Der Einfluss von interaktiven Lernvideos im Physikunterricht der Sekundarstufe II auf Lernerfolg und Interesse MASTER THESIS 2020 Autor: David Leisner Begleitende Personen: Prof. Dr. Carmen Zahn Alessia Ruf Praxispartnerin: Kantonsschule Zürcher Oberland in Wetzikon Katarina Gromova und Bruno Cappelli Interaktive Lernvideos im Physikunterricht I Danksagung Mit dieser Seite möchte ich mich bei alldenjenigen bedanken, die das Gelingen dieser Arbeit ermöglicht und mich während meinem Studium unterstützt haben. Allen voran gebührt mein Dank Prof. Dr. Carmen Zahn und Alessia Ruf, die meine Masterarbeit betreut und begutachtet haben. Für die hilfreichen Anregungen und das konstruktive Feedback bei der Anfertigung dieser Arbeit möchte ich mich herzlich bedanken. Ich bedanke mich nachdrücklich bei den beiden Lehrpersonen der Kantonsschule Zürcher Oberland in Wetzikon, Frau Gromova und Herr Cappelli, für die professionelle Kooperation. Die freundliche und zuverlässige Zusammenarbeit hat mir eine praxisnahe Forschung ermöglicht und wertvolle Einblicke in den Lernalltag gewährt. Ein besonderer Dank gilt ebenfalls allen beteiligten Lernenden der Kantonsschule Wetzikon für ihre Teilnahme, ohne die diese Arbeit nicht hätte entstehen können. Ein vielfaches Dankeschön gilt insbesondere meiner Kommilitonin Tatjana Burton, die mir während des ganzen Studiums zur Seite stand. Bedanken möchte ich mich für die tolle Zusammenarbeit während der vielen Gruppenarbeiten, die Geduld, Hilfsbereitschaft und stetige Zuverlässigkeit. Ausserdem möchte ich Eveline Degen für das Korrekturlesen meiner Masterarbeit danken. Tief verbunden und dankbar bin ich meinen Freunden für ihr Verständnis, fünf Jahre auf viel Miteinander verzichtet zu haben und den starken emotionalen Rückhalt. Last, aber ganz sicher nicht least gebührt mein ausserordentlicher Dank meinen Eltern, Inge und Daniel Leisner, die es sicher nicht falsch verstehen, in dieser Aufzählung an letzter Stelle zu stehen. In meinem Leben stehen sie dafür ganz oben und ihr Stolz war die Basis meiner Motivation für dieses Studium. Sie waren es, die stets an mich glaubten und mir in den harten Zeiten immer und immer wieder Rückhalt gegeben haben. Ich weiss nicht, ob ich ohne sie die Kraft und den Mut gefunden hätte, diesen Weg zu gehen. Dafür bin ich unendlich dankbar. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht I I Abstract In times of rapid digital change, educational institutions have made particular use of interactive videos to support effective learning. Consequently, a systematic analysis of how interactive videos can be used for meaningful learning is crucial. However, research on video-based learning, which has been significant to date, has been conducted almost exclusively at tertiary level. This study investigated in a field experiment (N = 78) the influence of different positions of quizzes and different times of prompting to write annotations in interactive learning videos for physics lessons in secondary school on learning success and interest. The data was collected by means of pre-, post- and delayed post-tests. The results show no significant differences in design parameters. However, the descriptive data shows a clear tendency that an evidence-based design or rather, to be more precise the combination of in-video quiz and continuous writing of annotations, leads to higher learning success and interest. Keywords: interactive videos, annotations, in-video quiz, post-video quiz, generative learning, multimedia Interaktive Lernvideos im Physikunterricht I II Zusammenfassung Bildungsinstitutionen haben sich in Zeiten des raschen digitalen Wandels insbesondere interaktive Videos zur Unterstützung des effektiven Lernens zunutze gemacht. Folglich ist eine systematische Analyse, wie interaktive Videos für sinnvolles Lernen eingesetzt werden können, entscheidend. Bisher bedeutende Forschung zu videobasiertem Lernen erfolgte allerdings fast ausschliesslich auf Tertiärstufe. Diese Studie untersuchte in einem Feldexperiment (N = 78) den Einfluss unterschiedlicher Positionen von Quiz und unterschiedlicher Aufforderungszeitpunkte zum Schreiben von Annotationen in interaktiven Lernvideos im Physikunterricht der Sekundarstufe II auf Lernerfolg und Interesse. Die Daten wurden mittels Pre-, Post- und Delayed Post-Test erfasst. Die Ergebnisse zeigen keine signifikanten Unterschiede bezüglich Gestaltungsparameter. Aus den deskriptiven Daten geht jedoch eine klare Tendenz hervor, dass eine evidenzbasierte Gestaltung bzw. die Kombination aus In-Video Quiz und kontinuierlichem Schreiben von Annotationen zu höherem Lernerfolg und Interesse führt. Schlagwörter: Interaktive Videos, Annotationen, In-Video Quiz, Post-Video Quiz, generatives Lernen, Multimedia Interaktive Lernvideos im Physikunterricht I V Inhaltsverzeichnis 1. EINLEITUNG .............................................................................................................. 1 1.1 Kontext und Abgrenzung der Studie ........................................................................................ 2 1.2 Praxispartnerin und Ziel der Studie .......................................................................................... 3 1.3 Wissenschaftliche und praktische Relevanz ............................................................................ 4 1.4 Aufbau der Arbeit ..................................................................................................................... 4 2. THEORETISCHE FUNDIERUNG .................................................................................... 5 2.1 Ressourcen-Perspektive: Interaktive Videos und Lernen ........................................................ 6 2.1.1 Theorien multimedialen Lernens ..................................................................................... 7 2.1.2 Interaktive Videofunktionen .......................................................................................... 12 2.2 Aufgaben-Perspektive: Passung von interaktiven Videofunktionen und generativen Aktivitäten ............................................................................................................................... 16 2.3 Subjekt-Perspektive: Vorwissen, Interesse und Lernstrategien ............................................ 17 2.4 Ergebnis-Perspektive: konzeptuelles Verständnis, Lernprodukt und Interesse .................... 18 2.5 Fragestellung und Herleitung der Hypothesen ...................................................................... 19 3. METHODIK ............................................................................................................... 21 3.1 Stichprobe ............................................................................................................................... 21 3.2 Experimentelles Design .......................................................................................................... 22 3.2.1 Bedingungen ................................................................................................................... 22 3.2.2 Identifikation und Kontrolle von Störvariablen ............................................................. 23 3.3 Apparate, Materialien und Geräte ......................................................................................... 25 3.3.1 Videos ............................................................................................................................. 25 3.3.2 Fragebogen ..................................................................................................................... 29 3.3.3 Geräte: iPad, Tastatur, Touchpen & Kopfhörer ............................................................. 29 3.3.4 Weitere Materialien ....................................................................................................... 30 3.4 Messungen .............................................................................................................................. 32 3.5 Vortest .................................................................................................................................... 35 3.6 Durchführung .......................................................................................................................... 35 3.7 Datenauswertung ................................................................................................................... 37 Interaktive Lernvideos im Physikunterricht V 3.7.1 Datenaufbereitung ......................................................................................................... 37 3.7.2 Überprüfung auf Normalverteilung und Varianzhomogenität ...................................... 39 3.7.3 Analytische Tests ............................................................................................................ 40 4. ERGEBNISSE ............................................................................................................. 41 4.1 Gruppenvergleiche ................................................................................................................. 41 4.2 Lernerfolg ................................................................................................................................ 41 4.2.1 Objektive Messung ......................................................................................................... 41 4.2.2 Subjektive Messung ........................................................................................................ 43 4.3 Lernproduktqualität ................................................................................................................ 44 4.4 Interesse fürs Thema .............................................................................................................. 45 4.5 Subjektive Erfahrung beim Arbeiten in der Lernumgebung .................................................. 46 5. DISKUSSION ............................................................................................................. 48 5.1 Zusammenfassung und Interpretation der Ergebnisse ......................................................... 48 5.2 Beantwortung der Fragestellung ............................................................................................ 53 5.3 Limitationen ............................................................................................................................ 53 5.4 Implikationen für Forschung und Praxis ................................................................................. 55 5.4.1 Forschung ....................................................................................................................... 55 5.4.2 Praxis ............................................................................................................................... 55 5.5 Fazit ......................................................................................................................................... 56 6. LITERATURVERZEICHNIS ........................................................................................... 57 7. ABBILDUNGSVERZEICHNIS ....................................................................................... 65 8. TABELLENVERZEICHNIS ............................................................................................ 66 9. ANHANG: INHALTSVERZEICHNIS ................................................................................. I Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 1. Einleitung Effektives Lernen ist der Schlüssel zum Erfolg während des gesamten Lebens sowohl im Bildungs- als auch im Arbeitskontext und daher ein Thema von höchstem wissenschaftlichen und praktischen Interesse (Tiernan, 2015). Bereits vor der Jahrtausendwende veränderte die Digitalisierung der modernen Gesellschaft die Rolle der traditionellen Bildung (Marold, Larsen & Moreno, 2000; McAllister & McAllister, 1996). Das Internet wurde längst als geeignetes Medium zur Übertragung von Informationen erkannt und hat seinen Weg in die Unterrichtsräume gefunden (Carswell, 1997). Bildungsinstitutionen wie Schulen und Universitäten haben sich insbesondere videobasierte Materialien zur Unterstützung des Lernens und des konzeptuellen Verständnisses1 in verschiedenen Bereichen zunutze gemacht, während die Lernenden diese Medienquellen bereitwillig verwenden (Tiernan, 2015). In Anlehnung an Schön (2013) „veranschaulichen, demonstrieren und präsentieren“ (S. 3) Lernvideos Dinge, die in natura nicht gezeigt werden können. So können beispielsweise Experimente zur Demonstration komplexer Abläufe mittels Lernvideo veranschaulicht werden, womit physikalische Prozesse verständlich vermittelt und erklärt werden können. Diverse Studien konnten bereits nachweisen, dass das Lernen mit Videos im Vergleich zu herkömmlichen Lehrmitteln (z. B. textbasiertes Lernen) zu signifikant höherem Lernerfolg führt (z. B. Calandra, Brantley-Dias & Dias, 2006; Santagata, 2009; Kay & Edward, 2012; Lin & Tseng, 2012). Demgegenüber konnten einige Studien keine signifikanten Unterschiede zwischen videobasiertem Lernen und anderen Methoden aufzeigen (z. B. Lindgren, Pea, Lewis & Rosen, 2007; Donkor, 2010). Die kontroversen Befunde könnten auf unterschiedliche Aspekte zurückzuführen sein. Eine Erklärung könnte einerseits die audiovisuelle Gestaltung von Videos und andererseits die Art der Videopräsentation (interaktiv vs. nicht interaktiv) sein. Die Erfahrungspyramide von Dale (1969) zeigt, dass sich Lernende an 90 % des Gelernten erinnern, wenn sie etwas direkt erfahren. Dies wird zum Beispiel durch sogenannte interaktive Videos ermöglicht, indem Lernende mit den Videos interagieren können (Yousef, Chatti & Schroeder, 2014). Das heisst, interaktive Videos fördern die aktive und konstruktivistische Auseinandersetzung mit den Lerninhalten oder anders gesagt: Lernende können die Videos für generative Aktivitäten nutzen2. In diversen Studien zu Massive Open Online Courses (MOOCs) konnte aufgezeigt werden, dass der Grad an Interaktionsmöglichkeit mit Videos (z. B. Quiz und Notizen schreiben) stark mit der Bindung der Lernenden an (Hone & El Said, 2016) und dem Abschliessen von MOOC-Kursen (Pursel, Zhang, Jablokow, Choi & Velegol, 2016; Swinnerton, 1 Konzeptuelles Verständnis ist die Kenntnis von Klassifikationen, Prinzipien, Verallgemeinerungen, Theorien, Modellen oder Strukturen, die für einen bestimmten disziplinären Bereich relevant sind. Das heisst, es geht über das einfache Faktenwissen hinaus und besteht darin, Fakten miteinander zu verknüpfen, Zusammenhänge und Wechselwirkungen zu verstehen und diese in einen sinnvollen Kontext zu stellen (Krathwohl, 2002). 2 Beim generativen Lernen geht es darum, die zu lernenden Informationen aktiv zu verinnerlichen, indem diese mental neu organisiert und ins Vorwissen integriert werden, sodass Lernende das Gelernte auf neue Situationen anwenden können (Fiorella & Mayer, 2016). Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 Hotchkiss & Morris, 2017) sowie mit Noten bzw. dem Lernerfolg (Tseng, Tsao, Yu, Chan & Lai, 2016) korrelieren. Ausserdem konnten Zahn, Barquero und Schwan (2004) in ihrer Studie aufzeigen, dass Lernerfolg positiv mit der Nutzungsintensität der Interaktionsfunktionen und der individuellen mentalen Anstrengung der Lernenden korreliert. Eine weitere Erklärung für die kontroversen Befunde könnte sein, dass neben kognitiven sowohl emotionale als auch motivationale Faktoren simultan einen Einfluss auf den Lernprozess haben (Sembill, 1992). Es konnte nachgewiesen werden, dass interaktive Videos einen positiven Einfluss auf die emotionale Verhaltensebene (z. B. Interaktionen im realen Leben) und die Motivation von Lernenden haben sowie die Aufmerksamkeit für das Thema erhöhen können (Montazemi, 2006; Nikopoulou-Smyrni & Nikopoulos, 2010; Verleur, Heuvelman & Verhagen, 2011). Zusammenfassend lässt sich ohne Zweifel sagen, dass Videos heute im Bildungsbereich immer häufiger verwendet werden und mittlerweile als selbstverständlich gelten, obwohl die Wirkungsmechanismen, die dem Lernen mit Videos zugrunde liegen, noch nicht abschliessend geklärt sind und aktuell vielseitig untersucht werden (Rice, Beeson & Blackmore-Wright, 2019). 1.1 Kontext und Abgrenzung der Studie An der Hochschule für Angewandte Psychologie der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) wird gegenwärtig im Rahmen des vom SNF3 unterstützten Projekts Digital Video Tools to Support Conceputal Understanding and Creative Learning in Individuals and Groups der Einfluss von Videos auf das Lernen untersucht, an dem gleichzeitig die vorliegende Studie angegliedert ist. Konkret untersuchen die Forschenden der Hochschule für Angewandte Psychologie basierend auf dem systemischen Modell des aktiven Lernens (general model of an activity system) von Greeno und Engeström (2014) und Wittrocks (1992) Modell des generativen Lernens (vgl. Kapitel 2) jeweils den Einfluss der Lernaufgabe (Annotationen vs. Hyperlinks), des sozialen Umfelds (selbständiges vs. kollaboratives Lernen) sowie des Lernkontexts (Face-to-Face vs. Online-Lernen) auf den Lernprozess und das Interesse beim Lernen eines naturwissenschaftlichen Themas (synaptische Plastizität). Das Projekt unterteilt sich in zwei laborexperimentelle Erhebungsphasen sowie eine Evaluationsstudie im Feld. Zusammengefasst sollen durch die Vereinigung eines kognitiven und pädagogischen Ansatzes effiziente Strategien für den Einsatz von interaktiven Videos identifiziert werden, um das kreative Lernen4 sowie konzeptuelle Verständnis zu fördern. 3 SNF = Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung 4 „Creative learning is therefore any learning which involves understanding and new awareness, which allows the learner to go beyond notional acquisition, and focuses on thinking skills. It is based on learner empowerment and centredness. The creative experience is seen as opposite to the reproductive experience“ (Cachia, Ferrari, Ala-Mutka & Punie, 2010, S. 19). Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 Die vorliegende Studie legt den Fokus auf die Durchführung eines Feldexperiments, bei dem das selbständige Lernen eines naturwissenschaftlichen Themas mit interaktiven Videos im Unterricht in Zusammenhang mit unterschiedlichen generativen Lernaktivitäten untersucht wird. Da bis anhin im SNF-Projekt noch kein Feldexperiment stattgefunden hat, wird mit Hilfe dieser Studie ein erster Schritt zur Erhöhung der ökologischen Validität des SNF-Projekts getätigt. Für die Durchführung der vorliegenden Studie war die Akquise einer Praxispartnerin erforderlich. Vor welchem Hintergrund und mit wem letztendlich eine Kooperation zustande gekommen ist, wird im anschliessenden Kapitel genauer beschrieben. 1.2 Praxispartnerin und Ziel der Studie Auf Zürcher Kantonsebene startet im Januar 2020 das Projekt Digital Learning Hub Sek II, woran sich insgesamt 24 Berufsfach- und Berufsmaturitätsschulen sowie 22 Gymnasien aus dem Kanton Zürich beteiligen. Das Projekt fokussiert auf die Erweiterung des didaktisch-methodischen Handlungsrepertoires der Lehrpersonen unter Nutzung von digitalen Tools. Aus den vorab eingereichten Entlastungsanträgen seitens Lehrpersonen hat sich das Lehren mit Videos als ein zentrales Thema herauskristallisiert. Es ist geplant, dass zwei Lehrpersonen der Kantonsschule Zürcher Oberland in Wetzikon (Kantonsschule Wetzikon), die bereits über Erfahrung im Bereich Videoproduktion verfügen, ab September 2020 das Lead für das Arbeitspaket Lehren mit Videos übernehmen und darin als Ansprechpersonen für ihre Kolleginnen und Kollegen fungieren. Die beiden Lehrpersonen der Kantonsschule Wetzikon erarbeiten seit ungefähr zwei Jahren drei- bis fünfminütige interaktive Lernvideos für ihren Physikunterricht. Dabei wird für eine Minute Videozeit ungefähr eine Stunde Vorbereitungs- und Produktionszeit aufgewendet. Zuerst wird das Videoskript geschrieben, bevor die dazugehörigen PowerPoint-Folien (inkl. Animationen5) erstellt werden. Anschliessend wird das Skript auditiv aufgezeichnet und in die PowerPoint-Präsentation importiert, bevor die Audioaufnahme und Animationen mittels der Funktion Bildschirmpräsentation aufzeichnen synchronisiert und als Video exportiert werden. In einem weiteren Schritt laden die Lehrpersonen das Video auf ihren Youtube-Channel hoch, damit dieses mit dem interaktiven Videotool Edpuzzle6 verknüpft werden kann. Abschliessend werden die Videos in Edpuzzle mit der Interaktionsfunktion Quiz (Single Choice und offene Fragen) versehen. Die Lernenden bearbeiten die Videos jeweils selbständig im Unterricht auf ihrem „Own Device“ (Smartphone, Laptop). Nach der Bearbeitung des Videos werden die Lernenden jeweils aufgefordert, Notizen respektive eine Zusammenfassung in ihr Lernjournal in OneNote zu schreiben, was einer generativen Lernaktivität entspricht. 5 Animationen bezieht sich hier auf die Animationsfunktion in Microsoft PowerPoint (z. B. Einfliegen einer Grafik). 6 Edpuzzle ist ein kostenloses webbasiertes Videotool, das es Lehrenden ermöglicht, ein Video aus unterschiedlichen Webseiten (z. B. Youtube, TED, Vimeo) auszuwählen und daraus ein interaktives Video zu erstellen. Die Lehrenden können den Videos Quiz (Single Choice, offene Fragen), Audiospuren und Kommentare hinzufügen (Edpuzzle, 2019). Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 Mit Fokus auf ihre Rolle im bevorstehenden kantonalen Projekt interessiert die beiden Lehrpersonen der Kantonsschule Wetzikon, ob die Gestaltung ihrer interaktiven Videos lernpsychologischen Anforderungen gerecht wird. Zudem ist von Interesse, inwiefern eine evidenzbasierte im Vergleich zur aktuellen Gestaltung einen Einfluss auf das Lernergebnis hat. In den Interessen der beiden Lehrpersonen wurden Parallelen zum Vorhaben des Versuchsleiters gesehen, weshalb eine Kooperation zustande gekommen ist und die Kantonsschule Wetzikon als Praxispartnerin gewonnen werden konnte. Folglich ist das Ziel der vorliegenden Studie, zunächst die Gestaltung eines interaktiven Videos an der Kantonsschule Wetzikon unter Berücksichtigung von Lerntheorien sowie empirischen Befunden zu untersuchen und in einem weiteren Schritt den Status Quo mit einem optimal gestalteten interaktiven Video in Bezug auf das Lernergebnis zu vergleichen. Letztendlich sollen sich die beiden Lehrpersonen auf die Ergebnisse der Studie im Sinne eines Good Practice Guides beziehen können, um ihrer zukünftigen Funktion als Ansprechpersonen für das Lehren mit Videos im Kanton Zürich gerecht zu werden und die Kolleginnen und Kollegen für das Lehren mit Videos motivieren zu können. 1.3 Wissenschaftliche und praktische Relevanz Neben der offensichtlichen praktischen Relevanz (vgl. Kapitel 1.2) wird darüber hinaus gewährleistet, dass der vorliegenden Studie eine hohe wissenschaftliche Bedeutung zukommt. Angesichts der Tatsache, dass bisher bedeutende Forschung zu videobasiertem Lernen fast ausschliesslich auf Tertiärstufe erfolgte (Kay & Edwards, 2012) und mehrheitlich als Laborexperimente durchgeführt wurde, generiert die vorliegende Studie neue Erkenntnisse zu Lernen mit interaktiven Videos im Klassenzimmer auf Ebene der Sekundarstufe II. Darüber hinaus hilft die vorliegende Studie, zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen bezüglich der Unterstützung verschiedener generativer Lernaktivitäten durch interaktive Videofunktionen zur Förderung des konzeptuellen Verständnisses beizutragen. Dieses Wissen ist nicht nur für diejenigen von Interesse, die für die Gestaltung und Implementierung zeitgemässer Lernumgebungen verantwortlich sind, sondern auch für die wissenschaftliche Gemeinschaft. 1.4 Aufbau der Arbeit In einem ersten Schritt bedingt es einer theoretischen Einführung (Kapitel 2) in das Thema Lernen mit interaktiven Videos, bevor daraus am Ende des Kapitels die Fragestellung sowie Hypothesen abgeleitet werden können. In Kapitel 3 wird das methodische Vorgehen zur Prüfung der Hypothesen und zur Beantwortung der Fragestellung detailliert erläutert. In einem weiteren Schritt werden die Ergebnisse (Kapitel 4) aus der Datenerhebung präsentiert, bevor eine abschliessende Diskussion (Kapitel 5) den Bericht abrundet. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 5 2. Theoretische Fundierung Als theoretisches Rahmenmodell für die SNF-Studie Digital Video Tools to Support Conceptual Understanding and Creative Learning in Individuals and Groups wurde der einschlägige systemische Ansatz mit Fokus auf aktives Lernen (Learning in Activity) von Greeno und Engeström (2014) und Wittrocks (1992) Modell des generativen Lernens aus den Lernwissenschaften herausgegriffen. Vor dem Hintergrund, dass die vorliegende Studie am SNF-Projekt angegliedert ist, sind der Ansatz und das Modell ebenfalls für die vorliegende Untersuchung von entscheidender Bedeutung. Während das Lernen in der experimentellen Kognitionspsychologie hauptsächlich auf Ebene des Individuums analysiert wird, gehen Greeno und Engeström (2014) von einem übergeordneten Lernsystem – dem sogenannten «Activity System» (Aktivitätssystem) – aus und präsentieren einen Analyse-Ansatz, bei dem die Analyseeinheit über das Individuum hinausgeht. Laut Greeno und Engeström (2014) zählen das Subjekt (Einzelperson oder Gruppen von Lernenden), das Objekt (Themen und Aufgaben, an denen die Lernenden arbeiten) und die Ressourcen (mit denen die Lernenden ein Lernobjekt in Richtung eines gewünschten Ergebnisses transformieren) zu den Hauptkomponenten eines Aktivitätssystems (vgl. grün gestricheltes Rechteck in Abbildung 1). Ressourcen (Interaktive Videos) Subjekt Objekt (Aufgabe) Ergebnis Abbildung 1: Systemisches Modell des aktiven Lernens (nach Greeno & Engeström, 2014, S. 131) Demzufolge können Aktivitätssysteme nach Angabe von Greeno und Engeström (2014) so gross sein wie ein Klassenzimmer mit Lernenden und Lehrenden oder so klein wie eine einzelne Person, die beispielsweise mit einem Text oder einem Computerprogramm interagiert. Da der Schwerpunkt der lernwissenschaftlichen Forschung oft darauf gelegt wird, wie Menschen durch Aktivitäten in diesen Systemen lernen, bezeichnen Greeno und Engeström (2014) diese übergeordneten Lernsysteme als Aktivitätssysteme. Folglich konzentriert sich die Forschung zu Aktivitätssystemen laut Greeno und Engeström (2014) auf die Art und Weise, wie die einzelnen Systemkomponenten zum einen agieren und zum anderen Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 6 miteinander interagieren. Greeno und Engeström (2014) behaupten, dass insbesondere das konzeptuelle Lernen anhand der Interaktion zwischen den unterschiedlichen Systemkomponenten erklärt werden kann. Das konzeptuelle Verständnis wird disziplinübergreifend zum einen in der Bildung sowie der Arbeitswelt (Krathwohl, 2002) und zum anderen in der Forschung (Wittrock, 1992) als ein hochgeschätztes Bildungsziel gesehen. Wittrocks (1992) Modell des generativen Lernens postuliert, dass das konzeptuelle Verständnis vielmehr auf der aktiven Erzeugung von Bedeutung statt auf der Speicherung von Fakten basiert. Dies geschieht, indem Beziehungen sowohl zwischen Konzepten als auch zwischen früheren Lernerfahrungen bzw. Vorwissen und neuen Informationen erzeugt werden. Folglich setzt die Förderung des konzeptuellen Verständnisses laut Wittrock (1992) den Prozess voraus, Lernende dazu zu bringen, diese beiden Arten von Beziehungen aufzubauen. Für die vorliegende Studie sind die beiden Modelle insofern von entscheidender Bedeutung, als das Lernen mit interaktiven Videos an der Kantonsschule Wetzikon aus systemischer Perspektive (Greeno & Engeström, 2014) untersucht wird. Zudem werden mit Wittrocks (1992) Modell des generativen Lernens unterschiedliche Auswirkungen von bestimmten Lernaktivitäten (vgl. Kapitel 2.2), die durch verschiedene interaktive Videofunktionen unterstützt werden, auf das konzeptuelle Verständnis erklärt. Basierend auf den von Greeno und Engeström (2014) definierten zentralen Systemkomponenten, gliedern sich die weiteren theoretischen Ausführungen in die Kapitel Ressourcen-Perspektive (Kapitel 2.1), Aufgaben-Perspektive (Kapitel 2.2), Subjekt-Perspektive (Kapitel 2.3) und Ergebnis- Perspektive (Kapitel 2.4). 