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Lerntheoretische Grundlagen multimedialer Lernszenarien

Dieser Beitrag stellt zwei wesentliche lehr-lerntheoretische Theorien der Kognitionspsychologie dar, die maßgeblich für die lernförderliche Gestaltung von Online-Lernangeboten sind. Aus diesen Theorien lassen sich konkrete Gestaltungsprinzipien ableiten, die ebenfalls kurz vorgestellt werden.

Überblick

  Einführung
Multimediale Lernumgebungen

  Cognitive Load Theory
Belastung bei der Informationsverarbeitung

  Didaktische Gestaltungsmöglichkeiten
Lernförderliche Effekte

  Cognitive Theory of Multimedia Learning
Informationsverarbeitung im Gedächtnis

  Didaktische Gestaltungsprinzipien
Tipps zur lernförderlichen Gestaltung

  Fazit

Einführung

Der Einsatz digitaler Tools und Plattformen im schulischen Kontext hat verschiedene Funktionen: Sie erleichtern Lehrkräften die Unterrichtsvorbereitung, ihr Einsatz motiviert Schülerinnen und Schüler oder sie erlauben beispielsweise zeit- und ortsunabhängiges Lernen und Arbeiten. Der größte Vorteil, den die Umsetzung von Unterrichtseinheiten mit digitalen Werkzeugen oder Lernplattformen bietet, ist die Möglichkeit, Lerninhalte mit Hilfe verschiedenster Medien, wie Texten, Bildern oder Grafiken, aber auch Animationen, Audiodateien und Videos bzw. Filme zu präsentieren.

Lerninhalte werden meist nicht nur über ein Medium allein vermittelt, sondern multimedial – also mit einer Kombination unterschiedlicher Medien, wie z. B. Text und Bild oder Text und Grafik. Wie multimediale Inhalte für die Schülerinnen und Schüler gestaltet sein müssen, damit sie die kognitiven Prozesse des Lernens und Behaltens fördern, lässt sich aus Gestaltungsprinzipien ableiten. Den lehr-lerntheoretischen Hintergrund für diese Prinzipien bilden die Cognitive Load Theory (Theorie der kognitiven Belastung) und die Cognitive Theory of Multimedia Learning (Kognitive Theorie multimedialen Lernens).

© istock.com/elenabs

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Cognitive Load Theory

Die Cognitive Load Theory (CLT) oder die Theorie der kognitiven Belastung wurde erstmals 1988 von John Sweller entwickelt, um zu beschreiben, wie Lernprozesse optimal an das menschliche Gedächtnissystem und Informationsverarbeitungsprozesse angepasst werden können. Die Grundannahmen der CLT sind:

  • Lernen ist mit kognitiver Anstrengung verbunden.
  • Wissen zu erwerben bedeutet Schemata zu konstruieren, zu erweitern oder umzustrukturieren.
  • Es werden Kapazitäten im Arbeitsgedächtnis benötigt.

Sweller unterscheidet in drei verschiedene Arten der kognitiven Belastung (Cognitive Load) im Arbeitsgedächtnis:

  1. Intrinsic Cognitive Load (intrinsische kognitive Belastung)
  2. Extraneous Cognitive Load (lernirrelevante kognitive Belastung)
  3. Germane Cognitive Load (lernbezogene oder lernrelevante kognitive Belastung)

Die intrinsische kognitive Belastung bezieht sich auf das Lernmaterial selbst und ist durch die Interaktivität der einzelnen Lernelemente zueinander gekennzeichnet. Elemente sind alle Komponenten, die bereits gelernt wurden oder noch zu erlernen sind. Den Schwierigkeitsgrad bestimmt demnach die Element-Interaktivität: Wenn Lernmaterial inhaltlich sehr komplex ist, so weist es eine hohe Element-Interaktivität auf, z. B. beim Erlernen neuer Grammatik. Es müssen die einzelnen Elemente gleichzeitig im Arbeitsgedächtnis aktiv gehalten werden, da sie in einer Beziehung zueinander stehen und nur gemeinsam verstanden werden können.

Bei niedriger Element-Interaktivität müssen die Elemente nicht gleichzeitig im Arbeitsgedächtnis gehalten werden, da sie nacheinander verarbeitet werden können (z. B. Vokabellernen). Weiterhin ist die intrinsische kognitive Belastung abhängig vom Schwierigkeitsgrad, der Komplexität und vom Umfang des Lernmaterials. Außerdem spielen das Vorwissen und die ausgebildeten Schemata eine große Rolle. Je höher das Vorwissen, desto geringer ist die kognitive Belastung.

