Digitale Medien bieten zahlreiche Möglichkeiten, Lerninhalte anschaulich aufzubereiten. Sie ermöglichen es nicht nur, Texte und (statische) Bilder zu kombinieren, sondern erlauben auch die Bereitstellung dynamisch-interaktiver Formate wie Animationen und Simulationen, interaktive Aufgabenformate mit individualisiertem Feedback oder eine Anpassung und Individualisierung von Lernmaterialien. Doch häufig werden diese Möglichkeiten nicht genutzt; vorhandene Angebote bleiben hinter den damit verbundenen Potenzialen zurück. Eine wesentliche Ursache dafür ist, dass es bereits in der Ausbildung von Lehrkräften versäumt wird, ihnen wissenschaftliche Erkenntnisse zu dem Thema zu vermitteln und sie mit einem didaktisch sinnvollen Medieneinsatz vertraut zu machen. Das Leibniz-Institut für Wissenmedien versucht diesem Problem entgegenzuwirken, indem es als Forschungseinrichtung z.B. mit Lehrbuchverlagen kooperiert und Prototypen entwickelt, in deren Gestaltung wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse zum Design digitaler Instruktionsmaterialien einfließen. In der e-teaching.org Online-Veranstaltung "Forschungsbasierte Gestaltung von E-Books" stellte Prof. Dr. Katharina Scheiter Forschungsbefunde zu diesem Thema vor, die die hilfreiche Hinweise für die Rezeption und Anwendung in der Praxis bieten. Die Aufzeichnung zur Online-Veranstaltung dieser Folien findet sich auf e-teaching.org.

1. e-teaching.org | Mai 2014
Forschungsbasierte Gestaltung von
E-Books - multimedial und interaktiv
Prof. Dr. Katharina Scheiter
Leibniz-Institut für Wissensmedien

2. e-teaching.org | Mai 2014
Was ist ein (gutes) E-Book?
• Mehr als ein verlinktes pdf!
• Mehr als eine (schlechte) Kopie
analoger Angebote
• Umfassende Bildungsressource mit
multimedialen und interaktiven
Elementen, Feedback, Adaptivität, ...
• Intuitive Bedienbarkeit & klare Navigationsstrukturen
• Gezielte Nutzung der Potenziale digitaler Medien
ohne Technikverliebtheit
x

3. e-teaching.org | Mai 2014
Wie kommt man zu einem guten E-Book?
Lernkontext
Forschung
(Theorien & Befunde)
Erkenntnistransfer
Problemstellung
empirische
Evaluation
Lehr-Lernforschung
(Fach-) Didaktik
Mediendesign
Informatik
…

4. e-teaching.org | Mai 2014
Eine lehr-lernpsychologische Perspektive
Information
(externe Repräsentation)
x
Wissen
(interne Repräsentation)
Qualität Vorwissen,
Gedächtnis, ..

5. e-teaching.org | Mai 2014
Gestaltung externer Repräsentationen
Ziel: Optimierte Nutzung begrenzter kognitiver Informations-
verarbeitungsressourcen
Zentrale Forschungsfragen: Was ist lernhinderlich / lernförderlich in
einer konkreten Lernsituation und warum?
Vermeiden
lernhinderlicher
kognitiver
Belastung
Nutzung
kognitiver
Ressourcen für
lernförderliche
Prozesse

6. e-teaching.org | Mai 2014
Multimedia
• Kombination verbaler und
bildhafter Repräsentations-
formate
• unabhängig von
genutzten
Medientechnologien
Comenius (1658). Orbis
sensualium pictus.

7. e-teaching.org | Mai 2014
Visualisierung aus lehr-lernpsychologischer Sicht
• erweiterter Zugang zur Realität
• direkter und sparsamer Zugriff auf visuell-
räumliche Information
(Larkin & Simon, 1987; Zhang, 1997)
• kognitive Entlastung
(Scaife & Rogers, 1996)
• wahrnehmungsbasierte Schlussfolgerungen
(Goldstone & Son, 2005; Schwartz, 1995)
• Anregung zur Elaboration
(Ainsworth & Loizou, 2003)
Scheiter, Wiebe & Holsanova (2008)

8. e-teaching.org | Mai 2014
Das Projekt eChemBook
Unterricht
Lehr-/Lernforschung
Fachdidaktik
Katharina
Scheiter
Juliane
Richter
Sascha
Schanze
Nina
Ulrich
Erkenntnistransfer
Problemstellung
empirische
Evaluation

9. e-teaching.org | Mai 2014
1. Kapitel
2. Teilchenmodell
3. Kapitel
4. Kapitel
5. Kapitel
1 Einführung
2 Teilchenmodell
3 Diffusion
4 Druck
5 Aggregatzustand
6 Lösen
7 Dichte
8 Modelle
Basistext
Experiment
Interaktive
Übungen
Zusammen-
fassung
Struktur des eChemBook
Kapitel Lerneinheiten Elemente

