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Projekt Visualisierung (Fortsetzung)
<b>Lehrstuhl für Lehr- und Lernpsychologie </b>
Lehrstuhl für Lehr- und Lernpsychologie
Antragsteller  
Prof. Dr. Detlev Leutner    
Prof. Dr. Elke Sumfleth    
 
Projektmitarbeiter  
Dr. Hubertina Thillmann  
Claudia Leopold  
Annett Schwamborn  
 
Projektzeitraum:
10.2007-9.2010  
   
Förderkennziffer: LE 645/ 9-3
Forschungsanliegen
Visualisieren naturwissenschaftlicher Sachverhalte  
 

Ausgehend von Experimenten zum selbstregulierten Visualisieren in der 1. Phase der Forschergruppe ist Ziel der 2. Phase, theoretische Grundlagen für ein computergestütztes Visualisierungswerkzeug zur Förderung des Lernens aus naturwissenschaftlichen Sachtexten zu entwickeln. Es geht um ein Unterstützungssystem, das die Lernenden anleitet, zu vorgegebenen Textabschnitten visuelle Repräsentationen selbst zu erstellen, d.h. sprachlich kodierte räumliche Informationen in eine bildliche Darstellung zu übertragen, indem relevante bildliche Elemente ausgewählt und sinnvoll, d.h. wie im Text beschrieben, angeordnet werden. Im Gegensatz zum Zeichnen auf Papier liegt der Vorteil darin, dass der Visualisierungsprozess theoriegeleitet unterstützt werden kann, z.B. durch Feedback zu ausgewählten Elementen und Relationen. Erwartet wird, dass die Qualität der referenziellen Verknüpfungen zwischen Bild und Text und damit auch die Qualität der konstruierten externen und internen (mentalen) Repräsentationen verbessert wird, so dass die Lernenden funktionale bzw. interpretative Visualisierungen konstruieren (Mayer, 2001; Carney & Levin, 2002), die verstehensförderlich sind. Anhand von drei Lehr-Lernexperimenten soll die Wirksamkeit des Visualisierungswerkzeugs in Abhängigkeit von Eigenschaften der instruktionalen Gestaltung untersucht werden. Im Sinne einer inhaltlich ausgeweiteten Nutzung im Unterricht könnte das Visualisierungswerkzeug in der 3. Phase der Forschergruppe erweitert werden, um beliebige Sachtexte und Bildelemente modulartig einzulesen.

Methoden und Auswertung

In der zweiten Projektphase wird ein computergestütztes Tool entwickelt, welches den Lerner bei der Konstruktion externer Visualisierungen zu dargebotenem Textmaterial unterstützt. Dieses Tool wird am Beispiel des Erlernens eines chemischen Inhaltsbereichs evaluiert. Dazu wird das in der ersten Phase entwickelte Lern- und Testmaterial theoriegeleitet (vgl. Mayer, 2001) sowie entsprechend der Anforderungen des computergestützten Tools modifiziert bzw. neu entwickelt.  
Im Rahmen von drei Lehr-Lernexperimenten werden mithilfe dieses computergestützten Visualisierungstools Fragen zur Rolle metakognitiver und kognitiver Strategien beim Visualisieren sowie zum Einfluss von Feedback untersucht.

Datenlage und Ergebnisse
Visualisieren naturwissenschaftlicher Sachverhalte    
 
Antragsteller: Prof. Dr. Detlev Leutner, Prof. Dr. Elke Sumfleth      
Projektmitarbeiter: Dr. Hubertina Thillmann, Claudia Leopold, Annett Schwamborn    
Projektzeitraum: 10.2007-9.2010    

