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1
R. Girwidz 1
Multimediales Lernen
R. Girwidz 2
Multimediales Lernen
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2
R. Girwidz 3
Multimedia
Multicodierung
Multimodalität
Interaktivität
R. Girwidz 4
sprachlich
formal
bildlich, grafisch
Multicodierung
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3
R. Girwidz 5
Multicodierung
R. Girwidz 6
Multicodierung
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4
R. Girwidz 7
Multicodierung
Oliver Gösswein
R. Girwidz 8
Multimedia
Multicodierung
Multimodalität
Interaktivität
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5
R. Girwidz 9
Multimodalität
R. Girwidz 10
(.wav)
Multimodalität
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6
R. Girwidz 11
Elektromyogramm - "Biofeedback"
Multimodalität
BioPac-System
R. Girwidz 12
Multimedia
Multicodierung
Multimodalität
Interaktivität
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7
R. Girwidz 13
Interaktivität
R. Girwidz 14
Interaktivität
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8
R. Girwidz 15
Interaktivität
Steffen Schaal (2004)
R. Girwidz 16
Multimedia
MPTL – group
Multimedia in Physics
Teaching and Learning
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9
R. Girwidz 17
MPTL
Annual international Conference
Topics:
• Designing multimedia for teaching and learning physics
• Integrating multimedia in the curriculum
• E-learning and distance learning, ...
• Reports and recommendations on available multimedia material
R. Girwidz 18
MPTL
Reports and recommendations on available multimedia material
Workshop Title
7th Parma 2002 Quantum mechanics report
8th Prague 2003 Optics
9th Graz 2004 Mechanics
10th Berlin 2005 Statistical and Thermal Physics
11th Szeged 2006 Electricity and Magnetism
12th Wroclaw 2007 Solid State, Nuclear and Particle Physics
13th Nicosia 2008 Quantum Mechanics (to be posted)
14th Udine 2009 Optics and Waves
15th Reims Mechanics
http://www.mptl.eu/
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10
R. Girwidz 19
MPTL Review: List of criteria
Attraktivität
Benutzeroberfläche
Motivation
Klare Beschreibung und Zielsetzung
Inhalt
relevant?
umfassend?
korrekt?
Methodik
Flexibilität
Passung an die Zielgruppe
Umsetzung
Dokumentation
R. Girwidz 20
MPTL Review: List of criteria
Motivation
Usability
Ist die Anwendung einfach zu starten?
Ist das Design schlüssig und die Bildqualität gut?
Ist die Funktion der Kontrollelemente klar erkennbar?
Anforderungen der Software klar und angemessen?
Attraktivität
Layout ansprechend?
Motivierende Einführung?
Interaktive Komponenten?
Thema interessant (Alltagsbezüge, Anwendungen, …)?
Programm technisch up-to-date / innovativ?
Klare Beschrei-bung und
Zielsetzung
Ist die Zielsetzung evident?
Ist dem Nutzer klar, was er tun soll?
Ist das Problem klar erkennbar, bzw. der Inhalt verständlich?
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R. Girwidz 21
Inhalt
relevant
Ist die Thematik wichtig?
Macht die die Anwendung Sinn (z. B. für Verständnis-probleme, Animation für dynamische Abläufe, …)?
umfassend
Wird der Inhalt gründlich behandelt?
Wird der Inhalt in der Breite erschlossen(Spezialfälle + allg. Überblick)?
korrekt
Ist der Inhalt korrekt behandelt?
Sind Vereinfachungen dokumentiert bzw. angezeigt?
MPTL Review: List of criteria
R. Girwidz 22
Metho-dik
Flexibilität
Ist die MM-Anwendung für eine breite Zielgruppe nutzbar (incl. Selbstlerner)?
Ist das Programm in verschiedenen Lehr- und Lernszenarien einsetzbar?
Eröffnet das MM-Programm neue Zugänge zu einem Thema?
Passung an die
Zielgruppe
Kommt eine sinnvolle didaktische Reduktion zum Einsatz?
Werden technische Fachbegriffe erläutert?
Sind die Zielsetzungen angemessen?
Umsetz-ung
Kann das Grundkonzept der Anwendung den Inhalt angemessen präsentieren und die Zielsetzung realisieren?
Ist der Typ der MM-Anwendung für den Zweck angemessen ausgewählt und zusammengestellt (Video, Simulation, …)?
