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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-34783
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2010/3478/


Testing the additivity hypothesis of cognitive load theory

Prüfung der Additivitätshypothese der Cognitive Load Theory

Park, Babette

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SWD-Schlagwörter: Modalität , Kognitive Lerntheorie , Animation , Wissensrepräsentation , Aufmerksamkeit
Freie Schlagwörter (Deutsch): Lernen mit Multimedia , seductive Details , mentale Animation
Freie Schlagwörter (Englisch): cognitive load , multimedia learning , modality , seductive details , mental animation
Institut: Fachrichtung 5.3 - Psychologie
Fakultät: Fakultät 5 - Philosophische Fakultät III
DDC-Sachgruppe: Psychologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Brünken, Roland (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 05.02.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 08.12.2010
Kurzfassung auf Englisch: The present work focuses on the additivity hypothesis of Cognitive Load Theory in the frame of a research program supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (German Research Foundation; grant Br 2082/6-1). The additivity hypothesis predicts that effects of load-inducing factors on learning are additive (Paas, Renkl, & Sweller, 2003a). Until now, this core assumption of the widespread used theory has never been empirically tested. The present work investigated different combinations of extraneous and germane load factors in self-paced multimedia instruction to examine the additivity hypothesis. The instruction explained a molecular process in the domain of Biology and contained 11 multimedia screens with static pictures accompanied by verbal explanations. The highly complex learning issue is about structural as well as procedural information of energy storage in cells. Modality of the verbal explanation and seductive details served as extraneous load factors, while support for coherence formation and mental animation tasks served as germane load factors. Four preliminary single effect studies (n = 23-78 each) proved stable effects of these factors on learning performance. Three main studies (n = 99-100 each) varied thereafter two extraneous load factors (modality x seductive details), one extraneous and one germane load factor (modality x support for coherence formation), as well as two germane load factors (support for coherence formation x mental animation tasks), respectively, in a 2x2 factorial design. In these three studies, overall 299 high school students (71.3 % female) of different German schools with mean age of 17.05 years (SD = 1.39) participated. Results on learning success and the subjectively rated cognitive load (Paas, 1994) served as dependent variables. Spatial ability, prior knowledge and time-on-task were introduced as control variables. Analyses of variance or covariance were conducted using experimental condition as between-subject factor and post-test score and cognitive load ratings, respectively, to test the learning and total cognitive load effects predicted by Cognitive Load Theory. Results showed none of the main effects in learning success and cognitive load, predicted by the additivity hypothesis. However, some interesting interaction effects turned out, which were generally not predicted by the additivity hypothesis. In sum, results suggest that combined effects of different cognitive load factors are not necessarily additive. They overall contradict the additivity hypothesis. The last chapter discusses implications for cognitive load research and implications of the found interesting boundary effects of the present work resulting in future directions.
Kurzfassung auf Deutsch: Die vorliegende Arbeit untersucht die Additivitätshypothese der Cognitive Load Theory im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Forschungsprojekts (Br 2082/6-1). Die Additivitätshypothese besagt, dass Effekte load-induzierender Faktoren additiv wirken (Paas, Renkl, & Sweller, 2003a). Bislang wurde diese Kernannahme der weit verbreitet genutzten Theorie jedoch empirisch nie überprüft. Um die Additivitätshypothese zu testen, untersucht die vorliegende Arbeit verschiedene Kombinationen von extraneous und germane load Faktoren in einer selbstgesteuerten multimedialen Instruktion. Diese erklärt den Aufbau und Prozesse eines Moleküls aus der Biologie und umfasst 11 Bildschirmseiten mit statischen Bildern und Begleittext. Das hoch komplexe Lernthema beinhaltet Struktur- und Prozessinformationen zur Speicherung von Energie in den Zellen. Die Modalität des Begleittexts und Seductive Details dienen als extraneous load Faktoren, wohingegen Kohärenzbildungshilfen und mentale Animationsaufgaben als germane load Faktoren fungieren. Vier Pilotstudien (jeweils n = 23-78) wiesen stabile Effekte dieser Faktoren auf den Lernerfolg nach. Die drei daraufhin durchgeführten Hauptstudien (jeweils n = 99-100) variierten jeweils zwei extraneous (Modalität x Seductive Details), einen extraneous und einen germane (Modalität x Kohärenzbildungshilfen) bzw. zwei germane load Faktoren (Kohärenzbildungshilfen x mentale Animationsaufgaben) in einem 2x2 faktoriellen Design. Insgesamt nahmen an diesen drei Studien 299 Oberstufenschüler (71.3 % Mädchen) aus verschiedenen deutschen Schulen mit einem durchschnittlichen Alter von 17.05 Jahren (SD = 1.39) teil. Der Lernerfolg und die subjektive Beurteilung der kognitiven Belastung (Paas, 1994) dienten als abhängige Variablen. Als Kontrollvariablen wurden das räumliche Vorstellungsvermögen, das Vorwissen und die Lernzeit erfasst. In Varianz- bzw. Kovarianzanalysen wurden die Experimentalbedingungen als Zwischensubjektfaktoren und die Lernerfolgs- bzw. cognitive load-Werte genutzt, um die aus der Cognitive Load Theory abgeleiteten Lern- und Load-Effekte zu testen. Die Ergebnisse zeigten keine der durch die Addititvitätshypothese erwarteten Haupteffekte im Lernerfolg bzw. in der kognitiven Belastung. Es ergaben sich jedoch einige interessante Interaktionseffekte, welche auf Basis der Additivitätshypothese generell nicht zu erwarten waren. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse darauf hin, dass kombinierte Effekte verschiedener load-Faktoren nicht notwendigerweise additiv wirken. Insgesamt widersprechen die Ergebnisse der Additivitätshypothese. Welche Implikation diese Falsifikation und die gefundenen Nebeneffekte für die cognitive load Forschung haben, wird im letzten Kapitel diskutiert und mündet in einen Forschungsausblick.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Dissertationen und Habilitationen

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