Ziel des Projekts ist die Untersuchung der theoretischen Grundlagen für ein computergestütztes Visualisierungswerkzeug zur Förderung des Lernens aus naturwissenschaftlichen Sachtexten. Das Projekt hat bisher (Februar 2009) eine Laufzeit von 21 von insgesamt 36 Monaten. In diesem Zeitraum wurden vier Untersuchungen (eine Vorstudie und drei Hauptstudien) durchgeführt.  
In zwei papierbasierten Studien (Studien 2a & 2b) konnte die Effektivität und relative Effizienz des instruktional unterstützten Lernens mit selbst konstruierten (selbst gezeichneten) Visualisierungen aus einem Chemie-Sachtext gezeigt werden (vgl. Leopold, 2008; Van Meter, 2001). Im Gegensatz dazu zeigten die Ergebnisse einer computergestützten Studie (Studie 3) für das Lernen mit selbst konstruierten Visualisierungen nur eine Überlegenheit im Lernerfolg, wenn der Lernerfolg piktorial und nicht verbal erfasst wurde. Zudem zeigten sich über die drei Hauptstudien hinweg erwartungskonform signifikante positive Zusammenhänge zwischen dem erzielten Lernerfolg und der Qualität der selbstkonstruierten Bilder (vgl. Van Meter & Garner, 2005). Ergänzend konnten die aus der Literatur bekannten lernförderlichen Effekte des Lernens mit präsentierten Visualisierungen (vgl. Mayer, 2001; Schnotz, 2005) sowohl mit papierbasierten Lernmaterialen unter konstanter Lernzeit als auch mit computerbasierten Lernmaterialen unter Kontrolle der Lernzeit gezeigt werden.  
Im Hinblick auf die Fragestellung des Projektes lassen sich damit erste Antworten geben: Selbstkonstruierte funktionale Visualisierungen scheinen beim verstehenden Lesen eines naturwissenschaftlichen Sachtextes in Abhängigkeit von der Qualität der selbst erstellten Bilder dann lernwirksam zu sein, wenn der Lernende auf Papier zeichnet und während des Lernprozesses durch Zeichenhilfen instruktional unterstützt wird. Bezüglich des computergestützten Visualisierungswerkzeugs zur Förderung des Lernens aus naturwissenschaftlichen Sachtexten konnte diese Lernwirksamkeit bisher allerdings noch nicht überzeugend gezeigt werden.  
In weiteren Experimenten der zweiten Förderphase wird daher in einer Folgestudie untersucht, welchen Einfluss die Darbietungsform des Lernmateriales (paperbasiert vs. computergestützt) auf den Lernerfolg beim Lernen mit selbst konstruierten Visualisierungen hat. Zudem ist für das Frühjahr 2009 eine weitere experimentelle Studie geplant, um zusätzliche Möglichkeiten der instruktionalen Unterstützung der beiden Teilprozesse „Selektion“ und „Organisation“ beim selbstregulierten Visualisieren zu untersuchen. Diese Studie wird auf Grund der indifferenten Befundlage der bisherigen Studie mit computergestütztem Lernen zunächst papierbasiert durchgeführt. Eine zusätzliche computergestützte Erfassung zur weiteren Modifikation und Evaluation des computerbasierten Visualisierungswerkzeuges könnte im Herbst 2009 erfolgen.  
Die zu erwartenden Ergebnisse sollen weitere spezifische Erkenntnisse zur instruktionalen Unterstützung beim Visualisieren naturwissenschaftlicher Sachverhalte sowohl mit papierbasierten als auch computerbasierten Lernmaterialien aufzeigen sowie als Ausgangspunkt für die Überprüfung der Generalisierbarkeit der Befunde der ersten und zweiten Förderphasen zum Visualisieren naturwissenschaftlicher Sachverhalte dienen (vgl. Fortsetzungsantrag 2009-2011).  
Die in diesem Projekt in der zweiten Förderphase bisher durchgeführten und weiterhin geplanten Arbeiten werden von der Projektmitarbeiterin Annett Schwamborn durchgeführt und bis voraussichtlich Anfang 2010 in Teilen in ihre Dissertationsschrift münden.

