Die Psychologie des multimedialen Lernens bedient sich der Grundannahme, dass Menschen nachhaltiger und besser von Wörtern und Bildern lernen als nur von Wörtern allein. Es wird davon ausgegangen, dass multimediale Informationen, die zweckdienlich für die Funktionsweise des menschlichen Gehirns aufbereitet worden sind, viel eher zu sinnvollem Lernen führen als diejenigen, bei denen dies nicht der Fall ist.Mayer, R. E. (2005). Cognitive Theory of Multimedia Learning. In R. E. Mayer (Ed.), The Cambridge handbook of multimedia learning (pp. 31–48). New York, NY US: Cambridge University Press. Außerdem dienen Texte und Bilder unterschiedlichen kognitiven Funktionen in der mentalen Modellbildung und Adaptation.
Gedächtnispsychologische Grundlagen In diesem Zusammenhang wurden mehrere theoretische Modelle entwickelt, um das multimediale Lernen zu erklären. Sie stützten sich dabei auf Prozesse und Strukturen menschlicher Kognition. Allen Theorien gemein ist die Annahme, dass das menschliche Gehirn neue Informationen nur im begrenzten Umfang verarbeiten kann. Infolgedessen kommt dem menschlichen Gedächtnis eine zentrale Rolle zu. Hierbei wird zwischen Langzeit- und Arbeitsgedächtnis unterschieden.
Das Langzeitgedächtnis Lernen wird im Allgemeinen definiert als Verankerung von Wissen im Langzeitgedächtnis. Das Langzeitgedächtnis ist in der Lage große Informationsmengen über einen sehr langen Zeitraum abzuspeichern. Informationen werden hier in Form von Schemata abgelegt. Schemata sind kognitive Konstrukte, die mehrere kleinere Informationseinheiten zu einzelnen großen zusammenfassen. Sie repräsentieren Zusammenhänge zwischen vorhandenem Wissen und helfen dabei neues Wissen zu ordnen und zu organisieren.
Das Arbeitsgedächtnis Das Arbeitsgedächtnis ist dem Langzeitgedächtnis vorgeschaltet. Das heißt, dass neue Informationen zuerst hier verarbeitet werden. Jedoch ist die Aufnahmekapazität des Arbeitsgedächtnisses, hinsichtlich der Dauer und der Menge, stark begrenzt. MillerMiller, G. A. (1956). The magical number seven, plusor minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 63, 81–97. konnte nachweisen, dass der Mensch ca. 7 (±2) Informationseinheiten gleichzeitig verarbeiten kann. Jedoch können nur 2–4 Elementen miteinander kombiniert oder gegeneinander abgewogen werden.Sweller, J. (2004). Instructional design consequences of an analogy between evolution by natural selection and human cognitive architecture. Instructional Science, 32, 9–31.Sweller, J. (2005). Implications of cognitive load theory for multimedia learning. In R. E. Mayer (Hrsg.), The Cambridge Handbook of Multimedia Learning (S. 19–30). Cambridge, MA: Cambridge University Press. Außerdem verschwinden diese Informationen nach ca. 20 Sekunden, wenn sie nicht erneuert werden.Kirschner, P. A., Sweller, J. und Clark, R. E. (2006). Why minimal guidance during instruction does not work: An analysis of the failure of constructivist, discovery, problem-based, experiential, and inquiry-based teaching. Educational Psychologist, 41, 75–86. Es ist jedoch möglich die Erinnerungsleistung zu verbessern, indem man Informationen zu „Chunks“ zusammenfasst. Diese „Chunks“ werden dann als einzelne Einheiten behandelt.
Beziehungen zwischen Arbeits- und Langzeitgedächtnis Die Einschränkungen des Arbeitsgedächtnisses gelten jedoch nur für neue Informationen. Wissen, das bereits als Schemata im Langzeitgedächtnis vorliegt und vom Arbeitsgedächtnis abgerufen wird, unterliegt dort diesen Beschränkungen nicht. Verstehen tritt nun ein, sobald die neuen Informationen im Arbeitsgedächtnis organisiert und anschließend als Schema im Langzeitgedächtnis abgelegt werden konnten. Hierfür müssen alle relevanten Elemente der Information parallel im Arbeitsgedächtnis verarbeitet werden.Sweller, J. (2005). Implications of cognitive load theory for multimedia learning. In R. E. Mayer (Hrsg.), The Cambridge Handbook of Multimedia Learning (S. 19–30). Cambridge, MA: Cambridge University Press. Dies bedeutet, dass große Informationsmengen in kleinere Wissenseinheiten aufgeteilt werden müssen, damit sie im Arbeitsgedächtnis organisiert werden können. Das neue Wissen wird dann mit Hilfe von Schemata, die ins Arbeitsgedächtnis abgerufen wurden, mit dem alten Wissen aus dem Langzeitgedächtnis kombiniert. Dadurch entstehen immer größere und komplexere Schemata.
