Praktische Theorien für die Konzeption multimedialer Lernumgebungen Prof. Dr. Helmut M. Niegemann Institut für Medien- und Kommunikations- wissenschaft TU Ilmenau

Konzeption / Entwurf / Design „Everyone designs who devices courses of action aimed at changing existing situations into preferred ones.“ Herbert A. Simon ( ): The Sciences of the Artificial. Cambridge, Ma.: MIT-Press. p. 111.

Theorien Mario Bunge (1967); Theo Herrmann (1992) Grundlagenwissenschaftliche Theorien Wie ist etwas beschaffen? Warum? Was geschieht ohnehin? Technologische Theorien – Inhaltlich-technologische Theorien: Theorien bezogen auf "Objekte" technischen Handelns – Operativ-technologische Theorien: Bezogen auf praktisch- technisches Handeln selbst; generieren technische Regeln Gegeben ein bestimmtes Ziel: Welche Vorgehensweise führt mit hinreichender Wahrscheinlichkeit dorthin?

Technologische Theorien Kriterien – Nützlichkeit – Effizienz – Verlässlichkeit – Routinisierbarkeit Th. Herrmann, 1992

Science of Design - Prinzipien  Finden oder Erfinden alternativer Konzeptionen (Entwürfe, designs) oder einzelner Komponenten  Alternativen vergleichbar machen  Testen alternativer Konzeptionen um zufriedenstellende „satisficing“ (nicht: absolut beste) Resultate zu erhalten

Inhaltlich-technologische Theorien: Rahmentheorien Aussagen über relevante Variablen, z.T. basierend auf grundlagenwiss. Vorläufertheorien Beispiel: Grundlegende Lehrfunktionen (K.J. Klauer, 1985) – Motivieren – Information bereitstellen, Information vermitteln – Verarbeitung und Verstehen sichern (Wissensaufbau) – Behalten und Erinnern sichern – Transfer des Wissens, Anwendenkönnen sichern – Regulation/Kontrolle der Lerneraktivitäten

Operativ-technologische Theorien: Instructional Systems Design (ISD) Theorien, die Verfahrensweisen bei der Entwicklung von Lernumgebungen postulieren – nützlich – effizient – zuverlässig – routinisierbar

Instructional Development Models/ Instructional Design Models Grundidee – Es gibt psychologische Prinzipien des Lernens und des Wissensaufbaus bezüglich unterschiedlicher Handlungsziele unter unterschiedlichen internen und externen Bedingungen – Es kommt darauf an, Zielkategorien zu definieren und diesen Zielkategorien auf der Basis der Lern- und Kognitionstheorien zweckmäßige Vorgehensweisen zuzuordnen

Instructional Development Models/ Instructional Design Models Integration inhaltlich-technologischer und operativ-technologischer Theorien – Kursorientierte Modelle – Produktorientierte Modelle – Systemorientierte Modelle (Gustafson & Branch, 1997)

Instructional Design Theories /Models (ID – Theories /Models) Beispiele – GAGNÉ, BRIGGS & WAGER – MERRILL – REIGELUTH – KELLER – OSER, PATRY und Mitarbeiter

Gagné, Briggs & Wager: Instructional Design Theory 5 Lehrzielkategorien 9Events of Instruction (Lehrschritte) Aussagen zu Aufgabenanalyse und Sequenzierung (Lehrzielhierarchie), Heuristiken zur Umsetzung

Gagné, Briggs & Wager: 5 Lehrzielkategorien Sprachlich repräsentiertes Wissen Kognitive Fähigkeiten Kognitive Strategien Einstellungen Motorische Fähigkeiten

Gagné, Briggs & Wager: 9 Events of Instruction Aufmerksamkeit gewinnen Informieren über Lehrziele Vorwissen aktivieren Darstellung des Lehrstoffs mit den charakteristischen Merkmalen Lernen anleiten Ausführen/Anwenden lassen Informative Rückmeldung geben Leistung kontrollieren und beurteilen Behalten und Transfer sichern