2.1 Ressourcen-Perspektive: Interaktive Videos und Lernen In Anlehnung an Greeno und Engeström (2014) umfasst die Ressourcen-Perspektive die von Lernenden verwendeten Technologien und Materialien, um ein Lernobjekt in Richtung des gewünschten Ergebnisses zu transformieren. In der vorliegenden Studie entspricht diese Systemkomponente den interaktiven Videos zum Lernen von Physikthemen auf Ebene der Sekundarstufe II. Laut Cattaneo, van der Meij, Aprea, Sauli und Zahn (2019) bestehen interaktive Videos aus einem sogenannten Rohvideo und Interaktionsfunktionen (z. B. Quiz), wobei deren Bereitstellung in zwei Phasen erfolgt: In der Vorbereitungsphase wird entweder ein bestehendes Rohvideo identifiziert und modifiziert oder ein eigenes Rohvideo erstellt. In der anschliessenden Produktionsphase wird das Rohvideo interaktiv gemacht, indem es in ein interaktives Videotool (z. B. Edpuzzle) eingebettet und mit Interaktionsfunktionen (z. B. Quiz) versehen wird. Damit letztendlich ein interaktives Video den Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 7 Anforderungen eines kognitiven Tools und folglich einem effektiven Lehrmittel gerecht wird, müssen Theorien multimedialen Lernens berücksichtigt werden (Cattaneo et al., 2019). Bereits zur Jahrtausendwende betonte die Forschung zum computergestützten Lernen immer wieder, dass dynamisch-visuelle Medien und komplex-interaktive Medien den Wissenserwerb insofern unterstützen, als deren Gestaltung mit den menschlichen kognitiven Verarbeitungsprozessen übereinstimmt (z. B. Moreno & Mayer, 2000b; Mayer, 2001). Selbst scheinbar unspektakuläre Gestaltungsentscheidungen können laut Zahn, Pea, Hesse und Rosen (2010) das Lernergebnis beeinflussen. Die multimedialen Lerntheorien helfen dabei, „die kognitiven Prozesse bei der Verarbeitung dynamischer, audiovisueller Darstellungen“ (Seidel, 2018, S. 36) zu verstehen, um effektive Lernumgebungen zu gestalten. Vor dem Hintergrund, dass für die vorliegende Studie von Interesse ist, inwiefern die Gestaltung der aktuellen interaktiven Videos an der Kantonsschule Wetzikon lernpsychologischen Anforderungen gerecht wird und ob eine evidenzbasierte Gestaltung im Vergleich zum Status Quo einen Einfluss auf das Lernergebnis hat, setzt in erster Linie ein Verständnis für die Verarbeitungsprozesse beim Lernen mit Multimedia voraus. Daher werden im Anschluss die Cognitive Load Theory und die Cognitive Theory of Multimedia Learning umfassend beschrieben, bevor auf die interaktiven Videofunktionen eingegangen wird. 2.1.1 Theorien multimedialen Lernens Cognitive Load Theory Unter Berücksichtigung des Arbeitsgedächtnismodells von Baddeley (1992) basiert Swellers (1999) Cognitive Load Theory auf der Annahme, dass das Arbeitsgedächtnis über eine begrenzte Verarbeitungskapazität und das Langzeitgedächtnis über eine unbegrenzte Kapazität verfügen (van Merriënboer & Sweller, 2010). Das Langzeitgedächtnis enthält Schemata7, die in ihrem Komplexitäts- und Automatisierungsgrad variieren. Mit anderen Worten: die menschliche Expertise stammt ausschliesslich aus dem gespeicherten Wissen in Form von automatisierten Schemata im Langzeitgedächtnis und folglich wird Lernen als die Konstruktion und Automatisierung solcher Schemata verstanden (van Merriënboer & Sweller, 2010). Beim Lernen müssen also neue Informationen im Arbeitsgedächtnis verarbeitet werden, um Schemata im Langzeitgedächtnis konstruieren zu können. Liegt eine Überlastung des Arbeitsgedächtnisses vor, wird dadurch der Informationstransfer zwischen Arbeits- und Langzeitgedächtnis beeinträchtigt. Demzufolge postuliert die Cognitive Load Theory, dass Lernen mit kognitiver Belastung einhergeht (van Merriënboer & Sweller, 2010) und unterscheidet dabei zwischen drei Belastungstypen: 7 Schemata sind mentale Wissensstrukturen, die es ermöglichen, mehrere einzelne Informationselemente als ein einziges Element zu behandeln (Plass, Moreno & Brünken, 2010) Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 8 Intrinsic Cognitive Load: Die intrinsische bzw. lernthemenbezogene kognitive Belastung ist dem Lernmaterial inhärent und kann deshalb weder durch die Art der Wissensvermittlung noch durch den Akt des Lernens selbst beeinflusst werden. Die Belastung hängt dabei einerseits von der Anzahl an Informationselementen ab, die gleichzeitig im Arbeitsgedächtnis verarbeitet werden müssen und andererseits von der Elementinteraktivität (van Merriënboer & Sweller, 2010). Zum Beispiel können beim Sprachenlernen Vokabeln isoliert voneinander gelernt werden (Low-Element Interactivity), während beim Grammatiklernen viele Elemente (Syntax, Tempus und Verb-Endung) simultan berücksichtigt werden müssen (High-Element Interctivity). Demzufolge führen Aufgaben mit einer hohen Elementinteraktivität zu einer hohen kognitiven Belastung, wobei die Belastungshöhe jeweils von der Expertise der Lernenden abhängig ist (van Merriënboer & Sweller, 2010). Extraneous Cognitive Load: Die extrinsische bzw. lernumgebungsbezogene Belastung resultiert aus der Gestaltung des Lernmaterials und kann demzufolge durch die Instruktionsdesigner (z. B. Lehrende) kontrolliert werden (Chandler & Sweller, 1991). Laut Ginns (2006) werden bei hoher extrinsischer Belastung Verarbeitungsressourcen für die intrinsische und lernprozessbezogene Belastung (Germane Cognitive Load) reduziert. Folglich sollte die extrinsische Belastung vor allem bei hoher intrinsischer und/oder lernprozessbezogener Belastung reduziert werden, indem das Lernmaterial adäquat gestaltet wird (vgl. Gestaltungsprinzipien unten). Germane Cognitive Load: Die sogenannte lernprozessbezogene Belastung ist die Verarbeitung, Konstruktion und Automatisierung von Schemata (Sweller, van Merriënboer & Paas, 1998). Das heisst, diese Belastung bezieht sich auf die Ressourcen des Arbeitsgedächtnisses, die zur Bewältigung der intrinsischen Belastung verwendet werden und folglich zum Lernen führen (van Merriënboer & Sweller, 2010). Daher wird eine hohe lernprozessbezogene Belastung als vorteilhaft angesehen (Cierniak, Scheiter & Gerjets, 2009). Die Cognitive Load Theory geht davon aus, dass die intrinsische und extrinsische Belastung additiv sind (van Merriënboer & Sweller, 2010). Das bedeutet, dass vor allem bei komplexen Aufgaben (High- Element Interactivity) die Summe aus intrinsischer und extrinsischer Belastung die Kapazität des Arbeitsgedächtnisses leicht übersteigen und zu einer kognitiven Überlastung führen kann. Je mehr die extrinsische Belastung reduziert wird, desto mehr Arbeitsgedächtnisressourcen können für die intrinsische Belastung aufgewendet werden und desto leichter wird es, eine entsprechende lernprozessbezogene Belastung (Germane Cognitive Load) zu induzieren (van Merriënboer & Sweller, 2010). Obwohl die drei Belastungstypen gut voneinander unterscheidbar sind, gilt deren Messung nach wie vor als eine Herausforderung der Cognitive Load Theory (Gerjets, Scheiter & Ciernak, 2009). Laut Stebner (2012) werden trotzdem vermehrt Masse entwickelt, die darauf abzielen, die drei Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 9 Belastungstypen zu erfassen. Gleichzeitig betont Stebner (2012), dass bislang eine allgemeingültige Definition der Messfaktoren ausfällt und deshalb vorwiegend die messbaren Konstrukte mentale Anstrengung sowie Lernerfolg im Fokus stehen. Unter mentaler Anstrengung wird die kognitive Kapazität beim Lernen verstanden, die zur Anforderungsbewältigung der Lernaufgabe benötigt wird (Stebner, 2012). Zum Beispiel haben Paas und van Merriënboer (1993) basierend auf der mentalen Anstrengung und dem Lernerfolg ein Effizienzmass (E) bestimmt, das die Lerneffizienz quantifiziert: z (Lernerfolg) − z (Mentale Anstrengung) 𝛦 = √2 Laut Paas und van Merriënboer (1993) handelt es sich einerseits um effizientes Lernen, wenn der Lernerfolg höher ausfällt, als aufgrund der investierten mentalen Anstrengung zu erwarten wäre und andererseits, wenn die investierte mentale Anstrengung geringer ist, als unter Berücksichtigung des erreichten Lernerfolgs zu erwarten wäre. Vor diesem Hintergrund wird bei hohem Lernerfolg sowie geringer mentaler Anstrengung von hoher Instruktionseffizienz und bei niedrigem Lernerfolg sowie hoher mentaler Anstrengung von niedriger Instruktionseffizienz gesprochen (Paas, Tuovinen, Tabbers & van Gerven, 2003). Cognitive Theory of Multimedia Learning Die Cognitive Theory of Multimedia Learning von Mayer (2001; 2005; 2009) berücksichtigt neben Baddeleys (1992) Arbeitsgedächtnismodell ausserdem die Dual Coding Theory (Paivio, 1986) und basiert auf drei grundlegenden Annahmen: (1) Das menschliche Informationsverarbeitungssystem besteht aus einem auditiven und einem visuellen Kanal, wobei (2) die Verarbeitungskapazität beider Kanäle begrenzt ist. (3) Aktives Lernen verlangt eine substantielle kognitive Verarbeitung im jeweiligen Kanal (Mayer, 2005). Das Modell in Abbildung 2 veranschaulicht, wie nach Mayer (2005) mit Multimedia gelernt wird. Darin wird das erwähnte Zweikanalprinzip durch zwei Zeilen dargestellt – eine für die Verarbeitung von Wörtern (oben) und eine für die Verarbeitung von Bildern (unten). Das Prinzip der begrenzten Kapazität wird durch die grosse Spalte Arbeitsgedächtnis dargestellt, in welchem der Wissensaufbau stattfindet. Das aktive Verarbeitungsprinzip wird durch die fünf Pfeile Selektion Worte, Selektion Bilder, Organisation Worte, Organisation Bilder und Integration repräsentiert, was den kognitiven Prozessen für sinnvolles Lernen entspricht (Mayer, 2005). Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 0 Multimediale Sensorisches Präsentation Gedächtnis Arbeitsgedächtnis Langzeit- gedächtnis Worte Ohren Selektion Ton Organisation Verbales Worte Worte Modell Inte- gration Vorwissen Bilder Augen Selektion Bilder Organisation Bildhaftes Bilder Bilder Modell Abbildung 2: Cognitive Theory of Multimedia Learning (nach Mayer, 2005, S. 37) Des Weiteren geht aus Abbildung 2 hervor, dass eine multimediale Präsentation (linke Spalte) sowohl Worte (geschrieben oder narrativ) als auch Bilder enthalten kann. Narrative Worte gelangen durch die Ohren, während Bilder und geschriebene Worte durch die Augen in das kognitive Verarbeitungssystem gelangen. Darin wird ein Teil des Materials zur weiteren Verarbeitung im Arbeitsgedächtnis ausgewählt, wobei im jeweiligen Kanal einige wenige Informationen gleichzeitig gehalten werden können. Im Arbeitsgedächtnis können einige der ausgewählten Bilder gedanklich zu einem bildlichen und einige der ausgewählten Wörter (geschrieben oder narrativ) zu einem verbalen Modell organisiert werden. Schliesslich kann, wie der Integrationspfeil zeigt, das eingehende Material mit dem Vorwissen aus dem Langzeitgedächtnis verknüpft werden (Mayer, 2005). Gestaltungsprinzipien Mayer (2009) hat aus der Theorie insgesamt zwölf Gestaltungsprinzipien für multimediale Lernumgebungen abgeleitet, wobei in Anlehnung an Seidel (2018) fünf davon speziell bei der Gestaltung von Videolernumgebungen zu berücksichtigen sind. Mit Bezug zu Swellers (1999) Cognitive Load Theory helfen die Gestaltungsprinzipien dabei, den Extraneous Cognitive Load möglichst gering zu halten. Nachstehend werden zuerst drei für die Studie grundlegende Gestaltungsprinzipien beschrieben, bevor auf die fünf abgeleiteten Anforderungen an Videolernumgebungen eingegangen wird: Multimediaprinzip: Der Wissenserwerb wird durch eine Kombination von Text (narrativ oder geschrieben) und Bild besser unterstützt, als wenn ausschliesslich mit Text gelernt wird (Mayer, 2009), da Lernende Assoziationen zwischen beiden Darstellungsformen mit identischem Inhalt bilden (Mayer, 2008). Modalitätsprinzip: Dieses Prinzip besagt, dass eine audiovisuelle Repräsentation (Bild und narrativer Text) des Lerninhalts für den Wissenserwerb förderlicher ist als eine rein visuelle Darstellung (Bild und schriftlicher Text) derselben Information (Mayer, 2009; Sweller, 2005). Dies, da bei letzterem der Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 1 visuelle Kanal überlastet ist und gleichzeitig der auditive Kanal über freie Verarbeitungskapazität verfügt. Vor allem für komplexe Lerninhalte und rapide Bildabfolgen wird eine Kombination von auditiven und visuellen Informationen nahegelegt (Mayer, 2009). Personifizierungsprinzip: Mayer (2009) verweist darauf, dass eine direkte bzw. persönliche Ansprache der Lernenden (z. B. «Du sollst bzw. Sie sollen mit diesem Video verstehen…») das Lernen im Vergleich zu formellen und unpersönlichen Ansprachen besser unterstützen (Moreno & Mayer, 2004). Dies wird damit begründet, dass durch die persönliche Ansprache ein sozialer Bezug zur Erzählerin bzw. zum Erzähler entwickelt wird, was eine motivationale Wirkung hat und folglich zu einer intensiveren Auseinandersetzung mit dem Inhalt führt (Mayer, 2008). Segmentierungsprinzip: Wenn Präsentationen multimedialer Informationen sequentiell segmentiert und individuell steuerbar sind, begünstigt dies im Vergleich zu kontinuierlichen traditionellen Präsentationen das Lernen (Mayer, Dow & Mayer, 2003). Für Lernvideos bedeutet dies, komplexe Grafiken oder mathematische Formeln Schritt für Schritt einzublenden (Seidel, 2018). Signalisierungsprinzip: Multimediale Präsentationen, in denen essentielle Informationen hervorgehoben werden, unterstützen den Wissenserwerb einerseits und reduzieren zeitgleich die Verarbeitung unwichtiger Inhalte (Mayer, 2001). Laut Mayer (2008) ist die Berücksichtigung dieses Prinzips vor allem bei komplexen Inhalten hilfreich, da die Aufmerksamkeit auf die zentralen Elemente gelenkt und folglich Beziehungen zwischen diesen erzeugt werden. Redundanzprinzip: Eine multimediale Präsentation bestehend aus Bild und gesprochenem Text ist lernförderlicher als die redundante simultane Darstellung derselben Informationen durch Bild, geschriebenen und gesprochenen Text (Moreno & Mayer, 2002). Bei Letzterem wird laut Mayer (2008) der visuelle Kanal doppelt belastet (Bild und geschriebener Text) und gleichzeitig findet im auditiven Kanal ein Abgleich zwischen geschriebenem und gesprochenem Text statt, was zu einer kognitiven Mehrbelastung führt. Allerdings kann laut Mayer (2009) in bestimmten Fällen von diesem Prinzip abgesehen werden, beispielsweise wenn unbekannte Fachbegriffe erscheinen oder die Informationspräsentation durch die Lernenden gesteuert werden kann. Räumliches Kontiguitätsprinzip: Dieses Prinzip besagt, dass korrespondierende Text- und Bildinformationen nah beieinander zu präsentieren sind (Moreno & Mayer, 1999). Ansonsten wird unnötige Kapazität beansprucht, da der Wechsel des Aufmerksamkeitsfokus zwischen den verteilten Informationen jeweils eine kurzfristige Speicherung dieser voraussetzt, bevor sie miteinander verknüpft werden können (Mayer, 2008). Zeitliches Kontiguitätsprinzip: In Anlehnung an Mayer (2009) ist die zeitlich synchronisierte Präsentation von bildlichen und gesprochenen Informationen lernförderlicher als bei einer asynchronen Präsentation derselben, da dadurch die Bildung mentaler Verknüpfungen zwischen Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 2 bildhaften und auditiven Informationen begünstigt wird. Dieses Prinzip sollte zum Beispiel bei Präsentationsfolien, die zeitgleich zur Audioaufnahme einer Sprecherin oder eines Sprechers ablaufen, angewendet werden (Mayer, 2009). Ausserdem hat die Studie von Moreno und Mayer (2000a) gezeigt, dass akustische Zusätze (Musik und Sounds) beim multimedialen Lernen zu einer Überlastung des auditiven Kanals führen können. Erkenntnisse für die vorliegende Studie: Angesichts der Tatsache, dass physikalische Konzepte einen hohen Intrinsic Cognitive Load innehaben, ist es bei der Gestaltung der interaktiven Videos an der Kantonsschule Wetzikon von hoher Relevanz, den Extraneous Cognitiv Load unter Berücksichtigung von Mayers (2009) Gestaltungsprinzipien möglichst gering zu halten, damit ein lernförderlicher Germane Congnitve Load unterstützt werden kann. 2.1.2 Interaktive Videofunktionen Cattaneo et al. (2019) unterscheiden bei den interaktiven Videofunktionen zwischen Steuerungsfunktionen, Quiz-, Annotations- und Hyperlinkfunktion. In Anbetracht der Tatsache, dass weder an der Kantonsschule Wetzikon noch in der vorliegenden Studie Hyperlinks verwendet wurden, wird auf eine Beschreibung dieser verzichtet (für einen Überblick vgl. Cattaneo et al., 2019). Steuerungsfunktionen Laut Cattaneo et al. (2019) gibt es mindestens zwei Faktoren, die es Lernenden erschweren können, mit dem laufenden Informationsfluss in einem Video Schritt zu halten: „complexity and transience“ (S. 2). Deshalb sollen Videos über Steuerungsfunktionen in Form eines Schieberreglers oder einer klassischen Symbolleiste mit einer Wiedergabe-, Pausen- und Rückspul- bzw. Vorlauftaste verfügen (Cattaneo et al., 2019). Diese Steuerungsfunktionen ermöglichen es den Lernenden, basierend auf ihren individuellen Bedürfnissen sowie Kapazitäten mit dem Video zu interagieren und somit mit dem Risiko einer kognitiven Überlastung umzugehen. Darüber hinaus hilft eine integrierte Indexierung (z. B. Inhaltsverzeichnis), die Videostruktur besser zu verstehen und verhilft folglich zu einer optimaleren Navigation durch das Video (Cattaneo et al., 2019). Es zeigte sich beispielsweise, dass die aktive Nutzung von Steuerungsfunktionen signifikant mit dem faktischen Wissenserwerb in Biologie korreliert (Zahn et al., 2004). Ausserdem konnten Schwan und Riempp (2004) in ihrer Studie nachweisen, dass Lernende, die Steuerungsfunktionen nutzten, beim Erlernen von Seemannsknoten effizienter waren, als Lernende, die mit nicht interaktiven Videos lernten. Daraus resultiert, dass Steuerungsfunktionen in Videos epistemische Aktivitäten zur selbstregulierten kognitiven Verarbeitung von Informationen unterstützen (Merkt, Weigand, Heier & Schwan, 2011; Schwan & Riempp, 2004). Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 3 Erkenntnisse für die vorliegende Studie: Aus diesen Erläuterungen einerseits und aus den Beschreibungen zu den Gestaltungsprinzipien „Segmentierung“ und „Redundanz“ andererseits ist die individuelle Steuerung der Informationspräsentation von entscheidender Bedeutung für das Lernen mit Videos. Das interaktive Videotool Edpuzzle, das aktuell an der Kantonsschule Wetzikon eingesetzt wird, verfügt über die Steuerungsfunktionen Wiedergabe- und Pausentaste sowie Schieberegler und bietet daher die grundlegende interaktive Videofunktion. Quizfunktion Neben Steuerungsfunktionen zählt laut Cattaneo et al. (2019) die Quizfunktion ebenfalls zu den interaktiven Videofunktionen, die anschliessend genauer erläutert wird. Der Einsatz von Quiz wird als nützlich empfunden, um den Lernenden Feedback zu geben und die Verbesserung der Unterrichtsmaterialien zu unterstützen (Cummins, Beresford & Rice, 2016). Allerdings werden laut Guo, Kim und Rubin (2014) Quiz in vielen Online-Lernumgebungen erst nach der Videobearbeitung eingesetzt (Post-Video Quiz). Dies führt dazu, dass es je nach Videolänge einige Zeit dauern kann, bis Lernende ein Feedback erhalten (Cummins et al., 2016). Die Unmittelbarkeit des Feedbacks ist jedoch entscheidend für das Lernen (Rowe & Wood, 2008) und hat besonders beim multimedialen Lernen einen positiven Einfluss auf die Motivation der Lernenden (Corbalan, Kester & van Merriënboer, 2009). Daher ist es nicht der effektivste Ansatz, bis zum Ende eines Videos mit dem Einsatz von Quiz zu warten, da es besonders problematisch sein kann, wenn das Video mehrere Konzepte vorstellt, die aufeinander aufbauen (Cummins et al., 2016). Eine Lösung für die beschriebene Problematik bezüglich verzögerten Feedbacks bietet die sogenannte In-Video Quizfunktion, die zu einer am häufigsten eingesetzten interaktiven Videofunktion zählt (Baker, 2016; Davis, Hauff & Houben, 2018). Anstatt zuerst das ganze Video anzusehen und erst im Anschluss Fragen zu beantworten, können die Quiz (z. B. Single Choice, Mehrfachauswahl, richtig/falsch, offene Fragen) direkt an beliebiger Stelle in das Video eingebettet und sofortiges Feedback, ausser bei offenen Fragen, gegeben werden (Baker, 2016; Cattaneo et al., 2019). Diverse Studien konnten aufzeigen, dass In-Video Quiz das Engagement (Baker, 2016; Cummins et al., 2016; Kovacs, 2016) und die Motivation (Merkt et al., 2011) von Lernenden erhöhen. Kovacs (2016) untersuchte beispielsweise das Engagement von Lernenden bei In-Video Quiz in MOOC- Lernveranstaltungen anhand von Clickstream-Ereignissen und konnte aufzeigen, dass es Spitzenwerte bezüglich Suchaktivität in Zusammenhang mit In-Video Quiz gibt. Das heisst, die Lernenden suchten bei der Erscheinung eines In-Video Quiz am häufigsten rückwärts im Video und beantworteten die Quizfragen grösstenteils beim ersten Versuch richtig. Darüber hinaus haben Szpunar, Jing und Schacter (2014) herausgefunden, dass Lernende mehr Notizen schreiben, wenn In-Video Quiz Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 4 vorhanden sind. Ausserdem sind Delen, Liew und Wilson (2014) zum Schluss gekommen, dass In-Video Quiz die Selbstregulation8 beim Schauen von Lernvideos unterstützen. Demgegenüber haben Shelton, Warren und Archambault (2016) sowie Rice et al. (2019) in ihren Studien herausgefunden, dass In-Video Quiz für einige Lernende eine ablenkende Wirkung haben können, was zu einer Interessensabnahme oder gar zum Verpassen der Hauptbotschaft im Video führen kann. Rice et al. (2019) beziehen sich hierfür auf Mayers (2009) Cognitive Theory of Multimedia Learning und argumentieren, dass In-Video Quiz eine Ablenkung vom Lernziel darstellen, wenn keine Verlinkung zwischen beiden besteht, was schliesslich zu einer kognitiven Überlastung führt. Des Weiteren berichteten einige Lernende, dass In-Video Quiz Unsicherheit hervorrufen und dadurch den Lernfortschritt beeinträchtigen (Shelton et al., 2016; Rice et al., 2019). Nichtsdestotrotz betonen Rice et al. (2019), dass die Vorteile von In-Video Quiz überwiegen und daher versucht werden soll, die Nachteile anzugehen, anstatt auf sie zu verzichten. Konkret empfehlen Rice et al. (2019), dass eine potentielle Ablenkung von In-Video Quiz bestmöglich minimiert werden kann, indem den Prinzipien des multimedialen Lernens (Mayer, 2009) gefolgt und sichergestellt wird, dass Quizfragen eine Fortsetzung und keine Erweiterung des Videoinhalts darstellen. Mit anderen Worten sollten die Quiz jeweils an jener Stelle erscheinen, an der jeweils auch der Lerninhalt behandelt wird, um die interaktive Diskussion zwischen Lehrenden und Lernenden zu simulieren (Cummins et al., 2016). Obwohl In-Video Quiz bereits mehrfach erforscht wurden, fehlt bisher ein systematisch experimenteller Vergleich zwischen Post- und In-Video Quiz (Cummins et al., 2016). Erkenntnisse für die vorliegende Studie: Aufgrund der Tatsachen, dass es einerseits kontroverse Befunde bezüglich In-Video Quiz gibt sowie bis dato noch kein systematischer Vergleich zwischen Post- und In-Video Quiz erfolgte und andererseits an der Kantonsschule Wetzikon gegenwärtig In-Video Quiz genutzt werden, soll mit der vorliegenden Studie unter anderem untersucht werden, inwiefern die Positionierung von Quiz einen Einfluss auf das Lernergebnis haben. Annotationsfunktion Neben den Steuerungsfunktionen und In-Video Quiz zählt die Annotationsfunktion ebenfalls zu den interaktiven Videofunktionen (Cattaneo et al., 2019). Der Begriff Annotation bezieht sich auf das Hinzufügen von Notizen, Kommentaren und Erklärungen zu einem Dokument, Diagramm, Bild oder Video (Rich & Hannafin, 2009). In Bezug auf Lernvideos heisst das, dass Lernende mittels Annotationsfunktion ihre eigenen Inhalte aktiv einbringen und somit das Video in eine bereicherte Informationsstruktur transformieren können (Yousef, Chiatti, Danoyan, Thüs 8 Selbstregulation bedeutet, dass sich Lernende vor dem Lernen ein bestimmtes Ziel setzten (z. B. den Videoinhalt gut verstehen) und anschliessend das Vorgehen (z. B. Notizen schreiben) für die Zielerreichung planen (Keller, Ogrin, Ruppert & Schmitz, 2013). Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 5 & Schroeder, 2015), ohne dass dabei der ursprüngliche Videoinhalt modifiziert wird (Khurana & Chandak, 2013). Eine durchgeführte Studie im Schweizerischen Berufsbildungssystem, in der unter anderem der Einsatz der Annotationsfunktion untersucht wurde, zeigt, dass sowohl Lehrende als auch Lernende die Funktion als nützlich und effektiv wahrnehmen (Cattaneo, Ngyuen, Sauli & Aprea, 2015). Des Weiteren konnte in qualitativen Einzelfallanalysen nachgewiesen werden, dass das Schreiben von Annotationen in Videos die Herstellung von Beziehungen zwischen Vorwissen und neuen Informationen fördert (Zahn et al., 2010; Zahn, Krauskopf, Hesse & Pea, 2012) oder anders formuliert: die Annotationsfunktion kann von den Lernenden für generative Aktivitäten genutzt werden und fördert folglich das konzeptuelle Verständnis (Wittrock, 1992). Erkenntnisse für die vorliegende Studie: Das gegenwärtige an der Kantonsschule Wetzikon genutzte interaktive Videotool Edpuzzle verfügt über keine Annotationsfunktion. Die Lernenden werden allerdings jeweils am Ende der Videobearbeitung dazu aufgefordert, ihre Notizen in das persönliche Lernjournal in OneNote zu schreiben, wodurch das Lernprodukt im Vergleich zum kontinuierlichen Schreiben von Annotationen vom Video losgelöst ist. Inwiefern dies für die vorliegende Studie von Relevanz ist, wird nach dem anschliessenden Zwischenfazit zu den interaktiven Videofunktionen in Kapitel 2.2 im Einzelnen beschrieben. Zwischenfazit: Interaktiven Videofunktionen Aus den Erläuterungen in diesem Kapitel geht hervor, dass es unterschiedliche interaktive Videofunktionen gibt, diese bereits vielseitig untersucht wurden und gleichzeitig Forschungslücken bestehen. Ausserdem hat sich gezeigt, dass die verschiedenen Interaktionsfunktionen in Beziehung zueinander stehen. Beispielsweise suchen Lernende beim Erscheinen eines In-Video Quiz rückwärts im Video, was die Verfügbarkeit von Steuerungsfunktionen voraussetzt oder die Lernenden schreiben häufiger Notizen. Ungeachtet dessen haben weitere Untersuchungen gezeigt, dass das umfangreiche Angebot an Interaktionsfunktionen mit potenzieller Komplexität einhergeht und deshalb die Potenziale der Funktionen zum Teil nicht verstanden werden (Krauskopf, Zahn, Hesse & Pea, 2014). Damit die Interaktionsfunktionen letztendlich effizient genutzt werden können, sollte den Lernenden eine genaue Anleitung (Zahn et al., 2012) und ein Training (Kim, Li, Cai, Gajos & Miller, 2014) angeboten werden. Dies steht im Einklang mit früheren Debatten über Einflüsse von Medien und Lehrmethoden auf das Lernen (z. B. Clark, 1994; Kozma, 1994), die zeigen, dass Lernen nicht allein durch das Potenzial von Tools erwartet werden kann, sondern als Folge konkreter Lernaktivitäten und eines aktiven, konstruktiven Prozesses stattfindet. Diese Erkenntnis untermauert die Wichtigkeit, dass Lernen laut Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 6 Greeno und Engeström (2014) auf systemischer Ebene zu analysieren ist, weshalb im anschliessenden Kapitel genauer auf die Relevanz der Aufgabe beim Lernen eingegangen wird. 2.2 Aufgaben-Perspektive: Passung von interaktiven Videofunktionen und generativen Aktivitäten Laut Greeno und Engeström (2014) hängt Lernen zentral von sinnvollen Aufgaben ab, die eine Reihe von Aktivitäten zur Förderung des Lernziels umfassen sollen. Einerseits wurde im vorherigen Kapitel 2.1 angedeutet, dass die Annotationsfunktion generative Aktivitäten unterstützt und andererseits wurde bereits in der Einleitung darauf verwiesen, dass sich die Forschung im SNF-Projekt unter anderem auf das Modell des generativen Lernens (Wittrock, 1992) stützt. Dieses Modell liefert der Lernwissenschaft eine einflussreiche und pädagogisch relevante Theorie für sinnvolles Lernen (Fiorella & Mayer, 2016). Beim generativen Lernen geht es darum, die zu lernenden Informationen aktiv zu verinnerlichen, indem diese mental neu organisiert und ins Vorwissen integriert werden, sodass das Gelernte auf neue Situationen anwendbar wird (Fiorella & Mayer, 2016). Generatives Lernen hängt laut Fiorella und Mayer (2016) nicht ausschliesslich von der Art der Informationspräsentation ab, sondern auch wie Lernende versuchen, diese zu verstehen. Eine generative Lernaktivität ist zum Beispiel das Zusammenfassen des Lerninhalts (Fiorella & Mayer, 2016). Unter Zusammenfassen ist zu verstehen, die Hauptbotschaft eines Lerninhalts in eigenen Worten kurz und prägnant zu formulieren. Das heisst, eine effektive Zusammenfassung geht über das wortgetreue Kopieren von Wörtern oder Sätzen hinaus und beinhaltet vielmehr die eigenen Interpretationen der wichtigsten Lerninhalte basierend auf dem individuellen Vorwissen (Fiorella & Mayer, 2016). Doctorow, Wittrock und Marks (1978) konnten bereits vor 40 Jahren mit ihrer Studie aufzeigen, dass das Leseverständnis und der Wiedererkennungswert bei Lernenden, die einerseits Absatzüberschriften einfügten und andererseits aufgefordert wurden, selber Sätze zu den jeweiligen Textabsätzen zu formulieren, doppelt so hoch ausfiel, wie wenn der Text nur gelesen wurde. Die Metaanalyse von Bangert-Drowns, Hurley und Wilkinson (2004) zu „48 school-based writing-to-learn programs“ zeigte ebenfalls, dass das Verständnis von komplexen Beziehungen und letztendlich die Wissensgenerierung durch das Schreiben von Zusammenfassungen unterstützt wird. Eine aktuellere Studie von Pilegard und Fiorella (2016) konnte ausserdem belegen, dass generative Aktivitäten die Selbstregulation von Lernenden fördern. Erkenntnisse für die vorliegende Studie: Wie sich zeigt, wurde der Effekt von generativen Aktivitäten auf das Lernen bisher zwar in diversen Studien untersucht, jedoch nicht in Bezug auf das Schreiben von Annotationen in Videos. Vielmehr wurden die Lernenden gebeten, ihre Zusammenfassung auf Papier oder in einem Schreibprogramm zu verfassen. Diese Form generativer Aktivität deckt sich mit der Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 7 aktuellen Situation an der Kantonsschule Wetzikon, an der die Lernenden ihre Notizen ins Lernjournal schreiben. Das heisst, dass sich die generative Lernaktivität an der Kantonsschule Wetzikon im Vergleich zum Schreiben von Annotationen in Videos einerseits in Bezug auf das Medium (Video vs. OneNote) und andererseits des Zeitpunkts (während vs. nach Videobearbeitung) unterscheidet. Für die vorliegende Studie ist von Interesse, inwiefern der Zeitpunkt, an dem die Lernenden der Kantonsschule Wetzikon zu generativen Lernaktivitäten bzw. zum Schreiben von Annotationen in Videos aufgefordert werden, einen Einfluss auf das Lernergebnis hat. Unabhängig davon, ob interaktive Videofunktionen zur Unterstützung generativer Aktivitäten genutzt werden können und die Nutzung dieser von den Lernenden verstanden wird, hängt das Lernergebnis letztendlich immer von lernrelevanten Merkmalen der Lernenden ab, auf welche im anschliessenden Kapitel genauer eingegangen wird. 2.3 Subjekt-Perspektive: Vorwissen, Interesse und Lernstrategien Bei der Subjekt-Perspektive handelt es sich laut Greeno und Engeström (2014) um einzelne Lernende oder Gruppen von Lernenden, wobei für die vorliegende Studie das selbständige Lernen im Fokus steht. Folglich wird in diesem Kapitel auf Persönlichkeitsmerkmale von Lernenden eingegangen, die einen Einfluss auf das Lernergebnis haben. Die Wirksamkeit einer bestimmten Lernbedingung kann durch bestimmte Merkmalsvariablen der Lernenden abgeschwächt werden (Leutner & Rammsayer, 1995). Blömeke (2003) spricht dabei von der sogenannten „Aptitude-Treatment-Interaction“ und unterscheidet konkret zwischen Vorwissen, Interesse und Lernstrategien von Lernenden, die das Lernergebnis beeinflussen: Vorwissen: Aus den bisherigen theoretischen Erläuterungen geht hervor, dass Vorwissen eine entscheidende Rolle beim Lernen mit Multimedia spielt. So entsteht konzeptuelles Verständnis laut Wittrocks (1992) Modell des generativen Lernens, indem zu lernende Informationen unter anderem in Beziehung zu früheren Lernerfahrungen gesetzt werden. Swellers (1999) Cognitive Load Theory postuliert ebenso, dass neue Informationen mit bestehenden Schemata im Langzeitgedächtnis abgeglichen werden, während Mayers (2001; 2005; 2009) Cognitive Theory of Multimedia Learning von einer Verknüpfung zwischen eingehenden Informationen und Vorwissen spricht. Thematisches Interesse: In Anlehnung an Tobias (1994) bezieht sich das thematische Interesse auf relativ stabile Präferenzen für diverse Themen, Aufgaben oder Kontexte. Die Begriffe Interesse und intrinsische Motivation können laut Deci und Ryan (1991) als Synonyme betrachtet werden, da intrinsisch motivierte Verhaltensweisen aus dem eigenen Interesse heraus resultieren. Die Bedeutung von Interesse im Bereich der Bildung wurde schon vor Jahrhunderten von grossen Gelehrten wie zum Beispiel Johann Amos Comenius (1592–1670) und Jean Jacques Rousseau (1712–1778) akzentuiert (Krapp & Prenzel, 2011). Aus der jahrelangen und umfangreichen Forschung zum Einfluss des Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 8 Interesses auf das Lernen kann festgehalten werden, dass thematisches Interesse positiv mit Anstrengungs- und Lernbereitschaft (Müller, 2006), elaborativen Lernstrategien und der Menge an Notizen (Schiefele & Krapp, 1991) korreliert. Lernstrategien: Lernstrategien beim multimedialen Lernen, wie zum Beispiel die Häufigkeit des Informationsaufrufs, können einen kompensierenden Effekt herbeiführen und suboptimalere Lernbedingungen ausgleichen (Blömeke, 2003). Wenn beispielsweise bei einem Vergleich von unterschiedlich optimalen multimedialen Lernbedingungen auf den Lernerfolg kein signifikanter Unterschied resultiert, kann dies auf der Anwendung von kompensierenden Lernstrategien seitens Lernenden beruhen (Blömeke, 2003). Demzufolge kann bei den fehlenden signifikanten Unterschieden aus den Wissenstests nicht konkludiert werden, dass das Treatment unwirksam war (Blömeke, 2003). Erkenntnisse für die vorliegende Studie: Die Erfassung der Einflussfaktoren Vorwissen, thematisches Interesse und Lernstrategien ist für die vorliegende Studie von Relevanz, weil nur so kann eine Kausalinterpretation des Einflusses unterschiedlicher Treatments respektive Gestaltungen von interaktiven Videos erfolgen. Im anschliessenden Kapitel wird auf das gewünschte Lernergebnis eingegangen, welches aus dem Zusammenwirken der drei Hauptsystemkomponenten von Aktivitätssystemen (Greeno & Engeström, 2014) resultieren soll. 2.4 Ergebnis-Perspektive: konzeptuelles Verständnis, Lernprodukt und Interesse In Anlehnung an Kerres (2001) soll als Ergebnis didaktischer Aktivitäten letztlich Lernerfolg resultieren. An dieser Stelle stellt sich die Frage, was genau unter dem Konstrukt Lernerfolg zu verstehen ist. Im Bereich der Bildung als auch in Evaluationsstudien wird Lernerfolg häufig auf die Reproduktion des Gelernten (z. B. Fakten und Ereignisse) beschränkt, indem dieser ausschliesslich mittels Wissenstests gemessen wird (Kerres, 2001). Dies greift laut Kerres (2001) allerdings eindeutig zu kurz, mit der Begründung, dass dabei einerseits die Persönlichkeit und andererseits die Denkschemata von Lernenden unberücksichtigt bleiben. Kerres (2001) betont, dass der Lernerfolg vielmehr das Ergebnis von didaktischen Aktivitäten ist und folglich neben der Merkfähigkeit des Gelernten ebenfalls zu berücksichtigt ist, „inwieweit es gelingt, die angestrebten kognitiven und emotionalen Lernprozesse anzuregen“ (S. 147). Konkret verweist Kerres (2001) für die Spezifikation des Konstrukts Lernerfolg im Bereich des mediengestützten Lernens beispielsweise auf folgende Kriterien: (1) objektiver Lernerfolg zu unterschiedlichen Zeitpunkten, (2) subjektive Zufriedenheit mit dem Lernergebnis bzw. subjektiver Lernfortschritt, (3) Lernmotivation bzw. Interesse und (4) erlebte Qualität des Lernangebots (z. B. didaktische Qualität der Informationsaufbereitung). Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 1 9 An der Kantonsschule Wetzikon wird im Lernergebnis ebenfalls mehr als nur die Reproduktion von Fakten gesehen, wie aus den formulierten Richtzielen für das Fach Physik hervorgeht. Darin hat das Verstehen von Zusammenhängen zwischen physikalischen Konzepten einerseits und zu anderen Fächern andererseits einen hohen Stellenwert (konzeptuelles Verständnis). Ausserdem sollen Lernende physikalische Zusammenhänge sprachlich und mathematisch formulieren sowie einen Sachverhalt auf die wesentlichen Faktoren reduzieren können (Lernprodukt). Ebenfalls wird darin das Aufbringen von Interesse, Freude und Verständnis für Natur und Technik grossgeschrieben (Kantonsschule Wetzikon, 2019). Basierend auf dem Verständnis bezüglich Lernergebnis an der Kantonsschule Wetzikon einerseits und vor dem theoretischen Hintergrund andererseits wird in der vorliegenden Studie ein gezielter Messansatz verwendet, der auf der Bewertung des konzeptuellen Verständnisses, der Lernproduktqualität (Annotationen) sowie des Interesses fürs Thema als Indikatoren für erfolgreiches Lernen aufbaut. Obwohl Einigkeit darin herrscht, dass Lernerfolg mehr als die alleinige Reproduktion des Gelernten beinhaltet, steht der Begriff Lernerfolg im weiteren Verlauf der vorliegenden Studie für das konzeptuelle Verständnis, während die Begriffe Lernproduktqualität und Interesse fürs Thema in ihrer beschriebenen Bedeutung verwendet werden. 2.5 Fragestellung und Herleitung der Hypothesen In Anbetracht des Forschungsinteresses und des theoretischen Hintergrunds wurde nachstehende Fragestellung abgeleitet: Inwiefern haben unterschiedliche Positionen von Quizfragen und unterschiedliche Zeitpunkte von Aufforderungen zum Schreiben von Annotationen in interaktiven Lernvideos im Physikunterricht der Sekundarstufe II einen Einfluss auf Lernerfolg, Lernproduktqualität und Interesse? Ausgehend von der Fragestellung werden für die vorliegende Studie zugrundeliegende Hypothesen hergeleitet: H1: Wenn in interaktiven Lernvideos In-Video Quiz vorhanden sind und die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben, führt dies zu signifikant höherem Lernerfolg. Das Gegenteil ist zu erwarten, wenn entweder nur In-Video Quiz vorhanden sind oder nur die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 0 H2: Es besteht ein signifikant positiver Zusammenhang zwischen präexperimentellem Interesse und kurz- sowie langfristigem Lernerfolg (objektive Messung). H3: Wenn in interaktiven Lernvideos In-Video Quiz vorhanden sind und die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben, führt dies zu signifikant höherer Lernproduktqualität. Das Gegenteil ist zu erwarten, wenn entweder nur In-Video Quiz vorhanden sind oder nur die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben. H4: Es besteht ein signifikant positiver Zusammenhang zwischen Lernproduktqualität und kurz- sowie langfristigem Lernerfolg (objektive Messung). H5: Wenn in interaktiven Lernvideos In-Video Quiz vorhanden sind und die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben, führt dies nicht zu signifikant höherem Interessenszuwachs, als wenn entweder nur In-Video Quiz vorhanden sind oder nur die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben. Im anschliessenden Kapitel wird das genaue Vorgehen zur Prüfung der hergeleiteten Hypothesen und zur Beantwortung der Fragestellung erläutert. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 1 3. Methodik Wie bereits in der Einleitung beschrieben wurde im Rahmen der vorliegenden Studie ein Feldexperiment durchgeführt. Feldexperimente finden im Vergleich zu Laborexperimenten in der natürlichen Umgebung der Teilnehmenden statt, weshalb ihnen eine hohe externe Validität zugeschrieben wird (Brosius, Haas & Koschel, 2012). Wolbring und Keuschnigg (2015) „plädieren für das Feldexperiment als vielversprechenden Mittelweg zwischen der Künstlichkeit des Laborexperiments einerseits und der fehlenden Randomisierung in Beobachtungsstudien andererseits“ (S. 219). Neben den genannten Potentialen werfen laut Langston (2011) Feldexperimente jedoch besondere ethische Überlegungen auf. Langston (2011) hebt hervor, dass bei einem Feldexperiment im Vergleich zu einer Beobachtungsstudie in die Situation eingegriffen und damit das Risiko erhöht wird, den Teilnehmenden Schaden zuzufügen. Konkret wird dabei auf den Missstand verwiesen, Teilnehmende einem Risiko auszusetzen, ohne dass sie dieses für sich selbst bewerten können (Langston, 2011). Demzufolge wird die Durchführung eines Feldexperiments lediglich empfohlen, wenn eine Zustimmung seitens Teilnehmender eingeholt werden kann (Langston, 2011). In Anbetracht dessen wurde sowohl bei der Planung als auch bei der Durchführung der vorliegenden Studie ein besonderes Augenmerk auf die Berücksichtigung von ethischen Aspekten gelegt, welche in diesem Kapitel jeweils an gegebener Stelle beschrieben werden. 3.1 Stichprobe An der Studie haben insgesamt 78 Lernende aus vier Klassen desselben Jahrgangs (zwei Jahre vor Maturaabschluss) der Kantonsschule Wetzikon freiwillig (Ethik) teilgenommen. Tabelle 1: Stichprobe9 Maturitäts-Profil n Geschlecht Alter in Jahren weiblich männlich M SD mathematisch-naturwissenschaftlich I 18 9 9 16.50 .79 mathematisch-naturwissenschaftlich II 22 7 15 16.36 .58 wirtschaftlich-rechtlich 20 8 12 16.55 .76 altsprachlich 18 8 10 16.22 .43 Total 78 32 46 16.41 .65 9 n = Anzahl Teilnehmende, M = Mittelwert, SD = Standardabweichung Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 2 Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, unterschieden sich die Klassen bezüglich der Maturitätsprofile, wobei zwei Klassen demselben Profil angehörten (mathematisch-naturwissenschaftlich). Alle vier Klassen wurden seit Beginn des Herbstsemesters von derselben Lehrperson in Physik unterrichtet. 3.2 Experimentelles Design Im Hinblick auf die Hypothesenprüfung wurde für die Studie ein 3x2 Mixed-Design angewendet. Der erste Faktor (between-subject) mit drei Faktorstufen repräsentierte die Art des Treatments, das die Lernenden für die Bearbeitung des Lernvideos erhielten (vgl. Kapitel 3.2.1). Beim zweiten Faktor (within-subject) handelte es sich um den Messzeitpunkt, an dem die Lernenden nach ihrem Wissen zum behandelten Thema im Lernvideo gefragt wurden: Post-Test und Delayed Post-Test nach fünf Wochen. Die primäre abhängige Variable war der kurz- und langfristige Lernerfolg. Weitere abhängige Variablen waren die Lernproduktqualität und das Interesse fürs Thema sowie die Motivation und die wahrgenommene Kompetenz beim Arbeiten in der Lernumgebung. Abbildung 3 bietet für ein besseres Verständnis einen Überblick der Studiendurchführung, die in den anschliessenden methodischen Unterkapiteln in allen Einzelheiten beschrieben wird. 2. Pretest 3. Videobearbeitung 4. Post-Test 5. Delayed Post-Test 1. Bedingung 1 (Status Quo) In-Video Quiz (I) Notizen schreiben I I I I I I Bedingung 2 In-Video Quiz (I) & - Annotationen I I I I I I Bedingung 3 Post-Video Quiz (I) Annotationen I I I I I I Tag 1 / 45 Min. pro Klasse 5 Wochen Abbildung 3: Überblick der Studiendurchführung (eigene Darstellung) 3.2.1 Bedingungen Die drei Bedingungen bzw. Arten von Treatments unterschieden sich ausschliesslich in Bezug auf die Bearbeitung des Lernvideos (vgl. Abbildung 3): Bedingung 1 (n = 28) repräsentierte den Status Quo bezüglich Videobearbeitung an der Kantonsschule Wetzikon. Das heisst, dass einerseits die Quiz (inkl. Feedback) jeweils unmittelbar an jener Stelle im Lernvideo erschienen, an der das Thema zum Frageinhalt behandelt wurde (In-Video Quiz). Andererseits erhielten die Lernenden am Ende des Lernvideos die Aufgabe, alle Notizen in dieselbe Annotation zu schreiben, was während des regulären Physikunterrichts im Tool OneNote erfolgt. Folglich simulierte das Schreiben aller Notizen in dieselbe Annotation das Zusammenfassen in Mündliche Instruktion Soziodemografische Daten Subjektive (Vor-)Wissens- einschätzung Interesse fürs Thema Subjektive Wissenseinschätzung Wissenstest Motivation, wahrgenommene Kompetenz & mentale Anstrengung Interesse fürs Thema Soziodemografische Daten Subjektive Wissenseinschätzung Wissenstest Soziodemografische Daten Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 3 OneNote. Obwohl die Notizen erst am Ende des Videos geschrieben wurden, konnte mittels Schieberegler der Lerninhalt erneut angeschaut werden. In der Bedingung 2 (n = 25) erschienen die Quiz (inkl. Feedback) ebenfalls unmittelbar an der Stelle im Lernvideo, an der das Thema zum Frageninhalt behandelt wurde (In-Video Quiz). Im Vergleich zur Bedingung 1 erhielten die Lernenden vor Beginn der Lernvideobearbeitung die Aufgabe, beliebig viele Annotationen jeweils an die passende Stelle im Video zu schreiben. Die Bedingung entsprach unter Berücksichtigung multimedialer Lerntheorien und empirischer Befunde bezüglich Interaktionsfunktionen einer optimalen Lernumgebung. Die Lernenden in Bedingung 3 (n = 25) erhielten wie bei Bedingung 2 vor der Lernvideobearbeitung die Aufgabe, beliebig viele Annotationen jeweils direkt an die passende Stelle im Video zu schreiben. Im Vergleich zu den Bedingungen 1 und 2 erschienen in dieser Bedingung alle Quiz (inkl. Feedback) nacheinander am Ende des Lernvideos (Post-Video Quiz). Obwohl die Quiz erst am Ende des Videos beantwortet wurden, konnte mittels Schieberegler der Lerninhalt erneut angeschaut werden. Folglich stellte diese Bedingung eine Kombination der beiden anderen Bedingungen dar. 3.2.2 Identifikation und Kontrolle von Störvariablen Laut Brosius et al. (2012) besteht ein massgeblicher Nachteil von Feldexperimenten darin, dass eine Vielzahl von Störvariablen das Ergebnis beeinflussen kann und folglich eine Kausalinterpretation des Einflusses der unabhängigen Variablen beeinträchtigt wird. Demzufolge wurden, mit dem Ziel möglichst valide Aussagen über die Wirkung der drei Bedingungen auf die abhängigen Variablen machen zu können, vorab mögliche Störvariablen identifiziert und dazugehörende Kontrollmassnahmen abgeleitet (vgl. Tabelle 2). Tabelle 2: Störvariablen und Kontrollmassnahmen Störvariablen Massnahmen Mit Hinblick auf die Tatsache, dass die Datenerhebung Klasseneffekt pro Klasse erfolgte, hat in jeder der vier Klassen eine randomisierte Zuteilung der Lernenden auf die drei Bedingungen stattgefunden. Damit ein unterschiedlicher Wissensstand zum Unterschiedliches Vorwissen behandelten Physikthema vor der Videobearbeitung zwischen den drei Bedingungen ausgeschlossen werden konnte, wurde das Vorwissen erfasst. Damit ein unterschiedlicher Interessensstand für das zu Unterschiedliches prä- behandelnde Physikthema vor der Videobearbeitung experimentelles Interesse zwischen den drei Bedingungen ausgeschlossen werden konnte, wurde das präexperimentelle Interesse erfasst. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 4 Unterschiedliche Räumlichkeiten Das Experiment wurde mit allen vier Klassen im selben (Setting) Klassenzimmer durchgeführt, in welchem auch der reguläre Physikunterricht stattfindet. Versuchsleitereffekt Das Experiment wurde jeweils vom gleichen Versuchsleiter (Autor des Berichts) durchgeführt. Die Instruktionen erfolgten jeweils standardisiert. Informationen zur Studie wurden mittels eines Nichtstandardisierte Instruktionen geschriebenen Skripts und einer Begleitpräsentation durch den Versuchsleiter gegebenen (mündliche Instruktion), während alle weiteren Instruktionen mittels Videos und Tests vermittelt wurden. In Anbetracht der Tatsache, dass die Kantonsschule Wetzikon den Lernenden keine Devices zur Verfügung stellt, werden die Videos während des regulären Unterschiedliche technologische Physikunterrichts auf unterschiedlichen Own Devices Voraussetzungen (Smartphone, Laptop) bearbeitet. Damit alle Lernenden für die Videobearbeitung über dieselben technologischen Voraussetzungen verfügten, erhielten alle Lernenden identische technologische Geräte vom Versuchsleiter. Netzüberlastung bei der Damit bei der Videobearbeitung eine Netzüberlastung Videobearbeitung ausgeschlossen werden konnte, wurden die Videos im Offline-Modus bearbeitet. Vor dem Hintergrund, dass es sich um ein Feldexperiment Tageszeit handelt und die Datenerhebung während des regulären Physikunterrichts stattgefunden hat, konnte die Tageszeit nicht konstant gehalten werden. Das Experiment bzw. der Post-Test erfolgte am Freitag vor einem zweiwöchigen Stage in der Romandie (Französischkenntnisse erweitern) und den anschliessenden zwei Wochen Herbstferien. Zudem Auseinandersetzung mit dem haben die Lernenden von den Lehrpersonen keinen Lerninhalt zwischen Post- und Zugriff auf die Lernmaterialien (Video, Dokumente) zum Delayed Post-Test (fünf Wochen) behandelten Physikthema erhalten. Obwohl diese Störvariable nicht vollumfänglich kontrolliert werden konnte, kann davon ausgegangen werden, dass sich die Lernenden zwischen beiden Messzeitpunkten nicht mit dem behandelten Physikthema auseinandergesetzt haben. Für die Durchführung der vorliegenden Studie war eine Vielzahl an Materialen notwendig, auf die im anschliessenden Kapitel detailliert eingegangen wird. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 5 3.3 Apparate, Materialien und Geräte Abbildung 4 bietet einen Überblick der verwendeten Apparate, Materialien und Geräte, bevor diese in den nachfolgenden Kapiteln 3.3.1 bis 3.3.4 im Detail beschrieben werden. iPad Kopfhörer (AUX) Tastatur Pretest Post-Test QR-Code Head Cast Schreiber Vorinstruktion Lernvideo Nachinstruktion Mündliche Instruktion Blatt Delayed Post-Test Touchpen Own Device Videos & Videotool Fragebögen & Befragungs-Tool Geräte Weitere Materialien Abbildung 4: Verwendete Apparate, Materialien und Geräte (eigene Darstellung) Im Fokus der Studie stand das Lernvideo (dunkelblau), das von einem Vor- und Nachinstruktionsvideo begleitet und in drei unterschiedlichen Bedingungen untersucht wurde. Für die Operationalisierung der abhängigen Variablen (exkl. Lernproduktqualität) war die Erarbeitung eines Fragebogens erforderlich (grün), während die Darbietung sowie Bearbeitung der Videos und Befragungen diverse Geräte voraussetzten (hellblau). Damit eine möglichst standardisierte und effiziente Durchführung der Studie einerseits und die Datenzusammenführung bzw. anonyme Datenanalyse andererseits gewährleistet werden konnten, waren weitere Materialien (grau) erforderlich. 