische Belastung gering, ist die extrinsische Belastung nahezu irrelevant (vgl. Sweller, 2005b).

Aktive Informationsverarbeitung – Active Processing

Die dritte Annahme der kognitiven Theorie geht davon aus, dass Menschen eingehende Informationen selektieren, diese in zusammenhängende mentale Repräsentationen organisieren und sie in bereits bestehende Repräsentationen integrieren.

„In short, humans are active processors who seek to make sense of multimedia presentations.“ (Mayer, 2005a, S. 36)

Abbildung 6-3 zeigt, wie nach Mayer (2001) Menschen Informationen beim multimedialen Lernen verarbeiten (SOI-Modell⁵² der kognitiven Theorie).

	Abbildung 6-3: SOI-Modell des multimedialen Lernens nach Mayer (nach Mayer, 2001, S. 44)

Mündliche oder schriftliche Wörter und Bilder werden vom sensorischen Gedächtnis (sens o ry memory) lediglich für einen kurzen Augenblick exakt aufgenommen. Der Aufnehmende selektiert die Informationen der präsentierten Wörter und Bilder und gibt lediglich einen geringen Anteil der präsentierten Informationen an das Arbeitsgedächtnis (working memory) weiter. Im Arbeitsgedächtnis findet die Hauptarbeit statt: die „rohen“ Informationen werden zunächst organisiert. Die verbalen und nonverbalen Informationen werden in Zusammenhang gebracht. Dabei wechseln beispielsweise die Bildschirmtexte in das verbale Modell. Jetzt wird Alt mit Neu verknüpft: „alte“, bereits gelernte Informationen werden vom Langzeitgedächtnis (long-term memory) in das Arbeitsgedächtnis transportiert und mit den neuen Informationen kombiniert. Das Langzeitgedächtnis speichert das Wissen über lange Zeit. Um es aber nutzen und weitere neue Informationen integrieren zu können, muss es immer in das Arbeitsgedächtnis transportiert werden (vgl. Mayer, 2005a, 2001; Niegemann et al., 2004).

Zusammenfassend sind fünf kognitive Prozesse „zentral am Lernen mit Multimedia beteiligt“ (Niegemann et al., 2004, S. 191 f.)

1. Der Lernende wählt die für sich relevanten bzw. für wichtig erachteten Wörter aus.
2. Der Lernende wählt die für sich relevanten bzw. für wichtig erachteten Bildinhalte aus.
3. Der Lernende strukturiert die ausgewählten Wörter und bildet ein kohärentes verbales Modell.
4. Der Lernende strukturiert die ausgewählten Bildinhalte und bildet ein kohärentes bildhaftes Modell.
5. Der Lernende verknüpft zum einen die strukturierten Wörter und Bilder miteinander und zum anderen mit dem bereits vorab erworbenen Wissen aus dem Langzeitgedächtnis.

Mayer et al. (2006, 2005f, 2001), Clark et al. (2002, 2006) und Sweller (2005a, 2005b, 1999) untersuchten vor dem Hintergrund des SOI-Modells die „instruktionspsychologischen Bedingungen des multimedialen Lernens“ (vgl. Niegemann et al., 2004, S. 193). Mayer (2005f) fasste die Ergebnisse zahlreicher Studien in Prinzipien für das Lernen mit Multimedia zusammen. Clark, Nguyen und Sweller (2006) entwickelten 29 Richtlinien, die ebenso empirisch belegt sind.⁵³ Die Prinzipien von Mayer und die Richtlinien von Clark, Nguyen und Sweller ähneln und überschneiden sich zum Teil und werden somit zusammengefasst. Im Folgenden werden zuerst die Prinzipien vorgestellt, die die gestalterischen und technischen Aspekte betreffen. Anschließend werden die Prinzipien betrachtet, die sich mit der Methodik und dem didaktischen Aufbau befassen.

▼ 195  „Controlled studies that compare multimedia with single media resources have found out that students learn better from a combinations of media, provided that the materials are well-designed.“ (Roy & Chi, 2005, S. 274).

Die im Folgenden dargestellten Prinzipien berücksichtigen Erkenntnisse, wie unser Gehirn Wissen verarbeitet und basieren auf zahlreichen empirischen Studien verschiedenster Wissenschaftler (Clark & Mayer, 2003; Mayer 2005f; Mayer 2006; Clark, Nguyen & Sweller, 2006). Diese Prinzipien betreffen alle umzuformatierenden Lehrformate und befassen sich zunächst mit den gestalterischen und technischen Elementen. Sie reduzieren in erster Linie die extrinsische Belastung und zeigen, wie multimediale Lerneinheiten produziert werden sollten, um es den Lernenden zu erleichtern, die relevanten Informationen aufzunehmen.

Das Prinzip der dualen Kodierung klingt zunächst trivial und gilt als selbstverständlich. Die in Kapitel 4 vorgestellte Studie zeigt, dass die Lehrenden durchaus verschiedene Darstellungsformen zur Visualisierung einsetzen (siehe Abbildung 6-4 ). Unter 40 Prozent der präsentierten Materialien sind textbasiert, wobei hier nicht ausschließlich von reinen Fließtexten gesprochen werden kann, sondern durchaus auch von visualisierten Texten (Aufzählungen, nummerierte Listen, verschiedene Schriftfarben, Schriftlagen⁵⁴ oder Schriftschnitte⁵⁵ etc.).

	Abbildung 6-4: Zu welchen Anteilen nutzen die Lehrenden die Darstellungsformen?

In diesem Prinzip geht es jedoch nicht nur lediglich darum, Texte zu visualisieren oder mit Bildern anzureichern – vielmehr geht es darum, sie sinnvoll einzusetzen und miteinander zu kombinieren (Niegemann et al., 2004). Lehrende setzen Visualisierungen oft intuitiv ein. Daher sind die Visualisierungen nicht immer lernwirksam (vgl. Niegemann et al., 2004, S. 194).

Bilder und Grafiken sind u. a. dann lernwirksam, wenn sie

• ein Thema organisieren (Inhaltsübersichten, Beziehungen zwischen Themen),
• nicht sichtbare Beziehungen sichtbar machen (Diagramme, Tabellen) oder
• eine Schnittstelle zur Aufgabe bilden (interaktive Anwendungen, Simulationen).

Empirische Studien

In zehn verschiedenen Studien konnten Forscher belegen, dass Studierende in Text-Bildkombinationen oder mit Sprechertext vertonten Animationen bessere Testergebnisse erzielten als in reinen Textversionen oder unvertonten Animationen (Clark & Mayer, 2003). Die Probanden beschäftigten sich mit naturwissenschaftlichen und mechanischen Prozessen und Vorgängen: Blitzentstehung, Funktionsweise der Bremsen im Auto, Funktionsweise einer Luftpumpe und der Funktionsweise von elektrischen Generatoren. Im Beispiel „Wie funktioniert eine Luftpumpe“ erhielt eine Probandengruppe einen Text, die zweite Probandengruppe den identischen Text mit einer zusätzlichen beschrifteten schematischen Zeichnung einer Luftpumpe.

In allen zehn Studien erreichten die Studierenden, die mit einer multimedial aufbereiteten Lektion mit Wörtern und Bildern lernten (Gruppe B), bessere Ergebnisse in einem anschließenden Transfertest als die Studierenden, die die gleiche Information lediglich in Worten erhielt (Gruppe A). Die Studierenden der Gruppe B erreichten zwischen 55 und 121 Prozent mehr Behaltens- und Transferleistungen. Dies entspricht einem Medianwert von 89 Prozent und einer Effektgröße von 1,5⁵⁶ (vgl. Clark & Mayer, 2003).

Dieses Prinzip beschäftigt sich mit der Anordnung von Text und Bild. Werden Bilder vom Text räumlich oder zeitlich voneinander getrennt, benötigen Lernende zusätzliche kognitive Ressourcen, um die Beziehung zwischen beiden Darstellungsformen wieder herzustellen (vgl. Clark & Mayer, 2003; Mayer 2005e; Mayer 2006).

Es ist lernwirksamer, wenn

• Texte Teile einer Grafik beschriften, mit einer Linie verbunden und nah beieinander platziert werden.
• der Lernende den Text berührt oder anklickt, die Erläuterungen in Pop-ups erscheinen.
• Text und Bild immer gleichzeitig sichtbar sind.
• Feedback zu Aufgaben oder Übungen auf derselben Bildschirmseite zu sehen sind.
• zusammenhängende Informationen sich nicht gegenseitig verdecken, sondern gleichzeitig sichtbar sind.

Empirische Studien

Zahlreiche empirische Studien belegen dieses Prinzip. Mayer et al. testeten Probanden in einer Serie von acht Studien mit naturwissenschaftlichen und mechanischen Inhalten. Die Probanden lernten an Hand vertonter Animationen die Funktionsweise einer Luftpumpe, des Auto-Brems-Systems, wie die menschliche Atmung funktioniert und wie Stürme mit Blitzen entstehen. In acht Studien konnten Mayer et al. (von 1991 bis 1999) belegen, dass Lernende, die eine synchronisierte Fassung von Bild und Sprecherton erhielten⁵⁷, weitaus bessere Testergebnisse erzielten als die Lernenden, die die Animation und Sprechton nacheinander präsentiert bekamen. In allen Studien war die Effektgröße groß, die Median-Effektgröße lag bei 1,30 (vgl. Mayer 2006).

Die Text- und Bildinformationen sollten jedoch nicht nur zeitlich synchronisiert werden (temporal contiguity principle), sondern auch räumlich nahe beieinander platziert werden (sp a tial contiguity principle). Die meisten Studien hierzu betrafen Lektionen, die auf Papier gedruckt wurden. In integrierten Versionen erreichten die Probanden zwischen 43 und 89 Prozent mehr Lösungen als diejenigen, die die Texte und Bilder getrennt präsentiert bekamen (Effektgröße = 1,11, vgl. Mayer, 2005e). Diese Ergebnisse können ebenso auf die Gestaltung medialer Lerninhalte übertragen werden.

Viele E-Learning-Angebote enthalten unterhaltsame Elemente, die versuchen sollen, die Abbrecherraten möglichst gering zu halten und den Lernenden emotional zu motivieren. Das Schlagwort hier ist Edutainment⁵⁸: unterhaltsames Lernen, bei dem der Spaßfaktor im Vordergrund steht. Diese zwar interessanten, aber unnötigen Elemente in einer Lernumgebung beeinträchtigen auf verschiedene Weise den Lernerfolg (vgl. Clark & Mayer 2003; Mayer 2005e; Niegemann et al., 2004):

• Sie lenken ab. Die limitierte Aufmerksamkeit des Lernenden wird vom relevanten zum irrelevanten Lernmaterial gelenkt.
• Sie unterbrechen. Der Lernende wird dabei unterbrochen, sinnvolle Verknüpfungen zwischen relevanten Aspekten herzustellen, da irrelevante Informationen „im Weg sind“.
• Sie verlocken. Der Lernende wird dazu verführt, unpassendes vorhandenes Wissen zur Organisation der neuen Inhalte zu nutzen.