 
Veröffentlichungen des Projekts
Veröffentlichungen aus diesem Projekt
Artikel  
 
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Opfermann, M. & Leutner, D. (2011). Cognitive load and instructionally supported learning with provided and learner-generated visualizations. Computers in Human Behavior, 27, 89-93.  
•   Schwamborn, A., Mayer, R. E., Thillmann, H., Leopold, C. & Leutner, D. (2010). Drawing as a generative activity and drawing as a prognostic activity. Journal of Educational Psychology, 102 (4), 872-879.  
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Leopold, C., Sumfleth, E. & Leutner, D. (2010). Der Einsatz von vorgegebenen und selbst generierten Bildern als Textverstehenshilfe beim Lernen aus einem naturwissenschaftlichen Sachtext. Zeitschrift für Pädagogische Psychologie, 24, (3-4), 221-233.  
•   Schwamborn, A., Leopold C., Thillmann, H., Sumfleth, E., & Leutner, D. (2008). The efficiency of learning with presented vs. self-constructed pictorial representations. In A. Maes & S. Ainsworth (Eds.), Exploiting the opportunities. Learning with textual, graphical and multimodal representations (Proceedings of the Bi-Annual Conference of the EARLI Special Interest Group Text and Graphics, pp. 131-134). Tilburg: Erasmus Universiteit Rotterdam.  
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Leopold, C., Sumfleth, E., & Leutner, D. (2008). Lernen mit präsentierten versus selbst konstruierten Visualisierungen. In Arbeitsgruppe für Empirische Pädagogische Forschung (Hrsg.), 1. Tagung der AEPF in Kiel (Tagungsband, S. 208). Kiel: IPN Leipniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften.  
 
 
Vorträge  
 
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Leopold, C., Sumfleth, E., & Leutner, D. (2009, April, accepted).   Can learning with presented and self-constructed visualizations improve students’ learning from science text? Paper presented at the NARST Conference, Garden Grove, CA.  
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Opfermann M., & Leopold, C. (2009, April, accepted).   Learning with self-constructed and presented verbal and pictorial representations within a computer-based visualization tool.   Round table discussion at the AERA Conference, San Diego, CA.  
•   Schwamborn, A., Leopold C., Thillmann, H., Sumfleth, E., & Leutner, D. (2008, August). The efficiency of learning with presented vs. self-constructed pictorial representations.   Paper presented at the EARLI SIG2 Meeting, Tilburg, Niederlande.  
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Leopold, C., Sumfleth, E., & Leutner, D. (2008, August). Lernen mit präsentierten versus selbst konstruierten Visualisierungen. Vortrag während der 71. Tagung der AEPF, Kiel.  
•   Schwamborn, A., Leopold C., Thillmann, H., Sumfleth, E., & Leutner, D. (2008, July).   Effect of self-construction and presentation of pictorial representations of text information on self-regulated learning with multimedia. Paper presented at the 11. EARLI-JURE Konferenz, Leuven, Belgium.  
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Leutner, D., & Sumfleth, E. (2008, Februar). Selbstreguliertes Visualisieren naturwissenschaftlicher Sachverhalte: Der Einfluss der Selbstkonstruktion und der Präsentation piktorialer Repräsentationen auf den Lernerfolg.   Vortrag während des GöMaEsSa-Workshops „Pädagogische Psychologie“, Univ. des Saarlandes, Saarbrücken.  
 
 
Poster  
 
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Leutner, D., & Sumfleth, E. (2009, April, accepted). The role of time on task: exploring the effectiveness and efficiency of learning with self-constructed and presented visualizations of science text information. Poster presented at the AERA Conference, San Diego, CA.  
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Leutner, D., & Sumfleth, E. (2008, December). Visualization of science text contents. Poster presented at the International NWU Winter School, Velbert.  
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Leutner, D., & Sumfleth, E. (2008, November). Visualization of science text contents. Poster presented at the Scientist in Residence Symposium, Essen, Duisburg-Essen University.  
•   Schwamborn, A., Thillmann, H., Leutner, D., & Sumfleth, E. (2008, Februar). Visualisieren naturwissenschaftlicher Sachverhalte. Poster während des NWU-Symposiums, Mülheim.
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