Lernen mit Schülervorstellungen unter Berücksichtigung der Cognitive Load Theorie - Multimediale Lerneinheiten zur gentechnischen Produktion von Insulin

Titelangaben

Pöhnl, Sabine:
Lernen mit Schülervorstellungen unter Berücksichtigung der Cognitive Load Theorie - Multimediale Lerneinheiten zur gentechnischen Produktion von Insulin.
Bayreuth , 2012
( Dissertation, 2012 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

Gentechnik sorgt nach wie vor für heftige Diskussionen in unserer Gesellschaft, obwohl manche Methoden, wie zum Beispiel die gentechnische Produktion von Insulin, schon seit Langem in der industriellen Produktion von Arzneimitteln Eingang gefunden haben. Konsequenterweise ist dieses gesellschaftliche Thema auch ein Thema der Schule. Ausgehend vom Wissen über grundlegende molekulare Vorgänge der Genetik soll ein möglichst vorurteilsfreies Verständnis von Anwendungen der Gentechnik erreicht werden, zumal in der Regel bereits eine Vielzahl von Schülervorstellungen vorhanden sind. Die Aufdeckung und sukzessive Veränderung solcher Schülervorstellungen in Richtung der wissenschaftlichen Vorstellungen wurde in vielen Studien zu conceptual change (CC) untersucht. Obwohl man um die begrenzte Kapazität des Arbeitsgedächtnisses weiß, fehlen Studien über cognitive load (CL, kognitive Last, gemessen als mental effort (ME, geistige Anstrengung)). Die vorliegende Studie möchte daher den Zusammenhang von Lernen mit Schülervorstellungen und der zugehörigen CL herstellen. Hierfür wurde die Behandlung von Schülervorstellungen in multimediale Lerneinheiten (computer- und textbuch-basiert) integriert. Die Multimedia-Prinzipien nach Mayer (2005) dienten als Grundlage für die Entwicklung der Lerneinheit. Im Fokus stand die Analyse der Auswirkungen eines Zustands im CC-Prozess, indem Schülervorstellungen aktiviert werden, aber die Schülerinnen und Schüler nicht aufgefordert werden, ihre Schülervorstellungen weiter zu bearbeiten, auf den Lernzuwachs und die verwendete ME. Daneben waren mögliche Unterschiede zwischen den Geschlechtern bezüglich der Effizienz (zusammengesetzt aus Lernerfolg und aufgewendeten ME) der computer-basierten Lerneinheit von Interesse. Der Ansatz der Behandlung der Schülervorstellungen führte zu höheren ME-Werten bei wenig langfristigem Lernerfolg. Von den negativen Auswirkungen des Ansatzes, die basierend auf der Literatur erwartet wurden, scheinen vor allem Experten (Schüler mit hohem Vorwissen, wenig Schülervorstellungen) betroffen zu sein. Sie zeigten keine optimale Kosten-Nutzen-Bilanz der Effizienz. Die Ergebnisse der Teilarbeit C weisen darauf hin, dass das adäquate Design der multimedialen Lerneinheit zumindest lernförderlich für Mädchen war. Die Gesamtarbeit liefert einen Beitrag zur Aufklärung des CC-Prozesses und dem Einflussfaktor ME bzw. CL. Die Ergebnisse von Teilarbeit A und B weisen deutlich auf die Notwendigkeit eines reflektierten und bewussten Umgangs mit Schülervorstellungen im Unterricht hin. Zusätzlich ist es besonders wichtig, die CL beim Lernen mit Schülervorstellungen zu berücksichtigen. Daneben leistet die Arbeit einen Beitrag zum nach wie vor diskutierten Thema: Lernen am Computer und Einfluss des Geschlechts. Die Förderung der Mädchen durch das adäquate multimediale Design ist als positiv für den Einsatz der entwickelten Lerneinheit im Unterricht zu bewerten. Dennoch sollte hier weiter geforscht werden um eine optimale Effizienz für beide Geschlechter zu erreichen.

Abstract in weiterer Sprache

Genetic engineering methods still cause controversial discussions within our society although some methods such as genetically produced insulin are already established within the industrial production of medicaments. Therefore, clarification and imparting of knowledge pose an important challenge in a classroom. For example, the new G8 syllabus for 9th graders college preparatory school (‘Gymnasium’) specifically addresses this issue, starting from elementary molecular processes in building up knowledge in order to serve as prerequisite for further understanding of genetic engineering methods. Within this context, a large number of alternative conceptions (AC) exists about the complex topics genetics and genetic engineering. Detecting and gradually changing those AC towards scientific conceptions was the specific issue of many studies about conceptual change (CC). However, although the limited working memory capacity is well-researched, studies considering cognitive load (CL, measured as mental effort (ME)) are rare. For this reason, we examine learning with AC and the corresponding CL. The treating of AC was included in multimedia learning units (computer- and textbook-based). The principles of multimedia learning (Mayer, 2005) served as guideline for the development of the design. We focussed on the effects of a state within the CC process, where AC were activated without encouraging students to further process the AC, on the number of scientific conceptions learned and on the ME invested. In addition, the efficiency (combined from learning success and ME invested) of the computer-based learning unit was analysed with a specific focus on possible gender differences. The involvement of AC resulted in a higher ME without providing a considerable long-term learning success. Especially experts (high prior knowledge) seemed to be affected by the negative effects which was expected from literature. The experts’ efficiency showed a poor cost-benefit-result. Results from study C indicate that adequate instructional design of the Multimedia learning unit fostered learning for young women. The study as a whole contributes to the clarification of the CC process and the influencing factor ME or CL. The results of study A and B clearly indicate the necessity of a reflected and conscious handling of AC within an instruction process. Additionally, it is very important to consider CL while learning with AC. The study contributes also to the still discussed topic ‘learning with computer and gender influence’. Fostering young women’s learning success through appropriate multimedia design can be assessed as positive for the application within instruction. However, reaching high efficiency for young women and young men clearly needs further research.