Clark und Mayer (2003) unterscheiden zwischen drei Kohärenzprinzipien:

• keine irrelevanten Hintergrundgeräusche oder -musik,
• keine irrelevanten Bilder und
• keine irrelevanten gesprochenen Texte oder Bildschirmtexte.

Keine irrelevante(n) Hintergrundgeräusche oder -musik

Zusätzliche auditive Darstellungsformen (Musik oder Geräusche) können das Lernen beeinträchtigen. Sie lenken vom eigentlichen Inhalt ab und können die Konzentration stören (vgl. Clark & Mayer, 2003; Mayer, 2005e; Niegemann et al., 2004).

Moreno und Mayer (2000a) entwickelten ein dreiminütiges Lernmodul „Wie entsteht ein Blitz“ und ein 45 sekundenlanges Lernmodul „Wie funktioniert ein Hydraulik-Brems-System“. Es wurden je zwei Versionen produziert, wobei je eine mit dezenter, instrument a ler Hintergrundmusik versehen wurde, die in Schleife abgespielt wurde. Die Probanden ohne Hintergrundmusik erzielten zwischen 20 und 67 Prozent bessere Ergebnisse als diejenigen, die ein Lernmodul mit Hintergrundmusik präsentiert bekamen.

In einer zweiten Studie wurden die Lernmodule mit zusätzlichen Hintergrundgeräuschen versehen. In der Version „Wie entsteht ein Blitz“ wurden Windgeräusche, Klirrgeräusche (Bildung der Eiskristalle) und Knistergeräusche (Ladung zwischen Boden und Wolken) integriert. In dem Lernmodul „Wie funktioniert ein Hydraulik-Brems-System“ wurden mechanische Geräusche (Bremskolben bewegt sich) und Schleifgeräusche (Schuh presst gegen Bremstrommel) eingefügt. In dem Lernmodul „Wie entsteht ein Blitz“ erzielten die Probanden bessere Testergebnisse, wenn sie die Animation ohne zusätzliche Hintergrundgeräusche erhielten. In dem Lernmodul „Wie funktioniert ein Hydraulik-Brems-System“ konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden (vgl. Clark & Mayer, 2003; Mayer, 2005e; Niegemann et al., 2004).

In der dritten Studie wurden die Lernmodule mit Hintergrundmusik und Hintergrundg e räuschen präsentiert. Hier erzielten die Probanden, die lediglich die Animation ohne Hintergrundmusik und -geräusche erhielten, zwischen 61 und 149 Prozent bessere Ergebnisse. Dies ergibt einen Mittelwert von 105 Prozent und entspricht einer sehr starken Effektgröße von 1,66 (vgl. Clark & Mayer, 2003; Mayer, 2005e).

Keine irrelevanten Bilder

Zusätzliche Bilder (auch dynamische wie Videos und Animationen), die lediglich den Lernenden motivieren oder ein Lernmodul interessanter machen sollen, beeinträchtigen das Lernen. Sie lenken ab und unterbrechen den Lernprozess (vgl. Mayer, 2005e; Niegemann et al., 2004).

Mayer, Heiser und Lonn (2001) belegen dies empirisch mit dem Lernmodul „Wie entsteht ein Blitz“. Sie erweiterten die Standardversion (Animation inklusive Sprecherton) mit einer anschaulichen Videosequenz, die den Blitzeinschlag, Ankunft des Krankenwagens bis hin zum Abtransport des Opfers zeigt. Probanden, die sich die Standardversion anschauten, erzielten bis zu 30 Prozent mehr richtige Lösungen in einem anschließenden Transfertest.

Eine ähnliche Studie führten Harp und Mayer bereits 1997 durch. Sie präsentierten Studierenden einen in 6 Absätze gegliederten Text über „Wie entsteht ein Blitz“ (ca. 550 Wörter). Die eine Gruppe erhielt diesen Text mit sechs farbigen Abbildungen, die die Kernaussagen des jeweiligen Absatzes wiedergaben. Die zweite Gruppe erhielt den reinen Text ohne Abbildungen. Die zweite Gruppe erzielte durchschnittlich 73 Prozent mehr richtige Lösungen im Behaltenstest und 52 Prozent mehr richtige Lösungen im Transfertest (vgl. Harp & Mayer, 1998; Mayer, 2005c; Niegemann et al., 2004).⁵⁹

Keine irrelevanten gesprochenen Texte oder Bildschirmtexte

Zusätzliche Wörter, die ein Lernmodul interessanter machen sollen oder den Lernenden mehr motivieren sollen, können den Lernprozess behindern und sogar den Lernerfolg reduzieren (vgl. Clark & Mayer, 2003; Mayer, 2005; Niegemann et al., 2004).

„Kurze und knappe Texte sind für das Lernen am Bildschirm vorteilhafter als lange, ausführliche Beschreibungen.“ (Niegemann et al., 2004, S. 201).

Mayer et al. (1996) präsentierten der ersten Studierendengruppe eine ausführliche Beschreibung über die Entstehung eines Blitzes (600 Wörter und 5 Abbildungen) und der zweiten Studierendengruppe eine Zusammenfassung der ausführlichen Beschreibung (80 Wörter und 5 Abbildungen). Die zweite Gruppe, die mit Zusammenfassungen lernte, erzielte bessere Behaltens- und Transferleistungen.

Mayer, Heiser und Lonn (2001) zeigten der einen Probandengruppe eine dreiminütige vertonte (Sprechertext) Animation zum Thema „Wie entsteht ein Blitz“. Der zweiten Gruppe präsentierten sie die gleiche Animation mit zusätzlichen kurzen gesprochen Textpassagen⁶⁰. Die erste Gruppe, die sich die Animation ohne die kleinen Zusatztexte anschaute, erzielte in einem anschließenden Behaltenstest 35 Prozent mehr richtige Antworten und in einem Transfertest 30 Prozent mehr Lösungen.

Technische Einschränkungen und hohe Kosten zwingen häufig Multimedia-Produzenten auf Sprechertexte zu verzichten und eher Bildschirmtexte anzubieten. Professionelle Sprecher sind teuer. Es stellt sich jedoch die Frage, ob es sich immer um dialektfreie und fehlerfrei gesprochene Texte handeln muss. In klassischen Lehrveranstaltungen vermitteln die Lehrenden auch ihr Wissen, ohne dass sie eine entsprechende Sprachausbildung absolviert haben. Für die mediale Wissensvermittlung an deutschen Hochschulen ist es lediglich wichtig, dass die Texte verständlich sind und ohne Nebengeräusche produziert werden.

Die Integration von Sprechertexten trägt dazu bei, dass der auditive und der visuelle Kanal angesprochen werden und der visuelle Kanal nicht überlastet wird (siehe Abbildung 6-5 ).

	Abbildung 6-5: Links: Nutzung beider Kanäle; Rechts: Nutzung eines Kanals (nach Mayer, 2001, S. 59)

Der Lernende nimmt Bildschirmtexte visuell auf, muss sie später aber verbal verarbeiten (Kanalwechsel). Die kognitive Kapazität des Arbeitsgedächtnisses reicht nicht aus⁶¹ und es kann passieren, dass wichtige Inhalte vom Lernenden nicht aufgenommen werden können.

Das Prinzip fordert aber nicht, dass auf Bildschirmtexte generell verzichtet werden sollte und diese das Lernen immer beeinträchtigen. Dieses Prinzip gilt dann, wenn Wörter eine Grafik, eine Animation o. Ä. erklären. Bildschirmtexte und Sprechertexte können sich auch sinnvoll ergänzen. Beispielsweise kann eine visuelle mathematische Formel einen gesprochenen Text zusammenfassen, der rein auditiv zu komplex wäre oder visuelle Schlüsselwörter können Prozesse in Schritte gliedern, die auditiv erklärt werden (vgl. Niegemann et al., 2004).

Empirische Studien

15 empirische Studien von Mayer et al. haben belegt, dass die Behaltens- und Transferleistung der Studierenden höher ist, wenn Erläuterungen zu Grafiken oder Animationen mit gesprochenen Texten angereichert werden, als wenn die Erläuterungen als Bildschirmtexte angeboten werden (vgl. Mayer, 2005c; Mayer 2006). Die Studien behandelten verschiedene Themen (Mathematik, Geografie, Geologie), verschiedene Probanden (Schüler, Studierende) und verschiedene Visualisierungen (statisch, dynamisch und interaktiv). In den Behaltens- und Transferleistungen erreichten die Probanden, die sich eine kombinierte Version (auditiv und visuell) anschauten, bessere Ergebnisse (Effektgröße = 1,06; Mayer, 2006).

Die simultane Darstellung von Audiosequenzen und identischen Text zur Erläuterung von Grafiken führt zur kognitiven Überlastung. Daher sollten in medialen Präsentationen Redundanzen vermieden werden. Jedoch kann unter spezifischen Bedingungen die redundante Präsentation von Audio und Text durchaus sinnvoll sein (vgl. Clark & Mayer, 2003):

• Das Lernmodul enthält keine Bilder, Grafiken, Animationen, Videos oder Ähnliches.
• Der Lernende hat genügend Zeit, um beide Informationen auszunehmen und zu verarbeiten.
• Der Lernende hat Schwierigkeiten, gesprochene Wörter zu verarbeiten.⁶²

Empirische Studien

Mayer et al. präsentierten einer Gruppe von Studierenden ein Lernmodul „Wie entsteht ein Blitz“ mit nicht redundantem Bildschirmtext (Animation und Sprecherton). Die zweite Gruppe erhielt eine Präsentation mit zusätzlichen redundanten Bildschirmtexten. In allen vier Vergleichen erreichte die erste Gruppe zwischen 43 und 69 Prozent bessere Transferleitung als die zweite Gruppe (Effektgröße 1,24; vgl. Clark & Mayer, 2003).

Kalyuga, Chandler und Sweller (1999) führten einen ähnlichen Test durch. Das Lernmodul „Löten“ präsentierte den Lernenden der erste Gruppe statische Diagramme, begleitet mit einem Sprechertext. Die zweite Gruppe erhielt ebenso statische Diagramme mit Sprechertext, aber zusätzlich den identischen Text auf dem Bildschirm. Die erste Gruppe erzielte 64 Prozent bessere Transferleistungen als die zweite Gruppe (vgl. Sweller, 2005).

Beide Studien belegen, dass in manchen Fällen weniger mehr erreicht. Lernende können nicht nur durch die begrenzte Aufnahmefähigkeit des Arbeitsgedächtnisses das zusätzliche Material verarbeiten, sondern es beeinträchtigt den Lernprozess.

„Social cues may prime social responses in learner that lead to deeper cognitive processing during learning and hence better performance.“ (Mayer, 2005d, S. 201)

Reeves und Nass (1996) haben ebenso in ihren Studien belegt, dass Menschen Computer als soziale Interaktionspartner ansehen und somit soziale Verhaltensregeln auf den Computer anwenden. Somit ist es sinnvoll, multimediale Lernumgebungen an diese sozialen Verhaltensregeln anzupassen.