Die extrinsische oder lernirrelevante kognitive Belastung ist von der Gestaltung des Lernmaterials abhängig. Je nach Darbietungsart kann ein Lernstoff leicht oder schwer verständlich sein. Wenn viele irrelevante, wenig zielführende kognitive Informationen im Lernmaterial enthalten sind, ist sie hoch, da der Lernende alle für ihn relevante Informationen herausfiltern muss.

Nach der Cognitive Load Theory ist bei der Gestaltung der Lernmaterialien das zentrale Ziel, die extrinsische kognitive Belastung zu reduzieren. Die lernbezogene oder lernrelevante kognitive Belastung bezeichnet die Anstrengung bzw. den Aufwand des Lernenden, um das Lernmaterial zu verstehen und wird zur Konstruktion und Automatisierung von Schemata im Langzeitgedächtnis benötigt.

Je größer die lernrelevante kognitive Belastung ist, desto besser fällt die Verständnisleistung aus. Neben dem Ziel, die lernirrelevante kognitive Belastung so weit wie möglich zu reduzieren, wird durch Gestaltungsmaßnahmen versucht, die lernbezogene kognitive Belastung zu erhöhen.

© istock.com/vectorikart

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Weiterführende Informationen

Eine umfassende Darstellung der Cognitive Load Theory kann auf folgender Seite nachgelesen werden:

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Funktionsweise des Arbeitsgedächtnis

Nach Baddeley (2000) besteht das Arbeitsgedächtnis aus drei Einheiten:

  1. Aus dem räumlich-visuelle Notizblock, der über gespeicherte Informationen wacht und visuelle und räumliche Informationen zum Abruf bereithält.
  2. Aus der phonologische Schleife, die sprachbasierte Informationen speichert und manipuliert.
  3. Aus der zentralen Exekutive, die die Aufmerksamkeit kontrolliert und die Informationen aus der phonologischen Schleife und dem räumlich-visuellen Notizblock koordiniert.

Das Arbeitsgedächtnis bezeichnet Gedächtnisprozesse, die eben gemachte Erfahrungen aufrechterhalten und Informationen aus dem Langzeitgedächtnis abrufen. Die Deutung des Kurzzeitgedächtnisses als Arbeitsgedächtnis soll die Auffassung verstärken, dass das Kurzzeitgedächtnis kein Ort, sondern ein Prozess ist. Zentrale Merkmale des Arbeitsgedächtnisses sind Folgende:

  • Es speichert Informationen, wenn sie nicht wiederholt werden, nur für relativ kurze Dauer.
  • Die im Arbeitsgedächtnis befindlichen Informationen sind den Menschen bewusst (Sweller, 2002).
  • Es besitzt beschränkte Kapazität.
  • Es gibt zwei Wege, durch die Informationen ins AG gelangen können: Aus dem Langzeitgedächtnis, sofern es sich um zuvor erlerntes Material handelt, oder es sind neue Informationen aus dem sensorischen Speicher
  • Es gibt zwei zentrale Beschränkungen, wenn neue Informationen aus dem sensorischen Speicher verarbeitet werden sollen (z.B. Sweller, 2009):
  1. Begrenzung der Verarbeitungsmenge: Nach Miller (1956) können gleichzeitig 7 +-2 Einheiten im Arbeitsgedächtnis verarbeitet werden.
  2. Zeitliche Begrenzung: Man vermutet aufgrund empirischer Untersuchungen (z.B. Peterson und Peterson, 1959) den Verlust sämtlicher Inhalte des Arbeitsspeichers innerhalb von 20 bis 30 Sekunden, wenn die Informationen nicht wiederholt werden.

Wenn zu viele neue Elemente in einer Lerneinheit angeboten werden, wird das AG überlastet. Dann ist eine Zerlegung in kleinere Wissenseinheiten sinnvoll. Diese gelangen nach und nach in das Langzeitgedächtnis, bevor wieder neue Informationen präsentiert werden.

Didaktische Gestaltungsmöglichkeiten

Um die lernirrelevante kognitive Belastung möglichst gering und die lernbezogene kognitive Belastung hoch zu halten, gilt „weniger ist mehr“.

Worked Example Effect

Ausgearbeitete Lösungsbeispiele, sog. Worked Examples, die von den Lernenden durchgearbeitet werden, um das Verstehen einer Frage- bzw. Problemstellung zu unterstützen, ist effektiver als die selbstständige Suche nach der Problemlösung. Worked Examples bestehen aus einer Formulierung der Problemstellung, Lösungsschritten sowie der finalen Antwort. Anschließend wird eine Aufgabe gestellt, die mithilfe des Lösungsbeispiels gelöst werden kann.

Split Attention Effect

Bei der visuellen Gestaltung und Anordnung von Materialien sollte darauf geachtet werden, dass für das Verständnis notwendige Wissensinhalte räumlich und zeitlich nah beieinander platziert sind. So sollte beispielsweise bei der Präsentation einer Grafik der erläuternde Text in die Darstellung integriert werden.