10. e-teaching.org | Mai 2014
• Naturwissenschaftliche
Denk- und
Arbeitsweisen fördern
• Die SuS abholen
• Motivieren
Motivationstext
Interaktive Lernaufgaben• SuS aktivieren
• Selbststudium fördern
• Überblick und
Orientierung bieten
Zusammenfassung
Lernlandkarte
• Informieren
• Erklären
• Veranschaulichen
Basistext
Experiment
Ziele Elemente
Didaktische Funktionen und ihre Umsetzung

11. e-teaching.org | Mai 2014
Merkmale eines guten (digitalen) E-Books
• Erkenntnisbasierte Gestaltung der Elemente klassischer
Schulbücher (Text, Bild, Text-Kombinationen)
• Gezielte Nutzung des didaktischen Potenzials digitaler Medien zur
Unterstützung aktiven Lernens
• Interaktive Aufgaben mit Feedbackfunktion
• Dynamisch-interaktive Darstellungsformate (Animation, Video,
Simulation)
• Personalisierung des Lehrangebots (Binnendifferenzierung)
• Unterstützung für Orientierung & Navigation

12. e-teaching.org | Mai 2014
Textgestaltung

13. e-teaching.org | Mai 2014
Prinzipien der Textgestaltung
• Motivation
• Personalisierungsprinzip
(Clark & Mayer, 2011)
• Kontextualisierung/Alltagsbezug  Aktivierung von Vorwissen
(Gagne, 1985; Resnick, 1987)
• Verständlichkeit
(Hartley, 2004; Christmann & Groeben, 1996; Langer, Schulz von Thun & Tausch,
1990; McNamara et al., 1996)
• Einfachheit (kurze Formulierungen, geläufige Wörter, anschauliche
Formulierungen, Vermeiden von Passivkonstruktionen)
• Gliederung / Ordnung (Lemarie, Lorch, Eyerolle & Virbel, 2008)
• Kohärenz (McNamara et al., 1996)
• Schülervorstellungen adressieren (Beerenwinkel, 2006; Mason, 2001;
Tippett, 2010)

14. e-teaching.org | Mai 2014
Textgestaltung: Motivation / Aktivierung von Vorwissen

15. e-teaching.org | Mai 2014
Textgestaltung: Verständlichkeit

16. e-teaching.org | Mai 2014
Textgestaltung: Schülervorstellungen thematisieren

17. e-teaching.org | Mai 2014
Gestaltung von Visualisierungen

18. e-teaching.org | Mai 2014
Gestaltung von Visualisierungen
• Kohärenzprinzip / Verzicht auf dekorative Bilder
(Mayer, 2001; Rey, 2012)
• gezielte Nutzung für Vermittlung visuell-räumlicher
Zusammenhänge (Larkin & Simon, 1987)
• Reduktionismus
• Realismus
• Dynamik und Interaktivität

19. e-teaching.org | Mai 2014
Gestaltung von Visualisierungen - Realismus
Vorteile realistischer Visualisierungen
• erleichtern das Wiedererkennen von Objekten (Goldstone & Son, 2005)
• fördern die Lernmotivation
Vorteile schematisierter Visualisierungen
• weniger ablenkend und überfordernd
• betonen relevante Informationen (Kontrastierung)
• erleichtern abstrakte Interpretationen von Objekten und Prozessen
(DeLoache, 1995) und abstrakte Denkprozesse (Schwartz, 1995)

20. e-teaching.org | Mai 2014
Videos von Experimenten

21. e-teaching.org | Mai 2014
Gestaltung von Visualisierungen – Dynamik
Vorteile statischer Visualisierungen
• einfacher zu verarbeiten
• Hervorhebung zentraler Schritte
• dauerhafte Sichtbarkeit relevanter Informationen
Vorteile dynamischer Visualisierungen
• keine Notwendigkeit zu mentaler Animation
• Kontinuität und Richtung von Veränderungen sichtbar
• direkte Abbildung von prozesshaftem Geschehen
(Betrancourt & Tversky, 2002; Hegarty, 2004; Hoeffler & Leutner, 2010; Imhof et al.,
2012; Lowe, 1999)

22. e-teaching.org | Mai 2014
Relevanz der Dynamik für das Lernziel entscheidend
x

23. e-teaching.org | Mai 2014
Erklärung
einblenden
Luftteilchen
Simlulationen zum angeleiteten Entdecken dynamischer
Zusammenhänge (De Jong & van Joolingen, 1993)