Soziale Anreiße (so c ial cues), wie beispielsweise die direkte Ansprache des Lernenden, können beim Lernenden soziale Antworten auslösen. Der Lernende sieht in dem Computer eine menschliche Person und reagiert dementsprechend (siehe Abbildung 6-6 oben). Diese erhöht die Lerneraktivität: Der Lernende versucht seinen Gesprächspartner genau zu verstehen und dem Gelesenen oder Gehörten einen Sinn zu geben. Intensiver versucht er, Wörter und Bilder zu selektieren, zu organisieren und schließlich zu integrieren. Daraus resultieren bessere Lernergebnisse und bessere Transferergebnisse im Problemlösen. Der untere Teil Abbildung 6-6 zeigt ein Szenario, indem soziale Anreize fehlen. Der Lernende wird nicht persönlich angesprochen und reagiert dementsprechend passiv (Mayer, 2005d; Grice 1975).

	Abbildung 6-6: Der Einfluss von „social cues“ im Lernprozess (nach Mayer, 2005d, S. 203)

Mayer unterscheidet zwischen Anreizen, die das soziale Verhalten zwischen Lernenden und multimedialer Lernumgebung beeinflussen:

• Personifizierungsanreize (personalization cues). Der Lernende sollte persönlich und direkt angesprochen werden.
• Stimmliche Anreize (voice cues). Der Sprechertext sollte von einer menschlichen Stimme gesprochen werden und nicht von einer computer-simulierten.
• Bildhafte Anreize (image cues). Das Bild des Sprechenden beeinflusst nicht den Lernprozess.

Personifizierungsanreize

Mayer (2003, 2005d, 2006) widerlegt mit seinen Studien die weit verbreitete Ansicht, „dass ein sachlicher Sprachstil für das Lernen als ernsthafte Angelegenheit angemessen ist“ (Niegemann et al., 2004, S. 201). Sie empfehlen, in der ersten oder zweiten Person zu schreiben oder zu sprechen, da dies am ehesten der natürlichen Kommunikation entspreche. Zusätzlich sollten die Texte den Lernenden direkt ansprechen. Dies fördert das Lernen und erhöht den Lernerfolg.

Mayer et al. konnten in zehn Vergleichstudien belegen, dass Lernende mit einem personalisierten Sprachstil bessere Lernergebnisse in einem Transfertest erzielten. Die Probanden lernten mit vertonten Animationen wie ein Blitz entsteht oder die menschliche Atmung funktioniert und mit einem computerbasierten Pflanzenkundespiel. In der personalisierten Version wurden beispielsweise Worte wie „die Lunge“ durch „deine Lunge“ ausgetauscht. In allen zehn Studien erzielten die Probanden der Testgruppe mit dem personalisierten Sprachstil bessere Transferleistungen (Effektgröße 1,29), als die Probanden, die mit dem sachlichen Sprachstil lernten.

Stimmliche Anreize

Mayer, Sobko und Mautone (2003) fanden heraus, dass Studierende mit einer menschlichen Stimme bessere Transferleistungen erzielten als mit einer maschinen-erzeugten Stimme. Sie produzierten ein Lernmodul „Wie entsteht ein Blitz“. In der ersten Version hatte der Sprecher einen russischen Akzent. Der zweite Sprecher sprach einen normalen Akzent. Die Studierenden, die dem Sprecher mit russischem Akzent zuhörten, erreichten schlechtere Transferergebnisse. In einem zweiten Experiment verglichen die Forscher eine menschliche Stimme mit einer computer-erzeugten Stimme. Auch hier erzielten die Studierenden, die der menschlichen Stimme ohne Akzent zuhörten, höhere Transferleistungen. Menschen lernen somit besser, wenn eine multimediale Präsentation von einem Muttersprachler vertont wird (Effektgröße = 0,78, vgl. Mayer, 2006).

Bildhafte Anreize

Eine weitere Möglichkeit, die Aufmerksamkeit des Lernenden zu erhöhen, sind Pädagogische Agenten. Pädagogische Agenten sind Bildschirmcharaktere, die den Lernenden durch das Lernmodul führen und beim Lernen unterstützen. Sie können Wissen vermitteln und Lernende anleiten und begleiten, beispielsweise in der Rolle eines Lehrers, Tutors, Ratgebers oder Experten. Sie treten als Avatar⁶³ oder Zeichentrickfigur, aber meistens anthropomorph⁶⁴ auf. Pädagogische Agenten können künstlich aussehen, sollten aber mit keiner „künstlichen“ Stimme, sondern mit einer menschlichen sprechen. Moreno et al. (2001) konnten mit einer Lernumgebung „Design-A-Plant“ die Lernwirksamkeit ihres pädagogischen Agenten „Herman the Bug“⁶⁵ bestätigen. Die Lernenden, die mit „Herman the Bug“ lernten, erzielten zwischen 24 und 48 Prozent mehr Lösungen in einem anschließenden Behaltens- und Transfertest. Unter Berücksichtigung des Kohärenzprinzips sollten pädagogische Agenten nicht zu dekorativen oder unterhaltsamen Zwecken eingesetzt werden, sondern „sollten dem Instruktionsziel dienen, indem sie Hinweise, Beispiele, Demonstrationen und Erläuterungen geben“ (Niegemann et al., 2004, S. 204).

Zu den bildhaften Anreizen gehören auch gestreamte Lehrveranstaltungen, die nicht nur das Audiosignal, sondern auch das Videosignal übertragen. Jedoch erzielen Lernende bessere Lernergebnisse, wenn sie das Videobild des Sprechers auf dem Bildschirm zusätzlich betrachten können? Zahlreiche Studien konnten nicht nachweisen, dass das Videobild des Sprechers die Behaltens- und Transferleistung des Lernenden beeinflusst (vgl. Audiovisuell oder doch nur auditiv?, S. 177).

Die extrinsische Belastung des Lernenden kann reduziert werden, indem in den Lerninhalten wichtige Lernbegriffe oder -inhalte hervorgehoben werden. Hervorgehobene Inhalte, Überschriften oder ähnlich gegliederte Inhalte fügen keine neuen Informationen hinzu, sondern richten den Blick des Lernenden auf die wichtigsten Lerninhalte (vgl. 3.1.1 Texte , S. 59). Einzelne Wörtern können mit einem kursiven oder fetten Schriftschnitt hervorgehoben werden, in vertonten Animationen können wichtige Aspekte des gesprochenen Textes durch stimmliche Betonung des Sprechers hervorgehoben werden (vgl. Mayer, 2006). In Abbildungen können wichtige Elemente farblich hervorgehoben werden oder beispielsweise Pfeile lenken die Aufmerksamkeit des Lernenden (Clark, Nguyen & Sweller, 2006). Gerade wenn gesprochene Texte komplexe Abbildungen erklären, sollte mit Signalen gearbeitet werden. Auch in Face-to-Face-Präsentationen greifen die Lehrenden zu einem Zeigestock, um den Blick des Lernenden zu lenken.

Empirische Studien

Lorch und Lorch (1996) vergleichen in ihrer Studie einfache und komplexe Texte. Von jedem Text erstellen sie eine Version, in denen sie wichtige Aspekte hervorhoben. Bei einfachen Texten konnten keine Unterschiede in den Lernergebnissen festgestellt werden. Bei komplexen Texten erzielten die Lernenden mit den hervorgehobenen Aspekten bessere Lernergebnisse.

In einer Studie von Mautone und Mayer (2001) erhielten die Studierenden eine vertonte Animation über den Start eines Flugzeugs. Die erste Probandengruppe schaute sich lediglich die vertonte Animation an. Für die zweite Probandengruppe listete der Sprecher zunächst die Schritte auf und integrierte in den Sprechertext zu jedem Schritt eine Überschrift. Die zweite Probandengruppe (signaling group) erzielte im anschließenden Transfertest bessere Ergebnisse (Effektgröße = 0,6).

Die extrinsische kognitive Belastung des Lernenden kann reduziert werden, indem die Lernumgebung es dem Lernenden ermöglicht, das Tempo und die Abfolge der Präsentation zu kontrollieren und zu beeinflussen. Der Lernende kann so selbst bestimmen, wann er eine Information aufgenommen hat und bereit ist, die nächste zu verarbeiten. Weiterhin kann er sich dadurch nur gewünschte Teile einer Präsentation wiederholt anschauen (Mayer, 2005c; Mayer, 2006).

Empirische Studien

Mayer und Chandler (2001) entwickelten eine 140 sekundenlange Lerneinheit zum Thema „Wie entsteht ein Blitz“. Die Probandengruppe A schaute sich eine durchlaufende Präsentation zweimal an. Die Probandengruppe B erhielt eine in 16 Schritten á 10 Sekunden lang unterteilte Präsentation. Nach jedem Schritt erschien auf dem Bildschirm ein Weiter-Button. Erst nachdem der Lernende den Button geklickt hatte, erschien der nächste Schritt. Auch Gruppe B schaute sich die Präsentation zweimal an. Anschließend verglichen Mayer und Chandler die Transferergebnisse. Gruppe B erzielte deutlich bessere Transferleistungen als Probandengruppe A (Effektgröße 1,13).

Mayer, Dow und Mayer (2003) entwickelten ein Simulationsspiel über elektrische Motoren. Ein pädagogischer Agent namens Dr. Phyz präsentierte den Lernstoff. In einer Version A schauten sich die Lernenden eine durchgehende Animation über die Funktionsweise eines elektrischen Motors an. Version B enthielt eine in Fragen unterteilte Animation. Sobald eine Testperson eine der Fragen klickte, sprang die Animation an die entsprechende Stelle. Dr. Phyz beantwortete die Frage und der Lernende konnte die nächste Frage auswählen. Die Lernenden, die sich Version B anschauten, erzielten deutlich bessere Transferergebnisse als die Lernenden, die sich mit Version A lernten (Effektgröße 0,9).

Beide Studien belegen, dass Menschen bessere Lernergebnisse erzielen, wenn sie das Tempo oder die Abfolge des Lerninhaltes selbst kontrollieren können.

Computeranimationen virtualisieren dynamische Prozesse und stellen Veränderungen über die Zeit dar (vgl. 3.2.1 Animationen, S. 72).

Die Ergebnisse der Studien sind gemischt, teilweise kontrovers. In den letzten 50 Jahren konnten mehrere Studien weder belegen, dass dynamische Medien den Lernerfolg erhöhen noch verringern (vgl. Clark & Jorde, 1994; Dillon & Gabbard, 1998). Nach Mayer (2001) ist es nicht das Medium selbst, das den Lernerfolg beeinflusst, sondern vielmehr die Methode der Instruktion.

Daher empfiehlt Betrancourt (2005), sich als Produzent multimedialer Lernumgebungen nicht die Frage zu stellen, ob eine dynamische oder interaktive Grafik besser als eine statische sei, sondern warum sie besser ist. Nach Betrancourt können Animationen in drei verschiedenen Situationen eingesetzt werden, um das Lernen zu unterstützen und zu verbessern:

• Die Animation unterstützt die Visualisierung und den mentalen Repräsentationsprozess.
• Die Animation löst einen kognitiven Konflikt aus.
• Die Animation ermöglicht den Lernenden ein Phänomen zu erforschen oder zu untersuchen.

