Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-26880
Titel: From dual coding to multiple coding : Effects of multiple symbolic representations for mathematical understanding
Verfasser: Ott, Natalie
Sprache: Englisch
Erscheinungsjahr: 2017
SWD-Schlagwörter: Mathematik
Formeln
Text
Freie Schlagwörter: multiple Repräsentationen
multiple symbolische Repräsentationen
multiple representations
multiple symbolic representations
Multimediaeffekt
multimedia effect
Dual Coding
Repräsentationen
DDC-Sachgruppe: 150 Psychologie
370 Erziehung, Schul- und Bildungswesen
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: Multiple representations are fundamental elements of learning materials. Following Seufert (2003), the term multiple representations refers to the combination of two or more representations, containing the same or differing content and consisting of the same or differing modality and codality. In multimedia research, usually the effectiveness of combining representations of different types of codality (mostly text and image) is examined, showing to be more effective for learning when presented together than when presented alone (multimedia effect, for example, Mayer, 2009). There are plausible theoretical models for effects of these combinations, usually assuming two different channels at least for the initial processing of the information from multiple representations (for example, Paivio, 1986; Schnotz & Bannert, 1999, 2003). In mathematics and science education, multiple symbolic representations are combined as well. These combinations differ from the previously mentioned text-picture combinations in so far as they do not contain both a symbolic and an analogously coded representation, but two symbolically coded representations. However, these are encoded in different character systems, such as, for example, text and formula. Comparably rarely, these combinations are examined in the research on multiple representations, and no hypotheses on differentiation between representations of the same code but different coding systems can be derived from the available theoretical models. The present thesis investigates how learners deal with multiple symbolic representations. In several multirepresentational experiments, two questions are examined: first, whether the principles of multimedia learning can be applied to multiple symbolic representations, and second, based on the results of these studies, whether the common theories on multimedia learning must be differentiated with regard to multiple symbolic representations. Focusing on the investigation of multiple symbolic representations, the first study was conducted in order to search for empirical evidence of differing influence of text and formulas on performance and to test material from the mathematical field of elementary propositional logic. Results reveal differences between the use of text and formulas and the significant influence of the direction of representational change between the two forms of representation on performance, where formulas stand out as the more difficult representation. These results lead to the question of whether this difference is large enough to replicate the multimedia effect for multiple symbolic representations. Therefore, in the second study, the multimedia effect was investigated using materials specifically designed to precisely separate the two relevant factors of quantity and diversity of representations possibly causing this effect. Quantity here means the number of representations given, whereas diversity stands for whether or not the used representations differ in their coding. Results of study 2 deliver for the first time empirical evidence for the multimedia effect based on multiple symbolic representations, which is comparable in its large effect size to results based on symbolic and analog representations. On the basis of studies 1 and 2, the third and final study examines the question whether, in addition to the multimedia effect, further principles of multimedia learning such as the generation principle for multiple symbolic representations can be replicated. Therefore, the third study investigated whether previous generation of the missing representation leads to better performance. In line with the first study, results of study 3 confirm the difficulties with the formula representation showing that generating formulas is more difficult than generating text. Additionally, results provide evidence for a multimedia effect based on multiple symbolic representations when presented simultaneously. By investigating the special case of symbolic mathematical representations within the setting of multimedia learning theories, the results of this thesis contribute to research in three major ways: First, by using the example of elementary propositional logic, the results provide evidence for the fostering effect of multiple symbolic representations (text and formula), especially when presented in combination. Second, this thesis shows that the principles of multimedia learning cannot be transferred directly to the special case of multiple symbolic representations, which is for example the case for learner-generated representations. Thirdly and as the main finding, the presented work provides the replication of the multimedia effect for multiple symbolic representations, which will add to the further development of cognitive theories and positively impact the design of multirepresentational learning in STEM education.