M. David Merrill (1983,1987;1999): ID2-Theory, "Knowledge Objects" ID1: Begriffslernen; Regeln, z.B. wie Positiv- und Negativbeispiele eines Begriffs auszuwählen, zu gruppieren und zu sequenzieren sind, um ein zufriedenstellendes Lernergebnis zu erzielen ID2: „Instructional Transaction Theory“ – Zielangabe; Simulation in offener Lernumgebung, „Identifikation“, „Ausführung“, „Interpretation“... (insgesamt 13 Transaktionsformen: Klassen von Lehrzielen)

Ch. M. Reigeluth (1983,1987;1999): Elaboration-Theory Auswahl und Sequenzierung der Inhalte für einen Lehr-Lern-Prozess, so dass Lehrziel- erreichung optimiert wird – 3 Sequenzierungsmodelle Conceptual Elaboration Sequence Theoretical Elaboration Sequence Simplifying Conditions Sequence

John Keller (1983, 1987, 1988): Instructional Design Theory of Motivating ARCS – Modell Attention (Aufmerksamkeit gewinnen) Relevance (Relevanz vermitteln) Confidence (Erfolgszuversicht fördern) Satisfaction (Zufriedenheit durch gerechte Bewertung und angemessene Rückmeldungen)

Konstruktivismus und Situationismus: Kritik an Instructional Design Theorien Konstruktivismus als erkenntnistheoretische Position, gestützt durch neuere neurobiologische Befunde Defizite bei der Transferwirksamkeit  „Träges Wissen“ Befunde aus der Ethnopsychologie/ Ethnosoziologie: Situatives Lernen

Konstruktivismus und Situationismus: Kritik an „Instructional Design“ Theorien „Konstruktivistische Didaktik“: Keine „direkte Instruktion“! Diskussion ist abgeschlossen: Erkenntnistheoretische Positionen haben keine unmittelbare Auswirkungen auf didaktische Theorien Instruktionsdesigntheorien erweitert um neue Ansätze

Instructional Design Theories /Models (ID – Theories /Models) „Situationistische“ Modelle – Anchored Instruction J. Bransford u.a.: Cognition and Technology Group at Vanderbilt (Memphis, Tennessee) – Cognitive Apprenticeship Brown & Collins – Flexibility Spiro, Feltovich et. al.

Anchored Instruction Medienbasierter Projektunterricht – Videobasierte Problemgeschichten, jeweils zwei zum gleichen Problem („Jasper Woodbury“) – Aufgabenstellungen – Anleitungen zur Reflexion in der Gruppe

Cognitive Apprenticeship John S. Brown & Alan Collins: Modeling Coaching Scaffolding Articulation Reflection Exploration

„Goal-Based Learning“ Roger E. Schank ILS/ Northwestern University 1.Ziele (Prozess- und Inhaltswissen) 2.Aufgabe (mission): Motivieren, halbwegs realistisch 3.Cover Story: Schafft "Bedarf" für die Aufgabe; muss genügend Möglichkeiten bieten, Wissen zu suchen und Fähigkeiten anzuwenden; muss interessant sein 4.Rolle (in die der Lerner versetzt wird): Benötigt das Wissen u. die Fähigkeiten, die erworben werden sollen

„Goal-Based Scenarios“ Roger E. Schank ILS/ Northwestern University 5.Scenario-Aktivitäten: Enger Bezug zu Zielen und Aufgaben; Entscheidungsmöglichkeiten mit evidenten Konsequenzen (Fortschritt auf Ziel hin o. falsche Erwartungen); sehr viele Handlungen; keine Anforderungen, die über Ziele hinausgehen. 6.Ressourcen: Alle notwendigen Informationen, gut organisiert, leichter Zugriff; am besten in Form von Geschichten angeboten