Betrancourt (ebd.) formuliert fünf Gestaltungsregeln für Instruktionsanimationen:

1. Einheitliches, schematisches Erscheinungsbild gestalten (apprehension principle)Das äußerliche Erscheinungsbild sollte mit dem grafischen Design der gesamten Lerneinheit eine Einheit bilden. Zusätzliche „kosmetische“ Elemente, die für das Verständnis nicht notwendig sind, sollten vermieden werden. Dreidimensionale Ansichten sollten zweidimensional dargestellt werden. Auch reichen schematische Darstellungen aus, um eine Funktion eines Systems zu visualisieren.
2. Übereinstimmungsprinzip (congruence principle)
   Animationen sollten konzeptuelle Veränderungen in einzelnen Schritten, entsprechend der Kausalitätskette zeigen. Beispielsweise in dem mechanischen Vorgang eines Ventils: Das Ventil öffnet und Wasser strömt ein. Hier wäre es lernwirksamer, zwei nacheinander folgende Animationsszenen zu erstellen und nicht beide Veränderungen in einer Szene darzustellen. So können die Lernenden eine funktionale zusammenhängende mentale Repräsentation konstruieren.
3. Interaktivitätsprinzip (interactivity principle)
   Dieses Prinzip gleicht dem Interaktivitätsprinzip von Mayer (vgl. 6.1.8 Interaktivitätspri n zip, S. 149). Lernende sollten in Animationen die einzelnen Abfolgeschritte steuern können. So entscheiden sie, wann sie einen Schritt verstanden bzw. verarbeitet haben und für den folgenden aufnahmebereit sind. Dafür muss die Animation in didaktisch sinnvolle Einheiten geteilt werden.
4. Aufmerksamkeit lenken (attention-guiding principle)
   Da Animationen von Natur aus flüchtig sind und oft mehrere Veränderungen zeitgleich stattfinden, muss die Aufmerksamkeit des Lernenden auf die wesentlichen Veränderungen gelenkt werden. Gerade Anfänger können selten zwischen relevanten und irrelevanten Veränderungen unterscheiden (Lowe, 2003). Die Aufmerksamkeit des Lernenden kann durch den Sprechertext gelenkt werden, aber auch durch Farbe, Pfeile, Kreise oder ähnliche Signalisierungen (vgl. 6.1.7 Signalisi e rungsprinzip, S. 148).
5. Flexibilität gewähren (flexibility principle)
   Oft ist der Wissensstand der Lernenden unbekannt. Daher empfiehlt Betrancourt (2005) mehrere Startoptionen für die Animation zu integrieren. Zudem sollte vorab klar beschrieben werden, was die Animation zeigt, um Redundanzen (aus Sicht des Lernenden) zwischen statischen, dynamischen und interaktiven Darstellungsformen zu vermeiden.

Empirische Studien

Nicht immer sind dynamische Darstellungsformen lernförderlicher als statische, auch wenn sie zeitliche Änderungen visualisieren. Hegarty et al. (2003) gestalteten eine multimediale Lerneinheit über WC-Spülkästen. Die multimediale Version A beinhaltete dynamische und interaktive Elemente. Die Version B bestand lediglich aus drei statischen, schematischen Abbildungen der drei Phasen. Beide Probandengruppen sollten anschließend die Funktionsweise in eigene Worte fassen und Verstehensfragen beantworten. Zwischen den Lernergebnissen beider Probandengruppen konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden.

Rebetz et al. (2004) konnten allerdings mit ihrer Lerneinheit über geologische und astronomische Phänomene beweisen, dass die in Paaren Lernenden mit steuerbaren Animationen bessere Lernergebnisse erzielten als die mit einzelnen Screenshots.

Daher empfiehlt Betrancourt (2005), Animationen mit Interaktivität zu kombinieren. Studien haben gezeigt, dass Lernende nicht nur multimediale Lerneinheiten mit steuerbaren Animationen als motivierender einstuften, sondern auch tatsächlich besser in den anschließenden Transfertests abschlossen. Eine Lernsteigerung konnte schon bei minimalen Steuerelementen wie beispielsweise „Nächster Schritt“ festgestellt werden.

Schwan und Riempp (2004) konnten zeigen, dass Lernende sich die schwierigen Stellen eines Videos öfters und länger anschauten, wenn die Videos nicht nur in einzelnen Schritten, sondern auch mit Richtungs- und Pause-Schaltflächen versehen waren.

Bücher sind haptisch und visuell überschaubar. Bei Hypertexten⁶⁶ können Lernende zu schwer einen Überblick über dessen Aufbau und Umfang erlangen. Navigationshilfen (oder auch Orientierungshilfen) unterstützen den Lernenden, sich in einer multimedialen Lernumgebung zu orientieren. Sie werden in verbale und graphische Hilfen unterteilt und gliedern mit beispielsweise Überschriften, Einleitungen und Querverweisen eine Lerneinheit selbst⁶⁷ oder repräsentieren mit Inhaltsverzeichnissen, Zusammenfassungen oder Übersichten den gesamten Inhalt⁶⁸ (Rouet & Potelle, 2005).

Lokale Navigations- und Orientierungshilfen

Unabhängig der vielseitigen Navigationsmöglichkeiten in Hypertextsystemen basiert multimediales Lernmaterial auf traditionellen rhetorischen und stilistischen Formen wie Kapitel, Seiten, Absätze und Illustrationen von Printmaterial. Darum basieren Hypertextsysteme auf den gleichen kognitiven Verarbeitungsprozessen, die auch bei einer traditionellen Textverarbeitung stattfinden. Das heißt, bereits untersuchte lernwirksame Navigations- und Orientierungshilfen für Printmedien sind genauso effektiv und lernwirksam für Hypertextsysteme wie für traditionell gedruckte Texte. Studien im Bereich des Textverständnisses haben belegt, dass thematisch bezogene Auslösereize wie Überschriften und Einleitungen Lesenden helfen, mentale Repräsentationen vom Inhalt zu konstruieren. Überschriften im Speziellen helfen dem Lernenden bereits vorhandenes Wissen abzurufen und bedeutungsvolle Verbindungen zwischen einzelnen Lerninhalten aufzubauen. Zusätzlich können die Lernenden an Hand der Überschriften ihr Verstehens- und Gedächtnismodell kreieren. Folglich sollten lehrende Hypertexte ein klares Seitenlayout haben und den Inhalt mit Überschriften, Absätzen und Aufzählungen klar strukturieren (vgl. 3.1.1 Texte, S. 59; Rouet & Potelle, 2005).

Globale Navigations- und Orientierungshilfen

Für jedes Lernprogramm wird ein Navigationsprinzip entwickelt, das den Weg zu den Inhalten und durch die Inhalte und Prozesse festlegt. In den Printmedien gibt es schon eine Reihe von globalen Orientierungshilfen, die auch für den digitalen Bereich eingesetzt werden können, z. B. Inhaltsverzeichnisse, alphabetische Glossare, Stichwortverzeichnisse, Querverweise etc. Die in Tabelle 6-2 dargestellte Übersicht von Navigationselementen für Hypertextsysteme hat Haack (1997) aus verschiedenen Quellen⁶⁹ zusammengestellt.

Rouet und Potelle (2005) fassen folgende Prinzipien für die Navigation und Orientierung zusammen:

• Einzelne Inhaltsseiten können mit Links⁷⁰ miteinander verknüpft werden. Diese Links können in den Text integriert werden oder separat vom Text angeboten werden. Studien zeigen, dass Lernende im Text eingebettete Links bevorzugen (Bernard, Hull & Drake, 2001). Obwohl die Effektivität von im Text integrierten Verlinkungen bewiesen wurde, sollten sie eher ergänzend als alternativ zu Menüs⁷¹ angeboten werden (Rouet & Potelle, 2005).
• Ein in zwei Ebenen strukturiertes Menü gibt den Lernenden weniger das Gefühl der Desorientierung als mehrstufig gegliederte Menüs. Zusätzlich finden die Lernenden schneller die gesuchten Informationen (Larson & Czerwinski, 1998; Tung et al., 2003).
• Die Menüs sollten in eher semantische Gruppen unterteilt werden, als in alphabetische oder willkürliche Gruppen (Snowberry et al., 1983; Miller, 1981).
• Herunterklappende Menüs (pull-down menus) maximieren die Sichtbarkeit von Untermenüs. Lernende finden so schneller gesuchte Informationen (Yu & Roh, 2002). Solche Menüs sollten jedoch nur für flache Menüstrukturen verwendet werden (Zephiris et al., 2002).

Weitere Studien belegen, dass jedes Informationssystem, das mehrere Inhaltsseiten enthält, eine den Inhalt repräsentierende Übersichtsseite integrieren sollte. Diese Übersichten geben den Lernenden einen schnellen Überblick über den Inhalt und dessen Gliederung einer multimedialen Präsentation. Als Navigations- und Orientierungshilfe repräsentieren beispielsweise Sitemaps ⁷² die Struktur grafisch und können statisch, meist aber interaktive Funktion aufweisen. Sitemaps listen die Themen eines Hypertextes kategorial auf und sind vergleichbar mit einem Inhaltsverzeichnis eines Buches. Die Lernenden sehen auf einem Blick, welche Informationen der Hypertext beinhaltet und welche Beziehungen (thematisch oder hierarchisch) zwischen den Informationen bestehen.

Eine Sitemap verhindert Desorientierung und unterstützt zudem die Lernziele (vgl. Shapiro, 2005). Sitemaps können lediglich die Überschriften präsentieren oder zusätzlich einen Abschnitt über die Lernziele oder Inhalte, so dass der Lernende schnell einen Überblick erhält.

Dynamische Sitemaps zeigen dem Lernenden, wo er sich gerade befindet und visualisieren den Kontext des jeweiligen Inhalts. Beispielsweise Fischaugenansichten vergrößern das aktuell betrachtete Dokument im Vordergrund, das sehr detailliert dargestellt wird. Andere Dokumente werden in einer geringeren Genauigkeit dargestellt. So betrachtet der Lernende automatisch das aktuelle Dokument im Kontext (Haack, 1997).

Empirische Studien

Mehrere empirische Studien haben belegt, dass Sitemaps bei Anfängern eines Fachgebietes einen positiven Effekt auf den Lernerfolg bewirken. Bei fortgeschrittenen Lernenden konnten die Forscher keinen Unterschied feststellen.

