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Marco Rüth1, Daniel Zimmermann1 & Kai Kaspar1
Mobiles Eye-Tracking im Unterricht
Analyse der visuellen Aufmerksamkeit von Lehrpersonen zur
Förderung professioneller Unterrichtswahrnehmung
Zusammenfassung
Videoaufnahmen von (Hoch-)Schulunterricht bieten Lehrpersonen wichtige Lerngele-
genheiten zur Förderung ihrer professionellen Unterrichtswahrnehmung. Herkömmli-
che Videograe aus der Außenperspektive ermöglicht jedoch keine direkten Einblicke
in das visuelle Aufmerksamkeitsverhalten. Die dafür notwendige Ich-Perspektive mit
eingeblendeten Blickbewegungsdaten liefert das mobile Eye-Tracking. Wir skizzieren
hier sieben Phasen eines optimalen Einsatzes dieser Technologie im Unterrichtskontext.
Schlagworte: Mobiles Eye-Tracking, professionelle Unterrichtswahrnehmung, visuelle
Aufmerksamkeit, videobasiertes Lernen
1. Theoretischer Hintergrund
Lehrpersonen begegnen im Unterricht vielen kritischen Situationen, in denen sie Ent-
scheidungen treen müssen, die den Fortgang des Unterrichtsgeschehens maßgeblich
beeinussen. Ein professioneller Umgang mit solchen Unterrichtssituationen wird im
Lehramtsstudium mithilfe von videograerten Unterrichtssituationen trainiert. Daher
bieten digitale Videodatenbanken für die Lehramtsausbildung großes Potenzial, um
Gelegenheiten zur Reexion fremden und eigenen Unterrichthandelns zu bieten (Gau-
din & Chaliès, 2015). Lehrpersonen werden dabei aus verschiedenen Blickwinkeln ge-
zeigt (Außenperspektive), wodurch die Betrachtenden jedoch keinen Zugang zur Per-
spektive der Lehrkra erhalten (Ich-Perspektive). Bisher gibt es nur wenige Ansätze
dazu, diese Ich-Perspektive zum Gegenstand einer kritisch-reexiven Auseinanderset-
zung mit dem Unterrichtshandeln zu machen. Dabei sind die Situationswahrnehmung
und die damit verbundene Steuerung der visuellen Aufmerksamkeit zentraler Grund-
stein für situationsspezische Fähigkeiten, die Lehrpersonen im Unterricht anwenden
müssen. Eine wichtige Fähigkeit für eine erfolgreiche Klassenführung ist u. a. die All-
gegenwärtigkeit einer Lehrperson, die auch umfasst, „ob die richtige Person (bzw. das
richtige Objekt) fokussiert wird“ (Seidel, 2015, S. 111). Die herkömmliche Unterrichts-
videograe um eine Ich-Perspektive zu ergänzen, kann somit neue Erkenntnisse über
visuelle Aufmerksamkeitsprozesse von Lehrkräen in spezischen Unterrichtssituatio-
nen sowie Schlüsselmomenten liefern.
Visuelle Aufmerksamkeit meint die Beachtung von relevanten und das Ignorieren
von irrelevanten visuellen Reizen. Grundsätzlich bündelt die visuelle Aufmerksamkeit
die begrenzten kognitiven Ressourcen und ist zu einem beliebigen Zeitpunkt auf ei-
nen relativ kleinen Ausschnitt der Umgebung beschränkt. Daher sind permanente Auf-
merksamkeitsverlagerungen notwendig, um die Umgebung möglichst umfassend wahr-
1 Department Psychologie, Universität zu Köln, Deutschland
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nehmen und relevante Informationen angemessen verarbeiten zu können. Dabei ist
ausschließlich die oene Aufmerksamkeit beobachtbar (Posner, 1980), welche an Blick-
bewegungen gekoppelt ist und durch Eye-Tracking-Technologie gemessen werden
kann. Die Blickrichtung kann einen wichtigen Indikator für den aktuellen kognitiven
Aufmerksamkeitsfokus darstellen (Auge-Geist-Hypothese; Just & Carpenter, 1976), wo-
bei visuelle Aufmerksamkeitsprozesse von verschiedenen Faktoren beeinusst werden:
Einussfaktoren, die auf visuelle Eigenschaen der betrachteten Objekte und Perso-
nen zurückzuführen sind, werden als Bottom-Up-Faktoren umschrieben (Kaspar, 2013).