Theorie der kognitiven Belastung
Die Cognitive Load Theory (CLT) bietet vor allem eine differenzierte Betrachtung der kognitiven Belastung. Sie geht von einer begrenzten Aufnahmekapazität des Arbeitsgedächtnisses aus und dass der Erwerb von Wissen insbesondere mit der Konstruktion von neuen bzw. der Verknüpfung von alten Schemata zusammenhängt. Hierfür sollte sich die kognitive Belastung in Grenzen halten und das Arbeitsgedächtnis nicht überlastet werden. Die Theorie beschreibt dabei drei Arten kognitiver Belastung.
Intrinsische Belastung Die intrinsische kognitive Belastung (engl. „Intrinsic Cognitive Load“) ist abhängig vom Lerninhalt selbst, also von seinem Schwierigkeitsgrad und seiner Komplexität als auch vom Umfang des Lernmaterials. Die Schwierigkeit der Lerninhalte hängt mit der Interaktivität der einzelnen Lernelemente zusammen.Brünken, R., Plass, J. L. und Leutner, D. (2004). Assessment of cognitive load in multimedia learning with dual-task methodology: Auditory load and modality effects. Instructional Science, 32, 115–132. Die Element-Interaktivität wird dagegen vom Verhältnis der zu erlernenden Komponenten untereinander bestimmt. Sie ist hoch, wenn das Verständnis eines Elementes stark an das Verständnis anderer Elemente gebunden ist, mehrere dieser Elemente folglich parallel im Arbeitsgedächtnis verarbeitet werden müssen. Zugleich ist die intrinsische kognitive Belastung auch vom Vorwissen des Lernenden abhängig. Besitzt dieser ein hohes Maß an bereichsspezifischem Vorwissen, so fällt seine intrinsische Belastung geringer aus.
Extrinsische Belastung Die extrinsische kognitive Belastung (engl. „Extraneous Cognitive Load“) wird von der Art der Darbietung verursacht. Enthält das Lernmaterial irrelevante Informationen und bietet keine unterstützende Struktur zur Bildung von Schemata, hat dies eine hohe kognitive Belastung zur Folge. Ziel sollte es sein die extrinsische Belastung so gering wie möglich zu halten. In diesem Zusammenhang werden 5 Effekte genannt die Einfluss auf diese Belastung haben können.
Effekt ausgearbeiteter Beispiele Lernenden fällt es leichter bestimmte Sachverhalte anhand von ausgearbeiteten Lösungswegen zu verstehen (engl. „Worked Example Effect“) als dass sie sich den Weg selber erarbeiten müssen. Dadurch wird das Arbeitsgedächtnis nicht zusätzlich durch den Lösungsprozess belastet, so dass ein schnelleres und zielgerichtetes Lernen stattfindet.Renkl, A. (2002). Worked-out examples: instructional explanations support learning by self-explanations. Learning and Instruction, 12(5), 529–556.Renkl, A. (2005). The Worked-Out Examples Principle in Multimedia Learning. In R. E. Mayer (Ed.), The Cambridge Handbook of Multimedia Learning(pp. 229–245). Cambridge: Cambridge University Press.
Effekt aufgespaltener Aufmerksamkeit Der „Split Attention Effect“ tritt auf, wenn verschiedenartige visuelle Informationen, die gleichzeitig bearbeitet werden müssen, räumlich oder zeitlich getrennt voneinander präsentiert werden. Das Gehirn muss in diesem Fall die unterschiedlichen Quellen selbst zusammenführen und wird dadurch zusätzlich belastet.Sweller, J., Chandler, P., Tierney, P., & Cooper, M. (1990). Cognitive load as a factor in the structuring of technical material. Journal of Experimental Psychology: General, 119, 176–192.