Potelle und Rouet (2003) präsentierten Probanden einen Hypertext über Sozialpsychologie in drei verschiedenen Versionen. Gruppe A lernte mit einer hierarchischen Sitemap, die die Beziehungen zwischen den einzelnen Seiten widerspiegeln. Jede einzelne Seite wurde mit einem Kasten dargestellt. Die Beziehungen der Seiten untereinander wurden mit Linien zwischen den Kästen gekennzeichnet. Gruppe B lernte mit einer Netzwerk-Sitemap, die alle Hyperlinks zwischen den einzelnen Seiten visualisierte. Gruppe C lernte mit einer alphabetischen Sitemap. Fortgeschrittene Lernende lernten mit allen drei Sitemaps gleichwertig. Neulinge im Fachgebiet Sozialpsychologie lernten deutlich besser mit der hierarchischen Sitemap (Gruppe A). Diese Sitemap hat gegenüber der Netzwerk-Sitemap den Vorteil, dass sie den Lerninhalt organisiert und vereinfacht. Die Netzwerk-Sitemap visualisiert die komplette Struktur der Lerneinheit und zeigt die Fülle an Informationen und deren Vernetzung untereinander, für die die intrinsische Belastung der Anfänger nicht ausreicht. Je mehr die einzelnen Lernelemente miteinander verknüpft sind, desto höher ist der Aufwand für den Lernenden, eine kohärente mentale Repräsentation aufzubauen.

Shapiro (2000) entwickelte eine Lerneinheit über eine fiktionale Welt der Tiere und zwei verschiedene hierarchische Sitemaps. Die Sitemap A ist auf Basis der Tierfamilien (Vögel, Reptilien) gegliedert, Sitemap B auf Basis der Ökosysteme (Berge, Wälder). Alle Probanden hatten Grundwissen über Tierfamilien, aber kaum Wissen über Ökosysteme. Die Probanden erzielten ähnliche Ergebnisse im anschließenden Test über Tierfamilien. Die Probanden, die mit der Sitemap A lernten, schnitten im Test über Ökosysteme schlechter ab, als die Probanden, die mit der Sitemap B lernten.

Diese Ergebnisse zeigen, dass Sitemaps nicht nur die Struktur beeinflussen, die die Lernenden für neue Lerninhalte aufbauen müssen, sondern auch die zu erreichenden Lernziele im gesamten Lernprozess.

▼ 227  „Research results suggest that any attempt to optimize the design of instructional hypermedia systems should consider readers´ prior knowledge, the contents to be presented, and how the contents will be used.“ (Rouet & Potelle, 2005, S. 297)

Die didaktischen Prinzipien behandeln insbesondere den Aufbau von multimedialen Lerneinheiten und didaktische Elemente, die das Lernen fördern. Sie zielen mehr auf das jeweilige Lernziel ab und berücksichtigen das Vorwissen der Lernenden. Einige dieser Prinzipien fördern die lernbezogene Belastung.

Beschäftigen sich Lernende mit einem neuen Lerngegenstand, bilden Sie zunächst ein Ko m ponentenmodel (component model) für jeden Hauptbestandteil im System und danach ein kausales Model (causal model). Die Bildung eines Komponentenmodels besteht aus dem Kennenlernen des Namens und der Eigenschaft einer jeden Komponente. Im kausalen Modell verarbeiten die Lernenden die Zusammenhänge der einzelnen Komponenten untereinander (vgl. Mayer, Mathias & Wetzell, 2002).

Ist das vorgegebene Lerntempo einer multimedialen Präsentation zu hoch, kann es sein, dass die Lernenden es zwar schaffen, ein Komponentenmodell zu bilden, aber nicht über genügend Zeit verfügen, ein kausales Modell zu konstruieren. Um diese Überbelastung des Arbeitsgedächtnis´ zu reduzieren, ist es sinnvoll, den Lernenden mit den neuen Begriffen und deren Eigenschaften vertraut zu machen, bevor der vollständige Prozess erklärt wird (pretraining oder preparatory training, vgl. Mayer 2005c, vgl. Clark, Nguyen & Sweller, 2006, S. 162 ff.).

Mayer, Mathias und Wetzell (2002) empfehlen folgende Vorgehensweise für eine multimediale Lerneinheit, die einen Arbeitsvorgang vermitteln soll (Clark, Nguyen & Sweller, 2006, S. 167):

1. Das System in die einzelnen Hauptkomponenten gliedern. Zunächst muss der Unterteilungsgrad einer jeden Komponente festgelegt werden. Ist dieser zu fein, ist das Arbeitsgedächtnis der Lernenden mit den vielen kleinen Informationen überfordert. Sind die Segmente zu groß, können die Funktionen ggf. nicht mehr klar dargestellt werden.
2. Mit Experten gemeinsam das System in Teilsysteme und jedes System in bedeutungsvolle Ko m ponenten gliedern. Die bedeutungsvolle Gliederung ist anhängig vom Lernziel, der Zielgruppe und den anschließenden Arbeitsanforderungen der Lernenden, welche Tätigkeiten sie später ausführen müssen.
3. Jede Komponente visuell trennen und im Kontext des ganzen Systems präsentieren. Dabei sollten die Möglichkeiten des Mediums ausgenutzt werden. Beispielsweise können in computerbasierten Lerneinheiten die einzelnen Schritte hervorgehoben werden, entsprechende Erläuterungstexte eingeblendet bzw. gesprochen werden oder Änderungszustände der jeweiligen Komponente in Abhängigkeit der Zeit gezeigt werden. Dabei müssen Prozessabläufe nicht zwingend animiert werden. Empirische Studien belegen, dass Lerneinheiten, die mechanische Abläufe mit einer Abfolge von Standbildern präsentieren, genauso effektiv sein können, wie eine Animation (vgl. 6.1.9 Animations- und Interaktivität s prinzip).

Clark, Nguyen und Sweller (2006) empfehlen weiterhin, zusätzliche hilfreiche Informationen von der Präsentation der einzelnen Ablaufschritte zu trennen.⁷³

Empirische Studien

Pollock, Chandler und Sweller (2002) produzierten zwei verschiedene Lernmodule über Sicherheitstests für elektrische Geräte. Probandengruppe A (pretraining group) erhielt eine zweigeteilte Version. Im ersten Teil wurde den Lernenden gezeigt, wie jede einzelne Komponente für sich funktionierte und im zweiten Teil, wie alle Komponenten zusammen arbeiteten. Die Version für Probandengruppe B (no pretraining group) fokussierte in beiden Phasen, wie die einzelnen Komponenten zusammen arbeiteten. Gruppe A erzielte im anschließenden Transfertest bessere Ergebnisse als Gruppe B, die vorab keine Präsentation der Hauptkomponenten erhielt.

In einer zweiten Studie (Mayer, Mathias & Wetzell, 2002) erhielten die Studierenden vertonte Animation über die Funktionsweise eines Autobremssystems oder einer Fahrradluftpumpe. Probandengruppe A (pretraining group) lernte zunächst die Namen und Eigenschaften der einzelnen Komponenten und konnte sich erst danach die vertonte Animation anschauen. Die Probrandengruppe B (no pretraining group) schaute sich lediglich die vertonte Animation an. In allen Testläufen erzielte die Gruppe A bessere Transferergebnisse (Effektgröße = 0,9).

In einer dritten Studie (Mayer, Mautone & Prothero, 2002) lernten die Studierenden in einem Simulationsspiel namens Profile Game, welches geologische Kennzeichen (Bergrücken, Graben etc.) an welcher bestimmten Erdoberfläche zu finden ist. Die Studierenden konnten mit der Maus Linien zeichnen. Das System zeigte den Lernenden in jedem Punkt entlang der Linie die jeweilige Höhe oder Tiefe. Probandengruppe A schaute sich zunächst Abbildungen der bekanntesten geologischen Merkmale an, die zweite Probandengruppe B startete gleich mit dem Simulationsspiel. Auch hier erzielten die Probanden mit Vorbereitung bessere Transferleistung.

Über alle Studien hinweg erzielten die Lernenden der Gruppen A, denen die Namen und Eigenschaften der Hauptkomponenten vorab erklärt wurden, bessere Lernergebnisse (Effektgröße = 0,92).

In explorativen bzw. entdeckendlassenden Lernumgebungen lernt der Lernende an Hand von Erfahrungen und Beispielen, die er anschließend in neuen Situationen anwendet. Simulationen sind typisch für solche Lernumgebungen. Sie stellen ein Modell eines realen Systems dar, in dem der Lernende die Werte der Inputvariablen ändert und dabei die Werte der Outputvariablen beobachtet. Der Lernende erhält dabei Anleitungen, die sein Verhalten beeinflussen. Zahlreiche empirische Studien belegen, dass die Anleitung in Simulationen entscheidend für den Lernerfolg ist (de Jong, 2005).

De Jong und Njoo (1992) unterscheiden zwischen gerichteter und nicht gerichteter Unterstützung. Eine gerichtete Unterstützung (directive support) führt den Lernenden in eine bestimmte Richtung, beispielsweise, dass er bestimmte Aktionen ausführen solle. Eine nicht gerichtete Unterstützung (non-directive support) schlägt dem Lernenden verschiedene Möglichkeiten vor und er entscheidet selbst, welchen Weg er gehen möchte.

Reid, Zhang und Chen (2003) unterscheiden zwischen interpretativer, experimenteller und reflektiver Unterstützung:

• Die interpretative Unterstützung (interpretative support) unterstützt die Lernenden, Wissen zu strukturieren. Ein typisches Beispiel für diese Art von Support ist die Aktivierung von Vorwissen. Mit sogenannten modeling tools oder concept tools können die Lernenden das neu gelernte Wissen strukturieren und mit bereits vorhandenem Wissen kombinieren.
• Die experimentelle Unterstützung (experimental support) unterstützt die Lernenden, Experimente durchzuführen und zu interpretieren. Beispielsweise Hinweise wie „Verä n dern Sie nur eine Variable pro Schritt“ oder Fragestellungen und Übungen helfen den Lernenden ihr Lernziel zu erreichen und das Experiment erfolgreich abzuschließen.
• Die reflektive Unterstützung (reflective support) unterstützt die Lernenden den Lernprozess und das neu erworbene Wissen zu reflektieren. Explorative Lernumgebungen enthalten spezielle Werkzeuge, die es den Lernenden ermöglichen, den Entdeckungsprozess zu dokumentieren und zu reflektieren.

De Jong (2005) fasst aus mehreren Studien folgende Richtlinien für explorative Lernumgebungen zusammen:

• Lernende sollten direkten Zugang zu Fachinformationen (beispielsweise Erklärungen) haben. Diese Informationen sollten nicht vorab gelernt werden müssen, sondern „just in time“ verfügbar sein.
• Aufgaben, Fragen und Übungen unterstützen den Lernprozess in explorativen Lernumgebungen.
• Die Entwicklung und Steigerung der Schwierigkeitsstufe von Modellen oder Beispielen erzielt bessere Lernerfolge, aber nur, wenn die Modelle oder Beispiele hinreichend komplex sind.
• Die Anleitungen sollten auf das Lernverhalten der Lernenden und den Fähigkeiten der Lernenden explorativ zu lernen angepasst sein.
• Die Anleitungen sollten dem Vorwissen der Lernenden entsprechen.

Empirische Studien

Empirische Studien im Bereich explorative Lernumgebungen kommen alle zu dem gleichen Ergebnis: Die Lernenden müssen ausreichend unterstützt und angeleitet werden (Mayer, 2004; de Jong 2005).