Im Lehrkontext können dies z. B. Bewegungen der Lernenden oder die Gestaltung von
Lernräumen sein (Rüth, 2017). Im Gegensatz dazu zählen zu den Top-Down-Faktoren
all jene Einussfaktoren, die unabhängig von der betrachteten Umgebung wirken, z. B.
emotionale Zustände oder zeitinvariante Persönlichkeitseigenschaen der Betrachten-
den (Kaspar & König, 2012), die aktuell verfolgte Aufgabe (Kaspar, 2013) und im Kon-
text der Klassenführung die Expertise der Lehrperson (Cortina et al., 2015). Grund-
sätzlich wird das Blickverhalten jederzeit von Bottom-Up- und Top-Down-Faktoren
beeinusst, wobei deren relativer Anteil situationsabhängig variieren kann.
Die visuelle Aufmerksamkeit ist für Lehrpersonen insbesondere im Hinblick auf
die Fähigkeit der professionellen Unterrichtswahrnehmung relevant (Lachner et al.,
2016). Damit ist üblicherweise die Fähigkeit gemeint, Unterrichtsereignisse zu bemer-
ken (Noticing) sowie diese beschreiben, erklären und vorhersagen zu können (Reason-
ing, vgl. Seidel & Stürmer, 2014). Insofern überrascht es nicht, dass Videograe als ge-
eignetes Werkzeug verstanden wird, um diese Aspekte professioneller Wahrnehmung
zu schulen und zu testen. Das Konzept des Noticing wird zwar o über Aufmerk-
samkeitsprozesse deniert, z. B. „Noticing describes whether teachers pay attention
to events that are of importance for teaching and learning in classrooms, for exam-
ple, inuencing student learning in a positive or negative way“ (Seidel & Stürmer, 2014,
S. 742). Allerdings werden grundsätzliche Prozesse der visuellen Aufmerksamkeit sel-
ten explizit thematisiert oder gar methodisch adressiert. Daher bedarf es unserer Ein-
schätzung nach einer Methode, die sowohl visuelle Aufmerksamkeitsprozesse messen
als auch die fehlende Ich-Perspektive bereitstellen kann.
2. Die Methode im Einsatz
Durch mobiles Eye-Tracking wird sowohl die Umgebung aus der Ich-Perspektive als
auch das zugehörige Blickverhalten der Nutzenden zugänglich. Grundsätzlich regis-
trieren beim Eye-Tracking ein oder zwei kleine Kameras die Pupillenposition von ei-
nem oder beiden Augen sowie optional auch die Hornhaut-Reexion zweier Infrarot-
Lichtstrahlen für eine noch höhere räumliche Genauigkeit. Beim mobilen Eye-Tracking
sind die Kameras an einem Brillengestell befestigt (mit Unterschieden in Ausführung
und Kosten je nach Herstellerrma). Wie Abbildung 1 zeigt, ist die Methode in unter-
schiedlichen Szenarien (A bis C) einsetzbar, wobei sich der Einsatz grob in sieben Pha-
sen untergliedern lässt:
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1) Planung und Setup: In der ersten Phase sind folgende Fragen zu beantworten:
– Welche Unterrichtsphasen sollen analysiert werden (z. B. vordenierte Schlüs-
selmomente oder ganze Unterrichtseinheiten)? Welche Unterrichtshandlungen,
Inter aktionen und fachspezischen Anforderungen sind geplant oder zu erwar-
ten?
– Sind zusätzliche Aufnahmen wie eine Außenperspektive durch herkömmliche
Videograe oder hochwertige Audioaufnahmen geplant? Welche Unterstützung
wird bei der Erhebung (z. B. Kalibrierungsprozedur oder Kameraführung) und
Auereitung von Video- oder Audiodaten benötigt (z. B. Synchronisation von
Ich- und Außenperspektive)?
– Sind alle Hardwarekomponenten verfügbar? Benötigt werden insbesondere Eye-
Tracker, Steuerungs- und Aufnahmeeinheit inklusive bequemer und stabiler
Halterung und Akkus, ein Computer für die spätere Datenanalyse beziehungs-
weise -präsentation, Kalibrierungsmarker, Kabel, Reinigungstücher für die Ka-
meras oder auch Abschminkmittel, da starkes Schminken von Augen oder Wim-
pern die Erkennung der Pupillen durch die Augenkameras behindern kann.
Abbildung 1: Die Phasen (1) bis (7) für den Einsatz von mobilem Eye-Tracking in drei ausgewählten Szenarien
(A bis C).
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– Ist die Soware einsatzbereit und funktionsfähig, sodass sie alle notwendigen
Funktionen für die anvisierte Datenanalyse und -präsentation bietet?