Modalitätseffekt Der Mensch besitzt zwei Hauptkanäle zur Wahrnehmung von Informationen. Diese können über den auditiven oder den visuellen Kanal in das Arbeitsgedächtnis transportiert werden. Wird nur einer dieser Kanäle für den Informationstransport in Anspruch genommen, kann es zu einer kognitiven Überbelastung dieses Kanals kommen (engl. „Modality Effect“). Bei der Darbietung vieler verschiedener Informationen sollten daher nach Möglichkeit beide Kanäle genutzt werden. Vor allem bei Erläuterungen zu Grafiken und Bildern bietet es sich daher an, den visuellen Kanal mittels eines Audiokommentars zu entlasten.Tinsdall-Ford, S., Chandler, P., & Sweller, J. (1997). When two sensory modes ar better than one. Journal of Experimental Psychologie: Applied, 3, 257–287.
Redundanzeffekt Der „Redundancy Effect“ tritt auf, sobald ein und dieselbe Information sowohl über den auditiven als auch visuellen Kanal transportiert wird. Geht man davon aus, dass dabei beide Informationsquellen exakt denselben Informationsgehalt für den Lernenden enthalten, bedeutet dies, dass eine der Quellen überflüssig ist und dadurch die kognitive Belastung unnötigerweise erhöht wird.Sweller, J., & Chandler, P. (1991). Evidence for cognitive load theory. Cognition and Instruction, 8(4), 351–362.
Vorwissens-Umkehr-Effekt Je mehr Vorwissen ein Lernender auf einem bestimmten Gebiet besitzt, umso seltener benötigt er zusätzliche Erläuterungen zu bestimmten Sachverhalten. Werden ihm diese trotzdem präsentiert, erhöhen diese redundanten Informationen seine kognitive Belastung zusätzlich (engl. „Expertise Reversal Effect“). Er wird dadurch in seinem Lernfortschritt behindert.Kalyuga, S., Ayres, P., Chandler, P., & Sweller, J. (2003). The expertise reversal effect. Educational Psychologist, 38(1), 32-32.
Lernbezogene Belastung Die „Germane Cognitive Load“, auch lernbezogene Belastung genannt, entsteht bei der Konstruktion von Schemata. Sie ist genauso wie die extrinsische Belastung vom Lernmaterial abhängig. Jedoch erhöht diese Art der Belastung den Lernerfolg. Ihre Zunahme ist daher durchaus erwünscht.
Schlussfolgerungen Alle drei Belastungen verhalten sich additivSweller, J. (2005). Implications of cognitive load theory for multimedia learning. In R. E. Mayer (Hrsg.), The Cambridge Handbook of Multimedia Learning (S. 19–30). Cambridge, MA: Cambridge University Press. und können zusammengenommen das Arbeitsgedächtnis überlasten. Die Gestaltung von Lehrmaterialien müsste daher stets unter Beachtung der maximalen Arbeitsgedächtniskapazität erfolgen. Nach Möglichkeit sollte dabei die extrinsische Belastung so weit wie möglich vermieden werden, während die intrinsische nicht verändert werden kann. Die lernbezogenen Belastung müsste daraufhin an der Gesamtbelastung ausgerichtet werden.
Kognitive Theorie des multimedialen Lernens
mini|770x770px|Model der Cognitive Theory of Multimedia Learning (Mayer, 2021) Die „Cognitive Theory of Multimedia Learning“ (CTML) von Richard E. MayerMayer, R. E. (2005). Cognitive Theory of Multimedia Learning. In R. E. Mayer (Ed.), The Cambridge handbook of multimedia learning (pp. 31–48). New York, NY US: Cambridge University Press. versucht ähnlich wie die Kognitive Belastungstheorie (CLT) die Mechanismen der menschlichen Informationsverarbeitung zu erklären. Hierfür werden fünf kognitive Prozesse identifiziert, die beim multimedialen Lernen eine zentrale Rolle spielen. Die Theorie baut dabei auf früheren theoretischen Konzepten der kognitiven Wahrnehmung auf. Drei Grundannahmen Zwei-Kanal-Annahme Ausgehend von den Arbeiten zur dualen Kodierungstheorie von PaivioPaivio, A. (1986). Mental representations: A dual coding-approach. New York: Oxford University Press. und BaddeleyBaddeley, A. D. (1992). Working Memory. Science, 255, 556–559. wird angenommen, dass der Mensch zwei getrennte Kanäle zur Informationsaufnahme besitzt (engl. „Dual-Channel Assumption“).