De Jong und van Joolingen (1998) konnten mit ihrer Studie belegen, dass Lernende mit direktem Zugriff auf weitere Fachinformationen im jeweiligen Kontext bessere Lernergebnisse erzielten.

Clark und Jorde (2004) präsentierten in ihrer Studie Studierenden eine Simulation über Hitze und Temperatur. In der Simulation konnten die Studierenden die Veränderung der Geschwindigkeit des Wärmestroms und der Temperatur in Pfeilen oder Zahlen ausgedrückt beobachten. In einer Variante B der Simulation konnten die Studierenden durch Anklicken der einzelnen Objekte die Temperatur eines Objektes ansagen lassen. Die Probanden der Variante B erzielten ein besseres Verständnis für das thermische Gleichgewicht als die Probranden der Variante A, die sich nicht die Temperatur ansagen lassen konnten.

„It´s convential wisdom that the best way to build skills is practice – and lots of it!“ (Clark, Nguyen & Sweller, 2006, S. 189)

Praktische Übungen sind teuer und der Aufwand, Lernende während der Übungen zu betreuen, ist immens. Clark, Nguyen und Sweller (2006) empfehlen, praktische Übungen durch dynamische und interaktive Demonstrationen (worked-out examples, completion e xamples) zu ersetzen und damit das Lernen effektiver und effizienter zu gestalten.

Eine Demonstration (worked-out example) ist eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, die zeigt, wie eine Aufgabe erfüllt oder ein Problem gelöst wird. Sie bestehen aus einer Problemformulierung, den einzelnen Lösungsschritten und letztendlich der eigentlichen Lösung und sind besonders dann effizient, wenn sie in Serien angeboten werden (Renkl, 2005; Sweller & Cooper 1985).

Ein großer Vorteil von Demonstrationen ist, dass Lernende diese anderen Lerninhalten vorziehen (LeFevre & Dixon, 1986). Gerade Anfänger können sich beim Lernen mit Demonstrationen auf das Verstehen des Lerninhaltes konzentrieren. Da sie kein Vorwissen haben, können sie keine domain- oder fachspezifischen Problemlösungsprozeduren anwenden und sind noch nicht in der Lage, bedeutungsvolle Ketten und Strukturen aufzubauen. In Demonstrationen werden Prozeduren parallel zum Inhalt vermittelt (Renkl et al., 2003).

Renkl (2005) empfiehlt in Lernprogrammen nicht nur eine Demonstration zu integrieren, sondern eine ganze Serie an Demonstrationen. Beispielsweise beginnt eine Lektion mit einer komplett ausgearbeiteten Demonstration, die dem Lernenden eine mentale Repräsentation bereitstellt. In den anschließenden Demonstrationen muss der Lernende mehr und mehr selbst tun, um letztendlich zur Lösung zu gelangen. Am Ende der Lektion muss der Lernende ein Problem komplett selbst lösen.⁷⁴

Empirische Studien von Renkl belegen, dass Demonstrationen mit Lerneraktivitäten wie beispielsweise Selbsterklärungen besonders lerneffektiv sind. Dabei sollten die Lernenden mit Instruktionen unterstützt werden (vgl. 6.2.4 Selbsterklärungsprinzip, S. 162).

Die Effektivität der Demonstrationen lässt mit steigender Kompetenz und Expertise der Lernenden nach. Beispielsweise können Anfänger keine Programmierer werden, indem Sie nur Programmcode studieren (Renkl, 2005). Fortgeschrittene Lernende sollten Probleme selbst lösen (Kalyuga, Ayres, Chandler & Sweller, 2003).

Empirische Studien

Sweller und Cooper (1985) führten als erste empirische Tests durch, um zu zeigen, dass Demonstrationen durchaus praktische Erfahrungen ersetzen und dennoch den gleichen oder gar besseren Lernerfolg erzielen können. In ihrer Studie sollte Gruppe A acht Algebraaufgaben selbstständig lösen. Gruppe B bekam zunächst eine Lösung der Aufgabe vorgeführt und musste danach eine Aufgabe selbst lösen. Diese Kombination wurde viermal wiederholt, so dass auch die zweite Gruppe sich insgesamt mit acht Aufgaben beschäftigte, aber nur vier davon selbst löste. In einem anschließenden Transfertest sollten alle Probanden selbstständig sechs neue Algebraaufgaben lösen. Gruppe A brauchte sowohl für das Training als auch für den anschließenden Test deutlich länger und machte weitaus mehr Fehler als Gruppe B.

Paas et al. (2005) verglich in seiner Studie drei verschiedene Lektionen: (1) Arbeitsaufgaben, (2) Demonstrationen und zwei Anwendungsaufgaben und (3) vom Lernenden zu vervollständigende Demonstrationen und zwei Anwendungsaufgaben. Die Probanden der Gruppe (1) benötigten am längsten, lernten jedoch am wenigsten. Die Probanden der Gruppen (2) und (3) unterschieden sich kaum.

Die empirischen Studien zeigen, dass es sinnvoll ist, Übungen und Problemlösungen mit Demonstrationen zu ergänzen, zum Teil auch durch Demonstrationen zu ersetzen.

Eine Selbsterklärung ist ein gedanklicher Dialog eines Lernenden. Gerade beim Lernen an Hand herausgearbeiteter Beispiele helfen Selbsterklärungen das Beispiel selbst zu verstehen und eine mentale Repräsentation davon zu bilden (Clark, Nguyen & Sweller, 2006).

Selbsterklärungen ermöglichen ein tieferes Verständnis für komplexe Lerninhalte und gehören zu den konstruktiven Lerneraktivitäten. Sie geben den Lernenden die Möglichkeit, dass typische passive Lernverhalten beim computerbasierten Lernen in ein aktives Lernverhalten zu verwandeln (Renkl, 2005). Die Lernenden werden aufgefordert, selbst aktiv zu werden und modellieren eigene Informationsstrukturen. Dabei interagiert der Lernende zwischen seiner eigenen Wissensstruktur und der des Lernsystems. Solche Lernprogramme weisen einen hohen Grad an intellektueller Interaktivität mit Hilfe von ‚kognitiven Medien‘ (cognit i ve tools). In kognitiven Landkarten beispielsweise kann der Lernende seine eigenen Gedanken projizieren, neue Perspektiven, Beziehungen und Relationen austesten und damit experimentieren (Issing, 1998). Eine produktive Selbsterklärung führt zu einem Lernverständnis, das einerseits eine Bildung einer kompletten und fehlerfreien mentalen Repräsentation ermöglicht oder andererseits Missverständnisse identifiziert und korrigiert (Clark, Nguyen & Sweller, 2006).

Wissenschaftler analysierten die Selbsterklärungen von Studierenden, indem sie sie aufforderten, das Gedachte laut auszusprechen. Dabei identifizierten sie drei Typen von produktiven Selbsterklärungen (Clark, Nguyen & Sweller, 2006, S. 228):

• Überprüfen und K orrigieren
  Die Lernenden finden heraus, was sie in dem gezeigten Beispiel nicht verstehen und versuchen Unstimmigkeiten zu lösen.
• Ausprobieren und P rüfen
  Der Lernende liest das Arbeitsbeispiel, welches die Lösungsschritte beinhaltet und versucht es durchzuarbeiten. Danach vergleicht der Lernende die eigenen Schritte mit denen im Beispiel gezeigten.
• Schlussfolgern
  Den Beispielen liegen Prinzipien zu Grunde oder sie bauen auf Vorwissen auf. Die Lernenden bauen neue Verknüpfungen auf, entweder zwischen einzelnen Aussagen innerhalb des Beispiels oder zwischen Aussagen im Beispiel und bereits vorhandenem Wissen.

Chi et al. (1989) und Renkl (1997) formulieren folgende unterschiedliche Selbsterklärungsaktivitäten (Renkl, 2005, S. 233)

• Prinzipien erkennen (principle-based explanations)
  Der Lernende bekommt die Aufgabe, im Problemlöseprozess den einzelnen Operatoren eine Bedeutung zuzuweisen, indem er die zu Grunde liegenden Domainprinzipien identifiziert. Diese Art der Selbsterklärung fördert das Verstehen von grundlegenden Lösungsprozeduren.
• Teilziele identifizieren (explication of goal-operator combinations)
  Der Lernende erkennt die Bedeutung der Operatoren, indem er die Teilziele, die durch die Operatoren erreicht werden, identifiziert. Dabei lernt er die Zielstruktur eines bestimmten Problemtyps durch Teilziele zu repräsentieren.
• Beispiele miteinander vergleichen (example comparisons)
  Der Lernende vergleicht zwei verschiedene Beispiele miteinander und identifiziert Unterschiede und Ähnlichkeiten. Wenn zwei komplett verschiedene Beispiele einer Wissensdomain miteinander verglichen werden müssen, lernt der Lernende nicht nur die verschiedenen Problemtypen kennen, sondern auch zusätzlich die verschieden angewandte Problemlöseprozedur.
• Annahmen begründen (anticipative reasoning)
  Der Lernende versucht den nächsten Problemlöseschritt zu identifizieren und vergleicht seine Annahme mit der vorgegebenen Lösung. Dabei lernt er, erste mentale Repräsentationen für das Problemlösen zu konstruieren und seine Annahmen zu überprüfen, die ggf. korrigiert werden müssen.

Nach Renkl (2006) sollten Selbsterklärungen mit instruierenden Erklärungen kombiniert werden. Wenn der Lernende beispielsweise nicht den nächsten Problemlöseschritt selbst identifizieren kann oder seine Annahmen inkorrekt sind, kann er mit Instruktionen unterstützt werden und so sein Lernziel erreichen. Diese Instruktionen sollten auf den jeweiligen Lernprozess zeitlich abgestimmt sein und den Lernenden bei der Wissenskonstruktion unterstützen (provision on learner demand). Diese Instruktionen sollten kurz und knapp formuliert werden. Oft werden Hilfen in computerbasierten Lernprogrammen von den Lernenden genutzt, da sie zu lang, umfangreich und redundant sind. Der Lernende sollte genau dann die Instruktion erhalten, wenn er sie benötigt oder in Folge seiner beispielsweise fehlerhaften Angaben (minimalism).

Empirische Studien

Chi et al. (1989) konnten mit Ihren Studien belegen, dass Lernende, die mehr Selbsterklärungen produzierten, auch mehr und besser lernten. Sie ließen die Lernenden Physikbeispiele studieren und fanden dabei heraus, dass die besseren Lernenden durchschnittlich 15,5 Selbsterklärungen pro Beispiel generierten und die schlechteren lediglich 2,75.