Multiple Repräsentationen gelten als grundlegende Elemente von Lernmaterialien. Der Begriff multiple Repräsentationen meint die „Kombination von mindestens zwei Repräsentationen gleichen oder unterschiedlichen Inhalts, sowie gleicher oder unterschiedlicher Kodalität und Modalität“ (Seufert, 2003, S. 11). In der Multimediaforschung wird zumeist die Wirksamkeit der Kombination von Repräsentationen unterschiedlicher Kodalität untersucht (meistens Text und Bild), die zusammen präsentiert lernförderlicher sind als eine Repräsentation alleine (Multimedia-Effekt, z.B. Mayer, 2009). Für die Wirkung dieser Kombinationen liegen plausible theoretische Modelle vor, die in der Regel von verschiedenen Kanälen zumindest für die anfängliche Verarbeitung der Informationen aus multiplen Repräsentationen ausgehen (z.B. Paivio, 1986; Schnotz & Bannert, 1999, 2003). Vor allem im mathematischen und naturwissenschaftlichen Unterricht werden jedoch häufig auch multiple symbolische Repräsentationen kombiniert, die allerdings in unterschiedlichen Zeichensystemen kodiert sind, wie z.B. Text und Formel. Vergleichsweise selten werden diese Kombinationen in der Forschung zu multiplen Repräsentationen untersucht und aus den vorliegenden theoretischen Modellen lassen sich hierzu keine Hypothesen zur Differenzierung zwischen Repräsentationen ableiten, die zwar von gleicher Kodalität sind, aber aus unterschiedlichen Kodierungssystemen stammen. In der vorliegenden Arbeit geht es daher um den Umgang von Lernenden mit multiplen symbolischen Repräsentationen. In mehreren Experimenten zu multiplen Repräsentationen werden zwei Fragestellungen untersucht: zum einen, ob sich die Prinzipien multimedialen Lernens auf multiple symbolische Repräsentationen übertragen lassen und zum anderen, ob ausgehend von diesen Ergebnissen gängige Theorien zum Lernen mit Multimedia hinsichtlich multipler symbolischer Repräsentationen differenziert werden müssen. Um multiple symbolische Repräsentationen zu untersuchen, wurde die erste Studie durchgeführt, wobei nach empirischen Belegen für den unterschiedlichem Einfluss von Text und Formeln auf die Leistung gesucht und Material aus dem mathematischen Feld der elementaren propositionalen Logik getestet wurde. Die Ergebnisse zeigen Unterschiede in der Verwendung von Text und Formeln und den signifikanten Einfluss der Richtung des Repräsentationswechsels zwischen den beiden Darstellungsformen auf die Leistung, wobei Formeln sich als die schwierigere Darstellung herausstellen. Diese Ergebnisse führen zu der Frage, ob dieser Unterschied groß genug ist, um den Multimediaeffekt für multiple symbolische Repräsentationen replizieren zu können. Daher wurde in der zweiten Studie der Multimedia-Effekt unter Verwendung eigens konzipierter Materialien untersucht, um die relevanten Faktoren Quantität und Diversität von Repräsentationen, die diesen Effekt möglicherweise bewirken, präzise zu trennen. Quantität steht hier für die Anzahl der gegebenen Repräsentationen, während Diversität bedeutet, ob sich die verwendeten Repräsentationen in ihrer Kodierung unterscheiden oder nicht. Die Ergebnisse aus Studie 2 liefern zum ersten Mal empirische Evidenz für den Multimedia-Effekt auf der Basis multipler symbolischer Repräsentationen, wobei die hohen Effektstärken vergleichbar sind mit Ergebnissen, die auf symbolischen und analogen Repräsentationen basieren. Auf der Grundlage von Studie 1 und 2 wird in der dritten und letzten Studie der Frage nachgegangen, ob sich neben dem Multimediaeffekt auch weiterführende Prinzipien multimedialen Lernens wie das Generierungsprinzip für multiple symbolische Repräsentationen replizieren lässt. Darum wird nun in der dritten Studie detailliert untersucht, ob die vorherige Generierung der fehlenden Darstellung zu einer besseren Leistung führt. In Übereinstimmung mit der ersten Studie bestätigen die Ergebnisse der dritten Studie die Schwierigkeiten mit der Formelrepräsentation hinsichtlich dessen, dass die Generierung von Formeln deutlich schwerer ist als die Generierung von Text. Es finden sich außerdem Hinweise auf einen Multimedia-Effekt für multiple symbolische Repräsentationen, wenn sie gleichzeitig präsentiert werden. Aufgrund der Untersuchung des Spezialfalls symbolischer Repräsentationen im Rahmen multimedialer Lerntheorien, erweitern die Ergebnisse dieser Arbeit bisherige Forschung in dreierlei Hinsicht: erstens, indem am Beispiel der elementaren Aussagenlogik empirische Evidenz für die fördernde Wirkung multipler symbolischer Repräsentationen (Text und Formel) präsentiert werden kann, besonders für den Fall, wenn sie in Kombination eingesetzt werden; zweitens zeigen die Ergebnisse, dass die Prinzipien des multimedialen Lernens nicht eins zu eins auf den Sonderfall vielfacher symbolischer Repräsentationen übertragen werden, was beispielsweise bei selbst generierten Repräsentationen der Fall ist; und drittens liefert die vorgestellte Arbeit als wichtigstes Ergebnis die Replikation des Multimedia-Effekts für multiple symbolische Darstellungen - ein Ergebnis, das zur Weiterentwicklung kognitiver Theorien beitragen und die Gestaltung des Lernens mit multiplen Repräsentationen in der STEM-Ausbildung positiv beeinflussen wird.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-268806
hdl:20.500.11880/26893
http://dx.doi.org/10.22028/D291-26880
Erstgutachter: Brünken, Roland
Tag der mündlichen Prüfung: 3-Nov-2017
SciDok-Publikation: 6-Dez-2017
Fakultät: HW - Fakultät für Empirische Humanwissenschaften und Wirtschaftswissenschaft
Fachrichtung: HW - Bildungswissenschaften
Fakultät / Institution:HW - Fakultät für Empirische Humanwissenschaften und Wirtschaftswissenschaft

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