3.3.1 Videos Dieses Kapitel bezieht sich auf den dunkelblauen Teil in Abbildung 4. Vor dem Hintergrund, dass das im herkömmlichen Physikunterricht eingesetzte Videotool Edpuzzle nicht über die Annotationsfunktion verfügt, war für die Umsetzung der unterschiedlichen Bedingungen in erster Linie ein anderes Videotool erforderlich. Dazu wurde für die Studie das vom Eidgenössischen Hochschulinstitut für Berufsbildung (EHB) entwickelte Videotool ivideo.education eingesetzt. Neben der In-Video Quizfunktion ermöglicht ivideo.education das Schreiben von Annotationen sowie das Exportieren dieser im PDF-Format. Darüber hinaus ist ivideo.education einerseits online über den Browser und andererseits als Programm (Mac, Windows, Linux) oder App (Android, iOS) verfügbar. Wird das Videotool heruntergeladen, kann dieses im Offline-Modus genutzt Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 6 werden. Für die Studie wurde ivideo.education lokal installiert, damit eine potentielle Netzüberlastung im Feld ausgeschlossen werden konnte (Kontrolle Störvariable; vgl. Tabelle 2). Lernvideo Aus ethischen Gründen wurde für die Studie ein bestehendes Video ausgewählt, das für die Lernenden nicht prüfungsrelevant war und somit keinen Einfluss auf ihre Physiknote hatte. Konkret wurde ein Video ausgewählt, welches das Thema hydraulischer Energietransport behandelte. Das ursprüngliche Rohvideo zum Thema hydraulischer Energietransport wurde von den Lehrpersonen basierend auf einem geschriebenen Skript sowie einer PowerPoint-Präsentation erstellt (vgl. Anhang A). Das Video bestand aus insgesamt fünf Folien, verfügte über Hintergrundmusik und dauerte vier Minuten und 22 Sekunden. Nebst der Zurverfügungstellung der Dateien (Skript, PowerPoint- Präsentation, Rohvideo) durch die Lehrpersonen, wurde dem Versuchsleiter der Zugriff auf Edpuzzle gewährt, damit die vier In-Video Quiz und deren Positionierung eingesehen werden konnten. In Anbetracht der Tatsache, dass interaktive Videos aus einer Kombination von Rohvideo (audiovisuelle Gestaltung) und Interaktionsfunktionen (interaktive Gestaltung) bestehen, wurde das ursprüngliche Rohvideo im Rahmen einer Vorstudie in Bezug auf die audiovisuelle Gestaltung analysiert und anschliessend optimiert. Damit konnte sichergestellt werden, dass das im Feldexperiment eingesetzte Rohvideo den lerntheoretischen Voraussetzungen entsprach. Folglich konnten Ergebnisunterschiede zwischen den drei Bedingungen alleine auf die ungleiche interaktive und nicht auf Aspekte der audiovisuellen Gestaltung zurückgeführt werden. Für die Vorstudie wurde eine Expertengruppe durchgeführt, an der vier Personen (weiblich = 2; männlich = 2) mit unterschiedlicher Expertise teilgenommen haben. Eine Person arbeitet an einer pädagogischen Hochschule im Bereich Lernpsychologie, während zwei Personen an einer psychologischen Hochschule im Bereich E-Learning arbeiten und bereits selber Lernvideos produziert haben. Die vierte Person arbeitet an einer Kunsthochschule im Bereich Ästhetik. Den Personen wurde zur Vorbereitung auf die Expertengruppe vorab eine Zusammenfassung von Mayers (2009) fünf Gestaltungsprinzipien für Videolernumgebungen (vgl. Anhang B) sowie das ursprüngliche Rohvideo zugestellt. Die Expertengruppe hat am 29. August 2019 an einem Standort der Fachhochschule Nordwestschweiz in Basel stattgefunden und dauerte eineinhalb Stunden. Zu Beginn wurde durch den Versuchsleiter der vorliegenden Studie ein Input mittels Begleitpräsentation gegeben (vgl. Anhang C). In einem weiteren Schritt wurde das Rohvideo mittels Beamer projiziert und gemeinsam Schritt für Schritt angeschaut, während die Expertinnen und Experten die audiovisuelle und didaktische Gestaltung diskutierten sowie Optimierungsvorschläge ableiteten und der Versuchsleiter der vorliegenden Studie den Diskurs moderierte. Die Diskussion wurde für die nachträgliche Datenanalyse zusammen mit der Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 7 Videoprojizierung audiovisuell aufgezeichnet. Im Anschluss an die Expertengruppe wurde die Videoaufzeichnung in die computergestützte qualitative Daten- und Textanalyse Software MAXQDA 2018 importiert und relevante Inhalte transkribiert. In einem weiteren Schritt wurden die gewonnenen Erkenntnisse umgesetzt, indem zuerst das ursprüngliche Skript und anschliessend die PowerPoint-Präsentation überarbeitet wurden (vgl. Anhang D). Das Skript für das überarbeitete Rohvideo wurde insofern angepasst, als in einem ersten Schritt die Sätze im Sinne des Personifizierungsprinzips (Mayer, 2009) in eine persönliche Ansprache (z. B. „Sie sollen mit diesem Video verstehen…“) umformuliert wurden. Des Weiteren wurde der narrative Text der ursprünglichen Titelfolie, bestehend aus der Einführung ins Thema und dem Lernziel, auf zwei Folien aufgeteilt. Damit wurde das Lernziel stärker hervorgehoben (neue Folie 2) und im Vergleich zur ursprünglichen Version visualisiert. Darüber hinaus wurde das Skript erweitert (neue Folie 3), indem nach dem Lernziel neu ein Überblick des Videoinhalts eingefügt wurde. Hierfür war es notwendig, dass die Folien im Vergleich zur ursprünglichen Version neu mit Titeln (z. B. hydraulische Waage und Rechnungsbeispiel) versehen wurden, damit im Überblick darauf Bezug genommen werden konnte. Die Folientitel wurden von den Lehrpersonen der Kantonsschule Wetzikon definiert. In einem weiteren Schritt wurde die PowerPoint-Präsentation anhand des adaptierten Skripts überarbeitet. Wie aus den Beschreibungen bezüglich Skriptanpassung hervorgeht, wurde die PowerPoint-Präsentation um zwei Folien erweitert (Lernziel und Überblick). Ausserdem wurden die Folien im Sinne des räumlichen Kontiguitätsprinzips (Mayer, 2009) adaptiert, indem zum Beispiel gegebene Flächengrössen direkt neben die visualisierte Fläche in der Grafik platziert wurden. Darüber hinaus wurden die Folien unter Berücksichtigung des Segmentierungs-, Signalisierungs- und zeitlichen Kontiguitätsprinzips (Mayer, 2009) verstärkt animiert. Beispielsweise wurden mathematische Formeln Schritt für Schritt eingeblendet und gleichzeitig die dazugehörigen Einheiten in den Grafiken hervorgehoben. Für die mathematischen Formeln im Rechnungsbeispiel (Folie 5) wurden zudem neu unterschiedliche Farben verwendet, damit der Rechnungsweg klar erkenntlich wurde (vgl. Abbildung 5). VORHER NACHHER NACHHER Abbildung 5: Ausschnitt aus Rohvideo (vor vs. nach Überarbeitung) Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 8 Während die ursprüngliche PowerPoint-Präsentation 26 Animationen zählte, verfügte die adaptierte Version über 54 Animationen. Abschliessend wurde in Anlehnung an Moreno und Mayer (2000a) die ursprüngliche Hintergrundmusik aus der Präsentation entfernt, um eine Überlastung des auditiven Kanals zu vermeiden. Nach der Dokumentenüberarbeitung wurde die PowerPoint-Präsentation mittels der Funktion Bildschirmpräsentation aufzeichnen durch den Versuchsleiter neu besprochen, bevor daraus das überarbeitete Rohvideo exportiert wurde. Das neue Rohvideo dauerte fünf Minuten und zwölf Sekunden. Videos für Vor- und Nachinstruktion Vor dem Hintergrund, dass innerhalb jeder der vier Klassen gleichzeitig alle drei Bedingungen durchgeführt wurden, galten unterschiedliche standardisierte Instruktionen als unabdingbar (Kontrolle Störvariable; vgl. Tabelle 2). Hierfür wurde ein Vor- und Nachinstruktionsvideo für Bedingung 1 sowie ein weiteres Vor- und Nachinstruktionsvideo für die Bedingungen 2 und 3 erarbeitet. Folglich wurden durch den Versuchsleiter wiederum Skripte geschrieben und PowerPoint- Präsentationen erstellt (vgl. Anhang E), die Folien mittels der Funktion Bildschirmpräsentation aufzeichnen besprochen und abschliessend die Rohvideos exportiert. In Anbetracht der Tatsache, dass die Lernenden keine Erfahrung mit dem Videotool ivideo.education hatten, diente die Vorinstruktion zum einen als eine Einführung in die interaktiven Videofunktionen (z. B. Quiz). Zum anderen konnte mit den Vorinstruktionsvideos unterschiedlich zwischen den Bedingungen bezüglich des Vorgehens instruiert werden. Die Nachinstruktionsvideos dienten wiederum der standardisierten Darbietung von unterschiedlichen Instruktionen für die Bedingungen. Tabelle 3 zeigt die Inhalte der Vor- und Nachinstruktionsvideos für Bedingung 1 sowie Bedingung 2 und 3: Tabelle 3: Inhalt der Vor- und Nachinstruktionsvideos je Bedingung Bedingung Inhalt Vorinstruktion Inhalt Nachinstruktion • Überblick Video-Aufbau • Überblick weiteres Vorgehen • Einführung in interaktive 1 Videofunktionen • Instruktion zur exkl. Annotationsfunktion Annotationsfunktion • Überleitung zum Lernvideo • Instruktion zur Nachbefragung • Überblick Video-Aufbau • Einführung in interaktive 2 und 3 Videofunktionen • Instruktion zur Nachbefragung inkl. Annotationsfunktion • Überleitung zum Lernvideo Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 2 9 Nachdem alle Rohvideos vorbereitet waren, wurde einmal für die Bedingung 1 und einmal für die Bedingungen 2 und 3 jeweils das Vorinstruktions-, Lern- und Nachinstruktionsvideo zu einem Rohvideo zusammengefügt. Interaktive Videos produzieren In einem weiteren Schritt ging es darum, aus den zusammengefügten Rohvideos interaktive Videos zu produzieren. Das heisst, die Rohvideos mit Quiz sowie Hotspots (roter blinkender Kreis) zu versehen. Letztere wurden ausschliesslich in den Teilen Vor- und Nachinstruktion eingefügt, um die Aufmerksamkeit der Lernenden an die entsprechende Stelle im Video zu lenken bzw. gesprochene Hinweise visuell zu ergänzen (z. B. „hier können Sie das Video starten“ = Hotspot auf Play-Symbol). Demzufolge wurden diese zwei Rohvideos in die Editor-Software (≠ Player) von ivideo.education hochgeladen. Obwohl das Rohvideo für die Bedingungen 2 und 3 identisch war, mussten aufgrund der unterschiedlichen Quiz-Platzierungen (In- vs. Post-Video Quiz) mit diesem Rohvideo zwei respektive insgesamt drei unterschiedliche interaktive Videos produziert werden. Das interaktive Video für die Bedingung 1 dauerte zehn Minuten und 21 Sekunden, während die interaktiven Videos für die Bedingungen 2 und 3 jeweils zehn Minuten und zehn Sekunden dauerten. 3.3.2 Fragebogen In diesem Kapitel wird der grüne Teil aus Abbildung 4 beschrieben. Die Operationalisierung der abhängigen Variablen Lernerfolg und Interesse fürs Thema sowie Motivation und wahrgenommene Kompetenz beim Arbeiten in der Lernumgebung erfolgte mittels Fragebogen. Demzufolge wurde in einem ersten Schritt ein Gesamtfragebogen (vgl. Anhang F) erarbeitet und anschliessend in einen Pre-, Post- und Delayed Post-Test aufgeteilt. In einem weiteren Schritt wurden die Tests einzeln in das Online-Umfragetool QuestBack EFS Winter 2018 implementiert. Was in den einzelnen Tests genau gemessen wurde und welche Fragebogeninstrumente dafür verwendet wurden, wird im Kapitel 3.4 genau beschrieben. 3.3.3 Geräte: iPad, Tastatur, Touchpen & Kopfhörer In diesem Kapitel wird auf den hellblauen Teil aus Abbildung 4 eingegangen. Während des herkömmlichen Physikunterrichts bearbeiten die Lernenden die interaktiven Videos auf ihrem Own Device (Smartphone, Laptop) und verfügen folglich über unterschiedliche technologische Voraussetzungen bei der Videobearbeitung. Mit dem Ziel, einerseits allen Lernenden dieselben technologischen Voraussetzungen zu bieten und andererseits eine technisch störungsfreie und standardisierte Datenerhebung gewährleisten zu können, wurden die Geräte für die Videobearbeitung vom Versuchsleiter bereitgestellt (Kontrolle Störvariable; vgl. Tabelle 2). Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 0 iPad Den Lernenden wurde für die Videobearbeitung jeweils ein iPad (6. Generation, 9.7 Zoll) inklusive Schutzhülle für eine beliebige Device-Positionierung auf dem Tisch zur Verfügung gestellt. Es wurden insgesamt 30 iPads bzw. zehn iPads pro Bedingung mit Hilfe eines erarbeiteten Installationsprozesses vorbereitet, um sicherzustellen, dass alle iPads identisch eingestellt wurden (vgl. Anhang G). Damit die iPads der jeweiligen Bedingung zugeordnet werden konnten, wurden diese entweder mit einem roten, grünen oder blauen Kleber versehen und nummeriert. Auf allen iPads wurde das Videotool ivideo.education lokal installiert und abhängig von der jeweiligen Bedingung das passende interaktive Video heruntergeladen. Tastatur, Touchpen und Kopfhörer Zusätzlich zum iPad erhielten die Lernenden jeweils eine Tastatur und einen Touchpen. Letzterer diente einer präziseren Bedienung des iPads. Zudem wurden 25 Kopfhörer mit AUX-Anschluss als Reserve mitgebracht. Ein AUX-Anschluss war insofern von Bedeutung, da nur so die Kopfhörer und Tastatur gleichzeitig am iPad angeschlossen werden konnten. Own Device In Anbetracht dessen, dass die Videobearbeitung auf dem iPad im Offline-Modus stattgefunden hat, wurden die Lernenden vorab gebeten, ihr Own Device mitzubringen, um den Pre-, Post- und Delayed Post-Test im Online-Umfragetool QuestBack beantworten zu können. 3.3.4 Weitere Materialien Dieses Kapitel bezieht sich auf den grauen Teil in Abbildung 4 und beschreibt weitere Materialien, die für die Durchführung der Studie notwendig waren. QR-Code Für den Pre-, Post- und Delayed Post-Test wurde jeweils im Online-Umfragetool QuestBack ein QR- Code erstellt, damit die Lernenden den jeweiligen Code mit dem Own Device scannen und die Befragungen beantworten konnten. Die QR-Codes für den Pre- und Post-Test wurden auf die Rückseite des iPads geklebt, während der QR-Code für den Delayed Post-Test per Mail an die Lehrperson gesendet und von dieser den Lernenden zur Verfügung gestellt wurde. Blatt und Kugelschreiber Aus Datenschutzgründen einerseits und um die Anonymität der Lernenden gewährleisten zu können andererseits, wurden diese gebeten, ihren persönlichen Code zu erstellen. Hierfür wurde ihnen ein Code-Blatt (vgl. Abbildung 6) und ein Kugelschreiber zur Verfügung gestellt. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 1 Persönlicher Code Persönlicher Code BITTE NOCH NICHTS BITTE NOCH NICHTS KlasseANFASSENi!Pad-Nr. Klasse ANFASSiPEadN-Nr.! A5 A5 C5b C5b C5c C5c W5b W5b Abbildung 6: Code-Blatt (inkl. Rückseite) Der persönliche Code setzte sich in Anlehnung an Pöge (2011) aus dem ersten Buchstaben des Vornamens des Vaters, dem ersten Buchstaben des Vornamens der Mutter, dem ersten Buchstaben des eigenen Vornamens und dem Tag des eigenen Geburtstags (z. B. 23 für 23. Mai) zusammen. Die Lernenden wurden im Pre-, Post- und Delayed Post-Test sowie im Video aufgefordert, ihren persönlichen Code anzugeben, damit die Daten der unterschiedlichen Messzeitpunkten sowie die geschriebenen Annotationen einander zugeordnet werden konnten. Skript und Begleitpräsentation für die mündliche Instruktion Als Einführung in die Studie erhielten die Lernenden vom Versuchsleiter eine ca. siebenminütige mündliche Instruktion mit Begleitpräsentation (vgl. Anhang H). Nebst einer Begrüssung und der Vorstellung des Versuchsleiters wurde damit das Ziel der Masterarbeit sowie das genaue Vorgehen erklärt. Zudem wurde darauf verwiesen, dass die Studienteilnahme freiwillig ist, die Daten vertraulich sowie anonymisiert behandelt werden und das im Video behandelte Thema nicht prüfungsrelevant ist bzw. keinen Einfluss auf die Physiknote hat (Ethik). Ausserdem wurde im Rahmen der mündlichen Instruktion gemeinsam der persönliche Code erstellt, bevor die Lernenden aufgefordert wurden, den QR-Code für den Pretest zu scannen und mit der Beantwortung zu beginnen. Informationsvideo (Head Cast) Einerseits aus ethischen Gründen und andererseits vor dem Hintergrund, dass die Zeit für die Durchführung der Studie vor Ort auf 45 Minuten pro Klasse begrenzt war, wurden die Lernenden bereits eine Woche vor der Datenerhebung mittels eines Videos über die bevorstehende Studie informiert. Damit versprach sich der Versuchsleiter am Tag der Datenerhebung vor Ort Zeit zu gewinnen. Mit dem Video wurden die Lernenden zudem gebeten, ihr Own Device und ihre Kopfhörer zur Studie mitzubringen. Das dreieinhalbminütige Informationsvideo wurde den Lernenden von der Lehrperson während des Physikunterrichts gezeigt. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 2 3.4 Messungen Abbildung 7 bietet einen Überblick über die Messungen innerhalb des jeweiligen Messzeitpunkts, welche anschliessend im Detail beschrieben werden. Pretest Post-Test Delayed Post-Test Soziodemografische Merkmale Subjektive Wissenseinschätzung Subjektive Wissenseinschätzung (Messzeitpunkt 2) (Messzeitpunkt 3) Subjektive (Vor-)Wissens- Wissenstest Wissenstest einschätzung (Messzeitpunkt 1) (Messzeitpunkt 1) (Messzeitpunkt 2) Interesse fürs Thema Motivation, wahrgenommene (Messzeitpunkt 1) Kompetenz & mentale Soziodemografische Merkmale Anstrengung beim Arbeiten in Lernumgebung Interesse fürs Thema (Messzeitpunkt 2) Soziodemografische Merkmale Abbildung 7: Messungen im Pre-, Post- und Delayed Post-Test (eigene Darstellung) Soziodemografische Merkmale Die soziodemografischen Merkmale persönlicher Code, Klasse, Alter und Geschlecht wurden zu jedem Messzeitpunkt erfasst. Im Rahmen des Pre- und Post-Tests wurde zudem die iPad-Nummer erfragt. Die erfassten Merkmale dienten einerseits der Stichprobebeschreibung und andererseits der Datenzusammenführung aus den drei Messzeitpunkten. Lernerfolg Der Lernerfolg wurde zum einen mittels subjektiver und zum anderen mittels objektiver Messung erfasst. Die subjektive Messung erfolgte mittels subjektiver Wissenseinschätzungen zu drei Messzeitpunkten. Hierfür beantworteten die Lernenden jeweils das Item „Ich weiss, was hydraulischer Energietransport ist“ anhand einer fünfstufigen Likert-Skala von stimmt gar nicht (1) bis stimmt völlig (5). Die erste Messung diente der Erfassung des Vorwissens (Kontrolle Störvariable; vgl. Tabelle 2), während die zwei weiteren Messungen für die Erfassung des kurzfristigen und langfristigen subjektiven Lernerfolgs dienten. Demgegenüber hat die objektive Messung des Lernerfolgs mittels Wissenstests im Rahmen des Post- und Delayed Post-Tests stattgefunden (vgl. Anhang I). Beim ersten Messzeitpunkt wurde damit der kurzfristige und beim zweiten der langfristige Lernerfolg gemessen, wobei zu beiden Messzeitpunkten dieselben Items abgefragt wurden. Der Wissenstest bestand aus zehn Fragen, die jeweils über vier Antwortoptionen (nur eine richtig) verfügten und in randomisierter Reihenfolge präsentiert wurden. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 3 Die Fragen wurden von den Lehrpersonen der Kantonsschule Wetzikon formuliert und gewichtet. Je nach Schwierigkeitsgrad wurden den einzelnen Items ein bis vier Punkte attribuiert, sodass je Messzeitpunkt insgesamt 24 Punkte erreicht werden konnten. Der Wissenstest wurde bewusst nicht für die Messung des Vorwissens verwendet. Vor dem Hintergrund, dass das Lernvideo zum Thema hydraulischer Energietransport ca. fünf Minuten dauerte bzw. es sich um einen kurzen Lerninhalt handelte, konnten die Lehrpersonen nicht mehr als zehn Wissensfragen formulieren. Folglich hätten innerhalb von 20 bis 30 Minuten, zwischen Pre- und Post-Test, genau dieselben zehn Items präsentiert werden müssen. Darin wurde die Gefahr einer Einflussnahme auf den Fokus der Lernenden bezüglich des Lerninhalts zu Beginn der Studie und letztendlich einer Verzerrung der Ergebnisse bezüglich des Lernerfolgs gesehen. Darüber hinaus standen für die Durchführung des Experiments vor Ort nur 45 Minuten pro Klasse zur Verfügung, was ein weiterer Beweggrund für den Verzicht einer objektiven Messung des Vorwissens war. Ausserdem hat sich aus der Literaturrecherche gezeigt, dass beispielsweise Lernende in der Studie von Mayer (1999) ihr Vorwissen ebenfalls selbst eingeschätzt haben. Interesse fürs Thema Das Interesse fürs Thema wurde zweimal gemessen (Pre- und Post-Test). Die erste Messung diente der Erfassung des präexperimentellen (Kontrolle Störvariable; vgl. Tabelle 2) und die zweite des postexperimentellen Interesses. Ausserdem wurde damit der Interessenszuwachs zwischen beiden Messzeitpunkten erfasst. Die Messung erfolgte anhand der Subskala Interest/Enjoyment (sieben Items) aus dem Fragebogeninstrument Intrinsic Motivation Inventory (IMI) und einer fünfstufige Likert-Skala von stimmt gar nicht (1) bis stimmt völlig (5). Das IMI ist ein mehrdimensionales Messinstrument in englischer Sprache, womit subjektive Erfahrungen hinsichtlich einer bestimmten Tätigkeit in Experimenten eingeschätzt werden können (Deci & Ryan, 2003). Die IMI-Langversion besteht aus sieben Subskalen (45 Items), während lediglich die Subskala Interest/Enjoyment als Selbstberichtswert für die intrinsische Motivation gilt. Deci und Ryan (2003) betonen, dass die Ordnungseffekte der Item-Präsentation marginal sind und die Inklusion oder Exklusion von bestimmten Subskalen keinen Einfluss auf die anderen haben. Demzufolge werden laut den Autoren selten alle Subskalen eingesetzt, sondern vielmehr diejenigen ausgewählt, die für die jeweilige Fragestellung von Relevanz sind. Darüber hinaus instruieren Deci und Ryan (2003) eine Anpassung der Items an die spezifische Tätigkeit. Demgegenüber wird die Problematik der Redundanz von Items innerhalb einer Subskala beschrieben, weshalb eine Randomisierung der Items empfohlen wird. Damit die Items auf Deutsch eingesetzt werden konnten, wurde in einem ersten Schritt an die übersetzte Version von Stiller, Bachmeier und Köster (2013) angeknüpft. In einem weiteren Schritt Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 4 wurden die Items einerseits in Bezug auf das Interesse fürs Thema und andererseits bezüglich Messzeitpunkt bzw. Tempus (Futur vs. Perfekt) angepasst (vgl. Anhang J). Die Items wurden wie von den Autoren empfohlen jeweils randomisiert dargeboten. Subjektive Erfahrung beim Arbeiten in der Lernumgebung Im Post-Test wurden die intrinsische Motivation, wahrgenommene Kompetenz und mentale Anstrengung beim Arbeiten in der jeweiligen Lernumgebung (Bedingungen 1–3) erfasst. Für die Messung der intrinsischen Motivation und wahrgenommenen Kompetenz beim Arbeiten in der Lernumgebung wurden zwei Subskalen aus der Kurzskala intrinsischer Motivation (KIM) verwendet. Bei der KIM handelt es sich um eine adaptierte, zeitökonomische Version des IMI auf Deutsch, die von Wilde, Bätz, Kovaleva und Urhahne (2009) entwickelt wurde. Die KIM beinhaltet vier von sieben Subskalen des IMI, wobei jede Subskala drei Items zählt. Aus zeitökonomischen Gründen und aufgrund der Tatsache, dass es sich hierbei um ein deutschsprachiges Messinstrument handelt, wurde bewusst auf die Subskalen Interesse/Vergnügen und wahrgenommene Kompetenz aus der KIM zurückgegriffen. Folglich wurden die Items in Bezug auf die Lernumgebung angepasst (vgl. Anhang K) und ebenfalls in randomisierter Reihenfolge präsentiert. Die mentale Anstrengung wurde anhand des Items „Ich habe in die Bearbeitung des Videos in der Lernumgebung gar keine Aufmerksamkeit investiert“ erfasst. Dabei handelt es sich um eine ins Deutsch übersetzte und in Bezug auf die Lernumgebung angepasste Version des vierten Items der Subskala Interest/Enjoyment aus dem IMI. Wie bei den Items zur Erfassung des Interesses fürs Thema wurde für dieses Item an der übersetzten Version von Stiller et al. (2013) angeknüpft. Die mentale Anstrengung wurde erfasst, damit die Lerneffizienz anhand der Formel von Paas und van Merriënboer (1993) berechnet werden konnte (vgl. Kapitel 2.1.1). Alle Items wurden über eine fünfstufige Likert-Skala von stimmt gar nicht (1) bis stimmt völlig (5) beantwortet. Lernproduktqualität Im Vergleich zu den oben beschriebenen Messungen, die mittels Fragebogen erfolgten, wurden für die Messung der Lernproduktqualität die geschriebenen Annotationen aus dem Videotool ivideo.education im PDF-Format heruntergeladen und im Anschluss durch den Versuchsleiter bewertet. Auf welcher Grundlage die Bewertung der Lernprodukte basierte und wie dabei vorgegangen wurde, wird im Kapitel 3.7.1 beschrieben. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 5 3.5 Vortest Zwei Wochen vor der Durchführung des Experiments im Feld wurde ein Vortest mit insgesamt acht Personen an der Hochschule für Angewandte Psychologie (APS) in Olten durchgeführt. Bei den Teilnehmenden handelte es sich um Masterstudierende der APS und Universität Zürich. Der Vortest legte den Fokus auf das Zeitmanagement, technologische Aspekte sowie die Verständlichkeit von Instruktionen und Lernmaterialien. Es hat sich gezeigt, dass 45 Minuten für die Durchführung des Vortests ausreichten und die Instruktionen als verständlich wahrgenommen wurden. Für den Vortest wurde die Ausrichtungssperre der iPads aktiviert, damit sich der Bildschirm nicht dreht. Es hat sich jedoch herauskristallisiert, dass die iPads für die Videobearbeitung unterschiedlich auf dem Tisch positioniert wurden, weshalb die Ausrichtungssperre für die Durchführung der Studie an der Kantonsschule Wetzikon vorab bei allen iPads deaktiviert wurde. 3.6 Durchführung Das Feldexperiment bzw. die Datenerhebung vor Ort hat am 20. September 2019 während des 45- minütigen Physikunterrichts im gewöhnlichen Unterrichtsraum (vgl. Abbildung 8) an der Kantonsschule Wetzikon stattgefunden. Abbildung 8: Raum für die Datenerhebung vor Ort (Pretest, Videobearbeitung, Post-Test) Die vier Klassen haben nacheinander am Experiment teilgenommen: Klasse 1 von 07:30 bis 08:15 Uhr, Klasse 2 von 10:25 bis 11:10 Uhr, Klasse 3 von 12:25 bis 13:10 Uhr, Klasse 4 von 13:20 bis 14:05 Uhr. Die Lernenden haben sich den Arbeitsplatz selbständig ausgesucht, ohne zu wissen, dass je nach Platz eine unterschiedliche Videoversion (Bedingungen 1–3) auf dem iPad installiert war, womit eine randomisierte Bedingungszuteilung ermöglicht wurde (Kontrolle Störvariable; vgl. Tabelle 2). Die iPads Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 6 wurden durch den Versuchsleiter so auf die Arbeitsplätze verteilt, dass nie zwei Personen aus derselben Bedingung nebeneinandersassen. Abbildung 9 zeigt einen exemplarischen Arbeitsplatz, wie ihn die Lernenden vorgefunden haben. Abbildung 9: Arbeitsplatz mit iPad, Tastatur, Touchpen, Code-Blatt (Rückseite) & Kugelschreiber Nachfolgend wird Schritt für Schritt beschrieben, wie die Durchführung des Experiments erfolgte, wobei die Nummerierungen jeweils den grünen Nummern in Abbildung 3 entsprechen. 1. In einem ersten Schritt erhielten die Lernenden vom Versuchsleiter eine mündliche Instruktion begleitet von einer projizierten PowerPoint-Präsentation (vgl. Kapitel 3.3.4). Nach der mündlichen Instruktion arbeiteten die Lernenden selbständig weiter und erhielten alle weiteren Instruktionen im Pretest, Video und Post-Test. 2. Folglich beantworteten die Lernenden in einem weiteren Schritt den Pretest auf ihrem Own Device und wurden am Ende des Pretests dazu aufgefordert, mit der Videobearbeitung zu beginnen. 3. Im Video erhielten die Lernenden zuerst eine Vorinstruktion, die einerseits einen Überblick über das Video und andererseits eine Einführung in die Funktionen von ivideo.education beinhaltete. In einem weiteren Schritt bearbeiteten sie das Thema hydraulischer Energietransport und wurden abschliessend im Rahmen der Nachinstruktion dazu aufgefordert, den Post-Test zu beantworten. 