Eye Tracking in der physikdidaktischen Forschung

Elektrische Schaltkreise, Kinematik-Graphen und Vektorfelddiagramme sind nur einige Beispiele für domänenspezifische Repräsentationsformen der Physik. Der Begriff Repräsentationskompetenz verknüpft drei Facetten des Lernens mit diesen Repräsentationsformen, nämlich (1) deklaratives Wissen darüber, wie die Repräsentationen relevante Informationen auf Oberflächenebene darstellen, (2) wie diese Informationen mit dem fachspezifischen Wissen und Konzepten zusammenhängen und (3) wie verschiedene Repräsentationsformen untereinander zusammenhängen und ineinander überführt werden können. In diesem Forschungsfeld wird die Interdependenz zwischen dem Lernen mit Repräsentationen und dem Lernen über Repräsentationen („representational dilemma“) anhand obiger und weiterer Beispiele adressiert. Dafür werden Studien durchgeführt, in denen die Augenbewegungen von Lernenden beim Koordinieren multipler Repräsentationen (Text, Formel, Diagramm) untersucht werden, um die o.g. Interdependenz besser zu verstehen und die begriffliche Abgrenzen zwischen dem Lernen über und dem Lernen mit Repräsentationen zu verdeutlichen.
Das Generieren von eigenen Abbildungen gehört für (angehende) Physiker*innen und Lehrkräfte zu den alltäglichen Aufgaben. Mithilfe moderner Eye Tracking Brillen untersuchen wir diesen hochkomplexen Prozess, wenn Lernende Vektorfelddiagramme zeichnen oder eine Fomel in ein Diagramm übersetzen. Ziel dabei ist es herauszufinden, welche Schwiergkeiten auftreten können und entsprechende Unterstützungsmaßnahmen zu entwickeln, die in der Lehre Niederschlag finden.
Das Hervorheben relevanter Informationen in graphischen Darstellungen („visual cuing“) kann hilfreich sein, um komplexe Sachverhalte besser zu verstehen („multimedia learning“). Im Rahmen von Laborstudien wird das Leseverhalten instruktionaler Texte mit und ohne solchen Hilfestellungen inklusive anschließendem Problemlösen untersucht. Fachlicher Gegenstand ist die Interpretation von partiellen Ableitungen vektorieller Feldgrößen, die zum Beispiel bei der Divergenz oder Rotation von Vektorfeldern eine Rolle spielen. Der in den Studien eingesetzte Problemtyp erfordert die Koordination multipler Repräsentationen (Formel, Vektorfeld-Abbildung und Text).