Dokumen-tation
Ist das Verfahren klar oder entsprechend erklärt?
Ist das Material selbst-erklärend oder durch Zusatztext erklärt?
Gibt es weiterführende Links und Literaturhinweise?
Gibt es Vorschläge für die Einbindung in Lehrprozesse?
MPTL Review: List of criteria
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R. Girwidz 23
MPTL - allgemeine Ergebnisse
a) Überwiegend werden Standardthemen behandelt
b) Umfassende Themenseiten sind zumeist noch textbasiert (html-text books).
c) Gute Simulationen, interaktive Tutorials, Videoclips und virtuelle Labs behandeln meist nur isolierte Themen.
http://animationphysics.pbworks.com/Falling-Analyzed[30.07.2010 ]
R. Girwidz 24
d) Es gibt auch Seiten mit interessanten Spezialthemen.
Sie sind aber oft schwer zu finden, und die Physik ist nur "Mittel zum Zweck".
e) Wir müssen individuelle Stile und Benutzeroberflächen akzeptieren.
f) Lernzielangaben und didaktischen Überlegungen sind selten.
3. Ergebnisse – allgemeine Anmerkungen
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13
R. Girwidz 25
Spezielle Suchmaschinen mit individualisierten Verwaltungstools sind gewünscht
um die Vielfalt zu bewältigenund das weit verstreute Material zu verwalten.
Bewährte didaktische MM-Konzepte sind nötig.
3. Ergebnisse – allgemeine Anmerkungen
R. Girwidz 26
Multimedia
Multicodierung
Multimodalität
Interaktivität
Wissensrepräsentation
Mentale Modelle
Verarbeitungstiefe - Kontext
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R. Girwidz 27
Visuelle Repräsentationen
R. Girwidz 28
http://fearofphysics.com/Proj/betheball.html
Video für erweiterte visuelle Wahrnehmung
• "Parabelflug"
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15
R. Girwidz 29
Video – cognitive apprenticeship
http://paer.rutgers.edu/pt3/movies/bowlingball.mov
Von der Beobachtung zur Erklärung
R. Girwidz 30
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16
R. Girwidz 31
R. Girwidz 32
Dipolstrahlung
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R. Girwidz 33
Visualisierung (Dipolstrahlung)
R. Girwidz 34
Visualisierung (Dipolstrahlung)
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R. Girwidz 35
Visualisierung (Dipolstrahlung)
R. Girwidz 36
Visualisierung (Dipolstrahlung)
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19
R. Girwidz 37
Visualisierung (Dipolstrahlung)
R. Girwidz 38
Visualisierung (Dipolstrahlung)
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20
R. Girwidz 39
Ausbreitungsprozesse
R. Girwidz 40
;TDt
TW
;2
2
2
wut
w
Ausbreitungsprozesse
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R. Girwidz 41
;TDt
TW
twellenapp
Ausbreitungsprozesse
R. Girwidz 42
Visualisierung ( Dispersion)
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R. Girwidz 43
Zusatzerklärungen
-
Text oder Sprache?
R. Girwidz 44
Charakter der Inhalte - Prozesse:
komplex
unsichtbar
dynamisch
Die Lerninhalte
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23
R. Girwidz 45
Instruktions-Design - features
R. Girwidz 46
Thermosäule
Thermoelementeschwarzer Absorber
Instruktions-Design - features
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24
R. Girwidz 47
Thermoelemente
Silizium-SubstratAbsorberTO5 Gehäuse
Instruktions-Design - features
R. Girwidz 48
Die Lerninhalte
Bewegungsmelder
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R. Girwidz 49
Bewegungsmelder
Instruktions-Design - features
R. Girwidz 50
Bewegungsmelder
Instruktions-Design - features
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26
R. Girwidz 51
Bewegungsmelder
Instruktions-Design - features
Michael Lippstreu (2011)
R. Girwidz 52
Bei Visualisierungen war die Sprachausgabe signifikant besser(ganz besonders bei Animationen).
Bei reinen Daten- und Sach-informationen war geschriebener Text günstiger.
Untersuchungsergebnisse
Ist eine Sprachausgabe oder ein geschriebener Text besser?
Michael Lippstreu (2011)
Die Oberflächentemperatur der Sonne beträgt ca. 5700K.
