Von Baumdiagrammen über Doppelbäume zu Häufigkeitsnetzen – kognitive Überlastung oder didaktische Unterstützung?
Creators: name: Binder, Karin
name: Steib, Nicole
name: Krauss, Stefan
Publisher: name: Universität Regensburg
Year: 2022
Subjects: subject: Natural frequency net · Conditional probabilities · Extraneous cognitive load · Tree diagram · Double tree
subject: 150 Psychologie
subject: 370 Erziehung, Schul- und Bildungswesen
subject: 510 Mathematik

description: In stochastischen Situationen mit zwei dichotomen Merkmalen erlauben weder die schulüblichen Baumdiagramme noch Vierfeldertafeln die simultane Darstellung sämtlicher in der Situation möglicher Wahrscheinlichkeiten. Das im vorliegenden Beitrag vorgestellte Netz hat die Kapazität, alle vier möglichen Randwahrscheinlichkeiten, alle vier Schnittwahrscheinlichkeiten sowie alle acht bedingten Wahrscheinlichkeiten gleichzeitig darzustellen. Darüber hinaus ist – aufgrund der Knoten-Ast-Struktur des Netzes – die simultane Darstellung von Wahrscheinlichkeiten und absoluten Häufigkeiten mit dieser Visualisierung ebenfalls möglich. Bei der sukzessiven Erweiterung des typischen Baumdiagramms zunächst zum Doppelbaum und schließlich zum Netz sinkt der Inferenzgrad (d. h. weniger kognitive Schritte sind erforderlich) z. B. für Fragen nach bedingten Wahrscheinlichkeiten, aber gleichzeitig steigt die Komplexität der Darstellung und somit die extrinsische kognitive Belastung. Im vorliegenden Artikel erfolgt zunächst ein theoretischer Vergleich dieser Knoten-Ast-Strukturen. Eine anschließende Studie illustriert, dass sich die sukzessive Erweiterung bereits vollständig ausgefüllter Diagramme positiv auf die Performanz von N = 269 Schülerinnen und Schülern auswirkt. Obwohl Häufigkeitsdoppelbäume und Häufigkeitsnetze den Schülerinnen und Schülern gänzlich unbekannt waren, unterstützten diese Visualisierungen die Schülerinnen und Schüler bei der Bearbeitung der Aufgaben am meisten.

In stochastic situations with two dichotomous events, neither typical tree diagrams nor 2 × 2 tables allow the simultaneous representation of all possible probabilities in the situation. The net diagram presented in this paper has the capacity to represent all four possible marginal probabilities, all four joint probabilities, and all eight conditional probabilities simultaneously. Furthermore, due to the node-branch structure of the frequency net, the simultaneous representation of probabilities and absolute frequencies is also possible with this visualization. With the successive extension of the typical tree diagram to the double tree and finally to the net diagram, the inference degree, e.g., for questions about conditional probabilities, decreases (i.e., less mental steps are required), however, at the same time the complexity of the representation increases and thus the extrinsic cognitive load. In the present article, a theoretical comparison of these node-branch-structures is made. Furthermore, we demonstrate with an empirical study that the successive extension of these node-branch structures, which were already completely worked out, positively affects the performance of N = 269 students. Although frequency double trees and frequency nets were entirely unfamiliar to the students, these visualizations provided the best support to the students in completing the tasks.