Renkl et al. (1998) fanden in ihren Studien heraus, dass Lernende produktive Selbsterklärungen erlernen können. Bankauszubildende erhielten ausgearbeitete Arbeitsbeispiele zur Berechnung von Verzinsung. Eine Gruppe B erhielt zusätzlich vorab ein Training, wie sie effektive Selbsterklärungen generieren können. Beide Gruppen sollten ihre Gedanken laut aussprechen, während sie die Arbeitsbeispiele studierten. Die Selbsterklärungen der
Gruppe B waren zahlreicher und qualitativ hochwertiger als die der Gruppe A, die nicht am Training für effektive Selbsterklärungen teilnahm. Ebenso schlossen die Lernenden der vorab trainierten Gruppe B im Transfertest besser ab und erzielten somit bessere Lernergebnisse.

Beim kooperativen Lernen stehen gemeinsame Aktivitäten im Vordergrund. Jedes einzelne Gruppenmitglied hat einerseits eine individuelle Aufgabe, die in seiner Verantwortlichkeit liegt, ansonsten ergeben sich negative Konsequenzen. Ziel ist es, ein höheres Maß an Eigenbeteiligung jedes einzelnen Lernenden zu erreichen. Andererseits erarbeitet die Gruppe auch gemeinsame Aufgabenbereiche. Das gemeinsame Erarbeiten ist besonders erfolgreich, wenn die Gruppenmitglieder sich gegenseitig anleiten und ermutigen. Im regen Austausch lernen die einzelnen Gruppenmitglieder sich selbst und eigene Lernmethoden zu verstehen (met a kognitives Wissen, vgl. S. 27) und entwickeln effektivere Lerntechniken und Lernstrategien (Konrad & Traub, 2001). Die Gruppenmitglieder lernen das jedoch nicht von selbst und besitzen nicht von vornherein die Fähigkeit, kooperativ zu lernen. Voraussetzung für das Erlernen dieser Fähigkeit ist zunächst eine strukturierte Lernsituation und Interaktionsform. Weiterhin müssen die Gruppenmitglieder generell eine Bereitschaft zur Gruppenarbeit aufweisen (Hesse, Garsoffky & Hron, 1997). Jedes Gruppenmitglied entwickelt im Lernprozess die Fähigkeit zur sozialen Kooperation, d. h. der Lernende entwickelt die Kommunikationsfähigkeit, reagiert sensibel, lernt zu koordinieren und selbstständig zu denken und zu arbeiten.

Methoden und Modelle für kooperatives Lernen wurden schon vor 40 Jahren für den Präsenzunterricht entwickelt und es wurde der Nachweis geführt, dass diese Methoden den Lernprozess fördern und verbessern (Slavin, 1995; Clark & Mayer, 2003). Diese Methoden bilden die Grundlage, um kooperatives Lernen in computerunterstütztes Lernen zu integrieren (Clark & Mayer, 2003). Die verschiedenen Methoden sind nach Clark und Mayer (2003) die Jigsaw-Methode, Structured Controversy, Problem-Based Learning und Peer Tutoring.

• Jigsaw-Methode (Gruppenpuzzle): Eine Lerngruppe wird in einzelne Gruppen (home teams) mit je vier bis fünf Mitgliedern geteilt. Jedes Gruppenmitglied erhält ein Segment des zu erarbeitenden Themas, das er seiner Gruppe vermitteln muss. Dazu splitten sich die Gruppen auf, treffen sich in Expertenteams (specialty subteams) und erarbeiten die Inhalte sowie eine Strategie, wie die anderen Jigsaw-Gruppenmitglieder unterwiesen werden sollen (Clark & Mayer, 2003).
• Structured Controversy: Die Lerngruppe wird vom Lehrenden in Vierergruppen geteilt. Jede Gruppe erhält ein Diskussionsthema, wobei zwei Mitglieder die Pro-Position und zwei Mitglieder die Contra-Position übernehmen. Nachdem die Pro- und die Contragruppe ihre Argumente separat besprochen haben, präsentiert die Progruppe ihre Argumente der Contragruppe. Die Contragruppe wiederholt die Proargumente, um zu zeigen, wie sie die Proargumente verstanden hat. Danach werden die Rollen getauscht.
  Die Vierergruppe präsentiert dadurch eine durchdachte und logisch aufgebaute Stellungnahme für die anderen Vierergruppen (Clark & Mayer, 2003).
• Problem-Based Learning: Eine Gruppe von acht bis zehn Lernenden trifft sich ohne großartige Vorbereitung mit einem Tutor, um ein z. B. einen Krankheitsfall zu analysieren und zu diskutieren. Einen hohen Lernerfolg erzielen die Lernenden nach der „Seven-Jump-Methode“ (Clark & Mayer, 2003): Nachdem die Lernenden das Problem gelesen oder gehört haben, …

1. … klären sie unbekannte Begriffe und Sachverhalte.

2. … definieren sie das Problem.

3. … analysieren sie das Problem mit Hilfe von Brainstorming verschiedener plausibler Erklärungen.

4. … entwickeln sie eine kritische Abhandlung der verschiedenen plausiblen Erklärungen und versuchen eine kohärente Beschreibung des Problems aufzuzeigen.

5. … definieren sie Lernziele.

6. … befassen sie sich selbst gesteuert mit eventuell vorhandenen Lücken (festgestellt durch die definierten Lernziele).

7. … treffen sie sich mit den anderen Gruppen, tauschen Lernergebnisse aus und entwickeln eine Endversion des Problems.

• Peer Tutoring, Scripted Cooperation: Zwei Lernende erhalten eine Aufgabe, beispielsweise in Textform. Beide lesen zunächst den ersten Teil des Textes. Ein Lernender fasst den Text zusammen und arbeitet die Hauptpunkte heraus, während der andere ihm zuhört und eventuell korrigiert oder ergänzt. Dann lesen beide den zweiten Teil des Textes und tauschen die Rollen (Clark & Mayer, 2003).

Clark und Mayer (2003) fassen drei Richtlinien zusammen, wie kollaborative Aktivitäten zwischen Lernenden in Lernumgebungen gefördert werden können:

• Anweisungen und Aufgaben integrieren, die das Zusammenarbeiten der Lernenden erfordern.
• Die Lernenden so in Gruppen einteilen, dass die Interaktion optimiert ist (Paare oder kleine Gruppen; gemischte Gruppen; Studierende mit unterschiedlichem Hintergrundwissen in eine Gruppe; Gruppen nicht selbst finden lassen, sondern einteilen).
• Die Gruppenaufgaben so strukturieren, dass sie zum Produkt (z. B. Projekt) oder Prozess (z. B. Diskussion zu einem bestimmten Thema) passen.

Empirische Studien

Jonassen und Kwon (2001) untersuchten in einem Weiterbildungsprogramm für Ingenieure im Bereich Organisationsführungskräfte (Leadership in Organization) Online-Diskussionen im Vergleich zu face-to-face Diskussionen. Es waren quantitativ weniger Beiträge in der Online-Diskussion, jedoch waren diese mehr aufgabenorientiert. Die Lernenden hatten für ihre Entscheidungen mehr Zeit zum Reflektieren ihrer Ideen und Perspektiven. Die Lernenden, die ihre Probleme mit Hilfe des Computers gelöst hatten, waren mit dem Lernprozess mehr zufrieden und waren davon überzeugt, dass die Qualität des Problem-Lösen-Prozesses wesentlich höher sei (Jonassen & Kwon, 2001).

Instruktionsmethoden und Prinzipien, die das effiziente Lernen von Anfängern unterstützen, ersetzen fehlende Repräsentationen im Langzeitgedächtnis. Sobald der Anfänger Erfahrungen sammelt und sich Wissen aneignet, sinkt die intrinsische Belastung und im Arbeitsgedächtnis werden Kapazitäten frei. Viele Prinzipien, die für Anfänger sehr effektiv sind und zu besseren Lernergebnissen führen, haben entweder keinen oder gar einen negativen Effekt auf das Lernen Fortgeschrittener (Kalyuga, 2005). Diese Auswirkung wird als expert i se reversal effect bezeichnet (Kalyuga, Ayres, Chandler & Sweller, 2003). Aus diesem Grund muss bei der Gestaltung von Lernmaterialien das Vorwissen der Lernenden unbedingt bekannt sein.

Clark, Nguyen und Sweller (2006) fassen fünf Richtlinien für das Lernen mit unterschiedlichem Vorwissen zusammen:

1. Hoch kohärente Texte für Anfänger, aber nicht für Fortgeschrittene anbieten
2. Unterbrechungen beim Lesen für Anfänger vermeiden, aber für Fortgeschrittene integrieren
3. Redundante Inhalte bei Fortgeschrittenen eliminieren
4. Bei wachsender Fachkenntnis Demonstrationen in problem-basierte Aufgaben umwandeln (vgl. 6.2.3 Demonstrationsprinzip).
5. Direkte Anweisungen für Anfänger schreiben (vgl. directive und non-directive support auf S. 159).

Empirische Studien

McNamara, Kintsch, Songer und Kintsch (1996) verglichen die Lernergebnisse von Lernenden mit hohen und niedrigen Fachkenntnissen, nachdem Gruppe A einen hoch kohärenten Text über Herzkrankheiten studiert hatte und Gruppe B einen niedrig kohärenten. Die hoch kohärente Version beinhaltete zusätzliche Zwischenüberschriften (Wirkung von Überschriften in Lernmaterialien siehe 6.1.10 Navigations- und Orientierungsprinzip , S. 152). Pronomen wie beispielsweise „es“ wurden durch die entsprechende Referenz, hier „Herz“ ersetzt. Zusätzliche Sätze erklärten unbekannte Konzepte, beispielsweise „For example hearts have flaps, called valves, that control the blood flow between its chambers“ oder verwiesen auf folgende Inhalte „[…] which are aquired later“. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Probanden mit bereits vorhandenen Fachkenntnissen bessere Lernergebnisse in Problemlöseaufgaben erzielten, wenn sie den niedrig kohärenten Text lasen. Probanden ohne Fachkenntnisse schnitten besser ab, wenn sie den hoch kohärenten Text lasen. Fortgeschrittene Lernende haben bereits ein passendes Schema für die Herzfunktion. Somit waren die zusätzlichen Informationen für diese Lernenden redundant und diese zusätzliche extrinsische kognitive Belastung hatte einen negativen Effekt auf den Lernerfolg. Im Gegensatz dazu fehlte den Anfängern ein passendes Schema beim Lesen des niedrig kohärenten Textes und deshalb schnitten die Lernenden im anschließenden Test schlechter ab.

Van den Broek et al. (2001) verglichen die Wiedergabe von Fakten bei Lesern unterschiedlicher Altersstufen (4. Klasse, 10. Klasse und Studierende). Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass die Schüler der 4. und 10. Klasse Fragen ausschließlich nach dem Lesen eines Textes beantworten sollten. Studierende hingegen erzielten bessere Lernergebnisse, wenn sie während des Lesens Fragen beantworteten.