4. Demzufolge haben die Lernenden am Tag der Datenerhebung vor Ort in einem letzten Schritt den Post-Test auf ihrem Own Device beantwortet. Am Ende des Tests wurden die Lernenden schriftlich darauf hingewiesen, dass sie am Ende der Studie angelangt sind, alles auf dem Tisch liegen lassen und den Raum verlassen sollen, ohne dabei ihre Kolleginnen und Kollegen zu stören. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 7 5. Nach fünf Wochen haben die Lernenden im Rahmen des gewöhnlichen Physikunterrichts den Delayed Post-Test wiederum auf dem Own Device unter Aufsicht der Lehrperson beantwortet. 3.7 Datenauswertung In diesem Kapitel wird im Einzelnen beschrieben, wie die erhobenen Daten aufbereitet und anschliessend ausgewertet wurden. 3.7.1 Datenaufbereitung In einem ersten Schritt wurden die beantworteten Fragebögen (Pre-, Post- und Delayed Post-Test) aus dem Online-Umfragetool QuestBack exportiert, bevor diese im Statistikprogramm IBM SPSS Statistics 25 zusammengeführt wurden. Anschliessend wurden die negativformulierten Items aus dem Intrinsic Motivation Inventory umgepolt, bevor zusätzliche Variablen berechnet wurden: Kurz- und langfristiger Lernerfolg (objektive Messung): Für die Berechnung der beiden Variablen wurden jeweils die erreichten Punkte aus den Wissenstests addiert (Post- und Delayed Post-Test). Subjektiver Wissenszuwachs I: Für diese Variable wurde die Differenz zwischen den Werten zur subjektiven Wissenseinschätzung zum zweiten (Post-Test) und zum ersten (Pretest) Messzeitpunkt berechnet. Subjektiver Wissenszuwachs II: Die Berechnung dieser Variable geschah, indem die Werte zur subjektiven Wissenseinschätzung aus dem Pretest von den Werten aus dem Delayed Post-Test subtrahiert wurden. Für die Variablen Vorwissen sowie kurz- und langfristiger subjektiver Lernerfolg mussten vorab keine Berechnungen gemacht werden, da diese jeweils auf einem Item basierten (subjektive Wissenseinschätzung). Präexperimentelles und postexperimentelles Interesse: Das prä- und postexperimentelle Interesse fürs Thema wurde anhand der von Stiller et al. (2013) ins Deutsche übersetzte Subskala Interest/Enjoyment aus dem Intrinsic Motivation Inventory (IMI) erfasst, wobei die sieben Items zudem in Bezug auf das Interesse fürs Thema durch den Versuchsleiter angepasst wurden. Für die Verifizierung, ob die Übersetzung der Items einerseits und die Anpassung dieser andererseits keinen Einfluss auf die Ergebnisse hatten, wurde in einem ersten Schritt Reliabilitätsanalysen für die Skala durchgeführt. In Anlehnung an Schmidt-Atzert und Amelang (2012) beschreibt die Reliabilität, ob die Items einer Skala das gleiche Konstrukt messen (interne Konsistenz). Eine konsistente Skala soll laut den Autoren mindestens einen Cronbachs a-Wert von .70 aufweisen. Die durchgeführten Reliabilitätsanalysen zeigten einen Cronbachs a-Wert von .85 für die Skala aus dem Pretest und einen Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 8 Wert von .88 für die Skala aus dem Post-Test. Das heisst, dass es sich jeweils um eine konsistente Skala handelte und weder die Übersetzung noch die Anpassung der Items einen Einfluss auf die Ergebnisse hatten. Folglich wurde für die Skala jeweils der Skalenmittelwert und somit die beiden Variablen präexperimentelles und postexperimentelles Interesse berechnet. Interessenszuwachs: Diese Variable wurde gebildet, indem die Differenz zwischen den Werten des postexperimentellen und des präexperimentellen Interesses berechnet wurde. Motivation und wahrgenommene Kompetenz: Wie beim Interesse fürs Thema wurden für die Skalen Interesse/Vergnügen (Motivation) und wahrgenommene Kompetenz aus der Kurzskala intrinsischer Motivation (KIM) zuerst Reliabilitätsanalysen durchgeführt, da die Items durch den Versuchsleiter in Bezug auf das Arbeiten in der Lernumgebung adaptiert wurden. Die Analysen zeigten einen Cronbachs a-Wert von .86 für die Skala Interesse/Vergnügen und einen Wert von .70 für die Skala wahrgenommene Kompetenz. Demzufolge handelte es sich in Anlehnung an Schmidt-Atzert und Amelang (2012) ebenfalls um konsistente Skalen (a ³ .70), weshalb in einem weiteren Schritt jeweils die Skalenmittelwerte und somit die beiden Variablen berechnet wurden. Lerneffizienz: Die Variable wurde mit der nachstehenden Formel zur Berechnung des Effizienzmasses (E) nach Paas und van Merriënboer (1993) berechnet, wobei für den Lernerfolg die Variable kurzfristiger Lernerfolg (objektive Messung) verwendet wurde. z (Lernerfolg) − z (Mentale Anstrengung) 𝛦 = √2 Lernproduktqualität: Diese Variable wurde berechnet, indem die aus dem Videotool ivideo.education heruntergeladenen Lernprodukte durch den Versuchsleiter bewertet wurden. Damit eine möglichst objektive und reliabel Bewertung gewährleistet werden konnte, wurde auf ein bestehendes Bewertungsschema des SNF-Projekts zurückgegriffen. Daraus wurden allerdings lediglich vier für die vorliegende Studie relevante Kategorien ausgewählt und um eine weitere Kategorie Abdeckung des Inhalts erweitert (vgl. Tabelle 4). Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 3 9 Tabelle 4: Ausgewählte Kategorien zur Bewertung der Lernprodukte Beschreibung Punkte wenn kein inhaltlicher Fehler vorliegt 1 Korrektheit des Inhalts wenn Anzahl Fehler im Verhältnis zu Textlänge im Rahmen liegt 0.5 bei mehreren Fehlern oder schwerwiegendem inhaltlichen Fehler 0 Nutzung wenn kein Copy/Paste gemacht wurde 1 eigener wenn Text teilweise übernommen wurde 0.5 Worte wenn Text komplett übernommen wurde 0 wenn Annotationen gut lesbar sind 1 Korrektheit Grammatik wenn Annotationen grenzwertig lesbar sind 0.5 wenn Annotationen nicht lesbar sind 0 Selber mit wenn Informationen niedergeschrieben wurden, die nicht im Video Information vorhanden waren 1 en ergänzt wenn nur im Video vorhandene Informationen niedergeschrieben wurden 0 wenn mehr als 60 % des Videoinhalts abgedeckt wurde 1 Abdeckung des Inhalts wenn zwischen 40 % und 60 % des Videoinhalts abgedeckt wurde 0.5 wenn weniger als 40 % des Videoinhalts abgedeckt wurde 0 3.7.2 Überprüfung auf Normalverteilung und Varianzhomogenität Die Normalverteilung ist in der Statistik von entscheidender Bedeutung, mit der Begründung, dass dadurch die Auswahl von verschiedenen analytischen Tests bestimmt wird (Zöfel, 2003). Mit Bezug auf das zentrale Grenzwerttheorem wird laut Bortz und Schuster (2010) bei genug grossen Stichproben (n > 30) die Normalität der Mittelwertverteilung garantiert. Demgegenüber erachtet die online Methodenberatung der Universität Zürich (2019) bereits bei einer Stichprobengrösse > 25 Verletzungen der Normalverteilung für die Durchführung von ANOVAs als unproblematisch. Aufgrund der grenzwertigen Stichprobengrössen der vorliegenden Studie (n = 25 bis n = 28) wurden zur Absicherung alle Variablen nach der Datenaufbereitung pro Stichprobe (Bedingungen 1–3) mittels Kolmogorov-Smirnov-Tests auf Normalverteilung geprüft. Dabei hat sich gezeigt, dass der Grossteil der Variablen nicht normalverteilt war (vgl. Anhang L). Von einer Datentransformation wurde bewusst abgesehen, da diese laut Field (2009) sehr umstritten ist. In einem weiteren Schritt wurden die normalverteilten Variablen anhand des Levene-Tests auf Varianzhomogenität geprüft. Diese konnte für alle geprüften Variablen angenommen werden (vgl. Anhang M). Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 0 3.7.3 Analytische Tests Tests auf signifikante Unterschiede: Bei gegebener Normalverteilung und Varianzhomogenität wurde die einfaktorielle ANOVA bzw. zweifaktorielle ANOVA mit Messwiederholung und bei nicht gegebener Normalverteilung der Kruskal-Wallis- bzw. asymptotische Wilcoxon-Test durchgeführt. Die Post-hoc- Tests erfolgten anhand der Bonferroni-Korrektur. Alle Tests wurden mit dem Signifikanzniveau p £ .05 evaluiert. Bei signifikanten Unterschieden wurden für die ANOVAs die Effektstärke von Cohen (d) berechnet. Laut Cohen (1988) entspricht f = .10 einem schwachen, f = .25 einem mittleren und f = .40 einem starken Effekt. Für die Kruskal-Wallis- bzw. asymptotischen Wilcoxon-Tests wurde der Korrelationskoeffizient (r) von Pearson berechnet, wobei r = .10 für einen schwachen, r = .25 für einen mittleren und r = .40 für einen starken Effekt steht (Cohen, 1992). Zusammenhangsanalysen: Aufgrund nicht gegebener Normalverteilung (vgl. Anhang L) wurde für die Untersuchung von Zusammenhängen die Rangkorrelation nach Spearman berechnet. Laut Cohen (1992) entspricht r = .10 einem schwachen, r = .30 einem mittleren und r = .50 einem starken Effekt. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 1 4. Ergebnisse In diesem Kapitel werden die Ergebnisse aus der Datenerhebung präsentiert. Für eine bessere Nachvollziehbarkeit der Ergebnisse bietet Abbildung 10 nochmals einen Überblick über die drei Bedingungen: Bedingung 1 (Status Quo) B1 repräsentierte den Status Quo an der Kantonsschule Wetzikon. Hier erschienen die Quiz jeweils an jener Stelle, an der In-Video Quiz (I) Notizen schreiben das Thema zum Frageinhalt behandelt wurde, während die Notizen erst nach dem Anschauen des Lernvideos geschrieben wurden (das Video konnte jedoch erneut angeschaut werden). I I I I I I Bedingung 2 B2 entsprach unter Berücksichtigung multimedialer Lerntheorien und empirischer Befunde bezüglich In-Video Quiz (I) & - Interaktionsfunktionen einer optimalen Lernumgebung. Das heisst, die Quiz erschienen jeweils an jener Stelle, an der das Annotationen Thema zum Frageinhalt behandelt wurde und die Annotationen wurden ebenfalls an passender Stelle geschrieben. I I I I I I B3 entsprach einer Mischung aus B1 und B2. Das heisst, die Annotationen wurden jeweils an passender Stelle im Video Bedingung 3 Post-Video Quiz (I) geschrieben, während alle Quiz nacheinander am Ende des Lernvideos erschienen (das Video konnte jedoch erneut Annotationen angeschaut werden). I I I I I I Abbildung 10: Bedingungen 1 bis 3 (eigene Darstellung) 4.1 Gruppenvergleiche In einem ersten Schritt wurden die Variablen Vorwissen und präexperimentelles Interesse auf Unterschiede zwischen den drei Bedingungen getestet (Kontrolle Störvariable; vgl. Tabelle 2). Der Kruskall-Wallis-Test für das Vorwissen zeigt, das zwischen Bedingung 1 (M = 2.04, SD = .84), Bedingung 2 (M = 1.76, SD = .72) und Bedingung 3 (M = 2.08, SD = .81) keine signifikanten Unterschiede vorliegen (𝜒2(2) = 2.319, p = .314, N = 78). Die einfaktorielle ANOVA für das präexperimentelle Interesse zeigt ebenfalls, dass sich Bedingung 1 (M = 2.99, SD = .59), Bedingung 2 (M = 2.88, SD = .57) und Bedingung 3 (M = 3.10, SD = .67) nicht signifikant voneinander unterscheiden (F(2,75) = .837, p = .437, partielles η2 = .022, N = 78). Darüber hinaus zeigen die Chi-Quadrat-Tests keine Unterschiede für Geschlecht und Klasse zwischen den Bedingungen. Die Gruppen gelten somit als vergleichbar. 4.2 Lernerfolg In diesem Kapitel wird der Lernerfolg zuerst anhand der Ergebnisse aus den Wissenstests (objektive Messung) aufgezeigt, bevor auf die Ergebnisse der subjektiven Wissenseinschätzungen (subjektive Messung) eingegangen wird. 4.2.1 Objektive Messung Tabelle 5 präsentiert die deskriptiven Daten (Mittelwert und Standardabweichung) aus den Wissenstests pro Bedingung bzw. zum kurz- und langfristigen Lernerfolg. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 2 Tabelle 5: Deskriptive Daten zum Lernerfolg (objektive Messung): kurz- und langfristiger Lernerfolg10 Messzeitpunkt Post-Test Delayed Post-Test n M SD M SD B1 28 13.36 4.46 9.86 4.45 B2 25 15.60 3.71 10.96 4.99 B3 25 14.32 3.50 10.24 4.04 Bemerkung: In den Wissenstests konnten jeweils 24 Punkte (10 Items) erreicht werden. Anschliessend werden die Ergebnisse zum Lernerfolg je Messzeitpunkt sowie zur Lerneffizienz umfassend beschrieben. Kurzfristiger Lernerfolg (Post-Test) Durchschnittlich erreichen Lernende aus der Bedingung 2 (M = 15.60, SD = 3.71) im Wissenstest zum ersten Messzeitpunkt eine höhere Punktzahl als Lernende aus der Bedingung 3 (M = 14.32, SD = 3.50) und Bedingung 1 (M = 13.36, SD = 4.46). Eine einfaktorielle ANOVA mit dem kurzfristigen Lernerfolg als abhängige Variable und der Bedingung als between-subject-Faktor zeigt hingegen keine signifikanten Unterschiede (F(2,75) = 2.153, p = .123, partielles η2 = .054, N = 78). Lerneffizienz Lernende aus der Bedingung 2 (M = .34, SD = 1.07) haben in Bezug auf den kurzfristigen Lernerfolg durchschnittlich effizienter gelernt als Lernende aus der Bedingung 3 (M = -.09, SD = .90) und Bedingung 1 (M = -.22, SD = .88). Die Unterschiede sind marginal signifikant, wie eine einfaktorielle ANOVA mit der Lerneffizienz als abhängige Variable und der Bedingung als between-subject-Faktor zeigt (F(2,75) = 2.456, p = .093, partielles η2 = .061, N = 78). Post-hoc-Tests mit Bonferroni-Korrektur zeigen, dass es keine signifikanten Unterschiede zwischen den Bedingungen gibt. Langfristiger Lernerfolg (Delayed Post-Test) Im Wissenstest zum zweiten Messzeitpunkt erreichen Lernende aus der Bedingung 2 (M = 10.96, SD = 4.99) einen höheren Durchschnittswert als Lernende aus der Bedingung 3 (M = 10.24, SD = 4.04) und Bedingung 1 (M = 9.86, SD = 4.45). Ein Kruskal-Wallis-Test mit dem langfristigen Lernerfolg als abhängige Variable und der Bedingung als 10 B1–B3 = Bedingungen, n = Anzahl Teilnehmende, M = Mittelwert, SD = Standardabweichung Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 3 between-subject-Faktor zeigt, dass keine signifikanten Unterschiede vorliegen (𝜒2(2) = .136, p = .934, N = 78). 4.2.2 Subjektive Messung Tabelle 6 zeigt die deskriptiven Daten (Mittelwert und Standardabweichung) aus den subjektiven Wissenseinschätzungen pro Bedingung. Neben der subjektiven Wissenseinschätzung zum jeweiligen Messzeitpunkt werden der Wissenszuwachs I zwischen Pre- und Post-Test sowie der Wissenszuwachs II zwischen Pre- und Delayed Post-Test präsentiert. Tabelle 6: Deskriptive Daten zum Lernerfolg (subjektive Messung): subjektiv eingeschätztes Vorwissen, kurz- und langfristiges Wissen sowie Wissenszuwachs I (zw. Pre- & Post-Test) und Wissenszuwachs II (zw. Pre- & Delayed-Post-Test)11 Messzeitpunkt Pretest Post-Test Delayed Post- Wissens- Wissens- Test zuwachs I zuwachs II n M SD M SD M SD M SD M SD B1 28 2.04 .84 4.14 .45 2.32 .98 2.11 .96 .29 .90 B2 25 1.76 .72 4.20 .87 2.84 .85 2.44 .96 1.08 1.04 B3 25 2.08 .81 4.28 .68 2.76 1.09 2.20 1.04 .68 1.25 Bemerkung: Die subjektive Wissenseinschätzung wurde mittels fünfstufiger Likert-Skala erfasst. Anschliessend wird detailliert auf den kurz- und langfristigen subjektiven Lernerfolg (Post- und Delayed Post-Test) sowie die subjektiven Wissenszuwächse I und II eingegangen. Kurzfristiger subjektiver Lernerfolg (Post-Test) Lernende aus der Bedingung 3 (M = 4.28, SD = .68) schätzen ihren kurzfristigen Lernerfolg im Durchschnitt höher ein als Lernende aus der Bedingung 2 (M = 4.20, SD = .87) und Bedingung 1 (M = 4.14, SD = .45). Gleichwohl sind die Unterschiede nicht signifikant, wie ein Kruskal-Wallis-Test mit dem kurzfristigen subjektiven Lernerfolg als abhängige Variable und der Bedingung als between-subject-Faktor zeigt (𝜒2(2) = 1.435, p = .488, N = 78). Subjektiver Wissenszuwachs I (zwischen Pre- und Post-Test) Asymptotische Wilcoxon-Tests zeigen, dass die subjektive Wissenseinschätzung zwischen erstem (Median = 2 für alle Bedingungen) und zweitem (Median = 4 für alle Bedingungen) Messzeitpunkt in der Bedingung 1 (z = -4.604, p < .001, n = 28), Bedingung 2 (z = -4.364, p < .001, n = 25) und Bedingung 3 (z = -4.336, p < .001, n = 25) signifikant mit jeweils starkem Effekt (r = .87 für alle Bedingungen) zunimmt. 11 B1–B3 = Bedingungen, n = Anzahl Teilnehmende, M = Mittelwert, SD = Standardabweichung Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 4 Tabelle 6 zeigt, dass der durchschnittliche subjektive Wissenszuwachs I zwischen Pre- und Post-Test in der Bedingung 2 (M = 2.44, SD = .96) im Vergleich zur Bedingung 3 (M = 2.20, SD = 1.04) und Bedingung 1 (M = 2.11, SD = .96) am höchsten ist. Ein Kruskal-Wallis-Tests mit dem subjektiven Wissenszuwachs I als abhängige Variable und der Bedingung als between-subject-Faktor zeigt jedoch, dass es keine signifikanten Unterschiede gibt (𝜒2(2) = 2.179, p = .336, N = 78). Langfristiger subjektiver Lernerfolg (Delayed Post-Test) Durchschnittlich schätzen Lernende aus der Bedingung 2 (M = 2.84, SD = .85) im Vergleich zu Lernenden aus der Bedingung 3 (M = 2.76, SD = 1.09) und Bedingung 1 (M = 2.32, SD = .98) ihren langfristigen Lernerfolg am höchsten ein. Ein Kruskal-Wallis-Test mit dem langfristigen subjektiven Lernerfolg als abhängige Variable und der Bedingung als between-subject-Faktor zeigt allerdings keine signifikanten Unterschiede zum dritten Messzeitpunkt (𝜒2(2) = 4.885, p = .087, N = 78). Subjektiver Wissenszuwachs II (zwischen Pre- und Delayed Post-Test) Asymptotische Wilcoxon-Tests zeigen, dass in der Bedingung 2 (z = -3.675, p < .001, n = 25) und in der Bedingung 3 (z = -2.445, p = .015, n = 25) die subjektive Wissenseinschätzung zwischen Pre- (Median = 2 für beide Bedingungen) und Dealyed Post-Test (Median = 3 für beide Bedingungen) signifikant mit starkem Effekt (Bedingung 2: r = .74; Bedingung 3: r = .49) zunimmt. Demgegenüber nimmt die subjektive Wissenseinschätzung zwischen erstem (Median = 2) und dritten (Median = 2) Messzeitpunkt in der Bedingung 1 (z = -1.606, p = .108, n = 28) nicht signifikant zu. Aus Tabelle 6 geht hervor, dass der subjektive Wissenszuwachs II zwischen Pre- und Delayed Post-Test in der Bedingung 2 (M = 1.08, SD = 1.04) im Vergleich zur Bedingung 3 (M = .68, SD = 1.25) und Bedingung 1 (M = .29, SD = .90) durchschnittlich am höchsten ist. Ein Kruskal-Wallis-Tests mit dem subjektiven Wissenszuwachs II als abhängige Variable und der Bedingung als between-subject-Faktor zeigt, dass es signifikante Unterschiede gibt (𝜒2(2) = 7.953, p = .019, N = 78). Anschliessende Post-hoc-Tests (Dunn-Bonferroni) geben an, dass sich lediglich die Bedingung 1 und Bedingung 2 signifikant (z = -2.819, p = .014) mit mittlerem Effekt (r = .39) unterscheiden. 4.3 Lernproduktqualität Aus den Bewertungen zur Lernproduktqualität (Annotationen) geht hervor, dass die durchschnittlich erreichte Punktzahl bei Lernenden aus der Bedingung 1 (M = 2.23, SD = 1.31) höher ist als bei Lernenden aus der Bedingung 2 (M = 1.90, SD = 2.05) und Bedingung 3 (M = 1.68, SD = 1.06). Die Unterschiede sind jedoch nicht signifikant, wie ein Kruskall-Wallist-Test mit der Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 5 Lernproduktqualität als abhängige Variable und der Bedingung als between-subject-Faktor zeigt (𝜒2(2) = 3.762, p = .152, N = 78). Zusammenhang zwischen Lernproduktqualität und Lernerfolg (objektive Messung) Die Rangkorrelation nach Spearman zeigt, dass es weder zwischen Lernproduktqualität und kurzfristigem Lernerfolg (rs = .017, p = .884, N = 78) noch zwischen Lernproduktqualität und langfristigem Lernerfolg (rs = .027, p = .812, N = 78) eine signifikante Korrelation gibt. 4.4 Interesse fürs Thema In Tabelle 7 werden die deskriptiven Daten (Mittelwert und Standardabweichung) aus den Angaben zum prä- und postexperimentellen Interesse fürs Thema veranschaulicht. Nebst den Daten zum jeweiligen Messzeitpunkt wird in der rechten Spalte der Interessenszuwachs zwischen Pre- und Post- Test aufgezeigt. Tabelle 7: Deskriptive Daten zum Interesse fürs Thema: prä- und postexperimentelles Interesse sowie Interessenszuwachs (zw. Pre- & Post-Tes)12 Messzeitpunkt Pretest Post-Test Interessenszuwachs n M SD M SD M SD B1 28 2.99 .59 3.32 .68 .33 .68 B2 25 2.88 .57 3.59 .75 .71 .74 B3 25 3.10 .67 3.63 .73 .53 .53 Bemerkung: Das Interesse fürs Thema wurde mittels 7 Items & fünfstufiger Likert-Skala erfasst. Im Anschluss wird zuerst en détail auf das postexperimentelle Interesse und den Interessenszuwachs eingegangen, bevor der Zusammenhang zwischen Interesse und Lernerfolg (objektive Messung) aufgezeigt wird. Postexperimentelles Interesse fürs Thema (Post-Test) Durchschnittlich zeigen Lernende aus der Bedingung 3 (M = 3.63, SD = .73) zum zweiten Messzeitpunkt ein höheres Interesse fürs Thema als Lernende aus der Bedingung 2 (M = 3.59, SD = .75) und Bedingung 1 (M = 3.32, SD = .68). Eine einfaktorielle ANOVA mit dem postexperimentellen Interesse als abhängige Variable und der Bedingung als between-subject-Faktor zeigt, dass es sich dabei um keine signifikanten Unterschiede handelt (F(2,75) = 1.532, p = .223, partielles η2 = .039, N = 78). 12 B1–B3 = Bedingungen, n = Anzahl Teilnehmende, M = Mittelwert, SD = Standardabweichung Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 6 Interessenszuwachs (zwischen Pre- und Post-Test) Der durchschnittliche Interessenszuwachs ist bei Lernenden aus der Bedingung 2 (M = .71, SD = .74) höher als bei Lernenden aus der Bedingung 3 (M = .53, SD = .53) und Bedingung 1 (M = .33, SD = .68). Eine zweifaktorielle ANOVA mit Messwiederholung mit der Bedingung als between-subject-Faktor und dem Messzeitpunkt als within-subject-Faktor (zwei Stufen) zeigt, dass es einen signifikanten Interessenszuwachs über die Zeit gibt (F(2,75) = 49.417, p < .001, partielles η2 = .397, N = 78). Die Effektstärke liegt bei f = 0.81 und entspricht nach Cohen (1988) einem starken Effekt. Demgegenüber besteht keine signifikante Interaktion zwischen dem Messzeitpunkt und der Bedingung (F(2,75) = 2.319, p = .105, partielles η2 = .058, N = 78). Zudem wird bestätigt, dass es keine signifikanten Unterschiede zwischen den Bedingungen bezüglich des Interessenszuwachses gibt (F(2,75) = .897, p = .412, partielles η2 = .023, N = 78). Zusammenhang zwischen präexperimentellem Interesse und Lernerfolg (objektive Messung) Die Rangkorrelation nach Spearman bestätigt eine signifikant positive Korrelation mit schwachem Effekt zwischen präexperimentellem Interesse und dem kurzfristigen Lernerfolg (rs = .242, p = .033, N = 78). Es wird ebenfalls eine signifikant positive Korrelation mit schwachem Effekt zwischen präexperimentellem Interesse und dem langfristigen Lernerfolg bestätigt (rs = .246, p = .033, N = 78). 4.5 Subjektive Erfahrung beim Arbeiten in der Lernumgebung Tabelle 8 zeigt die deskriptiven Daten (Mittelwert und Standardabweichung) zur Motivation und wahrgenommenen Kompetenz beim Arbeiten in der Lernumgebung, die im Rahmen des Post-Tests erfasst wurden. Tabelle 8: Deskriptive Daten zur Motivation und wahrgenommene Kompetenz in der Lernumgebung13 Motivation Wahrgenommene Kompetenz n M SD M SD B1 28 3.20 .72 3.29 .75 B2 25 3.28 .88 3.69 .62 B3 25 3.45 .86 3.59 .63 Bemerkung: Die Konstrukte wurden jeweils mittels 3 Items und fünfstufiger Likert-Skala erfasst. Im Folgenden werden die Ergebnisse zur Motivation und wahrgenommenen Kompetenz näher ausgeführt. 13 B1–B3 = Bedingungen, n = Anzahl Teilnehmende, M = Mittelwert, SD = Standardabweichung Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 7 Motivation beim Arbeiten in der Lernumgebung Die durchschnittliche Motivation beim Arbeiten in der Lernumgebung ist bei Lernenden aus der Bedingung 3 (M = 3.45, SD = .86) höhere als bei Lernenden aus der Bedingung 2 (M = 3.28, SD = .88) und Bedingung 1 (M = 3.20, SD = .72). Die Durchführung eines Kruskal-Wallis-Tests mit der Motivation als abhängige Variable und der Bedingung als between-subject-Faktor zeigt keine signifikanten Unterschiede (𝜒2(2) = 1.098, p = .578, N = 78). Wahrgenommene Kompetenz beim Arbeiten in der Lernumgebung Die selbst eingeschätzte Kompetenz beim Arbeiten in der Lernumgebung ist bei Lernenden aus der Bedingung 2 (M = 3.69, SD = .62) im Vergleich zu Lernenden aus der Bedingung 3 (M = 3.59, SD = .63) und Bedingung 1 (M = 3.29, SD = .75) im Durchschnitt am höchsten. Allerdings handelt es sich hierbei um keine signifikanten Unterschiede, wie die Durchführung eines Kruskal-Wallist-Test mit der wahrgenommenen Kompetenz als abhängige Variable und der Bedingung als between-subject-Faktor zeigt (𝜒2(2) = 5.856, p = .054, N = 78). Anschliessende Post-hoc-Tests (Dunn-Bonferroni) zeigen ebenfalls, dass es keine signifikanten Unterschiede zwischen den Bedingungen gibt. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 8 5. Diskussion In diesem Kapitel werden zuerst die Ergebnisse zusammengefasst und unter Berücksichtigung des theoretischen Hintergrunds sowie der empirischen Befunde diskutiert, bevor die Fragestellung beantwortet wird. Anschliessend werden die Limitationen der vorliegenden Studie aufgegriffen und mögliche Implikationen für Forschung und Praxis erläutert. Ein Fazit rundet das Kapitel ab. 5.1 Zusammenfassung und Interpretation der Ergebnisse Das Ziel der vorliegenden Studie war, einen Beitrag zum Verständnis bezüglich Gestaltung von interaktiven Videos, die das Lernen von Physikthemen verbessern kann, zu leisten. Konkret wurde der Einfluss dreier unterschiedlich gestalteten interaktiven Lernvideos auf das Lernen im Physikunterricht der Sekundarstufe II aus systemischer Perspektive untersucht. Dabei repräsentierte Bedingung 1 den Status Quo der Gestaltung von interaktiven Videos an der Kantonsschule Wetzikon, während das interaktive Video in Bedingung 2 unter Berücksichtigung empirischer Befunde einem optimal gestalteten Video entsprach und Bedingung 3 eine Kombination der ersten beiden Bedingungen darstellte. Die vorliegende Studie ist der Fragestellung „Inwiefern haben unterschiedliche Positionen von Quizfragen und unterschiedliche Zeitpunkte von Aufforderungen zum Schreiben von Annotationen in interaktiven Lernvideos im Physikunterricht der Sekundarstufe II einen Einfluss auf Lernerfolg, Lernproduktqualität und Interesse?“ nachgegangen. Zur Beantwortung der Fragestellung wurden Hypothesen hergeleitet, zu welchen anschliessend jeweils die dazugehörigen Ergebnisse zusammengefasst und diskutiert werden: H1: Wenn in interaktiven Lernvideos In-Video Quiz vorhanden sind und die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben (Bedingung 2), führt dies zu signifikant höherem Lernerfolg. Das Gegenteil ist zu erwarten, wenn entweder nur In-Video Quiz vorhanden sind (Bedingung 1) oder nur die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben (Bedingung 3). Bei der Betrachtung der Mittelwerte aus der objektiven Messung des Lernerfolgs wird ersichtlich, dass Lernende aus Bedingung 3 durchschnittlich einen höheren kurz- und langfristigen Lernerfolg erzielten als Lernende aus Bedingung 1 und Lernende aus Bedingung 2 im Durchschnitt den höchsten kurz- und langfristigen Lernerfolg erzielten. Allgemein hat sich allerdings gezeigt, dass der kurz- sowie langfristige Lernerfolg durchschnittlich eher gering ausfiel. Das bedeutet, im Durchschnitt wurden im Post-Test 60 % und im Delayed Post-Test 43 % der Punkte erreicht, während die Werte stark um den Mittelwert streuten. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 4 9 Nichtsdestotrotz könnten die höheren Werte in Bedingung 2 und Bedingung 3 im Vergleich zu Bedingung 1 mit der Erkenntnis von Zahn et al. (2012) erklärt werden, dass das kontinuierliche Schreiben von Annotationen in Videos die Herstellung von Beziehungen zwischen Vorwissen sowie neuen Informationen bzw. das konzeptuelle Verständnis fördert. Zugleich steht der durchschnittlich höhere Lernerfolg in Bedingung 3 im Vergleich zu Bedingung 1 im Widerspruch zum Befund von Rowe und Wood (2008), dass unmittelbares Feedback bei In-Video Quiz zu höherem Lernerfolg führt. Dies könnte beispielsweise darauf zurückzuführen sein, dass die Quizfragen teilweise den Fragen im Wissenstest ähnlich waren und Lernende aus Bedingung 3 unmittelbar vor der Beantwortung des Wissenstests alle Quiz nacheinander beantwortet sowie Feedback erhalten und folglich die richtigen Antworten besser erinnert haben. Allerdings würde diese Argumentation der Gegebenheit widersprechen, dass Lernende aus Bedingung 2, die wie Lernende aus Bedingung 1 In-Video Quiz beantwortet und kontinuierlich Feedback erhalten haben, den höchsten Lernerfolg erzielten. Daraus resultiert in erster Linie, dass kontinuierliches Schreiben von Annotationen einen positiven Einfluss auf den Lernerfolg hat. Wird darüber hinaus die Tatsache berücksichtigt, dass Lernende aus Bedingung 2 im Vergleich zu Lernenden aus Bedingung 3 durchschnittlich einen höheren kurz- und langfristigen Lernerfolg erzielten, kann somit einzig und allein konkludiert werden, dass die Kombination aus In-Video Quiz und kontinuierlichem Schreiben von Annotationen zu höherem Lernerfolg führt. Mit anderen Worten: eine evidenzbasierte Gestaltung der interaktiven Videos führt im Vergleich zum Status Quo an der Kantonsschule Wetzikon zu höherem Lernerfolg. Diese Schlussfolgerung kann ausserdem mit dem Faktum untermauert werden, dass Bedingung 2 in Anlehnung an Paas und van Merriënboer (1993) durchschnittlich die höchste Instruktionseffizienz aufwies. Demgegenüber geht in Anbetracht der Mittelwerte aus der subjektiven Messung des Lernerfolgs interessanterweise hervor, dass Lernende aus Bedingung 3 ihren kurzfristigen Lernerfolg durchschnittlich am höchsten eingeschätzt haben. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass Lernende aus Bedingung 3 unmittelbar vor der subjektiven Wissenseinschätzung alle Quiz beantwortet sowie Feedbacks erhalten haben und sich deshalb am versiertesten fühlten. Eine weitere Erklärung für den im Durchschnitt tiefer eingeschätzten kurzfristigen Lernerfolg in Bedingung 2 und Bedingung 1 könnte sein, dass sich Lernende durch In-Video Quiz abgelenkt fühlten oder sogar das Gefühl hatten, die Hauptbotschaft des Lernvideos verpasst zu haben (Shelton et al., 2016; Rice et al., 2019). Diese Argumentation widerspricht allerdings der Tatsache, dass die In-Video Quiz in der vorliegenden Studie eine Fortsetzung und keine Erweiterung des Videoinhalts darstellten, was laut Rice et al. (2019) eine Ablenkung vermeiden und den Lernerfolg unterstützten sollte. Basierend auf den Befunden von Shelton et al. (2016) und Rice et al. (2019) können In-Video Quiz auch Unsicherheit bei den Lernenden auslösen und folglich den Lernfortschritt beeinträchtigen. Allerdings wird für die Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 5 0 vorliegende Studie von diesen Befunden abgesehen, da es sich die Lernenden der Kantonsschule Wetzikon gewohnt sind, mit In-Video Quiz zu arbeiten. Demgegenüber zeigten Lernende aus Bedingung 2 durchschnittlich den höchsten langfristigen Lernerfolg gefolgt von Lernenden aus Bedingung 3. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass durch die Kombination von In-Video Quiz und kontinuierlichem Schreiben von Annotationen unter Berücksichtigung von Swellers (1999) Cognitive Load Theory in Bedingung 2 eine höhere lernprozessbezogene Belastung (Germane Coginitve Load) resultierte. Dies könnte bedeuten, dass die erbrachte Leistung während der Videobearbeitung bei Lernenden aus Bedingung 2 im Vergleich zu Lernenden aus den anderen Bedingungen fünf Wochen später stärker präsent war, was sich folglich in ihrer höheren Selbsteinschätzung im Delayed Post-Test widerspiegelte. Zusammengefasst lässt sich aus den Interpretationen zum subjektiv gemessenen Lernerfolg zum einen wiederum schlussfolgern, dass das kontinuierliche Schreiben von Annotationen den Lernerfolg positiv beeinflusst. Zum anderen führt abgesehen vom kurzfristigen Lernerfolg auch wiederum die Kombination von In-Video Quiz und kontinuierlichem Schreiben von Annotationen zum höchsten Lernerfolg. Die durchgeführten Tests auf Mittelwertunterschiede bzw. auf Unterschiede der zentralen Tendenz zum kurz- und langfristigen Lernerfolg haben gezeigt, dass Lernende aus allen Bedingungen einen signifikanten Wissenszuwachs zwischen Pre- und Post-Test erzielt haben. Des Weiteren ging hervor, dass Lernende aus Bedingung 2 und Bedingung 3 ebenfalls einen signifikanten Wissenszuwachs und Lernende aus Bedingung 1 keinen signifikanten Wissenszuwachs zwischen Pre- und Delayed Post-Test verzeichnet haben. Daraus resultiert, dass Lernende aus Bedingung 2 sogar einen signifikant höheren Wissenszuwachs zwischen Pre- und Delayed Post-Test erzielt haben als Lernende aus Bedingung 1. Diese Tatsache spricht einmal mehr für das kontinuierliche Schreiben von Annotationen. Abgesehen davon hat es weder bezüglich objektiver noch subjektiver Messung signifikante Unterschiede zwischen den drei Bedingungen gegeben. Ein Indiz dafür könnte sein, dass laut Pilegard und Fiorella (2016) generative Aktivitäten die Selbstregulation von Lernenden fördern und in der vorliegenden Studie die Lernenden in allen drei Bedingungen, zwar zu unterschiedlichen Zeitpunkten, aber dennoch zu generativen Aktivitäten bzw. zum Schreiben von Annotationen aufgefordert wurden. Folglich konnte Hypothese 1 nicht bestätigt werden. Allerdings kann laut Blömeke (2003) bei fehlenden signifikanten Unterschieden nicht schlussgefolgert werden, dass ein bestimmtes Treatment unwirksam war, da Lernende suboptimalere Lernbedingungen mit ihren Lernstrategien kompensieren können. Demzufolge ist die Falsifizierung von Hypothese 1 zu relativieren und die obenstehenden Interpretationen zu den deskriptiven Ergebnissen nicht zu vernachlässigen. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 5 1 H2: Es besteht ein signifikant positiver Zusammenhang zwischen präexperimentellem Interesse und kurz- sowie langfristigem Lernerfolg (objektive Messung). Die Ergebnisse zu Hypothese 2 haben bestätigt, dass es einen signifikant positiven Zusammenhang mit schwachem Effekt sowohl zwischen präexperimentellem Interesse und kurzfristigem Lernerfolg als auch zwischen präexperimentellem Interesse und langfristigem Lernerfolg gibt. Dies könnte mit früheren Befunden erklärt werden, die besagen, dass thematisches Interesse positiv mit elaborativen Lernstrategien (Schiefele & Krapp, 1991) sowie Anstrengungs- und Lernbereitschaft (Müller, 2006) korreliert, was schlussendlich in höherem Lernerfolg resultiert. In Anbetracht der Tatsache, dass einerseits der durchschnittliche Lernerfolg eher gering ausfiel und andererseits ein signifikanter Zusammenhang vorhanden ist, muss logischerweise das präexperimentelle Interesse ebenfalls eher gering ausgefallen sein. Dieses wurde durchschnittlich mit einer klaren Tendenz zur Mitte beantwortet, wobei die Werte gleichzeitig stark um den Mittelwert streuten. Dies wiederum erklärt, weshalb es lediglich einen Zusammenhang mit schwachem Effekt gegeben hat. Das eher geringe präexperimentelle Interesse ist stimmig mit der Gegebenheit, dass das Interesse für MINT-Fächer grundsätzlich nicht sehr hoch ist. H3: Wenn in interaktiven Lernvideos In-Video Quiz vorhanden sind und die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben (Bedingung 2), führt dies zu signifikant höherer Lernproduktqualität. Das Gegenteil ist zu erwarten, wenn entweder nur In-Video Quiz (Bedingung 1) vorhanden sind oder nur die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben (Bedingung 3). Die Lernenden konnten insgesamt fünf Punkte mit ihren Lernprodukten erreichen. Die Ergebnisse haben allerdings gezeigt, dass sich die Bedingungen in Bezug auf die Lernproduktqualität nicht signifikant voneinander unterscheiden, weshalb Hypothese 3 nicht bestätigt werden konnte. Nichtsdestotrotz gibt es einige interessante Erkenntnisse bezüglich der Lernproduktqualität. Überraschenderweise haben Lernende aus Bedingung 1, die erst am Ende des Videos dazu aufgefordert wurden, Notizen zu schreiben, mit durchschnittlich 2.23 Punkten die höchste Lernproduktqualität aufgewiesen. Dies impliziert, dass es bezüglich Lernproduktqualität von Vorteil ist, wenn zuerst das Video ganz angeschaut wird und erst anschliessend Notizen geschrieben werden. Die höhere Produktqualität könnte allerdings auch auf die Tatsache zurückzuführen sein, dass es sich die Lernenden aus dem regulären Physikunterricht gewohnt sind, ihre Notizen erst am Ende des Videos zu schreiben oder andersrum: die Lernenden aus Bedingung 2 und Bedingung 3 es sich nicht gewohnt waren, kontinuierlich Annotationen zu schreiben. Diese Argumentation stützt sich auf Kim et Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 5 2 al. (2014), die betonen, dass eine effiziente Nutzung von Interaktionsfunktionen eine Übungseinheit voraussetzt. Des Weiteren könnte die durchschnittlich geringere Lernproduktqualität in Bedingung 2 und Bedingung 3 damit begründet werden, dass beim kontinuierlichen Schreiben von Annotationen das Gesamtbild der geschriebenen Notizen nicht ersichtlich ist und deshalb die Qualität im Vergleich zu einer Gesamtzusammenfassung geringer ausfällt. Zudem könnte die geringere Lernproduktqualität in den zwei Bedingungen auch damit erklärt werden, dass beim kontinuierlichen Schreiben von Annotationen in Videos der dazugehörige thematische Kontext gegeben ist und deshalb weniger detaillierte Annotationen nötig sind. Dies wird von der Tatsache untermauert, dass obwohl Lernende aus Bedingung 1 trotz durchschnittlich höchster Lernproduktqualität, im Durchschnitt den niedrigsten Lernerfolg erzielten, was folglich wiederum für das kontinuierliche Schreiben von Annotationen plädiert und nicht für die Lernproduktqualität per se. H4: Es besteht ein signifikant positiver Zusammenhang zwischen Lernproduktqualität und kurz- sowie langfristigem Lernerfolg (objektive Messung). Wie aus den abschliessenden Interpretationen zu Ergebnissen der Hypothese 3 implizit hervorgeht, haben die Ergebnisse zu Hypothese 4 gezeigt, dass es keinen positiv signifikanten Zusammenhang weder zwischen Lernproduktqualität und kurzfristigem Lernerfolg noch zwischen Lernproduktqualität und langfristigem Lernerfolg gibt. An dieser Stelle ist allerdings zu betonen, dass die Produktqualität in allen Bedingungen durchschnittlich (1.94 von fünf Punkten) gering ausfiel. Daraus kann geschlossen werden, dass die Lernenden ihre eigenen Lernstrategien angewendet haben wie beispielsweise eine mehr oder weniger intensive Nutzung der Steuerungsfunktionen und durch diese Aktivitäten die geringe Lernproduktqualität kompensiert haben (Blömeke, 2003). Die Nutzungsintensität der Steuerungsfunktionen wurde in der vorliegenden Studie jedoch nicht erfasst, weshalb diese Schlussfolgerung lediglich einen Hinweischarakter innehat. H5: Wenn in interaktiven Lernvideos In-Video Quiz vorhanden sind und die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben (Bedingung 2), führt dies nicht zu signifikant höherem Interessenszuwachs, als wenn entweder nur In-Video Quiz (Bedingung 1) vorhanden sind oder nur die Möglichkeit besteht, kontinuierlich Annotationen zu schreiben (Bedingung 3). Bei der Betrachtung der Mittelwerte zum Interessenszuwachs zwischen Pre- und Post-Test wird ersichtlich, dass Lernende aus Bedingung 2 im Mittel den höchsten Interessenszuwachs verzeichnet haben. Dies ist stimmig mit der Erkenntnis von Corbalan et al. (2009), dass unverzügliches Feedback in In-Video Quiz zu erhöhtem Interesse führt. Folgerichtig hätte der Interessenszuwachs in Bedingung 1 Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 5 3 durchschnittlich ebenfalls höher sein sollen als in Bedingung 3, was jedoch nicht der Fall war. Dies könnte ein Indiz dafür sein, dass kontinuierliches Schreiben von Annotationen neben höherem Lernerfolg ebenfalls zu höherem Interesse führt. Die zweifaktorielle ANOVA mit Messwiederholung hat jedoch gezeigt, dass das Interesse fürs Thema in allen Bedingungen zwischen Pre- und Post-Test signifikant zugenommen hat und bestätigt, dass sich die Interessenszunahme zwischen den Bedingungen nicht signifikant unterschieden hat. Dies stützt die Befunde von Montazemi (2006) sowie Heuvelman und Verhagen (2011), dass interaktive Videos grundsätzlich einen positiven Einfluss auf das Interesse von Lernenden haben. Diese Befunde werden weiter davon unterstützt, dass sich die Ergebnisse zur Motivation und zur wahrgenommenen Kompetenz beim Arbeiten in der Lernumgebung zwischen den Bedingungen nicht signifikant unterschieden haben. 5.2 Beantwortung der Fragestellung In Anbetracht der dargestellten Ergebnisse kann zunächst einmal gesagt werden, dass das Lernen zum Thema hydraulischer Energietransport unabhängig von der Bedingung zu signifikantem Wissenszuwachs einerseits und signifikantem Interessenszuwachs andererseits geführt hat. Konkret bedeutet das, jedes der drei unterschiedlich gestalteten interaktiven Videos begünstigte den Lernerfolg und das Interesse fürs Thema. Nichtsdestotrotz hat sich gezeigt, dass es zwar zwischen den drei Bedingungen keine signifikanten Unterschiede bezüglich Lernerfolg, Lernproduktqualität und Interesse gab, sich allerdings eine klare Tendenz herauskristallisiert hat. Abgesehen vom selbst eingeschätzten kurzfristigen Lernerfolg, der Lernproduktqualität und dem postexperimentellen Interesse deutet alles darauf hin, dass in interaktiven Videos die Kombination von In-Video Quiz und die Möglichkeit kontinuierlich Annotationen zu schreiben (Kombination), den Lernerfolg und das Interesse fürs Thema am stärksten fördert. Mit anderen Worten: eine evidenzbasierte Gestaltung von interaktiven Videos ist wegweisend für effektives Lernen. 5.3 Limitationen Die Limitationen der vorliegenden Studie liegen primär im gewählten Forschungsdesign. Obwohl Feldexperimenten eine hohe externe Validität zugeschrieben wird und die daraus resultierenden Ergebnisse im Vergleich zu Laborexperimenten eine höhere Generalisierbarkeit aufweisen, bergen Feldexperimente diverse Herausforderungen, die einen Einfluss auf das Ergebnis haben können (Brosius et al., 2012). Aus ethischen Überlegungen wurde für die Studie ein Lernvideo ausgewählt, das keinen Einfluss auf die Physiknote der Lernenden hatte, was ihnen vorab klar kommuniziert wurde. Zudem war die Teilnahme am Experiment freiwillig. Dementsprechend bestand keine Aussicht, für gute Leistung belohnt zu werden, weshalb die Performance der Lernenden einzig und allein aus ihrer intrinsischen Motivation resultierte. Dadurch können sich mögliche Effekte bezüglich Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 5 4 unterschiedlicher Gestaltung der interaktiven Videos verringert haben. Bei der Planung der vorliegenden Studie wurde jedoch bewusst davon abgesehen, extrinsische Anreize wie beispielsweise ein Gutschein für die drei höchsten Lernerfolge zu schaffen, um die externe Validität der vorliegenden Studie möglichst hoch zu halten. Darüber hinaus ist nicht zu vernachlässigen, dass trotz identifizierter Störvariablen und abgeleiteter Kontrollmassnahmen (vgl. Tabelle 2) weitere Faktoren eingewirkt haben und folglich die Kausalinterpretation des Einflusses der unterschiedlich gestalteten interaktiven Lernvideos auf Lernerfolg, Lernproduktqualität und Interesse beeinträchtigt wurde (Brosius et al., 2012). Zudem wurden den Lernenden für die Videobearbeitung in der vorliegenden Studie identische technologische Voraussetzungen geboten (Kontrolle Störvariable), was paradoxerweise zugleich dazu führte, dass sie in einer für sie unbekannten Lernumgebung lernten. Obwohl mit den Vor- bzw. Nachinstruktionsvideos eine Einführung in die relevanten Device- und interaktiven Videofunktionen geboten wurde, konnte keine Übungseinheit durchgeführt werden, was allenfalls mögliche Effekte bezüglich unterschiedlicher Gestaltung der interaktiven Videos ebenfalls beeinträchtigt hat. Eine weitere Limitation der vorliegenden Studie wird folglich darin gesehen, dass für die Durchführung des Feldexperiments wenig Zeit zur Verfügung stand. Dies führte dazu, dass die Befragungen (Pre-, Post- und Delayed Post-Test) nicht erweitert werden konnten. Beispielsweise hätten durch die Erfassung von angewendeten Lernstrategien weitere statistische Berechnungen erfolgen können und vielleicht zu anderen Ergebnissen geführt. Darüber hinaus konnte die Nutzungsintensität der Steuerungsfunktionen im Videotool ivideo.education nicht erfasst werden. Diese Daten hätten wie die Erfassung von Lernstrategien zu weiteren Erkenntnissen beigetragen. Mit Blick auf die Lernprodukte stellt sich die Frage, inwiefern die zusätzliche Kategorie Abdeckung des Inhalts aus dem Bewertungsschema für einen direkten Vergleich von Gesamtzusammenfassungen und Annotationen sinnvoll ist. Dies wird damit begründet, dass beispielsweise beim kontinuierlichen Schreiben von Annotationen in Videos Kontextinformationen enthalten sind, die im Vergleich zu einer Gesamtzusammenfassung nicht geschrieben werden müssen, um Inhalte vollständig abbilden zu können. Abschliessend ist darauf zu verweisen, dass sich die Ergebnisse der vorliegenden Studie auf eine Kantonsschule stützen und diese folglich nicht bedenkenlos auf die gesamte Sekundarstufe II zu übertragen sind. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 5 5 5.4 Implikationen für Forschung und Praxis In diesem Kapitel wird auf die Implikationen für Forschung und Praxis eingegangen, die sich aus den dargestellten Ergebnissen ergeben haben. 5.4.1 Forschung Mehr Zeit für dir Durchführung: Ein Feldexperiment im Bildungsbereich ist an die Unterrichtszeiten gebunden. Es hat sich zwar gezeigt, dass 45 Minuten für die Durchführung dieses Experiments gerade ausreichten, aber dennoch wird empfohlen, wenn möglich mehr Zeit einzuplanen. Folglich bestünde einerseits mehr Zeit für die Kennenlernphase zwischen Versuchsleitung und Lernenden, wodurch allenfalls die intrinsische Motivation zur Teilnahme bzw. die Anstrengungsbereitschaft erhöht werden könnte. Anderseits könnte mit mehr Zeit eine Übungseinheit bezüglich Interaktionsfunktionen geboten werden. Lernstrategien & Nutzungsintensität: Es konnten bis auf den Wissenszuwachs zwischen Pre- und Post keine signifikanten Unterschiede zwischen den Bedingungen gefunden werden, was auf die individuellen Lernstrategien der Lernenden zurückzuführen sein könnte. Folglich ist es für weitere Forschung lohnenswert, die Lernstrategien der Lernenden bzw. die Nutzungsintensität von Steuerungsfunktionen zu erfassen, um nicht signifikante Unterschiede bezüglich Gestaltungsparameter relativieren zu können. Kognitive Belastung erfassen: In der vorliegenden Studie wurde die kognitive Belastung bzw. mentale Anstrengung mittels Selbsteinschätzung erfasst. Dies setzt allerdings voraus, dass Lernenden im Stande sein müssen, ihre erfahrene kognitive Belastung retrospektiv beurteilen zu können. Für zukünftige Forschung wäre es demzufolge zielführend, die kognitive Belastung mittels objektiver Methoden zu erfassen. Stebner (2012) verweist hierfür beispielsweise darauf, die Blickabfolge der Lernenden mittels Eye-Tracking zu erfassen oder die sogenannte Dual Task-Methode anzuwenden (für einen Überblick vgl. Brünken, Steinbacher, Plass & Leutner, 2002). 5.4.2 Praxis Für die Praxis grundsätzlich und speziell für die Lehrpersonen der Kantonsschule Wetzikon lassen sich aus den präsentierten Ergebnissen folgende Implikationen ableiten: Berücksichtigung kognitiver Verarbeitungsprozesse: Aufgrund dessen, dass physikalische Themen durch ihre Komplexität einen hohen Intrinsic Cognitive Load innehaben, ist die Berücksichtigung von Mayers (2009) Gestaltungsprinzipien bereits bei der Vorbereitung der Rohvideos von hoher Relevanz, um den Extraneous Cognitive Load möglichst gering zu halten. Konkret haben die Ergebnisse aus der Vorstudie gezeigt, dass die Lernenden im Sinne des Personifizierungsprinzips in den Videos verstärkt direkt angesprochen werden sollten, um den sozialen Bezug zur Lehrperson zu schaffen. Obwohl das Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 5 6 Videotool Edpuzzle über Steuerungsfunktionen verfügt, sollten zudem die Prinzipien räumliche- und zeitliche Kontiguität, Segmentierung und Signalisierung verstärkt berücksichtigt werden. Gerade bei mathematischen Formeln ist es hilfreich, diese Schritt für Schritt zu präsentieren. Interaktionsfunktionen: Die Verwendung von In-Video Quiz sollte beibehalten und stets darauf geachtet werden, dass die Quiz eine Fortsetzung und keine Erweiterung des Videoinhalts darstellen, um eine Ablenkung vom gewünschten Lernziel zu vermeiden. Die Ergebnisse haben tendenziell gezeigt, dass die Kombination von In-Video Quiz und kontinuierlichem Schreiben von Annotationen für Lernerfolg und Interesse von Vorteil ist. Obwohl Notizen im Lernjournal OneNote parallel zur Videobearbeitung bzw. kontinuierlich geschrieben werden können, würde das Schreiben von Annotationen in Videos dennoch Vorteile bieten. Konkret könnten die Lernenden das Video mittels Annotationsfunktion in eine für sie bereichernde Informationsstruktur transformieren und folglich wäre das Lernprodukt nicht losgelöst vom Video bzw. wären alle Informationen in ein und demselben Medium zusammengestellt. Aufgabe: Wie aus den theoretischen Erläuterungen einerseits und den Ergebnissen andererseits hervorging, wird Lernen mit interaktiven Videos nicht alleine durch das Vorhandensein von Interaktionsfunktionen (z. B. Annotationsfunktion) unterstützt, sondern hängt zentral von sinnvollen Aufgaben ab. Das bedeutet, die Lernenden sollten bereits zu Beginn der Videos explizit zu generativen Aktivitäten bzw. zum kontinuierlichen Schreiben von Notizen aufgefordert werden. 5.5 Fazit Mit vorliegender Studie wurde ein erster Schritt zur Erhöhung der ökologischen Validität des SNF- Projekts getätigt und zugleich aus systemischer Perspektive untersucht, wie interaktive Videos im Physikunterricht der Sekundarstufe II für effektives selbständiges Lernen eingesetzt werden können. Obwohl keine signifikanten Effekte von unterschiedlich gestalteten interaktiven Lernvideos auf Lernerfolg und Interesse resultierten, war in den deskriptiven Daten eine klare Tendenz zu erkennen. Eine evidenzbasierte Gestaltung bzw. die Kombination aus In-Video Quiz und kontinuierlichem Schreiben von Annotationen führt durchschnittlich zu höherem Lernerfolg und Interesse. In Bezug zu generativen Lernaktivitäten bedeutet das, dass der Aufforderungszeitpunkt zu generativen Aktivitäten für effektives Lernen entscheidend ist. Allerdings stützen sich die Ergebnisse dieser Studie auf eine Kantonsschule und können folglich nicht bedenkenlos auf die gesamte Sekundarstufe II übertragen werden. Demzufolge wäre es zukünftig spannend, das Lernen mit interaktiven Videos in weiteren Bildungsinstitutionen auf Ebene Sekundarstufe II zu untersuchen, um die Ergebnisse vergleichen zu können. Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 5 7 6. Literaturverzeichnis Baddeley, A. D. (1992). Working Memory. Science, 255(5044), 556–559. Baker, A. (2016). Active learning with interactive videos: Creating student-guided learning materials. Journal of Library & Information Services in Distance Learning, 10(3–4), 79–87. Bangert-Drowns, R. L., Hurley, M. M. & Wilkinson, B. (2004). The effects of school-based writing-to- learn interventions on academic achievement: A meta-analysis. 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Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Systemisches Modell des aktiven Lernens (nach Greeno & Engeström, 2014, S. 131) ........ 5 Abbildung 2: Cognitive Theory of Multimedia Learning (nach Mayer, 2005, S. 37) ................................ 10 Abbildung 3: Überblick der Studiendurchführung (eigene Darstellung) ................................................. 22 Abbildung 4: Verwendete Apparate, Materialien und Geräte (eigene Darstellung) ............................... 25 Abbildung 5: Ausschnitt aus Rohvideo (vor vs. nach Überarbeitung) ..................................................... 27 Abbildung 6: Code-Blatt (inkl. Rückseite) ................................................................................................ 31 Abbildung 7: Messungen im Pre-, Post- und Delayed Post-Test (eigene Darstellung) ............................ 32 Abbildung 8: Raum für die Datenerhebung vor Ort (Pretest, Videobearbeitung, Post-Test) ................. 35 Abbildung 9: Arbeitsplatz mit iPad, Tastatur, Touchpen, Code-Blatt (Rückseite) & Kugelschreiber ....... 36 Abbildung 10: Bedingungen 1 bis 3 (eigene Darstellung) ....................................................................... 41 Interaktive Lernvideos im Physikunterricht 6 6 8. Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Stichprobe .............................................................................................................................. 21 Tabelle 2: Störvariablen und Kontrollmassnahmen ................................................................................ 23 Tabelle 3: Inhalt der Vor- und Nachinstruktionsvideos je Bedingung ..................................................... 28 Tabelle 4: Ausgewählte Kategorien zur Bewertung der Lernprodukte ................................................... 39 Tabelle 5: Deskriptive Daten zum Lernerfolg (objektive Messung) ........................................................ 42 Tabelle 6: Deskriptive Daten zum Lernerfolg (subjektive Messung) ....................................................... 43 Tabelle 7: Deskriptive Daten zum Interesse fürs Thema ......................................................................... 45 Tabelle 8: Deskriptive Daten zur Motivation und wahrgenommene Kompetenz………………………………..46 Anhang 9. Anhang: Inhaltsverzeichnis A Skript & PowerPoint-Präsentation für Status-Quo-Lernvideo ........................................ 