Modality Effect

Zeitgleiche, rein visuell präsentierte Wissensinhalte, z. B. geschriebener Text und Bild oder Animation können zur kognitiven Überlastung des visuellen Kanals führen. Um den Modalitätseffekt zu vermeiden, sollten gesprochene anstatt geschriebener Texte angeboten werden. So werden der visuelle Verarbeitungskanal entlastet und beide Kanäle zur effektiven Informationsaufnahme genutzt.

Segmentierung

Eine Lernsequenz wird in kleine Abschnitte, sog. Segmente, zerlegt, die von Lernenden kontrolliert abgerufen werden können. Auf diese Weise kann eine mentale Repräsentation einzelner Abschnitte aufgebaut werden, bevor der folgende bearbeitet wird. Animationen und Filme beispielweise können gestoppt und später fortgesetzt werden.

Pre-training

Multimediale Lernanwendungen werden besser verarbeitet, wenn im Vorfeld das zum Verstehen des Lerninhalts nötige Vorwissen aktiviert wird. In einem Pre-training sollten Voraussetzungen für das Verstehen der Lernaufgabe geschaffen werden.

Beispiele und weitere Informationen

Wie Texte, Bilder, Animationen, Lernaufgaben gestaltet werden können, kann auf der Seite von Prof. Dr. Günter Daniel Rey nachgelesen werden.

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Cognitive Theory of Multimedia Learning

Richard E. Mayer entwickelte die Cognitive Theory of Multimedia Learning (CTML) bzw. die Kognitive Theorie multimedialen Lernens. Diese ist ein instruktionspsychologisches Modell, das die Verarbeitung von Informationen im Gedächtnis zu erklären versucht. Die CTML basiert auf den folgenden drei Annahmen:

  1. Es gibt zwei Kanäle für die Informationsverarbeitung – einen für visuell/bildhaft präsentiertes Informationsmaterial und einen für auditiv/verbales Material.
  2. Das Arbeitsgedächtnis verfügt nur über eine begrenzte Kapazität. Bei der Gestaltung von Lernmaterialien ist also zu beachten, die Lernenden nicht durch zu viele Informationseinheiten kognitiv zu überlasten.
  3. Beim Lernenden sind aktive Verarbeitungsprozesse nötig, um ein kohärentes mentales Modell des Lerngegenstands abzubilden.

Den Hintergrund zur ersten Annahme bilden das Arbeitsgedächtnismodell von Baddeley (1992) und die duale Kodierungstheorie von Pavio (1986), die annimmt, dass die Gedächtnisrepräsentation von Wort- bzw. Objektinformation auf getrennten verbalen bzw. bildlichen Kodierungssystemen beruht.

Mayer unterscheidet außerdem zwischen Präsentationsmodus und der sensorischen Modalität:

Der Präsentationsmodus bezieht sich auf Lernmaterialien, die verbal oder non-verbal dargeboten werden, wie beispielsweise gesprochene/gedruckte Sätze oder Bilder/Animationen/Videos.

Die sensorische Modalität bezieht sich auf die Art, wie Materialien durch den Lernenden aufgenommen und im Arbeitsgedächtnis repräsentiert werden (auditives und visuelles System).

Mayer geht davon aus, dass Lernende in der Lage sind, die in einem Kanal generierte Repräsentation zur Weiterverarbeitung in den jeweils anderen Kanal zu konvertieren. Daher lässt sich als Ziel der Gestaltung von Lernmaterialien ableiten, dass durch die Darbietung der Information beide Kanäle aktiviert werden.

© istock.com/vasabii

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Modell

Darstellung des Zusammenhanges zwischen den drei Gedächtnisspeichern und der eingehenden multimedialen Botschaft:


Weiterführende Informationen

Eine umfassende Darstellung der Cognitive Theory of Multimedia Learning kann auf folgender Seite nachgelesen werden:


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Didaktische Gestaltungsprinzipien

Zur lernförderlichen Gestaltung von multimedialen Lernangeboten empfiehlt es sich bestimmte Prinzipien, die sich aus der CTML ableiten zu beachten.

Modalitätsprinzip

Behaltens- und Transferleistungen werden erhöht, wenn Grafiken und Animationen mit gesprochenen statt geschriebenen Erläuterungen dargeboten werden, da so der visuelle Kanal entlastet und die Information zeitgleich über beide Kanäle aufgenommen wird.

