Støtter animasjon læring? - Hva er det forsket på?

Overraskende for lærerne

Å lære algoritmer ved hjelp av animasjoner viser seg å gi dårligere innlæringseffekt enn det man hadde håpet. Dette viser en rekke undersøkelser gjennomført på 1990-tallet. Resultatene overrasker mange lærere som intuitivt har trodd at animasjoner skulle være et godt hjelpemiddel i undervisning og som opplever at studentene nesten alltid ta godt imot animert grafisk visualisering.

Animasjoner alene er ingen tryllemiddel

Forskningsresultatene de siste 10-15-årene gir ikke et entydig og signifikant svar på spørsmål om animasjoner er nyttige didaktiske komponenter i undervisning og læring. Siden så mange vitenskapelig disipliner er berørt - visualisering, psykologi, lærings- og kunnskapsteorier, pedagogikk, sosiologi, nervopsykologi, lingvistikk, informatikk m.m., vil det nødvendigvis være mange vinklinger og funn, og forskjellige begrunnelser for disse. Det fleste funn er av typen "det avhenger av" og "med denne forskningsmetoden vil en aldri finne ut". Mye tyder på at det er langt ifra så enkelt som å tilby en animasjon for så å kunne forvente at det vil inntreffe en magisk forståelse hos den lærende.

Utvalgte ledetråder

Etter en gjennomgang av mange ulike forskningsrapporter, vil jeg her trekke fram noen få aspekter som brukes som begrunnelse for å bruke animasjoner til støtte for læring og være ledestjerne for egen utvikling av animasjoner.

• Bevisst brukt, kan visualisering gjennom animasjon stimulere høyrehjernen og dermed øke forståelsen og forsterke innlæring av innholdet gjennom dual-koding. Da blir flere intelligenser brukt til å bearbeide en algoritme eller en dynamisk prosess.
• Godt integrert i instruksjons- eller undervisningsmaterialet og tilpasset de spesifikke krav i en oppgave, kan enkel grafikk og ikke minst animert grafisk illustrasjon støtte læringssituasjonen betraktelig.
• Interaktivitet er viktig for læringseffekten. Med interaktivitet menes samspillet/vekselspillet mellom brukeren og animasjonen, der brukerens handling påvirker animasjonens utførelse og omvendt. Mulighet for interaktivitet er f.eks. at brukeren kan starte eller stanse, spole frem og tilbake, kan bestemme visningshastighet, kan velge ut deler av visningen og visningsrekkefølgen, velge parameter ved å skyve på en glider eller taste inn tall, eller kunne eksperimentere mer fritt.
• Animasjon er en av mange didaktiske komponenter. Læringseffekten av en animasjon øker i kombinasjon med andre virkemidler. Et dynamisk bilde kan være en god støtte til en tekst. En animasjon som på anfordring kan tilby forklaring, tips eller hjelp i form av tekst eller tale kan gi bedre læringseffekt enn en lignende animasjon som kun er grafisk.
  

Glimt fra ulike undersøkelser

Mange ulike forskninger uten entydige resultater - Hva er det forsket på?

En rekke undersøkelser gjennomført på 1990-tallet viser at bruk av instruksjonelle animasjoner for å lære algoritmer, dvs. fremgangsmåten for løsning av en oppgave ved å visualiere de enkelte skrittene i oppgaveløsningen, gir mindre innlæringseffekt enn det man hadde håpet.

Det er gjort utallige undersøkelser som setter fokus på hvordan den lærende gjør seg nytte av ulike typer animasjoner for å forstå et begrep, en algoritme eller en dynamisk prosess. En prøver å få innsikt i om animasjoner kan gi positiv læringseffekt, under hvilke betingelser de kan gjøre nytte og hvordan de best kan inngå i en læringsstrategi.

• Noen forskere undersøker animasjon som én av flere alternative didaktiske komponenter i et undervisningsopplegg. Hva gir best læringseffekt, animasjon eller tekstbasert instruksjon, animasjon eller statiske bilder, animasjoner med lyd/stemme eller uten lyd/stemme?
• Andre setter fokus på hvordan animasjon best kan kombineres sammen med andre læremidler. I hvilken rekkefølge og i hvilken lærefase kan animasjoner best komme til innsats? Er læringseffekten størst når animasjon brukes som en første innføring i et emne eller når de inngår i repetisjon av stoffet?
• Videre undersøkes det hvordan interaktivitet og informativ tilbakemelding i animasjoner best kan utformes og organiseres. Hva er optimalt tidspunkt, utforming og tilrettelegging for feedback (eller feedforward)?