1 B Zusammenfassung der fünf Gestaltungsprinzipien für Videolernumgebungen ............. 6 C Begleitpräsentation für Expertengruppe ...................................................................... 11 D Überarbeitetes Skript und überarbeitete PowerPoint-Präsentation für Rohvideo ...... 13 E Skripte & PowerPoint-Präsentationen für Instruktionsvideos ..................................... 19 F Gesamtfragebogen ....................................................................................................... 29 G iPad-Installationsprozess .............................................................................................. 39 H Skript und Begleitpräsentation für mündliche Instruktion ........................................... 40 I Wissenstest .................................................................................................................. 43 J Interesses fürs Thema: Items aus Subskala Interest/Enjoyment (IMI) ......................... 45 K Subjektive Erfahrung beim Arbeiten in Lernumgebung: Items aus KIM-Subskalen ..... 47 L Überprüfung auf Normalverteilung .............................................................................. 48 M Überprüfung auf Varianzhomogenität ......................................................................... 51 I Anhang A A Skript & PowerPoint-Präsentation für Status-Quo-Lernvideo Skript Folie 1 In vielen Maschinen gibt es hydraulische Systeme. So werden Kräfte mit Hilfe von Hydrauliköl und geschickten Kolbenverhältnissen vervielfacht, was sehr nützlich ist, wenn man schwere Lasten heben muss. Wie wollen in diesem Video verstehen, wie man mit einer kleinen Kraft mit einem hydraulischen System eine grössere ausüben kann. Folie 2 Drückt man mit der Kraft F_1 auf den kleinen Kolben der Fläche A_1, ergibt sich ein bestimmter Druck in der Flüssigkeit, der auch auf den grossen Kolben wirkt (Frage 1: Wie war die Formel für den Druck? 𝑝 = 𝐹 ∗ 𝐴, 𝑝 = =). Es muss also gelten: F_2 auf die Fläche A_2 ist gleich gross wie der Druck > p_1. Da die Fläche A_2 grösser ist als die Fläche A_1, muss also die Kraft F_2 grösser sein als die Kraft F_1. Dies können wir in einem Experiment demonstrieren. Zwei Kolben sind mit einem Schlauch voller Wasser verbunden. Die Fläche des linken Kolbens ist viermal kleiner als die des rechten. Wenn man also ein Gewicht von 50g auf den linken Kolben hinstellt, kann man ihn (Frage 2: Welches Gewicht muss auf den rechten Kolben platziert werden, damit beide im Gleichgewicht sind? 12.5 g, 50 g, 200g) mit einem Gewicht von 200g auf dem rechten Kolben im Gleichgewicht stellen. Das ist die Idee eines hydraulischen Systems. Mit einer kleinen Kraft auf einen kleinen Kolben kann man eine grosse Kraft auf den grossen Kolben ausüben. Folie 3 Schauen wir ein konkretes Beispiel an: Wäre es möglich einen Elefanten der Masse Tausend Kilogramm mit einem Finger hochzuheben? Die Fläche A_1 des kleinen Kolbens beträgt 1 Quadrat Zentimeter und die Fläche des grossen Kolbens misst 1 Quadrat Meter. Die kleine Fläche ist also 10 Tausend mal kleiner als die grosse. Da der Druck überall gleich ist gilt: (Frage 3: Was gilt für die beiden Koben? =? = =@ , 𝐹A𝐴> > A? @ = 𝐹B𝐴B) F_1 durch A_1 gleich F_2 durch A_2. Wir formen nach F_1 um *** und setzen die Zahlen ein. *** Wir erhalten ca. 1 N, was tatsächlich 10 Tausend mal kleiner als die Gewichtskraft des Elefanten ist. Somit ist es tatsächlich möglich den Elefanten mit einem Finger hochzuheben. Ist das jetzt ein Geheimtipp wie man Energie bei der Arbeit sparen kann? Nicht ganz. 1 Anhang A Folie 4 Mit einem hydraulischen System kann man sozusagen Kraft sparen, jedoch keine Energie. Wenn man mit der Hand die Kraft F_1 ausübt, bewegt sich der Kolben um die Strecke Delta S_1. Der grosse Kolben hat sich aber sehr wenig bewegt: nur um die Strecke Delta s_2. Das Produkt aus Kraft und zurückgelegte Strecke (Frage 4 «offen»: Welche Grösse beschreibt das Produkt F · ∆s ?) ist die Energie, die für die Verschiebung des Kolbens gebraucht wurde. Beide Produkte lassen sich auch mit dem Druck anders ausdrücken. Wir schreiben die Kraft als Produkt von Druck und Fläche. Somit finden wir in den beiden Energietermen das Volumen der verschobenen Flüssigkeit. Da die Flüssigkeit nicht zusammendrückbar ist, können wir beide Volumina gleichsetzen (Note: Die Flüssigkeit wurde von der einen Seite auf die andere verschoben: das Volumen ist aber dasselbe. Der Druck ist ebenfalls auf beiden Seiten gleich.) Somit sind auch beide Energieterme gleich. Obwohl man keine Energie spart, sind solche Systeme sehr hilfreich. So ist es möglich mit relativ kleiner Kraft und einem hydraulischen Wagenheber ein Auto hochzuheben, um z.B. ein Rad zu wechseln. Folie 5 Fassen wir zusammen: Mit einem hydraulischen System wird eine kleine Kraft auf einen kleinen Kolben ausgeübt. Da der Druck in der ganzen Flüssigkeit gleich ist, ergibt sich so eine grössere Kraft auf die grössere Fläche. Die Kräfte verhalten sich dann wie die Kolbenflächen. Wenn wir den kleinen Kolben verschieben, brauchen wir eine bestimmte Energiemenge. Das hydraulische System überträgt diese Energiemenge auf den grösseren Kolben. Die zurückgelegten Strecken der Kolben sind dabei umgekehrt proportional zu den Flächen. Je kleiner also die Fläche, desto mehr Weg muss man zurücklegen. 2 Anhang A PowerPoint-Präsentation Folie 1 Folie 2 3 Anhang A Folie 3 Folie 4 4 Anhang A Folie 5 5 Anhang B B Zusammenfassung der fünf Gestaltungsprinzipien für Videolernumgebungen Kognitive Theorie des Lernens mit Multimedia Bei der Kognitiven Theorie des Lernens mit Multimedia von Richard E. Mayer und Kollegen handelt es sich um eine evidenzbasierte Richtlinie im Bereich des multimedialen Lernens, die auf eine effektivere Gestaltung von dynamischen Visualisierungen, also auch Videos, abzielt. Der Theorie liegen drei Annahmen zugrunde: (1) Menschen verarbeiten in zwei voneinander getrennten Kanälen auditive und visuelle Informationen; (2) jeder dieser beiden Kanäle hat eine begrenzte Verarbeitungskapazität; und (3) Lernen erfordert eine substantielle kognitive Verarbeitung im auditiven und visuellen Kanal (Mayer und Moreno 2003, S. 44). Darin zu erkennen sind Bezüge zur Cognitive Load Theory und Dual Coding Theory (Paivio 1990). Letztere besteht aus der Annahme, dass verbale und bildliche Codes in zwei voneinander unabhängigen Kanälen verarbeitet und Schritt für Schritt im Gedächtnis integriert werden (vgl. Abbildung 1). Aus der kognitiven Theorie des multimedialen Lernens hat Mayer (2009) zwölf grundlegende Prinzipien für die Gestaltung von multimedialen Lernumgebungen abgeleitet. Aus Sicht der Gestaltung beziehen sich die Prinzipien einerseits auf narrative und visuelle Aspekte der Medienrepräsentation und andererseits auf die Sequenzierung von Lerninhalten. Für die Gestaltung graphischer Benutzerschnittstellen sowie für eine adäquate Usability bieten diese Gestaltungsprinzipien einen theoretischen Bezugsrahmen, der durch randomisierte und kontrollierte Experimente validiert ist. Die experimentellen Belege beruhen jedoch zum grossen Teil auf Lernressourcen, die nur einen Teil der dem Video zugeschriebenen Eigenschaften auf sich vereinen. Niegemann et al. (2008) und Zahn (2004) teilen jedoch die Ansicht, dass die evidenzbasierten Richtlinien auf das Lernen mit Videos übertragen werden können. Folglich wurden aus den insgesamt zwölf Prinzipien des kognitiven Lernens mit Multimedia fünf Anforderungen speziell für Videolernumgebungen abgeleitet, die in den nachfolgenden Absätzen vorgestellt werden. 6 Anhang B 1. Prinzip der Segmentierung Präsentationen multimedialer Informationen erzielen eine lernförderlichere Wirkung, wenn sie sequenziell segmentiert sind und ihre Wiedergabegeschwindigkeit und -reihenfolge durch den Lernenden kontrolliert werden können (Mayer 2009, S. 176). Dieses Prinzip gilt insbesondere für komplexe Lerninhalte, schnell ablaufende Darbietungen und für Lernende mit wenig Vorwissen (Mayer 2009, S. 176ff). Im Kontext von Lernvideos bedeutet das beispielsweise komplexe Grafiken oder mathematische Formeln, ähnlich wie beim Erstellen eines Tafelbildes, schrittweise zu einem Gesamtbild zu ergänzen (vgl. Abbildung 2). Ein weiteres Beispiel sind kurze, mehrmals abspielbare Videoszenen, die sich als Lernressource besser eignen als eine zusammenhängende Abfolge derselben (Hatsidimitris und Allen 2010). Innerhalb eines Videoplayers lässt sich dies etwa durch zeitgenaue Sprungmarken eines Inhaltsverzeichnisses erreichen. 2. Prinzip der Signalisierung Lernende verstehen multimediale Präsentationen besser, wenn darin Hinweise enthalten sind, wie die Informationen zu verarbeiten sind (Mayer und Moreno 2003). Werden essentielle Informationen hervorgehoben oder betont, fördert dies den Wissenserwerb und mindert gleichzeitig die Verarbeitung irrelevanter Fakten bzw. irrelevanter Aspekte von Grafiken (extraneous load). Die Anwendung des Signalisierungsprinzips lenkt die Aufmerksamkeit der Rezipienten auf die Schlüsselelemente, die dadurch miteinander in Beziehung gebracht werden. Hervorhebungen bzw. Betonungen unterstützen die mentale Auswahl und Organisation des Lernmaterials. Dies ist umso wichtiger, wenn es nicht möglich ist irrelevante Informationen weg zu lassen (Mayer 2009, S. 108). Verbale und visuelle Signale sind jedoch nur dann wirksam, wenn man sparsam von ihnen Gebrauch macht. Die Abbildung 3 zeigt eine Möglichkeit den Fokus der 7 Anhang B Aufmerksamkeit auf einen Bildausschnitt zu legen. Weitere verbale und visuelle Techniken zur Anwendung des Signalisierungsprinzips in Videos sind Gegenstand der folgenden Aufzählung (Mayer 2009, S. 110/112): Verbale Signale Visuelle Signale • Kurzfassung / Überblick zu Beginn • Schaubilder („visual organizer“) • Überschriften mit Bezug zur Kurzfassung • Auflistungen • sprachliche Betonung durch lautes oder • Pfeile, Rahmen langsames sprechen • Farbcodes • Schlüsselwörter • blinkende Schlüsselkomponenten • Signalwörter: z.B. Aufzählungen • hinweisende Gesten durch den Sprecher („erstens, zweitens, . . . “) • zentrale Elemente durch „Ausgrauen“ der • Zusammenfassung Umgebung oder Heranzoomen hervorheben 3. Redundanz-Prinzip Die redundante, parallele Darstellung von geschriebenem und gesprochenem Text stellt für den Lernenden eine Doppelbelastung dar. Die redundante Information erhöht die kognitive Last durch Irrelevantes und bindet unnötig viele kognitive Ressourcen. Während über den visuellen Kanal Bilder und Texte verarbeitet werden, erfolgt über den auditiven Kanal ein Abgleich des gesprochenen mit dem geschriebenen Wort. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein Sprecher in einer Vortragsaufzeichnung nur das wiedergibt, was auf den simultan gezeigten Präsentationsfolien zu lesen ist. Dies überfordert den Rezipienten, weshalb die redundanten Informationen zugunsten des gesprochenen Texts zu vermeiden sind. Für dieses Prinzip gelten jedoch eine Reihe von Ausnahmen, falls: 8 Anhang B • keine bildlichen Informationen dargeboten werden und der Text kurz ist • die Wissenspräsentation sehr langsam erfolgt bzw. durch den Lernenden gesteuert werden kann • unbekannte oder fachspezifische Begriffe auftreten • der gesprochene Text vor dem angezeigten Text erscheint • Nicht-Muttersprachler oder Menschen mit Lernschwierigkeiten zum besseren Verstehen der Lerninhalte Untertitel benötigen. (Mayer 2009, S. 118) 4. Prinzip der Räumlichen Kontiguität Es ist lernförderlich, korrespondierende Worte und Bilder nah beieinander zu präsentieren, anstatt sie auf verschiedene Seiten oder Frames zu verteilen. Wenn sich eine enge semantische Beziehung zwischen Informationseinheiten auch durch ihre räumliche Nähe ausdrückt, wird dem Rezipienten die Herstellung dieser Beziehung erleichtert. Dies gilt insbesondere für Relationen zwischen bildlichen und verbalen Informationen, deren kognitive Verarbeitung über den bildlichen Kanal erfolgt. Suchprozesse, die das Arbeitsgedächtnis beanspruchen, lassen sich somit vermeiden. Das Prinzip der räumlichen Nähe ist insbesondere dann anzuwenden, wenn die Darstellung von Illustrationen bzw. Animationen komplex oder nicht selbsterklärend ist. Beispielsweise ist es lernförderlicher, Objekte bzw. Abläufe direkt im Bild zu beschriften, anstatt in einer separaten Legende (vgl. Abbildung 4). Das Prinzip der räumlichen Nähe begründet beispielsweise, warum Videos besser direkt in einer Webseite eingebettet, anstatt verlinkt werden sollten. Lernende mit wenig Vorwissen profitieren besonders von diesem Gestaltungsprinzip. 9 Anhang B 5. Prinzip der zeitlichen Kontiguität Es ist lernförderlicher, wenn korrespondierende bildliche und narrative Informationen gleichzeitig statt nacheinander präsentiert werden (Mayer 2009, S. 156). Im Hinblick auf die Entlastung des Arbeitsgedächtnisses erleichtert die Anwendung dieses Prinzips die Bildung mentaler Verbindungen zwischen visuellen und auditiven Repräsentationen. Das Prinzip kommt jedoch nicht zum Tragen, wenn es sich um kurze Animationen bzw. Videosequenzen handelt, deren Information der Rezipient ohne größere Schwierigkeiten bis zur verbalen Erklärung memorieren kann. Auch wenn es dem Lernenden freisteht, die Reihenfolge und Geschwindigkeit der Darbietung zu bestimmen, ist eine zeitliche Nähe bildlicher und textuell-sprachlicher Informationen nicht unbedingt erforderlich. (Mayer 2009, S. 156ff) Anwendung findet dieses Prinzips beispielsweise in Screencasts, in denen ein Sprecher etwa die Verwendung eines Computerprogramms kommentiert und beschreibt. Ein weiteres Beispiel für zeitlich synchrone Bild- und Sprachpräsentation sind Präsentationsfolien, die parallel zur Audio- oder Videoaufzeichnung eines Sprechers ablaufen. 10 Anhang C C Begleitpräsentation für Expertengruppe 11 Anhang C 12 Anhang D D Überarbeitetes Skript und überarbeitete PowerPoint-Präsentation für Rohvideo Skript (grün = adaptiert bzw. neu) Folie 1 (Titelfolie) In vielen Maschinen gibt es hydraulische Systeme. So werden Kräfte mit Hilfe von Hydrauliköl und geschickten Kolbenverhältnissen vervielfacht, was sehr nützlich ist, wenn man Sie schwere Lasten heben muss müssen (KLICK). Folie 2 (neu Lernziel) Wir Sie wollen sollen in mit diesem Video verstehen, wie man Sie mit (KLICK) einer kleinen Kraft mit und (KLICK) einem hydraulischen System (KLICK) eine grössere Kraft ausüben kann können. Folie 3 (neu Überblick) Hierfür wird Ihnen (KLICK) in einem ersten Schritt die hydraulische Waage erklärt (KLICK), gefolgt von einem konkreten Rechnungsbeispiel. In einem weiteren Schritt wird Ihnen gezeigt, was dabei genau mit der Energie passiert, bevor eine Zusammenfassung das Thema abrundet. Folie 4 (vorher 2) Drückt man Wenn Sie beim kleinen Kolben mit der Kraft (KLICK) F_1 auf den kleinen Kolben der die Fläche (KLICK) A_1 drücken, ergibt sich ein bestimmter (KLICK) Druck in der Flüssigkeit, der auch auf die (KLICK) Fläche A_2 des grossen Kolbens wirkt (KLICK). Es muss also gelten: (KLICK) F_2 auf die Fläche (KLICK) A_2 ist gleich gross wie der (KLICK) Druck p_1. Da die Fläche A_2 grösser ist als die Fläche A_1, muss also die Kraft F_2 grösser sein als die Kraft F_1. Dies können wir in einem kann Ihnen mit folgendem Experiment demonstrieren demonstriert werden. (KLICK) Zwei Kolben sind mit einem Schlauch voller Wasser verbunden. Die (KLICK) Fläche des linken Kolbens ist viermal kleiner als die des rechten Kolbens. Wenn man Sie also ein (KLICK) Gewicht von 50g auf den linken Kolben hinstellt hinstellen, kann man können Sie ihn mit einem (KLICK) Gewicht von 200g auf dem rechten Kolben ins Gleichgewicht stellen. Das ist die Idee eines hydraulischen Systems (KLICK). Mit einer (KLICK) kleinen Kraft auf einen kleinen Kolben kann man können Sie eine grosse Kraft auf den grossen Kolben ausüben. Folie 5 (vorher 3) Schauen wir ein Sie sich das konkrete Beispiel an: Wäre es möglich, dass Sie einen (KLICK) Elefanten der Masse Tausend Kilogramm mit einem Finger hochzuheben? Die (KLICK) Fläche A_1 des kleinen 13 Anhang D Kolbens beträgt 1 Quadrat Zentimeter und die (KLICK) Fläche des grossen Kolbens misst 1 Quadrat Meter. Die kleine Fläche ist also 10 Tausend mal kleiner als die grosse Fläche. Da (KLICK) der Druck überall gleich ist gilt (KLICK) F_1 (KLICK) durch A_1 (KLICK) gleich F_2 (KLICK) durch A_2. Wir Formen Sie nach (KLICK) F_1 um *** und setzen Sie die Zahlen ein. (KLICK) (KLICK) (KLICK) *** Wir Sie erhalten (KLICK) ca. 1 N, was tatsächlich 10 Tausend mal kleiner als die Gewichtskraft des Elefanten ist. Somit ist es tatsächlich möglich, dass Sie den Elefanten mit einem Finger hochzuheben können. Ist das jetzt ein Geheimtipp wie man Sie Energie bei der Arbeit sparen kann können? Nicht ganz. Folie 6 (vorher 4) Mit einem hydraulischen System kann man können Sie sozusagen Kraft sparen, jedoch keine Energie. Wenn man Sie mit der (KLICK) Hand die Kraft F_1 ausübt ausüben, bewegt sich der Kolben um die Strecke (KLICK) Delta S_1. Der grosse Kolben hat sich aber sehr wenig bewegt: nur um die Strecke (KLICK) Delta s_2. Das (KLICK) Produkt aus Kraft und zurückgelegter Strecke ist (KLICK) die Energie, die Sie für die Verschiebung des Kolbens gebraucht wurde haben. Beide Produkte lassen sich auch mit dem Druck anders ausdrücken. Wir Schreiben Sie (KLICK) die Kraft als Produkt von Druck und Fläche. Somit finden wir Sie in beiden Energietermen (KLICK) das Volumen der verschobenen Flüssigkeit. Da die Flüssigkeit nicht zusammendrückbar ist, können wir Sie (KLICK) beide Volumina gleichsetzen. Somit sind (KLICK) auch beide Energieterme gleich. Obwohl man Sie keine Energie spart sparen, sind solche Systeme sehr hilfreich. So ist es möglich, (KLICK) dass Sie mit einer relativ kleinen Kraft und einem hydraulischen Wagenheber ein Auto hochzuheben hochheben können, um z.B. ein Rad zu wechseln. Folie 7 (vorher 5) Fassen wir zusammen: Mit einem hydraulischen System wird eine (KLICK) kleine Kraft auf einen (KLICK) kleinen Kolben ausgeübt. Da (KLICK) der Druck in der ganzen Flüssigkeit gleich ist, ergibt sich so eine (KLICK) grössere Kraft auf die (KLICK) grössere Fläche. Die (KLICK) Kräfte verhalten sich dann wie die (KLICK) Kolbenflächen (KLICK). Wenn wir Sie den (KLICK) kleinen Kolben verschieben, brauchen wir Sie eine bestimmte Energiemenge. Das hydraulische System überträgt diese Energiemenge auf den grösseren Kolben. Die (KLICK) zurückgelegten Strecken der Kolben sind dabei umgekehrt proportional zu den Flächen. Je kleiner also die Fläche, desto mehr Weg muss man müssen Sie zurücklegen. 14 Anhang D PowerPoint-Präsentation Folie 1 Folie 2 15 Anhang D Folie 3 Folie 4 16 Anhang D Folie 5 Folie 6 17 Anhang D Folie 7 18 Anhang E E Skripte & PowerPoint-Präsentationen für Instruktionsvideos Skript Vorinstruktion für Bedingung 1 Startseite in ivideo.education (Didaktische Hinweise) Bitte schauen Sie sich das Video von Anfang bis zum Schluss an, damit Sie alle nötigen Informationen erhalten. Sobald Sie bereit sind, tippen Sie auf Weiter & dann auf Play, um das Video zu starten. Folie 1 Herzlich willkommen im Tool ivideo.education - kurz gesagt ivideo. Folie 2 Dieses Video besteht aus drei Teilen. Zuerst erhalten Sie eine Einführung in die Funktionen von ivideo und wie Sie das Tool nutzen sollen. In einem weiteren Schritt werden Sie das Thema hydraulischer Energietransport bearbeiten. Abschliessend erhalten Sie eine Instruktion für das weitere Vorgehen. Folie 3 Bitte schauen Sie das Video mindestens einmal ganz an, weil nur so erhalten Sie alle nötigen Informationen. Folie 4 Jetzt erhalten Sie eine Einführung in die Funktionen von ivideo und wie Sie das Tool nutzen sollen. Folie 5 (Screen Cast) Hier (Hotspot) können Sie das Video starten oder pausieren und hier (Hotspot) auf der Zeitleiste im Video beliebig vor- und rückwärtsgehen. Wenn Sie hier (2x Hotspot) auf das Rechteck tippen, können Sie von der Standardansicht in den Vollbildmodus wechseln und umgekehrt. Folie 6 Im Verlauf dieses Videos werden Sie diesen drei Symbolen begegnen. Folie 7 (Screen Cast) Die Symbole erscheinen jeweils blinkend oberhalb der Zeitleiste und das Video wird automatisch pausiert. Zudem wird automatisch vom Vollbildmodus in die Standardansicht gewechselt, damit hier unten (Hotspot) alle nötigen Informationen für Sie ersichtlich werden. 19 Anhang E Der gründe Block signalisiert eine Aufgabe, die Sie erledigen sollen. Lesen Sie hierfür jeweils hier unten (Hotspot), was Sie genau machen sollen und folgen Sie der Instruktion. Folie 8 (Screen Cast) Das blaue Dreieck signalisiert eine Zusatzinformation (Hotspot). Lesen Sie diese und tippen Sie anschliessend auf Play (Hotspot), um fortfahren zu können. Folie 9 (Screen Cast) Beim orangen Fragezeichen erscheint sofort ein Fenster mit einer Frage, die Sie beantworten sollen. Das Fragezeichen (Hotspot) ist dann nur im Hintergrund des Fragefensters ersichtlich. Obwohl jeweils nur eine Antwort richtig ist (Hotspot), müssen Sie jede Antwortoption mit Richtig oder Falsch beantworten. Indem Sie dann auf Kontrollieren (Hotspot) tippen, wird Ihnen die Lösung (Hotspot) angezeigt. Tippen Sie anschliessend jeweils auf Abbrechen (Hotspot) und auf Play (Hotspot), um fortfahren zu können. Folie 10 Es ist WICHTIG, dass Sie nur die gezeigten Funktionen nutzen, alle anderen sind für diese Studie nicht relevant! Folie 11 Bitte bearbeiten Sie jetzt das Thema hydraulischer Energietransport. PowerPoint-Präsentation Vorinstruktion für Bedingung 1 20 Anhang E Skript Nachinstruktion für Bedingung 1 Folie 1 Jetzt erhalten Sie eine Instruktion für das weitere Vorgehen. Folie 2 Bitte schauen Sie sich das Video bis zum Schluss an, damit Sie alle nötigen Informationen für das weitere Vorgehen erhalten. 21 Anhang E Sie erhalten zuerst eine Instruktion zum Notizenschreiben in ivideo sowie eine Instruktion für die Nachbefragung. Nachdem Sie die Instruktionen angeschaut haben, machen Sie Notizen direkt in ivideo und beantworten abschliessend die Nachbefragung. Folie 3 Im Vergleich zum gewöhnlichen Physikunterricht, wo Sie Ihre Notizen nach der Videobearbeitung ins Lernjournal schreiben, können Sie in ivideo Ihre Notizen direkt ins Tool schreiben. Beginnen Sie aber erst dann mit dem Notizenschreiben, wenn Sie die Instruktionen zu den Notizen und zur Nachbefragung angeschaut haben und explizit dazu aufgefordert werden. Folie 4 (Screen Cast) Genau gleich wie Sie zuvor mittels des Symbols grünes Blatt aufgefordert wurden, Ihren persönlichen Code einzugeben, werden Sie nach der Instruktion zur Nachbefragung mittels des grünen Symbols dazu aufgefordert, eine Anmerkung hinzuzufügen (Hotspot), um Ihre Notizen reinzuschreiben. Es ist WICHTIG, dass Sie alle Ihre Notizen in dieselbe Anmerkung (Hotspot) bzw. in dasselbe Textfeld schreiben und keine weiteren Anmerkungen hinzufügen! Bei Bedarf können Sie während dem Notizenschreiben jederzeit bestimmte Inhalte zum Thema hydraulischen Energietransport nochmals anschauen. Navigieren Sie hierfür einfach auf der Zeitleiste (Hotspot) zur gewünschten Stelle im Video. Sobald Sie mit dem Notizenschreiben fertig sind, ist es WICHTIG (Hotspot), dass Sie diese speichern, indem Sie hier auf Speichern tippen. Folie 5 Nachdem Sie Ihre Notizen geschrieben und gespeichert haben, beantworten Sie bitte die Nachbefragung. Folie 6 Decken Sie hierfür das iPad mit der Schutzklappe zu und legen Sie es mit dem Bildschirm nach unten auf den Tisch, sodass Sie mit Ihrem persönlichen Smartphone/Tablet den QR-Code (Hotspot) mit dem Titel Nachbefragung scannen und mit der Beantwortung der Fragen beginnen können. (Grünes Blatt: Notizen: Machen Sie jetzt Notizen. Instruktion: Tippen Sie im grauen Feld auf Anmerkungen & dann auf Hinzufügen. Tippen Sie anschliessend in das leere Textfeld & schreiben Sie ALLE Ihre Notizen in DASSELBE Textfeld hinein. Tippen Sie ganz am Schluss auf Speichern & starten Sie mit der Nachbefragung.) 22 Anhang E PowerPoint-Präsentation Nachinstruktion für Bedingung 1 23 Anhang E Skript Vorinstruktion für Bedingung 2 und 3 Startseite in ivideo (Didaktische Hinweise) Bitte schauen Sie sich das Video von Anfang bis zum Schluss an, damit Sie alle nötigen Informationen erhalten. Sobald Sie bereit sind, tippen Sie auf Weiter & dann auf Play, um das Video zu starten. Folie 1 Herzlich willkommen im Tool ivideo.education - kurz gesagt ivideo. Folie 2 Dieses Video besteht aus drei Teilen. Zuerst erhalten Sie eine Einführung in die Funktionen von ivideo und wie Sie das Tool nutzen sollen. In einem weiteren Schritt werden Sie das Thema hydraulischer Energietransport bearbeiten. Abschliessend erhalten Sie eine Instruktion für das weitere Vorgehen. Folie 3 Bitte schauen Sie das Video mindestens einmal ganz an, weil nur so erhalten Sie alle nötigen Informationen. Folie 4 Jetzt erhalten Sie eine Einführung in die Funktionen von ivideo und wie Sie das Tool nutzen sollen. Folie 5 (Screen Cast) Hier (Hotspot) können Sie das Video starten oder pausieren und hier (Hotspot) auf der Zeitleiste im Video beliebig vor- und rückwärtsgehen. Wenn Sie hier (2x Hotspot) auf das Rechteck tippen, können Sie von der Standardansicht in den Vollbildmodus wechseln und umgekehrt. Folie 6 Im Verlauf dieses Videos werden Sie diesen drei Symbolen begegnen. Folie 7 (Screen Cast) Die Symbole erscheinen jeweils blinkend oberhalb der Zeitleiste und das Video wird automatisch pausiert. Zudem wird automatisch vom Vollbildmodus in die Standardansicht gewechselt, damit hier unten (Hotspot) alle nötigen Informationen für Sie ersichtlich werden. Der gründe Block signalisiert eine Aufgabe, die Sie erledigen sollen. Lesen Sie hierfür jeweils hier unten (Hotspot), was Sie genau machen sollen und folgen Sie der Instruktion. 