Onlangs ben ik nog op het werk van Fons Maes (Universtiteit van Tilburg) gestuit aangaande multimodaliteit.
Daarnaast viel me tijdens het werken aan de samenvatting in dat ik ooit onderzoek heb gelezen dat lezen vanaf een beeldscherm 90% trager gaat dan lezen vanaf papier. Een mooie aansluitende bevinding bij uw onderzoek dat papier veel eenvoudiger een parallell leermiddel is (biedt overzicht en controle voor leerling) en het feit dat je vooral geen grote hoveelheden tekst in CBT/VR omgevingen moet willen stoppen, daar zijn boeken veel beter voor geschikt.
L.R.M.A.Jacobs@fel.tno.nl
LRMAJacobs@hotmail.com
L.R.M.A. Jacobs
In dit document wordt op de eerste plaats een samenvatting gegeven van het artikel van Mousavi, Low en Sweller dat in 1995 is gepubliceerd over het reduceren van de cognitieve belasting door het mixen van auditieve en visuele presentatie vormen. Op de tweede plaats zullen de resultaten van dit artikel nader worden beschouwd en vergeleken in het licht van de parallelle instructie theorie.
In dit artikel worden de resultaten weergegeven van het gebruik van deels auditieve en deels visuele presentaties voor geometrie opgaven. De logica achter de gekozen onderzoeksopzet is gebaseerd op het split attention effect en het effect van de presentatiemodaliteit op het werkgeheugen en veronderstelt dat het effectieve werkgeheugen wellicht kan worden vergroot door het presenteren van een mix van presentievormen in plaats van een enkele presentatievorm. Indien deze uitgangspunten kloppen kunnen de negatieve gevolgen van het split attention effect in geometrie opgaven verminderd worden door de uitleg in auditieve vorm in plaats van visuele vorm te presenteren aan studenten naast de grafische weergave van de geometrie diagrammen. De resultaten van zes experimenten die door de onderzoekers zijn uitgevoerd en beschreven in het artikel lijken deze hypothese te ondersteunen.
De beperkingen van het effectieve werkgeheugen wordt sinds het begin van de jaren 1990 onderkend als een zeer belangrijke factor om rekening mee te houden in het ISD proces. De cognitive load theorie is door diverse onderzoekers gebruikt om aan te tonen dat veel instructie resulteert in “niet noodzakelijke cognitieve activiteiten” voor studenten, die een zware belasting vormen voor het werkgeheugen en derhalve het leerproces belemmeren. Alternatieve instructievormen zijn dan ook ontwikkeld en gebaseerd op de volgende aannames inzake de “menselijke cognitieve architectuur”:
· Het korte termijn geheugen is zeer beperkt;
· Het lange termijn geheugen is effectief gezien onbeperkt;
·
Schemaverwerving is een primair leermechanisme:
Schemata zijn cognitieve constructies die mensen in staat stellen om informatie
te categoriseren op de manier waarop deze wordt gebruikt en hebben de functie
om informatie op te slaan in het lange termijn geheugen en het reduceren van de
belasting voor het werkgeheugen;
· “Automatisering” van cognitieve processen betekent ook het automatiseren van het gebruik van schemata en is een leermechanisme dat eveneens de belasting voor het werkgeheugen omlaag brengt doordat dit als het ware wordt gepasseerd (geautomatiseerde informatie kan worden verwerkt zonder bewuste inspanning).
Het split attention effect treedt op als studenten moeten kiezen tussen meerdere informatiebronnen om een cognitieve overbelasting te voorkomen. Dit effect van “aandacht verdelen” en “mentaal integreren van meerdere informatiebronnen” resulteert in een zware cognitieve belasting voor studenten. De belasting voor het werkgeheugen wordt echter gereduceerd indien meerdere vormen van informatiebronnen reeds fysiek geïntegreerd worden. De onderzoekers stellen dan ook een twee modaliteiten presentatievorm (auditief en visueel) voor om de obstakels die worden gevormd door het beperkte werkgeheugen te omzeilen.
Het presentatie modaliteit effect suggereert dat het menselijke werkgeheugen deels onafhankelijke processoren ( ook wel kanalen genoemd) heeft om visueel materiaal en auditief materiaal goed te kunnen verwerken. Door meervoudige presentatievormen te kiezen, waardoor diverse informatieverwerkende kanalen in het geheugen worden benaderd, kan, zo suggereert het modaliteiteffect, de capaciteit van het werkgeheugen worden vergroot. Indien dit het geval is kan de cognitieve belasting die gepaard gaat met het split attention effect worden verminderd door informatie niet op een enkelvoudige maar tweevoudige wijze te presenteren.