– Wurde ausreichend Routine in Vortests gesammelt, sodass die Performanz der
Nutzenden in der eigentlichen Unterrichtssequenz möglichst wenig beeinusst
wird? Vortests beinhalten das Aufsetzen des Eye-Trackers, die Verkabelung, das
Einstellen der Umgebungs- und Augenkameras, die Kalibrierung sowie die Ver-
wendung und Einstellungsmöglichkeiten der Soware. Vorab sollten die Lauf-
zeit der Akkus, die Lichtverhältnisse im Raum und die Qualität der Videos (ist
die Umgebung gut erkennbar?) sowie die Güte der Kalibrierung/Validierung an-
hand der Blickpositionen geprü werden (z. B., indem gezielt Gegenstände im
Raum betrachtet werden).
– Wurden die notwendigen Einverständniserklärungen von allen Personen einge-
holt, die auf den Video- oder auch Audioaufzeichnungen zu sehen oder zu hö-
ren sein werden?
2) Kalibrierung: Entscheidend für genaue Messungen des Blickverhaltens ist eine
sorgfältige Kalibrierung des Eye-Tracking-Systems. Häug werden dazu an ver-
schiedenen Punkten im Sichtfeld Fixationsmarkierungen (Marker) gezeigt, die von
der betrachtenden Person xiert werden. So kann das System die Ausrichtungen
des Auges mit den entsprechenden Positionen des Markers in Verbindung brin-
gen. Bei mobilem Eye-Tracking wird der Marker nach Beginn der Datenerhebung
an verschiedenen Raumpositionen gezeigt, z. B. von einer assistierenden Person, die
den Marker in den Händen hält und durch das Sichtfeld bewegt.
3) Unterrichtssequenz: Die Methode ist geeignet für den Frontalunterricht (A und B)
und kann mit einer Außenperspektive kombiniert (B) oder in Szenarien mit Grup-
penarbeit (C) eingesetzt werden. Im Vergleich zum Frontalunterricht können Leh-
rende bei Gruppenarbeiten zusätzliche Einüsse von dynamischen Perspektiv- und
Positionswechseln auf visuelle Aufmerksamkeitsprozesse erkennen.
4) Validierung (empfohlen): Bevor die Datenerhebung endet, wird zur Validierung
der Daten der Marker erneut an mehreren Positionen im Sichtfeld gezeigt. Mittels
Kalibrierung und Validierung soll die Validität (Messwerte entsprechen der tatsäch-
lichen Blickrichtung) und Verlässlichkeit (wiederholte Blickrichtungen haben diesel-
ben Messwerte) der Daten sichergestellt werden.
5) Evaluation und/oder Pause (optional): Eine Evaluation der Unterrichtssequenz di-
rekt im Anschluss kann sinnvoll sein, ebenso eine Evaluation der Eye-Tracking-Me-
thode durch Lehrende und Lernende (siehe unten). Eine Pause kann dazu dienen,
vor einer späteren Reexionsphase zum Unterrichtsgeschehen etwas Abstand zu er-
halten oder vor einer weiteren Unterrichtssequenz erneut zu kalibrieren.
6) Datenauereitung und -analyse: Im einfachsten Fall wird in einer späteren Re-
exionsphase nur die Videoaufzeichnung der Umgebungskamera (Ich-Perspek-
tive) mit einer darübergelegten Blickbewegungsaufzeichnung genutzt, sodass die
zeiträumliche Verschiebung des Aufmerksamkeitsfokus visualisiert und zum Gegen-
stand der Unterrichtsreexion gemacht wird. Für die Präsentation von Ausschnit-
ten aus Unterrichtssequenzen oder für einen Vergleich von Ich- und Außenperspek-
tive ist eine umfangreichere Auereitung notwendig (z. B. Synchronisierung und
Schnitt). Die Rohdaten können auch über eine geeignete Auswertungssoware sta-
tistisch tiefergehend auereitet und (später) analysiert werden, beispielsweise hin-
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sichtlich der Fixationsdauer auf denierten Umgebungsbereichen in Abhängigkeit
der Lehrexpertise.
7) Datenpräsentation und Reexion: Lehrende können anhand der Ich-Perspektive
inklusive Blickbewegungen retrospektiv reektieren, ob und inwiefern sie spezi-
sche Unterrichtsereignisse bemerkt haben und wodurch sie sich womöglich haben
ablenken lassen. Optional kann die Reexionsphase aufgezeichnet werden, um via
Metareexion das eigene Reexionsverhalten videobasiert zu analysieren (A). Die-
se Variante ist auch kombinierbar mit einem Vergleich der Reexionsgüte auf Basis
der Ich- versus Außenperspektive auf das Unterrichtsgeschehen (B). Letztere Form
ist insbesondere für die Abschätzung des Mehrwerts interessant, den die Eye-Tra-
cking-Methode gegenüber der herkömmlichen Videograe bieten könnte. Diese Er-
weiterungen sind auch für Gruppenarbeit (C) denkbar, sodass die dargestellten Sze-
narien kombinierbar sind.