24. e-teaching.org | Mai 2014
Gestaltung von Visualisierungen – weniger ist oft mehr
• Erhöhung der Komplexität (Realismus, Dynamik) muss auf Lernziele
abgestimmt sein  in vielen Fällen nicht notwendig!
• Bewusstsein für kognitive Anforderungen / notwendige
Verarbeitungsprozesse wichtig
• Gefahr der Überforderung des Lerners auch mit „gut gemeinten“
Unterstützungsmaßnahmen

25. e-teaching.org | Mai 2014
Gestaltung von Text-Bild Kombinationen

26. e-teaching.org | Mai 2014
Integration von Text und Bild unterstützen: Layout

27. e-teaching.org | Mai 2014
Integration von Text und Bild unterstützen: Hervorhebungen

28. e-teaching.org | Mai 2014
Unterstützung aktiven Lernens

29. e-teaching.org | Mai 2014
Interaktive Lernaufgaben
mit Feedbackfunktion: Zeichnen
Tiefergehendes Verständnis durch Zeichnen
(Ainsworth, Prain & Tytler, 2011)

30. e-teaching.org | Mai 2014
Interaktive Lernaufgaben mit Feedbackfunktion: Zuordnen
Aktives Integrieren (Bodemer et al., 2004)

31. e-teaching.org | Mai 2014
Dynamisch-interaktive Visualisierungsformate
• Animation
• Video
• Simulation
Luftteilche
n

32. e-teaching.org | Mai 2014
Freiheitsgrade für die Unterrichtsgestaltung

33. e-teaching.org | Mai 2014
Personalisierung des Lehrangebots: Adaptivität (-) und
Adaptierbarkeit
Gestufte Lernhilfen
(Franke-Braun, Schmidt-Weigand, Stäudel & Wodzinski, 2008)

34. e-teaching.org | Mai 2014
Kontrolle des eigenen Verständnisses

35. e-teaching.org | Mai 2014
Orientierung und Navigation

36. e-teaching.org | Mai 2014
Orientierung und Navigation
Graphische
Navigationshilfen
(McDonalds & Stevenson, 1999)
Navigationselemente
mit hohem
Wiedererkennungswert

37. e-teaching.org | Mai 2014
Zusammenfassung: Gestaltung des eChemBook
Vermeiden
lernhinderlicher
kognitiver Belastung
• Graphische
Navigationshilfen
• Verständliche Texte
• Relevante
Visualisierungen
• Text-Bild-Integration
• Adaptierbarkeit /
Gestufte Hilfen
• Feedback
Nutzung kognitiver
Ressourcen für
lernförderliche Prozesse
• Kontextualisierung/Alltagsb
ezug
• Konstruktive Lernaufgaben
(Zeichnen)
• Aktives Integrieren
• Angeleitetes entdeckendes
Lernen
• Selbsttestaufgaben

38. e-teaching.org | Mai 2014
Diskussion
• allgemeingültige Designprinzipien vs.
differenzierter / widersprüchlicher
Forschungsstand
• laborexperimentelle Erkenntnisse  Praxis
• offene Fragen
?
 empirische Forschung
notwendig!

39. e-teaching.org | Mai 2014
Forschungsprozess

40. e-teaching.org | Mai 2014
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
k.scheiter@iwm-kmrc.de

41. e-teaching.org | Mai 2014
BACKUP

42. e-teaching.org | Mai 2014
0
20
40
60
80
100
Functions Terminology Dynamics Functions Terminology Dynamics Error
identification
/ completion
Sorting task
%correct
Realistic Schematized
Lernen
Wissens-
test
Ergebnisse

43. e-teaching.org | Mai 2014
Wissenserwerb mit Multimedia
WORDS
PICTURES
MULTIMEDIA
PRESENTATION
SENSORY
MEMORY
LONGTERM
MEMORY
EARS
EYES
selecting
words
selecting
images
WORKING
MEMORY
SOUND
IMAGES
VERBAL
MODEL
PICTORIAL
MODEL
organizing words
organizing pictures
integrating PRIOR
KNOW-
LEDGE
The Cognitive Theory of Multimedia Learning (Mayer, 2001)
Externe
Repräsentation
Interne
Repräsentation

44. e-teaching.org | Mai 2014
Multimedia-Designprinzipien
• Multimedia
• Zeitliche Kontiguität
• Räumliche Kontiguität
• Modalität
• Kohärenz
• Redundanz
• ....

45. e-teaching.org | Mai 2014
Kombination von Visualisierung und sprachlicher Darstellung
• Verbesserung des
Textverstehens
(Levie & Lentz, 1982; Levin, Anglin, &
Carney, 1987)
• Repräsentation
• Interpretation
• Organisation
• duale Kodierung
(Paivio, 1986)
Scheiter, Wiebe & Holsanova (2008)