Multimedia-Prinzip

Die Darbietung des Lerninhalts mittels Kombination aus Texten und Bildern verspricht ebenfalls eine bessere Behaltens- und Transferleistung als die rein textuelle Informationspräsentation. Dies gilt vor allem bei Lernenden mit geringem Vorwissen. Wichtig ist, dass das Verbale dem Bildlichen inhaltlich entspricht. Verschiedene Medien ergänzen sich idealerweise bei der Vermittlung des Lerninhalts.

Redundanzprinzip

Die audiovisuelle Darstellung, z. B. Filme und Animationen, von Lerninhalten durch Bild und Ton ist effektiver als die Präsentation von Bild, Ton und schriftlichem Text. Ebenso ist die zeitgleiche Darbietung derselben Information durch gesprochenen und geschriebenen Text zu vermeiden.

Kontiguitätsprinzip

Bilder, Grafiken, Animationen, etc. und erläuternde Texte sollten in größtmöglicher zeitlicher und räumlicher Nähe zueinander zu sehen sein, beispielsweise auf einer Seite auf dem Bildschirm. Ein positiver Effekt ergibt sich allerdings nur, wenn sich visuelle Präsentation und Text ergänzen und die dargestellte visuelle Information nicht selbsterklärend ist.

Kohärenzprinzip

Für das Verstehen nicht notwendige Töne, Bilder oder Texte sollten weggelassen werden, damit das Arbeitsgedächtnis nicht überbelastet, der Lernende nicht vom eigentlichen Lerninhalt abgelenkt und der Lernprozess auf diese Weise beeinträchtigt wird.

Beispiel und weitere Informationen

Wie Texte, Bilder, Animationen, Lernaufgaben gemäß der Cognitive Theory of Multimedia Learning gestaltet werden können, kann auf der Seite von Prof. Dr. Günter Daniel Rey nachgelesen werden.

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Fazit

Für die Gestaltung von multimedialen Materialien für den Einsatz zur Wissensvermittlung gilt sowohl nach der Cognitive Load Theory als auch nach der Cognitive Theory of Multimedia Learning: “Weniger ist mehr“! Was beide Theorien allerdings nicht berücksichtigen, sind motivationale und emotionale Faktoren bei Lernprozessen. Bilder beispielweise erfüllen nicht nur kognitive Funktionen zur Visualisierung von Inhalten und Zusammenhängen, sondern auch affektive und motivationale Funktionen.

Bilder können Lernprozesse positiv beeinflussen, in dem sie die Aufmerksamkeit der Lernenden auf den Lerninhalt lenken, diese anregen, sich mit dem Lerninhalt zu beschäftigen. Im wissenschaftlichen Diskurs wird neben der Gestaltung von Lerninhalten für multimediale Lernarrangements auch die Wahl der Aktivitäten als zentralen Faktor für die Förderung emotionalen Engagements bei den Lernenden genannt.

Weiterführende Informationen

Astleitner, H., Pasuchin, I. & Wiesner, C. (2006). Multimedia und Motivation – Modelle der Motivationspsychologie als Grundlage für die didaktische Mediengestaltung. Online abrufbar unter:

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Literatur

Astleitner, H., Pasuchin, I. & Wiesner, C. (2006). Multimedia und Motivation – Modelle der Motivationspsychologie als Grundlage für die didaktische Mediengestaltung. Online abrufbar unter: http://www.medienpaed.com/globalassets/medienpaed/2006/astleitner0603.pdf [03.11.2018]

Kerres, M. (2012). Mediendidaktik: Konzeption und Entwicklung mediengestützter Lernangebote. München. Oldenburg, S. 111-142.

Leutner, D., Opfermann, M. & Schmeck, A. (2014). Lernen mit Medien. In Seidel, T. & Krapp, A. (Hrsg.). Pädagogische Psychologie. Weinheim: Beltz, S. 302 – 304.

Mayer, R. E. (2005). Cognitive Theory of Multimedia Learning. In Mayer, R. E. The Cambridge Handbook of Multimedia Learning. (S. 31-48). Cambridge, U.K.: Cambridge University Press.

Niegemann, H. et al. (2008). Kompendium multimediales Lernens. Berlin: Springer, S. 41-63.

  • Autor/in
  • AK "Lernförderliche Gestaltung digitaler Medien für den Unterrichtseinsatz" - ISB
  • Veröffentlichung
  • 23. April 2020
  • Letzte Änderung
  • 8. Mai 2020
  • Empfohlene Zitierweise
  • AK "Lernförderliche Gestaltung digitaler Medien für den Unterrichtseinsatz" - ISB (2020), Lerntheoretische Grundlagen multimedialer Lernszenarien, in: mebis – Landesmedienzentrum Bayern, URL: <https://www.mebis.bayern.de/p/26852> (8. Mai 2020).
  • Lizenzangaben
  • Beitragsbild: © istockphoto/exdez