Blickbewegungsmessung an Versuchsaufbauten: Studien zur Wahrnehmung, Verarbeitung und Usability von physikbezogenen Experimenten am Bildschirm und in der Realität.

Abstract

Im Zentrum dieser Arbeit standen Studien zur Wahrnehmung, Verarbeitung und Usability von physikbezogenen Experimenten am Bildschirm und in der Realität unter Verwendung der Methode der Blickbewegungsmessung. Die erste Studie zum Einfluss von Repräsentationsformaten auf das Lösen einfacher physikalischer Fragestellungen konnte u. a. zeigen, dass der Detailgrad einer Darstellung der wesentliche Prädiktor für die Dauer der kognitiven Erfassung eines Versuchsaufbaus ist und damit fotografische Darstellungen schwerer zu verarbeiten sind als abstrakte und fotorealistische Darstellungen. In der zweiten Studie zum Einfluss von Expertise auf das Wahrnehmen von Versuchsaufbauten ging es darum, durch wahlweise mit alltäglichen Begriffen oder Fachbegriffen bezeichnete Objekte in Fotos von Versuchsaufbauten zielsicher zu identifizieren. Es stellte sich heraus, dass die Beherrschung der Fachsprache oder das Verwenden von Alltagsbegriffen für Experimentierobjekte die Identifikation der entsprechenden Bauteile im Experiment erleichtert. Im zweiten Teil zeigten zwei aufeinander aufbauenden Studien beispielhaft ein in dieser Arbeit entwickeltes Verfahren zur Untersuchung von Gebrauchstauglichkeit von Lehr-/Lernmedien in der Physikdidaktik. Exemplarisch wurde ein IBE zur Bestimmung der Gewichtskraft eines Handys analysiert, Optimierungsvorschläge entwickelt und umgesetzt. Alle vier Studien basieren auf der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten open-source Software OGAMA, die es ermöglicht, simultan Blick- und Mausbewegungen aufzuzeichnen und auszuwerten. Darüber hinaus wurde ein Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe Untersuchungen zu Blickbewegungen auch beim Experimentieren an realen Versuchsaufbauten ermöglicht werden.

This work focuses on eyetracking of experimental setups in physics. It contains studies concerning perception, processing and usability of this setups on monitor screens and reality. The first study dealing with the effect of different representations on solving simple physical questions showed the dependency of the level of detail and the time for cognitive processing. Photos were more difficult to process than conceptional or photorealistic representations. The second study comprised the identification of objects in experimental setups, described with common or technical terms. The results were familiar: knowing technical terminology or using daily terms facilitates detection of these objects. The next step was the development of a technique to measure usability of teaching and learning media in physics education. Two consecutive studies showed exemplarily the analysis and optimization of an Interactive Screen Experiment for the determination of a handy weight. All four studies were based on an open source software project called OGAMA, which was developed as part of this work to analyze and record gaze and mouse movements in parallel. Furthermore the development of a technique to allow eyetracking during experimentation of experiments in reality is shown.