Ein zentrales Forschungsergebnis in Bezug auf kognitives Alter ist, dass die Effizienz des Arbeitsgedächtnisses nachlässt. Die Kapazität des Arbeitsgedächtnisses wird kleiner (red u ced working memory capacity) und die Geschwindigkeit des Verarbeitungsprozesses nimmt ab (reduced processing speed view). Es wird schwieriger, Informationen zu selektieren und neue Informationen im Arbeitsgedächtnis zu integrieren und zu koordinieren (reduced integrat i on or coordination, Paas, Gerven & Tabbers, 2005). Die gesamte kognitive Kapazität älterer Menschen ist kleiner, aber der potentielle Ertrag verbesserter Instruktionen proportional größer (Van Gerven et al., 2000).⁷⁵ Werden multimediale Lerneinheiten auf Basis der Cognitive Load Theory produziert, können die Nachteile älterer Menschen dadurch kompensiert werden. Tabelle 6-4 fasst die möglichen Strategien in Bezug auf die kognitiven Nachteile zusammen.

Mediale Lerneinheiten, die über Sachverhalte informieren, können mit dem Vermitteln von deklarativem Wissen⁷⁶ verglichen werden. Clark und Mayer (2003) bezeichnen diese Lernangebote als „inform programs“. Mediale Lerneinheiten, die dem Lernenden eine aktive Rolle zuweisen, bezeichnen sie als „perform programs“ und teilen diese in

• perform procedure – near transfer: Es werden Tätigkeiten oder Abläufe vorgeführt, die eins-zu-eins in die Praxis übertragen werden.
• perform principle – far transfer: Es werden Prinzipien vorgestellt, die nicht eine korrekte Vorgehensweise oder ein korrektes Ergebnis beschreiben. Sie müssen vom Lernenden variiert angewandt werden.

Tabelle 6-5 definiert die möglichen Lernziele der medialen Wissensvermittlung und ordnet die Art der Wissensvermittlung und das anzuwendende Lehrverfahren⁷⁷ zu.

Die Lehrformate „Die digitale Darbietung“ und „Die flüchtige Darbietung“ kommunizieren in erster Linie Informationen. Das Lehrformat „Die digitale Erarbeitung“ trainiert Abläufe, das Lehrformat „Die digitale Entdeckung“ Prinzipien.

Die unter 6.1 Gestaltungsprinzipien dargestellten Prinzipien gelten nicht nur für die Distribution von Informationen, sondern auch um Fähigkeiten zu trainieren und zu verbessern (vgl. Clark und Mayer, 2003, S. 17f.). Somit sollten in allen vier Lehrformaten die Gestaltungsrichtlinien berücksichtigt werden, wobei sie in den darbietenden Formaten eine größere und wichtigere Rolle spielen, um die extrinsische Belastung möglichst gering zu halten. Manche Prinzipien erzielen einen größeren Effekt auf den Lernerfolg als andere. Besonders effektiv sind das Multimediaprinzip und das Modalitätsprinzip. Die Kombination von relevanten Bild- und Textinhalten und das Eliminieren von unnötigen Inhalten, seien es Bilder, Musik oder Texte, erzielen einen höheren Lernerfolg.

Fußnoten und Endnoten

⁴⁶  Dieser Ansatz ist mit Pavio´s Unterteilung in verbale und nonverbale Systeme vergleichbar (vgl. Pavio, 1986).

⁴⁷  Dieser Ansatz ist mit Baddeley´s Unterteilung in visuo-spatial sketchpad und phonological (or articulatory) loop vergleichbar (vgl. Baddeley, 1986, 1999).

⁴⁸  „Intrinsic cognitive load is the cognitive load due to the natural complexity for the information that must be processed. It determined by levels of element interactivity.” (Sweller, 2005a, S. 27)

⁴⁹  Mayer selbst bezeichnet die intrinsische Belastung auch als essential cognitive processing: „Essential overload occurs when the amount of essential cognitive processing (similar to intrinsic cognitive load) required to understand the multimedia instructional message exceeds the learner´s cognitive capacity.“ (Mayer, 2000b, S. 169).

⁵⁰  „Extraneous cognitive load is caused by inappropriate instructional designs that ignore working memory limits and fail to focus working memory resources on schema construction and automation.“ (Sweller, 2005a, S. 26)

⁵¹  „[…], germane cognitive load is ’effective’ cognitive load. It is the cognitive load caused by effortful learning resulting in schema construction and automation.“ (Sweller, 2005a, S. 26)

⁵²  Das SOI-Modell (Selection – Organisation – Integration) ist ein Modell der kognitiven Theorie des multimedialen Lernens (vgl. Niegemann et al., 2004, S. 191 f.).

⁵³  Auflistung aller Prinzipien und Richtlinien im Anhang C: Die Prinzipien und Richtlinien im Überblick.

⁵⁴  „Die Schriftlage […] gibt die Neigung der Schrift an. Die meisten Schriftfamilien bieten hier normale (aufrechte) und kursive Schnitte.“ (Gulbins, 2000, S. 14.)

⁵⁵  „Unter einem Schriftschnitt versteht man eine Variante einer Schrift, also beispielsweise Times New Roman Book. Dieser Begriff ist in der Regel mit den englischen Ausdruck font identisch.“ (Gulbins, 2000, S. 14.)

⁵⁶  Eine Effektgröße bezeichnet die standardisierte Form eines Mittelwertunterschieds. Eine Effektgröße von e = 0,2 wird als schwach bezeichnet, e = 0,5 als mittel und bereits e = 0,8 als starker Effekt bezeichnet (vgl. Pospeschill, 2006, S. 160).

⁵⁷  Beispiel: Wenn der Sprecher sagt: „the inlet valve opens“ zeigte die Animation den entsprechenden Vorgang.

⁵⁸  „Edutainment: Kurzwort aus englisch Education (Bildung) und Entertainment (Unterhaltung): die Vermittlung von Wissen auf unterhaltsame und spielerische Weise, z. B. durch Computerlernprogramme“, Quelle: Der Brockhaus: in 15 Bänden. Permanent aktualisierte Online-Auflage. Leipzig, Mannheim: F.A. Brockhaus 2002-2007.

⁵⁹  Diese Aussage widerspricht nicht dem Prinzip 6.1.1 Multimediaprinzip. Im Multimediaprinzip geht es darum, lernwirksame Bilder hinzuzufügen. Im 6.1.3 Kohärenzprinzip geht es darum, irrelevante Bilder zu vermeiden.

⁶⁰  Beispielsweise „Golfers are vulnerable targets because they hold metal clubs, which are excellent conductors of electrical charge.“ (Clark & Mayer, 2003, S. 126)

⁶¹  cognitive overload, im Speziellen essential overload; siehe Limitierte Aufnahmekapazität – Limited Capacity, S. 133

⁶²  Beispielsweise Lernmodule in einer Fremdsprache, die vom Lernenden noch nicht ausreichend genug gesprochen bzw. verstanden wird oder Lernmodule mit unbekannten Begriffen etc.

⁶³  „Avatar [von sanskrit avatara »Herabkunft«], in virtuellen Welten die Darstellung des Benutzers als animierte Person (VRML). In Gestalt des Avatars kann der Benutzer an Spielen teilnehmen, in deren Verlauf der Avatar sich verändern und weiterentwickeln kann. Geprägt wurde der Begriff von dem Autor Neal Stephenson, der in seinem Roman »Snow Crash« eine virtuelle Welt beschreibt, in die man als »Avatar« einsteigen kann. Ursprünglich leitet sich der Begriff von »Avatara« ab, was in indischen Religionen eine Bezeichnung für die Verkörperung eines Gottes auf Erden, besonders die Verkörperung des Vishnu, ist.“ (Quelle: Der Brockhaus Computer und Informationstechnologie. Mannheim: F.A. Brockhaus 2005)

⁶⁴  „anthropomorph <Adj.> von menschlicher Gestalt, menschenähnlich; vermenschlicht [zu grch. anthropos „Mensch“ + morphe „Form Gestalt“]“ (Quelle: Wahrig, Deutsches Wörterbuch)

⁶⁵  „Herman-the-Bug“ ist eine kleine freundliche Kartoonfigur, die mit einer menschlichen Stimme Probleme aufwirft, Feedback anbietet und den Lernenden durch die Lernumgebung führt. Dieser pädagogische Agent wurde an der North Carolina State University entwickelt. Siehe <http://www.ncsu.edu/meridian/jun98/feat2-1/feat2-1.html>, letzter Zugriff am 27.05.2007

⁶⁶  „nicht lineare Strukturierungs- und Präsentationsform von Textinformationen, die sich dem Nutzer mittels gezielter Verweise (Hyperlinks) auf andere Dokumente erschließen. Sind auch multimediale Daten (z. B. Ton, Bild) eingebunden, spricht man von Hypermedia.“ (Quelle: Der Brockhaus in einem Band. 9., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage. Mannheim: Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus 2002)

⁶⁷  lokale Orientierungshilfen, engl. local cues

⁶⁸  globale Orientierungshilfen, engl. global content representations

⁶⁹  Die Übersicht orientiert sich an Berk & Devlin (1991), Kuhlen (1991) und Hofmann & Simon (1995).

⁷⁰  „Bezeichnung für eine Verknüpfung zu einem anderen Dokument; z. B. der Verweis von einer Datei auf eine andere oder die Verknüpfung der Inhalte verschiedener Internet-Seiten (Hyperlink).“ (Quelle: Brockhaus Naturwissenschaft und Technik. Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, Mannheim und Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg, 2003)

⁷¹  „auf einem Bildschirm angezeigte Auswahlliste von Programmfunktionen; man unterscheidet Pull-down-M.: Unter-M., das durch Auswählen eines Begriffs in der M.-Zeile eines Fensters (nach unten) aufgeblättert wird, wonach durch Anklicken mit der Maus eine Aktion ausgeführt wird oder ein weiteres Unter-M. erscheint. Pop-up-M.: ein M., das durch Anklicken einer Fläche, die keine M.-Leisten enthält, z. B. auf dem Bildschirm, erscheint.“ (Quelle: Der Brockhaus in einem Band. 9., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage. Mannheim: Bibliographisches Institut & F.A. Brockhaus 2002.)

⁷²  „Sitemap [dt. »Ortsplan«], die übersichtliche Darstellung der Inhalte einer Website (Site), meist als Liste, oft auch als Grafik (z. B. als Themenbaum) oder Diagramm.“ (Quelle: Der Brockhaus Computer und Informationstechnologie. Mannheim: F.A. Brockhaus 2005)

⁷³  „Guildeline 14: Teach Supporting Knowledge Separate from Teaching Procedure Steps.“ (Clark, Nguyen und Sweller, 2006, S. 168)

⁷⁴  In der englischen Sprache wird hier von faded examples, completion examples oder backwards fading gesprochen.

⁷⁵  „Van Gerven et al. state that because the „total cognitive capacity“ of elderly learners is smaller than of young learners, the potential gain from enhanced instruction is proportionally greater.“ (Paas, Gerven & Tabbers, 2005, S. 344)

⁷⁶  Mehr über deklaratives Wissen unter 1.2.1 Wissen über Sachverhalte, S. 22.

⁷⁷  Mehr über die einzelnen Lehrverfahren unter 2.2.1 Lehr- und Lernverfahren, S. 41. Ein Vergleich der Lehrverfahren in Tabelle 2-1, S. 46.