24 Anhang E Folie 8 (Screen Cast) Das blaue Dreieck signalisiert eine Zusatzinformation (Hotspot). Lesen Sie diese und tippen Sie anschliessend auf Play (Hotspot), um fortfahren zu können. Folie 9 (Screen Cast) Beim orangen Fragezeichen erscheint sofort ein Fenster mit einer Frage, die Sie beantworten sollen. Das Fragezeichen (Hotspot) ist dann nur im Hintergrund des Fragefensters ersichtlich. Obwohl jeweils nur eine Antwort richtig ist (Hotspot), müssen Sie jede Antwortoption mit Richtig oder Falsch beantworten. Indem Sie dann auf Kontrollieren (Hotspot) tippen, wird Ihnen die Lösung (Hotspot) angezeigt. Tippen Sie anschliessend jeweils auf Abbrechen (Hotspot) und auf Play (Hotspot), um fortfahren zu können. Folie 10 Im Vergleich zum gewöhnlichen Physikunterricht, wo Sie Ihre Notizen nach der Videobearbeitung ins Lernjournal schreiben, können Sie in ivideo Ihre Notizen kontinuierlich an beliebiger Stelle direkt ins Tool schreiben. Folie 11 (Screen Cast) Sobald Sie an einer bestimmten Stelle im Video eine Notiz schreiben möchten, ist es wichtig, dass Sie zuerst (Hotspot) den Vollbildmodus verlassen, damit Sie hier unten (Hotspot) das Feld Anmerkungen sehen können und dann sofort auf Hinzufügen (Hotspot) tippen. Das Video wird automatisch pausiert und ein leeres Textfeld (Hotspot) wird geöffnet. Tippen Sie dann in das Textfeld und schreiben Sie Ihre Notiz hinein. Sobald Sie die Notiz fertiggeschrieben haben, tippen Sie (Hotspot) auf Speichern. Sie sehen jetzt (Hotspot) hier unten Ihre geschriebene Notiz inklusive Zeitmarke bzw. Ihre geschriebenen Notizen, falls Sie schon welche geschrieben haben. Sie können jede geschriebene Notiz jederzeit bearbeiten, indem Sie entweder direkt in die gewünschte (Hotspot) Notizzeile oder hier rechts (Hotspot) auf das Bearbeitungs-Symbols tippen. Es ist wichtig (Hotspot), dass Sie die Notiz nach der Bearbeitung wieder Speichern. Sie können eine geschriebene Notiz auch löschen, indem Sie hier rechts (Hotspot) auf das Papierkorb-Symbol tippen und mit Löschen (Hotspot) bestätigen. Sie können beliebig viele Notizen schreiben, indem Sie das gezeigte Vorgehen an gewünschter Stelle wiederholen. Folie 12 Es ist WICHTIG, dass Sie nur die gezeigten Funktionen nutzen, alle anderen sind für diese Studie nicht relevant! 25 Anhang E Folie 13 Bitte bearbeiten Sie jetzt das Thema hydraulischer Energietransport Folie 14 Vergessen Sie dabei nicht, Ihre Notizen kontinuierlich direkt in ivideo bzw. jeweils an der passenden Stelle zu schreiben. PowerPoint-Präsentation Vorinstruktion für Bedingung 2 und 3 26 Anhang E Skript Nachinstruktion für Bedingung 2 und 3 Folie 1 Jetzt erhalten Sie eine Instruktion für die Nachbefragung. Folie 2 Bitte decken Sie das iPad mit der Schutzklappe zu und legen Sie es mit dem Bildschirm nach unten auf den Tisch, sodass Sie mit Ihrem persönlichen Smartphone/Tablet den QR-Code (Hotspot) mit dem Titel Nachbefragung scannen und mit der Beantwortung der Fragen beginnen können 27 Anhang E PowerPoint-Präsentation Nachinstruktion für Bedingung 2 und 3 28 Anhang F F Gesamtfragebogen Pretest Demografische Daten Antwortoptionen Persönlicher Code Schreiben Sie bitte Ihren persönlichen Code (siehe max. Länge der Eingabe = 5 Blatt) in das leere Feld. iPad-Nummer Schreiben Sie bitte Ihre iPad-Nummer (siehe Blatt) max. Länge der Eingabe = 2 in das leere Feld. (B1 = 10-19, B2 = 20-20, B3 = 30-39) A5 C5b Klasse Kreuzen Sie bitte Ihre Klasse an. C5c W5b weiblich Geschlecht Kreuzen Sie bitte Ihr Geschlecht an. männlich Anders, und zwar: Alter in Jahren Geben Sie bitte Ihr Alter an. Drop-Down (15–25) Überleitung zu den Fragen zum Thema hydraulischer Energietransport Anschliessend werden Sie anhand eines Videos einiges über den hydraulischen Energietransport lernen. Bitte beantworten Sie die folgenden Fragen in Bezug auf diesen Lerninhalt. Subjektive Wissenseinschätzung zum Thema hydraulischer Energietransport Antwortoptionen Bitte geben Sie an, als wie gross Sie Ihr Wissen zum Thema hydraulischer Energietransport einschätzen. 29 Anhang F 1– stimmt gar nicht, 2 – stimmt wenig, Ich weiss, was hydraulischer Energietransport ist. 3 – stimmt teils-teils, 4 – stimmt ziemlich, 5 – stimmt völlig Präexperimentelles Interesse Antwortoptionen Bitte geben Sie an, als wie gross Sie Ihr Interesse am Thema hydraulischer Energietransport einschätzen. Ich denke, dass mir das Thema hydraulischer Energietransport sehr gefallen wird. Ich denke, dass es mir sehr viel Spass machen wird, das Thema hydraulischer Energietransport zu bearbeiten. Ich denke, dass das Thema hydraulischer Energietransport sehr langweilig für mich sein wird. Ich denke, dass ich in die Bearbeitung des Themas hydraulischer Energietransport gar keine 1– stimmt gar nicht, 2 – stimmt wenig, Aufmerksamkeit investieren werde. 3 – stimmt teils-teils, 4 – stimmt ziemlich, 5 – stimmt völlig Ich denke, dass das Thema hydraulischer Energietransport bestimmt sehr interessant für mich wird. Ich denke, dass die Bearbeitung des Themas hydraulischer Energietransport für mich sehr unterhaltsam wird. Ich denke, dass ich kein Vergnügen an dem Thema hydraulischer Energietransport haben werde. Überleitung zum Video Vielen Dank für die Beantwortung der Fragen! Bitte gehen Sie jetzt wie folgt vor: 1. Sperren Sie das Smartphone/Tablet & legen Sie es hinter das iPad (Bildschirm nach unten). 2. Drehen Sie das iPad um & schliessen Sie die Tastatur und Kopfhörer an 3. Folgen Sie den Instruktionen auf dem Bildschirm. 30 Anhang F Post-Test Einführung Post-Test Willkommen bei der Nachbefragung! Tippen Sie bitte auf den Pfeil unten rechts, um mit der Beantwortung der Fragen zu beginnen. Subjektive Wissenseinschätzung zum Thema hydraulischer Energietransport Antwortoptionen Bitte geben Sie nun rückblickend an, als wie gross Sie Ihr Wissen zum Thema hydraulischer Energietransport einschätzen. 1– stimmt gar nicht, 2 – stimmt wenig, Ich weiss, was hydraulischer Energietransport ist. 3 – stimmt teils-teils, 4 – stimmt ziemlich, 5 – stimmt völlig Wissenstest I (10 Fragen / 24 Punkte) Antwortoptionen Bitte beantworten Sie die folgenden Wissensfragen zum Thema hydraulischer Energietransport, OHNE das iPad bzw. Ihre Notizen zu nutzen. Druck = Kraft * Fläche Druck = Fläche/Kraft 1. Wie lautet die Definition des Druckes? Druck = Impuls/Fläche Druck = Kraft/Fläche Man kann mit einem kleinen Druck einen grösseren erzeugen Man kann mit einer kleinen Kraft eine 2. Was ist die Grundidee einer hydraulischen grössere ausüben Maschine? Je grösser die Fläche, desto grösser der Druck Man kann mit einem grossen Druck eine kleine Kraft ausüben 3. Welche Beziehung stimmt bei einer hydraulischen Maschine? Die Kräfte verhalten sich wie die Drücke 31 Anhang F Die Kraft ist umgekehrt proportional zur Fläche Die Kräfte verhalten sich wie die Flächen Die Flächen sind umgekehrt proportional zu den Drücke Kraft sparen Druck sparen 4. Mit einer hydraulischen Maschine kann man: Energie sparen Impuls sparen Kraft * Fläche Kraft * Weg 5. Welcher Ausdruck ist eine Energie? Druck * Fläche Druck * Weg Fläche/Druck Druck/Fläche 6. Welcher Ausdruck ist eine Kraft? Impuls/Fläche Druck * Fläche Der Druck Die Energie 7. Welche Grösse bleibt bei einem hydraulischen System NICHT konstant? Die Kraft Der Impuls Die zurückgelegte Strecke des Kolbens 2 ist viermal kleiner als diejenige des Kolbens 1 8. Ein kleiner Kolben mit Fläche A1 drückt via Flüssigkeit auf einen viermal grösseren Kolben der Die Kraft F1 ist viermal grösser als die Kraft Fläche A2. Welche Aussage stimmt? F2 Der Druck beim Kolben 2 ist viermal grösser als beim Kolben 1 32 Anhang F Der Druck beim Kolben 2 ist viermal kleiner als beim Kolben 1 1 mm 9. Mit einer Kraft von 1 N kann man mit einem hydraulischen System einen Elefanten der 0.1 mm Gewichtskraft 10'000N hochheben. Man drückt den kleinen Kolben 10cm nach unten. Wie hoch 0.01 mm kommt der grosse Kolben? 0.001 mm 10 J 10. Man drückt einen Kolben der Fläche 1 Quadratzentimeter um 10 cm. Der Druck der 100 J Flüssigkeit beträgt 1 MPa (MegaPascal). Wie viel Energie hat man in das hydraulische System 1'000 J übertragen? 10'000 J Subjektive Erfahrung beim Arbeiten in der Lernumgebung Antwortoptionen Bitte beantworten Sie die folgenden Fragen bezüglich des Arbeitens in der Lernumgebung Das Bearbeiten des Videos in der Lernumgebung hat mir Spass gemacht. Ich fand das Bearbeiten des Videos in der Lernumgebung sehr interessant. Das Bearbeiten des Videos in der Lernumgebung war unterhaltsam. Ich habe in die Bearbeitung des Videos in der 1– stimmt gar nicht, 2 – stimmt wenig, Lernumgebung gar keine Aufmerksamkeit 3 – stimmt teils-teils, 4 – stimmt ziemlich, investiert. 5 – stimmt völlig Mit meiner Leistung beim Bearbeiten des Videos in der Lernumgebung bin ich zufrieden. Beim Bearbeiten des Videos in der Lernumgebung stellte ich mich geschickt an. Ich glaube, ich war beim Bearbeiten des Videos in der Lernumgebung ziemlich gut. Postexperimentelles Interesse Antwortoptionen Bitte geben Sie nun rückblickend an, als wie gross Sie Ihr Interesse am Thema hydraulischer Energietransport einschätzen. 33 Anhang F Das Thema hydraulischer Energietransport hat mir sehr gefallen. Es hat mir sehr viel Spass gemacht, das Thema hydraulischer Energietransport zu bearbeiten. Das Thema hydraulischer Energietransport war sehr langweilig für mich. Ich habe bei der Bearbeitung des Themas 1– stimmt gar nicht, 2 – stimmt wenig, hydraulischer Energietransport keine 3 – stimmt teils-teils, 4 – stimmt ziemlich, Aufmerksamkeit investiert. 5 – stimmt völlig Das Thema hydraulischer Energietransport war sehr interessant für mich. Das Thema hydraulischer Energietransport war sehr unterhaltsam für mich. Ich hatte kein Vergnügen an dem Thema hydraulischer Energietransport. Demografische Daten Antwortoptionen Persönlicher Code Schreiben Sie bitte Ihren persönlichen Code (siehe max. Länge der Eingabe = 5 Blatt) in das leere Feld. iPad-Nummer Schreiben Sie bitte Ihre iPad-Nummer (siehe Blatt) max. Länge der Eingabe = 2 in das leere Feld. (B1 = 10-19, B2 = 20-20, B3 = 30-39) A5 C5b Klasse Kreuzen Sie bitte Ihre Klasse an. C5c W5b weiblich Geschlecht Kreuzen Sie bitte Ihr Geschlecht an. männlich Anders, und zwar: Alter in Jahren Geben Sie bitte Ihr Alter an. Drop-Down (15–25) Allgemeine Bemerkungen Antwortoption Gibt es Ihrerseits noch Bemerkungen? offenes Antwortfeld Abschluss Post-Test 34 Anhang F Die Studie ist nun zu Ende! Vielen herzlichen Dank für Ihre Teilnahme! Lassen Sie bitte alles (ausser den persönlichen Gegenständen), so wie es ist, auf dem Tisch liegen und verlassen Sie den Raum, ohne die anderen zu stören! Falls Sie noch Fragen zur Studie haben, dann können Sie mich jederzeit gerne kontaktieren: Kontakt David Leisner E-Mail: david.leisner@fhnw.ch Delayed Post-Test Einführung Delayed Post-Test Willkommen bei der zweiten Nachbefragung! Am 20. September 2019 haben Sie an der Studie für meine Masterarbeit teilgenommen. Heute bzw. ca. fünf Wochen nachdem Sie das Video zum Thema hydraulischer Energietransport bearbeitet haben, sollen Sie noch einmal Fragen dazu beantworten. Bitte beantworten Sie die Fragen alleine! Wichtig: Ihre Antworten haben keinen Einfluss auf Ihre Physiknote! Tippen Sie bitte auf den Pfeil unten rechts, um mit der Beantwortung der Fragen zu beginnen. Subjektive Wissenseinschätzung zum Thema hydraulischer Energietransport Antwortoptionen Bitte geben Sie an, als wie gross Sie Ihr Wissen zum Thema hydraulischer Energietransport einschätzen. 1– stimmt gar nicht, 2 – stimmt wenig, Ich weiss, was hydraulischer Energietransport ist. 3 – stimmt teils-teils, 4 – stimmt ziemlich, 5 – stimmt völlig Wissenstest II (10 Fragen / 24 Punkte) Antwortoptionen Bitte beantworten Sie die folgenden Wissensfragen zum Thema hydraulischer Energietransport. 1. Wie lautet die Definition des Druckes? Druck = Kraft * Fläche 35 Anhang F Druck = Fläche/Kraft Druck = Impuls/Fläche Druck = Kraft/Fläche Man kann mit einem kleinen Druck einen grösseren erzeugen Man kann mit einer kleinen Kraft eine 2. Was ist die Grundidee einer hydraulischen grössere ausüben Maschine? Je grösser die Fläche, desto grösser der Druck Man kann mit einem grossen Druck eine kleine Kraft ausüben Die Kräfte verhalten sich wie die Drücke Die Kraft ist umgekehrt proportional zur 3. Welche Beziehung stimmt bei einer Fläche hydraulischen Maschine? Die Kräfte verhalten sich wie die Flächen Die Flächen sind umgekehrt proportional zu den Drücke Kraft sparen Druck sparen 4. Mit einer hydraulischen Maschine kann man: Energie sparen Impuls sparen Kraft * Fläche Kraft * Weg 5. Welcher Ausdruck ist eine Energie? Druck * Fläche Druck * Weg Fläche/Druck 6. Welcher Ausdruck ist eine Kraft? Druck/Fläche Impuls/Fläche 36 Anhang F Druck * Fläche Der Druck Die Energie 7. Welche Grösse bleibt bei einem hydraulischen System NICHT konstant? Die Kraft Der Impuls Die zurückgelegte Strecke des Kolbens 2 ist viermal kleiner als diejenige des Kolbens 1 Die Kraft F1 ist viermal grösser als die Kraft 8. Ein kleiner Kolben mit Fläche A1 drückt via F2 Flüssigkeit auf einen viermal grösseren Kolben der Fläche A2. Welche Aussage stimmt? Der Druck beim Kolben 2 ist viermal grösser als beim Kolben 1 Der Druck beim Kolben 2 ist viermal kleiner als beim Kolben 1 1 mm 9. Mit einer Kraft von 1 N kann man mit einem hydraulischen System einen Elefanten der 0.1 mm Gewichtskraft 10'000N hochheben. Man drückt den kleinen Kolben 10cm nach unten. Wie hoch 0.01 mm kommt der grosse Kolben? 0.001 mm 10 J 10. Man drückt einen Kolben der Fläche 1 Quadratzentimeter um 10 cm. Der Druck der 100 J Flüssigkeit beträgt 1 MPa (MegaPascal). Wie viel Energie hat man in das hydraulische System 1'000 J übertragen? 10'000 J Soziodemografische Daten Antwortoptionen 37 Anhang F Persönlicher Code Füllen Sie bitte die vier Felder aus: 1. Erster Buchstaben des Vornamens Ihres Vaters oder einer Person, die für Sie einem Vater am 1. max. Länge der Eingabe = 1 nächsten kommt (z. B. Marco = M) 2. max. Länge der Eingabe = 1 2. Erster Buchstaben des Vornamens Ihrer Mutter oder einer Person, die für Sie einer 3. max. Länge der Eingabe = 1 Mutter am nächsten kommt (z. B. Sandra = S) 4. max. Länge der Eingabe = 2 3. Erster Buchstaben Ihres Vornamens 4. Tag Ihres Geburtstags (z. B. 2. Juni = 2; 20. Februar = 20) A5 C5b Klasse Kreuzen Sie bitte Ihre Klasse an. C5c W5b weiblich Geschlecht Kreuzen Sie bitte Ihr Geschlecht an. männlich Anders, und zwar: Alter in Jahren Geben Sie bitte Ihr Alter an. Drop-Down (15–25) Abschluss Delayed Post-Test Die Befragung ist nun zu Ende! Vielen herzlichen Dank für Ihre Teilnahme und dass Sie mich bei meiner Masterarbeit unterstützt haben! Die Daten werden nun ausgewertet und anschliessend in einem Abschlussbericht festgehalten. Bei Interesse können die Ergebnisse der Studie ab März 2020 eingesehen werden. Falls Sie noch Fragen zur Studie haben, dann können Sie mich jederzeit gerne kontaktieren: Kontakt David Leisner E-Mail: david.leisner@fhnw.ch 38 Anhang G G iPad-Installationsprozess 1. Home-Taste drücken 2. Mit Versuchsleiter-iPad synchronisieren (Bild scannen) 3. Entfernte Verwaltung auf WEITER drücken • Tastatur anschliessen • Benutzername: Arbeitsmail • Passwort: Arbeitspasswort 4. Ortungsdienste deaktivieren drücken und mit OK bestätigen 5. App App Portal öffnen und Adobe herunterladen (oben rechts INSTALL drücken) 6. Einstellungen öffnen • Mitteilungen o Vorschauen zeigen = Nie • Allgemein o Multitasking & Dock – Vorgeschlagene und letzte Apps anzeigen = Aus o Bedienungshilfen – Geführter Zugriff = Ein o Tastatur – Hardwaretastatur – prüfen, dass DE & EN = Schweiz, deutsch o Tastatur – ALLE TASTATUREN = 10 x Aus • Anzeige & Helligkeit o Automatische Sperre = Ni 7. Alle Apps sammeln (ausser Adobe, Safari, Einstellungen) und zu einem Ordner zusammenfügen. Ordner auf zweiter Seite platzieren (1. Seite leer lassen). 8. Adobe, Safari und Einstellungen (diese Reihenfolge) in Dock platzieren 9. Safari öffnen und ivideo.education eingeben • Login: david.leisner@fhnw.ch / Fhnw2019 • App für iOS-Mobile herunterladen • Mit Apple-ID anmelden: Masterarbeit119/219/319@gmx.ch / Fhnw2019) 10. App in Dock platzieren (Reihenfolge Dock: ivideo, Adobe, Safari, Eistellungen) 11. Softwareupdate installieren und danach iPad wieder öffnen 12. Alle Apps schliessen, iPad abdecken und laden 39 Anhang H H Skript und Begleitpräsentation für mündliche Instruktion Skript Titelfolie Liebe Lernende Ich heisse Sie ganz herzlich willkommen und möchte mich bedanken, dass Sie heute da sind, um an der Studie teilzunehmen. Wie Sie bereits im Vorstellungs-Video von letzter Woche gesehen und gehört haben, heisse ich David Leisner und studiere im Master für Arbeits- & Organisationspsychologie an der Fachhochschule Nordwestschweiz im letzten Semester (KLICK). Folie 2 In erster Linie bitte ich Sie, Ihr persönliches Smartphone oder Tablet auf lautlos zu stellen und zu prüfen, dass Sie eine Internetverbindung haben. Legen Sie es dann – mit dem Bildschirm nach unten – links neben das iPad (KLICK). Legen Sie anschliessend Ihre persönlichen Kopfhörer (mit AUX-Anschluss) ebenfalls links neben das iPad. Hat jemand keine Kopfhörer mit AUX-Anschluss? Bei Bedarf aushändigen. (KLICK) Folie 3 Ziel meiner Masterarbeit ist es, zu untersuchen, wie interaktive Lernvideos im Physikunterricht an der Kantonsschule Wetzikon gestaltet werden sollen, damit diese den Lernerfolg bestmöglich positiv beeinflussen (KLICK). Hierfür darf ich heute mit vier Klassen der Kantonsschule Wetzikon eine Studie durchführen (KLICK). Die Studie nimmt pro Klasse eine Lektion in Anspruch (KLICK). Folie 4 • Wie wird heute vorgegangen? (KLICK) • In einem ersten Schritt werden wir zusammen das Blatt auf der Tastatur ausfüllen, das Sie im Verlauf der Studie benötigen werden (KLICK). • Anschliessend werden Sie auf dem persönlichen Smartphone oder Tablet einen Fragebogen beantworten (KLICK). Können Sie alle mit Ihrem Smartphone/Tablet einen QR-Code scannen? Wenn nein, dann laden Sie jetzt bitte eine App herunter. • Danach werden Sie ein Video zum Thema hydraulischer Energietransport auf dem iPad bearbeiten. Nebst dem iPad und der Tastatur steht Ihnen hierfür ein Stift zur Verfügung (rechts vom iPad: kurz zeigen), den Sie anstelle Ihrer Finger nutzen können (KLICK). 40 Anhang H • Abschliessend werden Sie wiederum auf dem persönlichen Smartphone oder Tablet einen Fragebogen beantworten. • Herr Cappelli und ich werden während der gesamten Zeit im Raum anwesend sein und Sie bei Unklarheiten unterstützen (KLICK). Folie 5 Wie Sie sicher schon bemerkt haben, sitzen Sie heute etwas anders als während des gewohnten Physik-Unterrichts. Obwohl es wie nach einer Prüfungs-Sitzordnung aussieht, handelt es sich heute NICHT um eine Prüfung. Ich bitte Sie dennoch, die Fragebögen und das Video «alleine» zu bearbeiten und dass Sie sich gleich viel Mühe geben, wie bei einer Prüfung (KLICK). Folie 6 • Wichtig! (KLICK) • Mit der Teilnahme an der Studie leisten Sie einen wertvollen Beitrag zur Forschung im Bereich Videolernen und ermöglichen dadurch, das Lernen mit Videos im Physikunterricht der Kantonsschule Wetzikon zu optimieren (KLICK). • Das Thema hydraulischer Energietransport, das Sie heute bearbeiten werden, ist nicht prüfungsrelevant und hat somit keinen Einfluss auf Ihre Physik-Note (KLICK). • Die Daten aus den Befragungen und der Videobearbeitung werden selbstverständlich absolut vertraulich behandelt und anonymisiert (KLICK). • Die Teilnahme an der Studie ist freiwillig. Sie können also die Teilnahme an der Studie jederzeit ohne Konsequenzen beenden (KLICK). • Falls etwas unklar ist oder Sie auf die Toilette müssen, dann teilen Sie mir das bitte jederzeit mit (KLICK). • Haben Sie zu diesem Zeitpunkt Fragen? (KLICK) Folie 7 • Jetzt geht es darum, auf der Rückseite des Blatts «Bitte noch nichts anfassen!» Ihren persönlichen Code zu erstellen. Dieser steht stellvertretend für Ihren Namen. Damit werden die Daten aus den Befragungen und der Videobearbeitung anonymisiert und können so am Schluss der Studie zusammengeführt werden. Drehen Sie das Blatt jetzt um und… o Schreiben Sie den ersten Buchstaben des Vornamens Ihres Vaters oder einer Person, die für Sie einem Vater am nächsten kommt in das erste leere Feld (z. B. Marco = M). o Schreiben Sie den ersten Buchstaben des Vornamens Ihrer Mutter oder einer Person, die für Sie einer Mutter am nächsten kommt in das zweite leere Feld (z. B. Sandra = S). o Schreiben Sie den ersten Buchstaben Ihres Vornamens in das dritte leere Feld. o Schreiben Sie den Tag Ihres Geburtstags in das vierte leere Feld (z. B. Geburtstag am 7. Januar = 7). o Sie werden jeweils explizit dazu aufgefordert, wenn Sie Ihren persönlichen Code angeben sollen. • Kreuzen Sie jetzt bitte noch Ihre Klasse an und schreiben Sie Ihre iPad-Nummer in das leere Feld. Die Nummer finden Sie im farbigen Kreis auf der iPad-Rückseite. 41 Anhang H Folie 8 • Scannen Sie jetzt bitte mit Ihrer persönlichen Smartphone- oder Tablet-Kamera den QR-Code mit dem Titel Vorbefragung (KLICK). • Folgen Sie ab jetzt jeweils den Instruktionen in den Befragungen und im Video. Ich wünsche Ihnen viel Spass und Erfolg! Begleitpräsentation 42 Anhang I I Wissenstest Grün = richtige Antwort Frage (inkl. Gewichtung) Antwortoptionen (grün = richtig) Druck = Kraft * Fläche 1. Wie lautet die Definition des Druckes? Druck = Fläche/Kraft (1 Punkt) Druck = Impuls/Fläche Druck = Kraft/Fläche Man kann mit einem kleinen Druck einen grösseren erzeugen Man kann mit einer kleinen Kraft eine 2. Was ist die Grundidee einer hydraulischen grössere ausüben Maschine? (2 Punkte) Je grösser die Fläche, desto grösser der Druck Man kann mit einem grossen Druck eine kleine Kraft ausüben Die Kräfte verhalten sich wie die Drücke Die Kraft ist umgekehrt proportional zur 3. Welche Beziehung stimmt bei einer Fläche hydraulischen Maschine? (3 Punkte) Die Kräfte verhalten sich wie die Flächen Die Flächen sind umgekehrt proportional zu den Drücke Kraft sparen 4. Mit einer hydraulischen Maschine kann man… Druck sparen (2 Punkte) Energie sparen Impuls sparen Kraft * Fläche 5. Welcher Ausdruck ist eine Energie? Kraft * Weg (2 Punkte) Druck * Fläche Druck * Weg Fläche/Druck 6. Welcher Ausdruck ist eine Kraft? Druck/Fläche (2 Punkte) Impuls/Fläche Druck * Fläche Der Druck 43 Anhang I 7. Welche Grösse bleibt bei einem Die Energie hydraulischen System NICHT konstant? Die Kraft (2 Punkte) Der Impuls Die zurückgelegte Strecke des Kolbens 2 ist viermal kleiner als diejenige des Kolbens 1 8. Ein kleiner Kolben mit Fläche A1 drückt via Die Kraft F1 ist viermal grösser als die Kraft Flüssigkeit auf einen viermal grösseren Kolben F2 der Fläche A2. Welche Aussage stimmt? Der Druck beim Kolben 2 ist viermal grösser (2 Punkte) als beim Kolben 1 Der Druck beim Kolben 2 ist viermal kleiner als beim Kolben 1 9. Mit einer Kraft von 1 N kann man mit einem 1 mm hydraulischen System einen Elefanten der Gewichtskraft 10'000 N hochheben. Man 0.1 mm drückt den kleinen Kolben 10 cm nach unten. 0.01 mm Wie hoch kommt der grosse Kolben? (4 Punkte) 0.001 mm 10. Man drückt einen Kolben der Fläche 1 10 J Quadratzentimeter um 10 cm. Der Druck der Flüssigkeit beträgt 1 MPa (MegaPascal). Wie 100 J viel Energie hat man in das hydraulische 1'000 J System übertragen? (4 Punkte) 10'000 J 44 Anhang J J Interesses fürs Thema: Items aus Subskala Interest/Enjoyment (IMI) Präexperimentelles Interesse fürs Thema (Pretest) Deutsche Übersetzung der Items Adaptierte Items für präexperimentelles (Stiller, Bachmeier & Köster, 2013) Interesse Ich denke, dass mir die Online-Weiterbildung Ich denke, dass mir das Thema hydraulischer sehr gefallen wird. Energietransport sehr gefallen wird. Ich denke, dass es mir sehr viel Spass machen Ich denke, dass es mir sehr viel Spass machen wird, die Themen der Online-Weiterbildung zu wird, das Thema hydraulischer bearbeiten. Energietransport zu bearbeiten. Ich denke, dass die Online-Weiterbildung sehr Ich denke, dass das Thema hydraulischer langweilig für mich sein wird. Energietransport sehr langweilig für mich sein wird. Ich denke, dass ich in die Bearbeitung der Ich denke, dass ich in die Bearbeitung des Themen der Online-Weiterbildung gar keine Themas hydraulischer Energietransport gar Aufmerksamkeit investieren werde. keine Aufmerksamkeit investieren werde. Ich denke, dass die Online-Weiterbildung Ich denke, dass das Thema hydraulischer bestimmt sehr interessant für mich wird. Energietransport bestimmt sehr interessant für mich wird. Ich denke, dass die Bearbeitung der Themen Ich denke, dass die Bearbeitung des Themas der Online-Weiterbildung für mich sehr hydraulischer Energietransport für mich sehr unterhaltsam wird. unterhaltsam wird. Ich denke, dass ich kein Vergnügen an der Ich denke, dass ich kein Vergnügen an dem Online-Weiterbildung haben werde. Thema hydraulischer Energietransport haben werde. Postexperimentelles Interesse fürs Thema (Post-Test) Deutsche Übersetzung der Items Adaptierte Items für postexperimentelles (Stiller, Bachmeier & Köster, 2013) Interesse Die absolvierten Module haben mir sehr Das Thema hydraulischer Energietransport hat gefallen. mir sehr gefallen. Es hat mir sehr viel Spass gemacht, die Module Es hat mir sehr viel Spass gemacht, das Thema zu bearbeiten. hydraulischer Energietransport zu bearbeiten. Die Module waren sehr langweilig für mich. Das Thema hydraulischer Energietransport war sehr langweilig für mich. Ich habe in die Bearbeitung der Module gar Ich habe bei der Bearbeitung des Themas keine Aufmerksamkeit investiert. hydraulischer Energietransport gar keine Aufmerksamkeit investiert. Die Module waren sehr interessant für mich. Das Thema hydraulischer Energietransport war sehr interessant für mich. 45 Anhang J Die Bearbeitung der Module war sehr Das Thema hydraulischer Energietransport war unterhaltsam für mich. sehr unterhaltsam für mich. Ich hatte sehr viel Vergnügen bei den Modulen. Ich hatte kein Vergnügen an dem Thema hydraulischer Energietransport. Achtung: Letztes Item wurde wie in Pretest mit negativer Formulierung verwendet! 46 Anhang K K Subjektive Erfahrung beim Arbeiten in Lernumgebung: Items aus KIM-Subskalen Subskala Originale Items von Wilde, Bätz, Kovaleva und Urhahne (2009) Adaptierte Items Die Tätigkeit in der Ausstellung hat Das Bearbeiten des Videos in der mir Spass gemacht. Lernumgebung hat mir Spass gemacht. Interesse/ Ich fand die Tätigkeit in der Ich fand das Bearbeiten des Videos Vergnügen Ausstellung sehr interessant. in der Lernumgebung sehr interessant. Die Tätigkeit in der Ausstellung war Das Bearbeiten des Videos in der unterhaltsam. Lernumgebung war unterhaltsam. Mit meiner Leistung in der Mit meiner Leistung beim Ausstellung bin ich zufrieden. Bearbeiten des Videos in der Lernumgebung bin ich zufrieden. Wahrgenommene Bei der Tätigkeit in der Ausstellung Beim Bearbeiten des Videos in der Kompetenz stellte ich mich geschickt an. Lernumgebung stellte ich mich geschickt an. Ich glaube, ich war bei der Tätigkeit Ich glaube, ich war beim Bearbeiten in der Ausstellung ziemlich gut. des Videos in der Lernumgebung ziemlich gut. 47 Anhang L L Überprüfung auf Normalverteilung Zwischen Bedingungen 48 Anhang L Innerhalb Bedingungen 49 Anhang L Alle Bedingungen (Zusammenhangsanalyse) 50 Anhang M M Überprüfung auf Varianzhomogenität 51