3. Bewertung der Methode im Einsatz
Um abzuschätzen, wie die Nutzung von mobilem Eye-Tracking in der hochschuli-
schen Lehre wahrgenommen wird, befragten wir Dozierende (n = 4) und Studierende
(n =43) nach einer Unterrichtssequenz mit mobilem Eye-Tracking (Phase 5). Zur Be-
wertung des Eye-Trackers nutzten wir den AttrakDi 2 (Hassenzahl et al., 2003), der
in Form eines semantischen Dierentials die wahrgenommene Attraktivität (z. B. häss-
lich vs. schön), die hedonischen Qualitäten „Identität“ (z. B. ausgrenzend vs. einbezie-
hend) und „Stimulation“ (z. B. innovativ vs. konservativ) sowie die pragmatische Qua-
lität (z. B. widerspenstig vs. handhabbar) des Eye-Trackers erfasst. Zusätzlich befragten
wir alle Personen oen.
Wir baten die Dozierenden, eine viertelstündige Präsentation vor Studierenden
während ihrer regulären Veranstaltungen zu halten. Dabei erfassten wir via mobilem
Eye-Tracking die Ich-Perspektive und das Blickverhalten. Die Dozierenden bewerte-
ten den Eye-Tracker auf einer 7-stugen Skala (1 bis 7) im Mittel leicht überdurch-
schnittlich (M ≥ 4.21) auf allen vier Bewertungsdimensionen des AttrakDi 2. Die Stu-
dierenden bewerteten den Aspekt der Stimulation überdurchschnittlich (M = 4.94,
SD = 0.64, p < .001) sowie Identität (M = 4.13, SD = 0.69, p = .218) und Attraktivi-
tät durchschnittlich (M = 3.85, SD = 0.64, p = .132). Die qualitativen Befragungsdaten
zeigten, dass die Studierenden den Eye-Tracker gar nicht (79%) oder hauptsächlich zu
Beginn des Vortrags als ablenkend (5%) oder etwas ablenkend (16%) wahrgenommen
hatten. Die meisten Studierenden (74%) verneinten zudem, dass der Eye-Tracker sie
anderweitig beeinusst hatte. Den Dozierenden el bei der Nutzung mehrheitlich auf,
dass sie den Eye-Tracker insbesondere zu Beginn ihres Vortrags noch spürbar wahrge-
nommen hatten (75%), was sich durch Gewöhnung jedoch einstellte (75%).
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Einsatz von mobilen Eye-Trackern
in Lehrveranstaltungen weder bei den Nutzenden noch bei einem studentischen Pu-
blikum zu bedeutsamen Irritationen oder gar Unannehmlichkeiten führt, sondern von
Studierenden eher als stimulierend wahrgenommen wurde. Inwieweit die tatsächli-
che Performanz von Lehrenden sowie die Lernleistung von Lernenden beeinusst sein
könnten, bleibt noch zu zeigen.
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Perspektivisch bietet der Einsatz von mobilem Eye-Tracking neue Lerngelegenhei-
ten durch die videobasierte Analyse von Blickbewegungen: So könnte der Reexions-
fokus stärker auf die Ich-Perspektive der Lehrperson verschoben werden, im Kontrast
zum beobachtbaren Verhalten, welches in der normalen Videograe im Fokus steht
(vgl. Gaudin & Chaliès, 2015). Während bekannt ist, dass erfahrene im Vergleich zu
unerfahrenen Lehrenden den Klassenraum visuell eher ganzheitlich erfassen (Cortina
et al., 2015), könnte durch die Analyse der Ich-Perspektive im Rahmen der Ausbildung
und Weiterbildung trainiert werden, wie (angehende) Lehrende ihre selektive Aufmerk-
samkeit eektiv und ezient einsetzen können. Nicht zuletzt kann mobiles Eye-Tra-
cking von Lehrenden und Lernenden in weiteren Anwendungsszenarien und über den
Bereich der professionellen Unterrichtswahrnehmung hinaus genutzt werden, z. B. zur
Evaluation und Optimierung visueller Lehr-Lern-Materialien wie Tafelbildern, Arbeits-
blättern und Präsentationen sowie der Lernräume, in denen diese zum Einsatz kom-
men (Rüth, 2017).
Förderhinweis
Das diesem Beitrag zugrunde liegende Vorhaben „Zukunsstrategie Lehrer*in nen-
bildung (ZuS)“ wird im Rahmen der gemeinsamen „Qualitätsoensive Lehrerbildung“
von Bund und Ländern aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und For-
schung unter dem Förderkennzeichen 01JA1815 gefördert. Die Verantwortung für den
Inhalt dieser Veröentlichung liegt bei den Autoren.
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Print-ISBN 978-3-8309-4246-7
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