Kort samengevat liggen de volgende uitgangspunten ten grondslag aan de experimenten:
· effectieve cognitieve capaciteit kan worden vergroot indien zowel het visueel als het cognitief geheugen kan worden gebruikt;
· door auditieve en visuele informatie simultaan aan te bieden kunnen de negatieve consequenties van het split attention effect worden verminderd.
In experiment 1 worden aan drie verschillende groepen studenten geometrie opgaven voorgelegd met drie verschillende presentatiemodes:
· visueel- auditief (diagrammen grafisch weergegeven zonder statements (uitleg) en auditieve presentatie over de statements)
· visueel- visueel (zowel de diagrammen als de statements (uitleg) worden grafisch gepresenteerd)
· simultane presentatie (zowel de diagrammen als statements grafisch weergegeven, uitleg over statements simultaan auditief)
De verwachting hierbij is dat voor de eerste groep een duidelijk effect van verminderde cognitieve belasting moet optreden. De verwachting bij de tweede groep is dat doordat ze twee verschillende visuele presentatievormen gepresenteerd krijgen het split attention effect op moet treden en dat dit resulteert in een zware cognitieve belasting. De verwachting bij de derde groep is dat het split attention effect optreedt doordat studenten moeten kiezen voor een presentatievorm en dat dit resulteert in een zware cognitieve belasting. Indien echter de studenten ervoor kiezen om de grafische statements te negeren en uitsluitend aandacht te richten op de visuele plaatjes en de auditieve uitleg over de statements kan de cognitieve belasting als gevolg van het split attention effect worden geëlimineerd en kan het effectieve werkgeheugen worden vergroot door het gebruik van de twee verschillende “sensory modes”.
De resultaten van dit experiment zijn consistent met de hypothese dat het gebruik van beide “sensory modes”(auditief en visueel) de cognitieve belasting verminderen doordat de capaciteit van het werkgeheugen wordt vergroot. Verder heeft het experiment aangetoond dat een gemixte vorm van presentatie presenteren effectiever is dan een enkele (visuele) presentatievorm.
Uit experiment 1 kwam naar voren dat de studenten die de geometrie opgaven in een visueel- visueel presentatievorm kregen minder tijd hebben besteed aan het bestuderen van de opgaven dan de studenten die een gemixte presentatievorm ondergingen. Experiment 2 is opgezet om de presentatietijd van de drie groepen te egaliseren. De verschillen in resultaten kwamen overeen met de resultaten uit experiment 1 waardoor het opgetreden effect duidelijk kan worden toegeschreven aan de presentatievorm en niet is opgetreden door een verschil in “presentatietijd”.
Experiment 3 is uitgevoerd omdat het grote voordeel van de visuele-auditieve presentatie ten opzichte van de visueel-visuele presentatie ook kan worden verklaard door een alternatieve uitleg hieraan te geven.
Het verschil tussen beide groepen kan worden verklaard doordat studenten bij de visueel-visuele presentatie worden gedwongen om informatie uit de ene bron in het werkgeheugen te houden totdat ze ook de andere informatiebron hebben bestudeerd, waarna de informatie pas kan worden geïntegreerd. Dit zorgt voor een zwaardere cognitieve belasting. Dit hoeft bij de andere groepen niet te gebeuren doordat de informatie wel simultaan wordt aangeboden en simultaan kan worden verwerkt. Dit verschil zou moeten verdwijnen indien ook de visueel-auditieve groep ertoe wordt gedwongen om informatie in het werkgeheugen op te slaan.
De cognitive load hypothese gaat er echter van uit dat het werkgeheugen wordt vergroot bij een duale presentatievorm, zodat het eenvoudiger wordt voor studenten om verschillende informatiebronnen te verwerken. Volgens de hypothese blijft dit voordeel bestaan bij zowel simultane als ook achtereenvolgende presentaties via de verschillende informatiebronnen (auditief en visueel).
Om de twee hypothese die hierboven zijn beschreven te testen is experiment 3 opgezet waarin de volgende vier verschillende presentatievormen zijn getest:
· visueel-visueel simultaan;
· visueel-visueel sequentieel;
· visueel-auditief simultaan;
· visueel-auditief sequentieel.