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27
R. Girwidz 53
Untersuchungsergebnisse
Warum ist bei Visualisierungen die Sprachausgabe besser?
Michael Lippstreu (2011)
R. Girwidz 54
Untersuchungsergebnisse
Eye-tracker
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28
R. Girwidz 55
focal points
Untersuchungsergebnisse
Michael Lippstreu (2011)
R. Girwidz 56
focal points
Untersuchungsergebnisse
Michael Lippstreu (2011)
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29
R. Girwidz 57
focal points
Untersuchungsergebnisse
Michael Lippstreu (2011)
R. Girwidz 58
focal points
Untersuchungsergebnisse
Michael Lippstreu (2011)
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30
R. Girwidz 59
"lost" 21 % 18 %
Vocal time (in percent) spoken text text to read
76%
19%
3%
53%
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
picture | text picture | text
focal times (Angaben in Prozent)
Untersuchungsergebnisse
focal time (Angaben in Prozent)gesprochener Text Text zum Lesen
Bild Bild TextText
Michael Lippstreu (2011)
R. Girwidz 60
Verbesserung durch Sprachinformation:
a) quantitativ(mehr Zeit für die Bildverarbeitung)
b) qualitativKonzentration auf relevante Bereiche
Untersuchungsergebnisse
Michael Lippstreu (2011)
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R. Girwidz 61
Wissensstrukturierung und Vernetzung
R. Girwidz 62
"the legend of concept maps"
Wissen strukturieren
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32
R. Girwidz 63
Wissen strukturieren
Luftströmung um einen Heizkörper
inFlüssigkeiten
…
…
R. Girwidz 64
Wissen strukturieren
inGasen
…
inFlüssigkeiten
Wärmeleitung
…
…
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33
R. Girwidz 65
Wissen strukturieren
Energietransport
Luftströmung um einen Heizkörper
inGasen
… in
Flüssigkeiten
Thermik,Aufwinde
Wärmeleitung Konvektion Wärmestrahlung
…
…
R. Girwidz 66
html-Programmierung
Wissen strukturieren
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34
R. Girwidz 67
Wissen strukturieren
R. Girwidz 68
– Concept maps
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html
Wissen strukturieren
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35
R. Girwidz 69http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html
Wissen strukturieren
– Concept maps
R. Girwidz 70
70
Ergebnisse
Steffen Schaal (2004)
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36
R. Girwidz 71
71
Ergebnisse nach Arbeit mit Concept Maps
Steffen Schaal (2004)
R. Girwidz 72
Mentale Modelle
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37
R. Girwidz 73
• Analoge Repräsentation
• Externe Vorgänge intern simulieren
BatterieFeder
Kontakte
El. Draht
Spule
Mentale Modelle
R. Girwidz 74
Virtueller Fotoapparat
Thomas Rubitzko (2004)
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38
R. Girwidz 75
• Unterstützt die Multicodierung die Problemlösefähigkeit (10. Klasse Realschule: Thema Fotografieren)?
• Hängen die Lernergebnisse von der Leistungsfähigkeit der Lernenden ab?
Virtueller Fotoapparat
Fragen
Thomas Rubitzko (2004)
R. Girwidz 76
• Die Multicodierung unterstützt die Problemlösefähigkeit !
• Unterschiede bei unterschiedlichen Schulnoten sind andeutungsweise vorhanden, aber nicht signifikant nachweisbar.
Virtueller Fotoapparat
Ergebnisse
Thomas Rubitzko (2004)
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39
R. Girwidz 77
b) Konkret und abstrakt
http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/SHM.htm#yva
R. Girwidz 78
Hilfen
„Supplantationsprinzip“
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40
R. Girwidz 79
Multiple Repräsentationen
R. Girwidz 80
dünn, dick, lang, breit?