„Goal-Based Scenarios“ Roger E. Schank ILS/ Northwestern University 7.Rückmeldung Situationsbezogen, just-in-time. Formen: -Handlungskonsequenzen -Coaches -Berichte von Inhaltsexperten über ähnliche Erfahrungen

Pragmatisches ID-Prozessmodell und lokale Designtheorien 9 Funktionsbereiche – Problemanalyse, einschl. Bedarfsanalyse – Adressatenanalyse – Kontextanalyse – Wissens- und Aufgabenanalyse – Zielspezifikation – Sequenzierung – Festlegung der Instruktionsstrategie, Vermittlungsformate – Textl., visuelle u. sprachl. Gestaltung, Ton, Programmierung – Maßnahmen zur Qualitätssicherung u. Qualitätskontrolle

Adressatenanalyse Alter, Geschlecht Vorwissen, vorhandene Kompetenzen Lerngeschichte (und Bildungsstand) Lernstile (?) Motivationale Merkmale (u.a. Attribuierungs- muster, motiv. Orientierung) Erwartungen, Interessen und Präferenzen Besonderheiten

Wissens- und Aufgabenanalyse (1) Topic Analysis – Fakten – Begriffe – Prinzipien, Regeln – Kommunikationsfähig- keiten – Einstellungen Procedural Analysis Beobachtbare Aufgaben Nicht- beobachtbare Aufgaben

Wissens- und Aufgabenanalyse (2) „Critical Incident“ Analysis – Bedingungen vor einem Unfall/krit. Ereignis? – Was wurde getan (gesagt, gedacht)? – Auswirkungen auf Handlungsziel? Procedural Analysis Was tut ein Lerner/soll er/sie tun? Was muss er/sie wissen, um dies tun zu können? Welche Hinweis-reize regulieren das Tun (Problem, Schritt abgeschlossen, etc.?

Zielspezifikation (1) Lehrziele – kognitiv – affektiv – motorisch Bloom‘sche Taxonomie

Zielspezifikation (2) F. OSER, J.-L. PATRY et al. ( ) Choreografien des Lernens: Zwei-Ebenen-Modell Tiefen- oder Basisstrukturen des Lernens und die damit verbundenen notwendigen Handlungsketten und Operationen: Basismodelle des Lernens Sicht- bzw. Oberflächenstruktur: Lernumgebung, Arrangements, Medien

Lernzieltypen sensu OSER (1) Lernzieltypen (keine Hierarchisierung, keine Formulierungsanforderungen) Aneignung von Erfahrungswissen Aneignung durch Suchprozesse in der Wirklichkeit Transformation von Tiefenstrukturen Lernen durch Versuch und Irrtum Aufbau von memorisierbaren Fakten, verstehbaren Sachverhalten Aufbau von vernetztem Wissen

Lernzieltypen sensu OSER (2) Betrachtendes Lernen, Meditative Versenkung Lernen lernen Automatisierung Transformation affektiver Erregung Bindungsentwicklung durch sozialen Verhaltensaustausch Wertwandel, Wertklärung Konstruktion eigener Vernetzungen Herstellen von Konsens

Basismodelle des Lernens sensu OSER Zu jedem Zieltyp existiert ein sog. Basismodell, bestehend aus (meist) 5-6 Schritten Jeder Schritt kennzeichnet eine innere Denkoperation Es kommt darauf an, die „Sichtstruktur“ so zu gestalten, dass diese Denkoperationen vollständig und in der theoretisch postulierten Sequenz von den Lernenden angeregt und ausgeführt werden

Segmentierung u. Sequenzierung Hierachische Seq. – Voraussetzungs- analyse (Gagné) Elaborationstheorie Ch. M. Reigeluth verschiedene Modelle; jeweils sukzessive Elaboration Cognitive Development Model (R. Case) - Kapazität des Arbeitsgedächtnisses

Strategien „Drill & Practise“ Tutorielles Lernen Leittext Selbstkontrolliertes Lernen Entdeckendes Lernen Kooperatives Lernen Fernuntericht: Web- based Learning Lernen am Arbeitsplatz Seminar mit Medieneinsatz....

