In Search of New Insights into Teacher-Learner Interactions: The Potential of Students’ (Non)Attention-related Behavior During Instruction and Its Measurement

Abstract

Die Aufmerksamkeit von Schülerinnen und Schülern spielt eine zentrale Rolle bei der Interaktionen von Lehrenden und Lernenden. Die Erfassung der Aufmerksamkeit der Schülerinnen und Schüler während des Unterrichts stellt jedoch eine Herausforderung dar, sowohl für Lehrende als auch im Rahmen der Bildungsforschung. Verhaltensweisen, die mit der (Un)Aufmerksamkeit von Schülerinnen und Schülern zusammenhängen, können als Indikator dienen (a) für die kognitiven Prozesse der Schülerinnen und Schüler, die eine wichtige Voraussetzung für individuelles Lernen darstellen, als auch (b) für die Qualität des Unterrichts, da Lehrende diese (nicht)aufmerksamkeitsbezogenen Verhaltensweisen als Bezugspunkt verwenden müssen, um sich bewusst zu bleiben, was im Klassenzimmer vor sich geht, und um ihren Unterricht entsprechend anzupassen. Das Ziel der vorliegenden Dissertation war es, die adäquate Messung und das Potenzial des (nicht)aufmerksamkeitsbezogenen Verhaltens von Schülerinnen und Schülern während des Unterrichts zu evaluieren, um neue Einsichten in die Lehrenden-Lernenden-Interaktionen zu gewinnen. Daher wurde ein neues Beobachtungsinstrument entwickelt, das Verhaltensindikatoren liefert, die eine kontinuierliche Bewertung des (nicht)aufmerksamkeitsbezogenen Verhaltens von Schülerinnen und Schüler ermöglichen (Continuous (non)Attention-related Behavior Indicators – CABI). Zusätzlich wurden die beiden übergreifenden Ziele durch drei empirische Studien untersucht. In der ersten Studie wurde die Validität des neuen Beobachtungsinstruments in einer universitären Instruktionssituation getestet. Die Ergebnisse unterstützten sowohl die Konstruktvalidität des CABI als auch die prädiktive Validität. Darüber hinaus lieferte die erste Studie einen Proof-of-Concept für einen auf maschineller Bildverarbeitung basierenden Ansatz, um sichtbare Indikatoren für das (nicht)aufmerksamkeitsbezogene Verhalten von Schülern auf ökonomischere Weise zu erfassen. Die zweite Studie untersuchte, wie die individuellen Voraussetzungen, die Klassenzugehörigkeit und die Klassenaktivitäten der Schülerinnen und Schüler Unterschiede in der Variabilität des (nicht)aufmerksamkeitsbezogenen Verhaltens einzelner Schülerinnen und Schüler innerhalb einer Unterrichtsstunde sowie Unterschiede zwischen den Schülerinnen und Schülern erklären können. Mit Hilfe dynamischer Strukturgleichungsmodellen zeigte die zweite Studie, dass das (nicht)aufmerksamkeitsbezogene Verhalten der Schülerinnen und Schüler in erster Linie durch Faktoren bestimmt wurde, die für einzelne Klassenzimmer spezifisch waren, aber innerhalb desselben Klassenzimmers schien das (nicht)aufmerksamkeitsbezogene Verhalten der Schülerinnen und Schüler durch ihr Selbstkonzept beeinflusst zu werden. Die dritte Studie untersuchte, wie das (nicht)aufmerksamkeitsbezogene Verhalten von Lernenden die Aufmerksamkeit unerfahrener Lehrende in standardisierten Unterrichtssituationen lenkte. Die Ergebnisse zeigten, dass unerfahrene Lehrende, wenn sie mit der Anforderungen konfrontiert waren, mit den Lernenden zu interagieren und gleichzeitig Lerninhalte zu vermitteln, sich eher auf Lernende konzentrierten, die ein den Unterricht unterstützendes Verhalten zeigten, als auf ein Verhalten, das auf mangelndes Verständnis oder Interesse hindeuten könnte. Die vorliegende Dissertation bietet eine fächerübergreifende Sicht auf die Bedeutung der Aufmerksamkeit und ihre Beziehung zu beobachtbaren Verhaltensweisen während der Interaktion von Lehrenden und Lernenden. Darüber hinaus liefert sie wichtige Grundlagen für zukünftige Arbeiten zur vollautomatischen Erfassung des (nicht)aufmerksamkeitsbezogenen Verhaltens von Lernenden. Die Integration fächerübergreifender Ansätze ermöglicht es der Bildungsforschung, neue Erkenntnisse über die Interaktionsprozesse zwischen Lehrenden und Lernenden zu gewinnen und praktische Implikationen für die Lehrerausbildung abzuleiten.

Students’ attention plays a central role in teacher-learner interactions. However, the as-sessment of students’ attention during instruction is challenging both for teachers as well as in the scope of educational research. Behavior that is related to students’ (non)attention can serve as an indicator (a) for students’ cognitive processes, which constitute an important prerequisite for individual learning, and (b) for the quality of instruction as teachers need to use these (non)attention-related behaviors as a reference point to remain aware of what is going on in the classroom and to adjust their teaching accordingly. The objective of the present dissertation was to evaluate the adequate measurement and the potential of students’ (non)attention-related be-havior during instruction for offering new insights into teacher-learner interactions. Therefore, a new observation instrument was developed that provides behavioral indicators that enable a continuous assessment of students’ (non)attention-related behavior (Continuous (non)Attention-related Behavior Indicators – CABI). Additionally, the two overarching objectives were ad-dressed by three empirical studies. The first study tested the validity of the new observation instrument in an instructional setting. Results supported the CABI’s construct validity as well as the predictive validity. In addi-tion, the first study provided a proof of concept for a machine-vision-based approach for as-sessing visible indicators of students’ (non)attention-related behavior in a more economical way. The second study explored how students’ individual prerequisites, class membership, and class-room activities can explain differences in variability within individual students’ (non)attention-related behavior across a lesson as well as differences between students. Using dynamic struc-tural equation modeling, the second study indicated that students’ (non)attention-related behav-ior was primarily determined by factors that were specific to single classrooms, but within the same classroom, students’ (non)attention-related behavior appeared to be affected by their self-concept. The third study examined how students’ (non)attention-related behavior guided pre-service teachers’ attentional focus in standardized teaching situations The results demonstrated that when inexperienced teachers were faced with the demands of interacting with students while conveying learning material, they were more likely to focus on students who engaged in behavior that supported instruction rather than behavior that might indicate a lack of understand-ing or interest. The present dissertation provides a cross-disciplinary view on the importance of attention and its relation to observable behaviors during teacher-learner interactions. It further provides important foundations for future work on fully automated assessments of students’ (non)attention-related behavior. The integration of interdisciplinary approaches allows educa-tional research to gather new insights into teacher-learner-interaction processes as well as de-riving practical implications for teacher training.