Hvilke aspekter trekkes fram?

Rieber har forsket på algoritmiske animasjoner som læringsstøtte i flere tiår og han kom fram til inkonsistente resultater (Rieber, 1990). Noen studier kunne påvise en positiv effekt av animerte eller grafiske bevegelser (Baek & Layne; Rieber, 1990; Rieber, Boyce & Assad, 1990), andre kunne ikke konstatere signifikant forskjell mellom animert og statisk presentasjon (Reed, 1985; Rieber & Hannafin, 1988). Rieber kommer med følgende anbefalinger basert på sine observasjoner:

• Generelt bør en bare bruke animasjoner til læring der én eller flere av animasjoners særegne fortrinn blir utnyttet, f.eks. for å visualisere en bevegelse eller et prosessforløp. Er det kun behov for visualisering, er stillebilder tilstrekkelig og animasjon ikke nødvendig.
• Når den lærende er nybegynner i undervisningsemnet, vil de muligens ikke klare å finne fram til relevante poeng og detaljer som vises i animasjonen. En bør forvisse seg om at studenten bruker tid på å betrakte animasjonen og eksplisitt gjøres oppmerksom på alle relevante detaljer som er avgjørende for en effektiv bruk av animasjonen.
• Effekten av en animasjon kan fort bli nøytralisert ved unødvendig kompleksitet og ineffektiv design eller tungvint betjening.
• Animasjoners største tilskudd i læringsprosessen kan ligge i dens interaktive dynamikk. Interaktive animasjoner ser ut til å vise de mest positive resultatene.
• Rieber påpeker at studier som undersøkte interaktive animasjoner ga bedre resultater enn studier med ikke-interaktive animasjoner. Det er imidlertid vanskelig å påvise nøyaktig hvorvidt den oppnådde læreeffekten skyldes brukermedvirkning eller animert visning.

Ifølge Park og Gittelmann (1992) kan visuell støtte, om animert eller statisk, bare få læringsstøttende effekt, hvis den er omhyggelig avstemt på de spesifikke betingelser i en læringsoppgave. Park og Gittelmann påviser at animasjoner kan være et meningsfylt læremiddel i fysikken der abstrakte, dynamiske konsepter vanskelig lar seg forklare kun ved skisser på tavle eller folier. Animasjoner gir da særlig god uttelling når de er brukt til å

• vekke oppmerksomhet og til å holde motivasjonen oppe,
• illustrere prinsipper som eksplisitt eller implisitt innebærer bevegelse,
• forklare komplekse fenomener, f.eks. strukturelle og funksjonelle forhold mellom ulike komponenter i et system

John T. Stasko, A. Badre og C. Lewis (1993) påviser, om bare i ikke-signifikant grad, i sin empiriske studie at animasjoner kan bidra til forståelse av en algoritme eller en prosedyre dersom brukeren blir involvert i et aktivt arbeid med animasjonen. Forutsetning er da at den lærende har en viss grunnleggende forståelse for den algoritmen eller prosedyren som animasjonen skal illustrere, ellers vil sammenhengen mellom den under-liggende algoritmen og den visuelle framstillingen ikke oppfattes.
Som nybegynner vil en ellers ha større utbytte av å bygge sin egen animasjon. Også andre undersøkelser (Susan Rodger, 1996; Sutinen, Tarhio, Lahtinen, 1997) viser at studenter oppnår en høyere grad av forståelse ved å bygge egne animasjoner enn å bruke predefinerte.

Stasko, Badre og Lewis formulerer to antagelser: - Animasjoner på skjermen bør ledsages av forklaringer, synkront gitt gjennom tekst eller tale. - Ved utforming av animasjoner for undervisning må det tydelig settes fokus på hva som skal læres. En animasjon designet uten detaljert målsetting er alene ikke kraftig nok til å støtte læring.

Mayer viser i en rekke eksperimenter (1989 - 1992) at illustrasjoner kan ha en stor positiv læringseffekt for forståelse av mekaniske systemer (luftpumpe, girkasse, bremsesystemer) særlig for studenter med manglende forkunnskaper. Mayer & Gallini (1990) kommer med en rekke anbefalinger for effektiv innsats av tekst-billed-kombinasjoner. Blant annet fremheves det at animasjon bør kombineres med tekst som støtter resonnementet. Teksten bør være av middels vanskelighetsgrad. Mayer og Anderson (1991, 1992) viser at animasjoner der forklaringer kan innhentes parallelt med at animasjonen vises gir bedre læringseffekt enn animasjoner der visning og forklaring kommer før eller etterpå eller ikke på samme plass.

