Abstract

Im vorgestellten Projekt wurde ein spielerischer Onlinekurs für eine Hochschul-Lehrveranstaltung konzipiert, umgesetzt und evaluiert. Der Kurs verfolgt das Ziel, Studierende durch Gamification, d. h. den Einsatz von Spielelementen, zum kontinuierlichen Lernen und Üben zu motivieren. Hierzu versetzt er Studierende in eine märchenhafte Spielwelt in der sie als Kriegerinnen und Krieger den inneren Schweinehund, verkörpert durch den wolfsähnlichen Widersacher „fieser Köter“, bekämpfen müssen. Durch regelmäßiges Üben konnten neue Kursinhalte freigeschaltet werden, das Aufschieben des Lernens bewirkte hingegen, dass der innere Schweinehund begann, Kursinhalte zu vernichten. Weitere spielerischen Elemente wie Quests, Levels, Leaderboard, Auszeichnungen, die Story und das Tutorial sorgten für zusätzliche Motivation. Die Auswertung mit Learning Analytics zeigte, dass es gelang, einen großen Teil der Studierenden zu motivieren, freiwillig und kontinuierlich zu lernen. Der Kurs wird nun an der Technischen Hochschule seit dem Sommersemester 2015 durchgehend angeboten. Die verwendeten Gamification-Konzepte eignen sich zudem gut für die Übertragung auf andere Lehrveranstaltungen, wie dies gelingen kann soll zukünftig erforscht werden.

Zielgruppe Studierende der Informatik und Medieninformatik im zweiten Fachsemester
Laufzeit 01/2015 – 08/2015

Projektvorstellung

Ein wesentliches Kennzeichen der Lehre an Hochschulen ist, dass Studierende gefordert sind, Lerninhalte eigenverantwortlich und selbstgesteuert vor- und nachzubereiten. Gerade zu Beginn des Studiums fällt das jedoch vielen Studierenden schwer. An der Fakultät Informatik der Technischen Hochschule wird dies in anspruchsvollen Grundlagenfächern, wie der „Theoretischen Informatik“, deutlich. Anstelle der vorgesehenen 4 Stunden[1] eigenverantwortliche Vor- und Nachbereitung pro Woche investierten Studierende im Sommersemester 2014 durchschnittlich gerade einmal 2,2 Stunden[2]. Weil die Lerninhalte nicht regelmäßig nachbereitet wurden, fiel es vielen Studierenden schwer, den Inhalten der Vorlesung zu folgen und fortgeschrittene Inhalte zu verstehen. Laut dem Prokrastinationsforscher Steel (2007, S. 65) ist solches Aufschiebeverhalten unter Studierenden weit verbreitet: 80 bis 95 Prozent der Studierenden sind betroffen und leiden unter den negativen Folgen dieses Verhaltens.

Ein neuartiger Ansatz zur Steigerung der Motivation ist der Einsatz von Gamification, d. h. die Anwendung spieltypischer Elemente in spielfremden Kontexten (Deterding, Khaled, Nacke & Dixon, 2011). In deutschen Hochschulen wird Gamification bisher nur sehr vereinzelt eingesetzt, bei vielen Unternehmen ist es hingegen längst üblich. So verkauft beispielsweise Nike seine Sportprodukte gemeinsam mit gamifizierten Apps wie Nike+ und dem Fitnessarmband Nike+ Fuelband, um die Motivation zum Training zu steigern. Dass sich Gamification auch für die Lehre und das Lernen sehr gut eignet, zeigen zahlreiche Forschungsprojekte meist amerikanischer Hochschulen und Universitäten, die Dicheva, Dichev, Agre & Angelova (2015) und Hamari, Koivisto & Sarsa (2014) in zwei Überblicksstudien zum Forschungsstand von Gamification zusammenfassen.