Multiple Repräsentationen
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41
R. Girwidz 81
Multicodierung & Supplantation
Markus Vogel (2006)
R. Girwidz 82
Hypothese 1: Supplantation hilft beim Lernen
Hypothese 2: Bessere Schüler profitieren von "reduced supplantation",
für schwächere Schüler ist "full supplantation" günstiger
Multicodierung & Supplantation
Markus Vogel (2006)
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R. Girwidz 83
Hypothese 1: Supplantation hilft beim Lernen
Multicodierung & Supplantation
Markus Vogel (2006)
R. Girwidz 84
Hypothese 2: Bessere Schüler profitieren von "reduced supplantation",
für schwächere Schüler ist "full supplantation" günstiger
Intercept treat grade
value 2.37 -0.43 -0.17
p < 0.001 0.011 0.235
Intercept treat grade treat x grade
value 2.76 -0.62 -0.28 0.06
p 0.046 0.315 0.456 0.748
mixed linear models (Chambers & Hastie, 1992):
diff = treat + grade
diff = treat + grade + treat x grade
S-Plus
Multicodierung & Supplantation
Markus Vogel (2006)
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R. Girwidz 85
Multicodierung & Supplantation
R. Girwidz 86
Kognitive Flexibilität
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44
R. Girwidz 87
Kognitive Flexibilität:
In einer komplexen Anwendungssituation
geeignete mentale Repräsentationen auswählen.
(Spiro 1988, 1992)
Kognitive Flexibilität
R. Girwidz 88
Kognitive Flexibilität
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R. Girwidz 89
– Top
– Flop
Kognitive Flexibilität
Visualisieren und Animieren – “tops und flops”
R. Girwidz 90
Kognitive Flexibilität
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R. Girwidz 91
Kognitive Flexibilität
R. Girwidz 92
Verarbeitungstiefe
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47
R. Girwidz 93
Verarbeitungstiefe
R. Girwidz 94
Verarbeitungstiefe
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R. Girwidz 95
Verarbeitungstiefe
R. Girwidz 96
Verarbeitungstiefe
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49
R. Girwidz 97
Verarbeitungstiefe
R. Girwidz 98
Verarbeitungstiefe
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50
R. Girwidz 99
Kontexteinbindung
R. Girwidz 100
wellenapp
Kontexteinbindung
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51
R. Girwidz 101
Kontexteinbindung
R. Girwidz 102
Kontexteinbindung
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52
R. Girwidz 103
Kontexteinbindung
R. Girwidz 104
Kontexteinbindung
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R. Girwidz 105
R e s u m e e
R. Girwidz 106
Multimedia
• Hilfen (z. B. Supplantation, Sprachausgabe)
• Mentale Modelle und Multicodierung
• Vernetzung und kognitive Flexibilität
• Verarbeitungstiefe, Einkleidung und Rahmung
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54
R. Girwidz 107
Literatur / Mitarbeit
Schaal, S., Bogner, F. X. & Girwidz, R. (2010).Concept Mapping Assessment of Media Assisted Learning in Interdisciplinary Science Education. Research in Science Education, 40, 339-352.
Lippstreu, M. & Girwidz, R. (2010).Multimodale, animierte Lernangebote im Physikunterricht – Zur Unterstützung von Visualisierungen durch Text und Ton. Notes on Educational Informatics — Section A: Concepts and Techniques 6 (2): 1-23, 2010.
Girwidz, R. (2009). Mediendidaktik zum E-Learning im Physikunterricht. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, Heft 7/58, Jg. 2009, S. 5-13.
Girwidz, R. (2009). Neue Medien und Multimedia. In E. Kircher, R. Girwidz, P. Häußler (Hrsg.) Physikdidaktik (zweite Auflage). 423 - 450. Berlin: Springer.
Girwidz, R. (2009). Neue Medien unter lernpsychologischen Aspekten. In E. Kircher, R. Girwidz, P. Häußler (Hrsg.) Physikdidaktik (zweite Auflage). 631 - 662. Berlin: Springer.
Vogel, M., Girwidz, R., & Engel, J. (2007). Supplantation of Mental Operations on Graphs. Computers & Education 49 (2007), pp. 1287-1298.
Girwidz, R., Rubitzko, T., Schaal, S. & Bogner, F.X. (2006). Theoretical Concepts for Using Multimedia in Science Education. Science Education International. Vol. 17, No. 2, pp. 77-93.
Girwidz, R., Bogner, F., Rubitzko, Th., & Schaal, St. (2006). Media Assisted Learning in Science Education: An interdisciplinary approach to hibernation and energy transfer. Science Education International. Vol. 17, No. 2, pp. 95-107.
R. Girwidz 108
• Lippstreu, M. (Dissertation 2011)
• Rubitzko, Th. (Dissertation 2006)
• Schaal, S. (Dissertation 2005)
• Spannagel, Chr. (Dissertation 2006)
• Vogel, M. (Dissertation 2006)
Literatur / Mitarbeit