Indien het verschil tussen de groepen ontstaat doordat studenten informatie tijdelijk moeten opslaan in het werkgeheugen terwijl ze nieuwe informatie moeten verwerken, zou er een verschil moeten optreden tussen de simultane presentatievormen en geen verschil tussen de sequentiële groepen. Indien het verschil niet ligt aan het feit dat informatie tijdelijk moet worden opgeslagen, terwijl nieuwe informatie wordt verwerkt maar ontstaat doordat de capaciteit van het werkgeheugen wordt vergroot doordat een tweevoudige presentatievorm wordt gebruikt, zou er een verschil moeten optreden zowel tussen de simultane als de sequentiële groepen.
De resultaten van dit experiment gaven aan dat het voordeel van de duale presentatievormen ten opzichte van een enkelvoudige presentatievorm waarschijnlijk meer kan worden toegewezen aan de vergrote capaciteit van het werkgeheugen dan aan de noodzaak van studenten om bij visueel-visuele presentatievormen informatie (over de statements) op te slaan in het werkgeheugen om vervolgens de andere presentatiebron (diagram) te kunnen bestuderen.
Analoog aan experiment 2 (egaliseren van presentatietijd) is experiment 4 opgezet om te bekijken of de gevonden verschillen in studietijd in experiment 1 en 3 zorgen voor de verschillen in de resultaten. De resultaten uit dit “studietijd- egalisatie” experiment komen overeen met die van experiment 3. Dat wil zeggen dat de verschillen in resultaten waarschijnlijk zijn toe te schrijven aan de toegenomen capaciteit van het werkgeheugen door de twee modaliteiten presentatievorm in plaats van sequentiële of simultane informatiepresentatie.
Dit experiment is opgezet om te testen of gemixte presentatievormen ook werken bij wiskunde opgaven waarbij beide informatiebronnen bestaan uit verbale statements in plaats van de combinatie van diagrammen en verbale statements bij de geometrie opgaven. De volgende vier presentatievormen werden in dit experiment toegepast:
· verbaal-geschreven (zowel het probleem als de regels voor oplossen worden in zinnen gepresenteerd);
· verbaal-auditief (het probleem wordt visueel in een zin gepresenteerd, de regels voor oplossen auditief);
· diagram-geschreven (het probleem wordt visueel in een diagram gepresenteerd, de regels voor het oplossen worden grafisch in de vorm van zinnen gepresenteerd);
· diagram-auditief (het probleem wordt visueel in een diagram gepresenteerd, de regels voor het oplossen worden auditief gepresenteerd).
De resultaten van dit experiment gaven aan dat auditieve regels voor het oplossen beter waren dan de geschreven variant ongeacht het feit of de presentatie van het probleem via diagrammen of tekstueel in de vorm van zinnen plaatsvond. Dit resultaat kan het beste worden verklaard met behulp van de cognitive load theorie: wanneer meerdere informatiebronnen moeten worden geïntegreerd voordat ze mentaal kunnen worden begrepen, is het werkgeheugen niet beschikbaar voor het leerproces. Indien echter twee verschillende modaliteiten worden gebruikt kan leren worden vergemakkelijkt doordat de capaciteit van het werkgeheugen wordt vergroot.
Hoewel de vorige vijf experimenten duidelijk de voordelen van gemixte presentatievormen boven een enkelvoudige (visuele) presentatievormen hebben aangetoond, kan dit ook worden uitgelegd door hier een alternatieve verklaring aan te geven. Het zou namelijk kunnen zijn dat in het algemeen de visuele modaliteit meer capaciteit vraag dan de auditieve modaliteit. Lezen, bijvoorbeeld, kan misschien meer cognitieve belasting vergen dan luisteren.
Experiment 6 is opgezet om te testen of de resultaten uit de voorgaande experimenten misschien moet worden toegeschreven aan het feit dat lezen als cognitief proces belastender is dan luisteren. Hetzelfde materiaal als bij experiment 5 werd nu gepresenteerd in een visueel-visuele vorm en een auditief-auditieve vorm. Als inderdaad de resultaten moeten worden toegeschreven aan de alternatieve uitleg dat lezen cognitief meer belastend is dan luisteren, is de verwachting dat de prestaties van de auditieve groep studenten beter zijn dan die van de “lezers”. De resultaten van het experiment gaven aan dat er geen significante verschillen waren tussen de cognitieve belasting voor het lezen of luisteren naar dezelfde informatie.