Yea-Ru Chuang (1999) studerer effekten av tekst, tale og animasjon brukt i presentasjon av et undervisningsemne i matematikk. Det ble utviklet fire ulike versjoner av et undervisningsprogram:

• animasjon + tekst
• animasjon + muntlig forklaring (voice)
• animasjon + tekst + muntlig forklaring (voice)
• fritt valg av presentasjon

Resultatet av studiene tyder på at personer som bruker en kombinasjon av grafisk animasjon, tekst og lyd gjorde det signifikant bedre i en ettertest. Et kombinert grensesnitt var også den foretrukne versjonen for testgruppen som kunne velge. Signifikant sterk effekt hadde bare personer som brukte kombinert grensesnitt og som var av mannlig kjønn eller hadde lave matematiske forkunnskaper.

En undersøkelse til Colleen Kehoe, John T. Stasko og Asley Taylor (1999) setter fokus på hvordan den lærende gjør seg nytte av animasjon. Studien indikerer at studentene bruker sofistikerte kombinasjoner av læremidler. Animasjonen setter studenten i en forsterket dialog med materialet og gjør dem mer utholdende i denne dialogen. Tilstedeværelse av animasjoner i læringsprosessen ser ut til å gjøre krevende algoritmer mer oppnåelige og mindre skremmende.

Forskningsresultater som viser bedre læringsresultat eller bedre evne til å gjenskape sammenhenger gjennom animasjon blir ofte forklart med at den lærende kan gjøre seg nytte av flere sanser og intelligensformer. Det vises til teorien om dobbelt enkodering (Dual Coding) som ble utviklet av Allan Paivio (1971) og går ut på at tekst- og billedinformasjon blir lagret (enkodert) i to ulike hjerneområder. Tekster, som ikke inneholder bilder, blir ifølge denne modellen kun enkelt, mens illustrerte tekster dobbelt enkodert og dermed bedre memorert. I en kombinasjon av animasjon og samtidig verbal instruksjon, som bl.a. Mayer og Gallini (1991) postulerer, hjelper animasjonen til å danne en mental modell over bevegelige deler, mens forklaringen støtter forståelsen av animasjonen gjennom en verbal beskrivelse av animasjonens deler og deres funksjon.

Riebers resultater var mest signifikante i undersøkelser med yngre brukere eller barn. Dette forklarer han med "maturation effect". Voksne kan forme indre bilder, mens barn er mer avhengig av eksterne bilder.

Kilder:

• Hasebrook, J. P. (1995): Lernen mit Multimedia. Zeitschrift für Pädagogische Psychologie, 9, 95-103
• Hegarty, M. (1992): Mental animation: Inferring motion from static displays of mechanical systems. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 18(3), 1804-1102.
• Chuang, Y.-R. (1999). Teaching in a Multimedia Computer Environment: A Study of the Effects of Learning Style, Gender, and Math Achievement. http://imej.wfu.edu/articles/1999/1/10/index.asp.
• Mayer., R.E. & Anderson, R.B. (1991). Animations need narrations: An experimental test of a dual-coding hypothesis. Journal of Educational Psychology. 83. 484-490.
• Mayer, R. E. & Anderson, R. B. (1992). The instructive animation: Helping students build connections between words and pictures in multimedia learning. Journal of Educational Psvchology, 84, 444-452.
• Mayer, R.E. & Gallini, J.K. (1990). When is an illustration worth ten thousands words? Journal of Educational Psychology. 82. 715-726.
• Paivio, A. (1986): Mental representations: A dual-coding approach. New York: Oxford University Press.
• Rieber, L. R (1990). Using computer animated graphics in science instruction with children. Journal of Educational Psychology, 82. 135-140.
• Rieber, L.P. (1991). Animation, incidential learning, and continuing motivation. Journal of Educational Psychology, 83, 318-328.
• Park, O. & Gittelmann, S. (1992). Selective use of animation and feedback in computer-based instruction. Educational Technology Research and Development, 40, 27-38.
• Stasko, J. and Badre, A. and Lewis, C. (1993), "Do Algorithm Animations Assist Learning? An Empirical Study and Analysis", Proceedings of the INTERCHI '93 Conference on Human Factors in Computing Systems, Amsterdam, Netherlands, April 1993, pp. 61-66.