Strategien: Medienwahl Seltener Frage: Welches Medium ? Eher Frage nach Kombination: – Text und Bild – Bild und Ton – Bild und Ton und Text

Medienwahl: Medienkombination Weniger ist (manchmal) mehr R. E. MAYER: Visual split-attention principle – besseres Lernen, wenn Text gesprochen wird statt auf dem Bildschirm angezeigt Auditory split-attention principle – besseres Lernen ohne zusätzliche Hintergrundmusik

Vorstellungsbilder Instruktion Arbeitsgedächtnis Klangbilder vis. mental. Modell Verbales ment. Modell Vorwissen LZG Wörter Bilder Auswahl Org. S O I - Modell

Gestaltung: Sprache, Ansprache R. Moreno & R.E. Mayer: Personalisierung der Ansprache in Multimedia-Programmen – Signifikant bessere Lernleistungen bei personalisierter Ansprache Moreno & Mayer 2000

Gestaltung: Software-Ergonomie Bekannte Modelle aus der informatik- orientierten Software- Ergonomie Befunde aus der psychologisch orientierten Software- Ergonomie (J. Wand- macher 1994) J. Nielsen Besonderheiten bei der Gestaltung von WebSites für interkulturellen Einsatz

Evaluation: Mögliche Verzerrungen Sind Sie (zu) höflich zu Ihrem Computer? Lassen Sie sich beeinflussen, wenn Ihr PC Ihnen schmeichelt?...

Die Medien-Gleichung (Reeves & Nass 1996) Menschen zeigen in der Kommunikation mit anderen Menschen folgende typische Verhaltensmuster = Menschen zeigen in der Kommunikation mit Medien folgende typische Verhaltensmuster

Höflichkeit Hypothese: Menschen verhalten sich gegenüber Computern ähnlich höflich wie gegenüber anderen Menschen!

Höflichkeit gegenüber Computern Wenn ein Computer User über sich selbst befragt, unterscheiden sich die Antworten von denen aus einer Situation, in der ein anderer Computer dieselben Fragen stellt Weil Menschen weniger aufrichtig sind, wenn ein Computer über sich selbst fragt, werden die Antworten homogener sein als wenn ein anderer Computer fragt

Experiment Vpn bearbeiten jeweils ein mäßig interessantes Lernprogramm (statistische Profile von Amerikanern) an einem Computer Nach Test und Feedback „lobt sich Computer selbst“ Dann Aufforderung, ihn einzuschätzen (22 Adjektive) Die Hälfte der Vpn rated am gleichen Computer, die andere Hälfte an einem anderen (identisches Fabrikat etc.)

Ergebnisse Signifikant günstigere Beurteilung, wenn die Befragung auf dem Computer stattfand, an dem gelernt wurde ! Deutlich geringere Varianz der Urteile bei Einschätzung auf dem Lerncomputer

Fazit Menschen verhalten sich Computern gegenüber ähnlich höflich wie gegenüber anderen Menschen! Mögliche Einwände konnten durch Befragung der Vpn ausgeschlossen werden Vpn war die Höflichkeit gegenüber dem Computer nicht bewusst.

Zusammenfassung Operativ-technologische Theorien und inhaltlich- technologische Theorien des Instruktions-designs bisher wenig berücksichtigt bei der Entwicklung und Gestaltung multimedialer Lernumgebungen Berücksichtigung dieser Theorien würde didaktische Qualität vieler Lernumgebungen deutlich verbessern Didaktische Kreativität wird nicht eingeschränkt, sondern verbessert!

Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Literaturverzeichnis (1) Brown, J. S., A. Collins, et al. (1989). Situated cognition and the culture of learning. Educational Researcher 18(1): Bunge, M. (1967). Scientific research. Berlin. Cognition and Technology Group at Vanderbilt (1991). “Technology and the design of generative learning environments.” Educational Technology May: Gagné, R. M. and K. L. Medsker (1996). The conditions of learning. Training applications. Fort Worth, Harcourt Brace College Publishers. Gagné, R. M., L. J. Briggs, et al. (1987). Principles of instructional design. New York, Holt, Rinehart & Winston. Gustafson, K. L. and R. M. Branch (1997). Survey of instructional development models. Syracuse, New York, ERIC Clearinghouse on Information & Technology. Herrmann, T. (1994 ). Forschungsprogramme. Enzyklopädie der Psychologie, Themenbereich B, Serie I, Bd. I: Methodologische Grundlagen der Psychologie. T. Herrmann and W. H. Tack. Göttingen, Hogrefe: Keller, J. M. (1983). Motivational design of instruction. Instructional design theories and models: An overview of their current studies. C. M. Reigeluth. Hillsdale, NJ, Erlbaum. Keller, J. M. and K. Suzuki (1988). Use of the ARCS motivation model in courseware design. Instructional designs for microcomputer courseware. D. H. Jonassen. Hillsdale, NJ, Erlbaum: Keller, J. M. and T. W. Kopp (1987). An application of the ARCS model of motivational design. Instructional theories in action. Lessons illustrating selected theories and models. C. M. Reigeluth. Hillsdale, N.J., Erlbaum: Klauer, K. J. (1985). Framework for a theory of teaching. Teaching & Teacher Education 1(1): Mayer, R. H. (1999). Designing instruction for constructivist learning. Instructional-design - Theories and models. A new paradigm of instructional theory. C. M. Reigeluth. Mahwah, NJ, Erlbaum: Merrill, D. M. and I. r. group (1998). “ID expert ( TM ): a second generation instructional development system.” Instructional science 26:

Literaturverzeichnis (2) Merrill, D. M. and I. r. group (1998). “ID expert ( TM ): a second generation instructional development system.” Instructional science 26: Merrill, M. D. (1983). Component display theory. Instructional design theories and models: An overview of their current status. C. M. Reigeluth. Hillsdale, N.J., Erlbaum: Merrill, M. D. (1987). An illustration of component display theory. Instructional design theories in action: Lessons illustrating selected theories. C. M. Reigeluth. Hillsdale, NJ, Erlbaum. Merrill, M. D. (1999). Instructional transaction theory (ITT): Instructional design based on knowledge objects. Instructional-design - Theories and models. A new paradigm of instructional theory. C. M. Reigeluth. Mahwah, NJ, Erlbaum: Oser, F. and J.-L. Patry (1990). Choreographien unterrichtlichen Lernens. Basismodelle des Unterrichts. Fribourg (CH), Pädagogisches Institut der Universität Freiburg (Schweiz). Reigeluth, C. M. (1987). Lesson blueprints based on the elaboration theory of instruction. Instructional theories in action. Lessons illustrating selected theories and models. C. M. Reigeluth. Hillsdale, N.J., Erlbaum: Reigeluth, C., M., Ed. (1987). Instructional theories in action. Hillsdale, N.J., Erlbaum. Schank, R. C. and C. Cleary (1995). Engines for education. Hillsdale, NJ : Erlbaum Schank, R. C., T. R. Berman, et al. (1999). Learning by doing. Instructional-design. Theories and models. A new paradigm of instructional theory. C. E. Reigeluth. Mahwah, NJ, Erlbaum: Schwartz, D., X. Lin, et al. (1999). Toward the development of flexibly adaptive instructional designs. Instructional- design. Theories and models. A new paradigm of instructional theory. C. E. Reigeluth. Mahwah, NJ, Erlbaum: Simon, H. A. (1996). The sciences of the artificial. Cambridge, Mass. (3. Aufl.), The MIT Press. Wandmacher, J. (1993). Software-Ergonomie. Berlin, New York, Walter de Gruyter.