Op het eerste gezicht zijn de overeenkomsten tussen de cognitive load theorie (CLT) en parallelle instructie theorie (PIT) duidelijk. Beide theorieën baseren zich immers op dezelfde basis van wetenschappelijk onderzoek: de cognitiewetenschap en hanteren de cognitieve structuur van het menselijke geheugen als uitgangspunt. Daarnaast zijn er ook enkele verschillen te onderkennen tussen beide theorieën. Zowel de overeenkomsten als verschillen wordenin deze paragraaf kort beschreven.
Overeenkomsten tussen C.L.T. en P.I.T.
Zowel C.L.T. als P.I.T hanteren de cognitieve structuur van het menselijk geheugen als uitgangspunt en proberen op basis van mulitimodaliteit (C.L.T.) en parallelisme (P.I.T.) instructie(principes) vast te stellen die het menselijk geheugen en denkproces zo optimaal mogelijk ondersteunen. De C.L.T. lijkt hierbij meer gericht op het vergroten van de capaciteit van het werkgeheugen en het voorkomen van een te grote cognitieve belasting en P.I.T. lijkt meer gericht op de (natuurlijke) ondersteuning van de cognitieve parallele processen van het menselijk waarnemen, memorisen en leren door het aanbieden van parallelle informatie.
Verschillen tussen C.L.T. en P.I.T.
P.I.T onderzoek is meer dan C.L.T gericht op het optimaliseren van contextrijke leeromgevingen in een gautomatiseerde setting (PC, VR, etc). Een belangrijker verschil echter tussen beide theorieën is dat Mousavi, Low & Sweller (C.L.T) ervan uitgaan dat om het split attention affect tegen te gaan informatie niet alleen parallel maar ook fysiek geintegreerd moet worden aangeboden. Min, Claessen, et.al. (P.I.T.) stellen echter in hun onderzoeken vast dat, met name in een rijke (PC gebaseerde) leer-doe en werkomgeving, papieren instructie een waardevol, goedkoop en efficient (parallel) leermiddel is. M.a.w. P.I.T. schrijft fysieke integratie van informatie niet voor. De onderzoekers maken wel een onderscheid in creatief parallelisme (i.v.m. benodigde ruimte op beeldscherm, informatiedichtheid en presentatie) en fysiek parallellisme (i.v.m. de benodigde fysieke ruimte om in een leeromgeving zowel PC als aanvullende materialen zoals boek, pen en papier optimaal te kunnen gebruiken tijdens het leren en/of werken). Daarnaast onderkennen de P.I.T onderzoekers zeer sterk de beperkende factoren van PC beeldschermen (als lineair medium met een screen by screen karakter) en richten zij zich in hun onderzoek dan ook met name op vragen als: wat is de juiste informatiehoeveelheid, hoe dient informatie gepresenteerd te worden, en op welke lokatie? En stellen zij het gebruik van meerdere beeldschermen en papieren instructiemateriaal in een rijke leer-doe en werkomgeving voor.
Reflectie
Het lezen van het artikel, het maken van de samenvatting en de vergelijking van twee theorieën was voor mij niet alleen een interessante exercitie, maar heeft ook de volgende vragen opgeworpen waarnaar ik zeker nog eens verder ga kijken als er meer “vrije tijd” beschikbaar komt in mijn agenda:
· Zijn er onderzoeken die hebben aangetoond dat auditieve presentatievormen cognitief meer/ minder belastend zijn dan visuele presentatievormen?
· Is er een omslagpunt bekend over de grootte van informatie-eenheden (chunking) waardoor afwegingen gemaakt kunnen worden tussen sequentiële of parallelle presentatievormen (zie ook studies van Mayer & Anderson)?
· Hoe verhouden de resultaten van de de experimenten van Mousavi, Low & Seller zich tot onderzoek dat zich richt op parallelle informatieverwerking in cognitief complexe/ stressvolle situaties (bijvoorbeeld: cockpitmanagement, crisisbeheersing en in commandocentrales)?
Referenties
Mousavi, Low & Sweller. (1995). reducing cognitive load by mixing auditory and visual presentation modes, journal of educational psychology, vol. 87, no.2, 319-334.