In diesem Projekt wurde der Einsatz von Gamification in der Hochschullehre untersucht. Ausgehend von motivationspsychologischen Konzepten und Theorien wurde ein semesterbegleitender E-Learning Kurs für die Lehrveranstaltung Theoretische Informatik an der Technischen Hochschule Nürnberg konzipiert, umgesetzt und evaluiert. Die Theoretische Informatik gilt als anspruchsvoll und hat mit durchschnittlich 38 Prozent[3] eine hohe Durchfallquote. Nach Einschätzung der lehrenden Professoren entstehen viele der Schwierigkeiten in diesem Fach dadurch, dass die Lehrinhalte erst kurz vor der Prüfung gelernt werden. Die Zielsetzung des Kurses war es deshalb, Studierende durch Gamification zum kontinuierlichen Lernen der fachlichen Grundlagen, über das gesamte Semester hinweg, zu motivieren. Das Konzept berücksichtigt die Verzahnung mit bestehenden Angeboten (Vorlesungen, Übungen und Tutorien). Zur Durchführung wurde das Lernmanagementsystem Moodle für Gamification anpasst und erweitert. Die Plattform wurde für Mobile Learning optimiert, damit Studierende den Kurs auch mit Smartphones und Tablets nutzen können. Außerdem wurden Learning Analytics eingesetzt, um Lernfortschritte und Wissenslücken sichtbar zu machen. Der Kurs wurde im Sommersemester 2015 erstmals durchgeführt. Im Rahmen der Durchführung wurde erforscht, ob und wie es durch den Einsatz von Gamification gelingen kann, Studierende zum freiwilligen Üben zu motivieren. Nachfolgend werden die didaktische Konzeption, die Umsetzung und die Ergebnisse dieses Projektes vorgestellt.

Didaktische Konzeption

Die Theoretische Informatik ist eine Pflichtveranstaltung der Studiengänge Informatik und Medieninformatik im zweiten Studiensemester. Neben der vierstündigen[4] Vorlesung, den zweistündigen Übungen und dem Tutorium wurde im Sommersemester 2015 erstmals der zusätzliche Begleitkurs angeboten (siehe Tabelle 1).

  Vorlesungen Übungen Tutorien Begleitkurs (Neu!)
Umfang                       4 SWS 2 SWS 2 SWS Ca. 2 SWS
Pflicht? Ja Ja Nein Nein
Zweck Vermittlung der Lehrinhalte Anwendung der Lehrinhalte an

Übungsaufgaben

Klärung von Fragen und individuelle Unterstützung Kontinuierliches Üben der Grundlagen über das gesamte Semester

Tabelle 1: Abstimmung von Vorlesungen, Übungen, Tutorien und der Begleitkurs

Der Fokus des Kurses liegt darauf, Studierende dabei zu unterstützen, über das gesamte Semester die Inhalte der Vorlesungen und Übungen zu üben und auf diese Weise kontinuierlich nachzubereiten. Hierzu enthält der Kurs über 250 Übungsaufgaben, die auf die Inhalte der Lehrveranstaltung abgestimmt wurden. Dem Aufbau und der Abfolge der Übungsaufgaben liegt das Konzept des Mastery Learning (Bloom, 1968) zu Grunde, d. h. die Studierenden müssen ein bestimmtes Leistungsziel „meistern“, um Zugriff auf darauf aufbauende Lerneinheiten zu erhalten. Durch dieses Vorgehen wird die Passung der Aufgabenschwierigkeit zu den Fähigkeiten der einzelnen Studierenden sichergestellt und das Auftreten des lernförderlichen Flow-Zustandes, bei dem Lernende völlig in eine Aufgabe eintauchen (vgl. Schiefele & Streblow, 2005, S. 50), begünstigt.

Der Mehrwert des Kurses besteht darin, die teilnehmenden Studierenden durch Gamification zu motivieren, das Lernen nicht aufzuschieben, sondern die bereitgestellten Lerninhalte und Aufgaben regelmäßig zu üben. Hierzu kommen zahlreiche Gamification-Elemente zum Einsatz, die im folgenden Abschnitt ausführlich vorgestellt werden. Der Kurs stellte keinen Ersatz für die bereits bestehenden Veranstaltungen dar, da in diesen der gemeinsame Wissenserwerb im Vordergrund steht. Stattdessen unterstützt er die Studierenden bei der Strukturierung und Durchführung des individuellen Lernens. Er ermöglicht es zudem, den eigenen Lernstand besser einzuschätzen und hilft den Tutoren dabei, Problemgebiete zu identifizieren, um diese in den Tutorien erneut zu erklären.

 

Einsatz und Umsetzung von Gamification

Der Kurs versetzt die Studierenden in eine Fantasiewelt, in der sie in die Rolle einer Kriegerin bzw. eines Kriegers schlüpfen und das semesterbegleitende Lernen als epischen Kampf gegen den inneren Schweinehund „Fieser Köter“ erleben. Im Laufe des Kurses können die Teilnehmenden neue Lerninhalte und Kapitel der Kursgeschichte freischalten. Um die Immersion in die Spielwelt zu erhöhen, wird Spielästhetik eingesetzt, d. h. die Lernumgebung verwendet eine spielerische Gestaltung und Aufmachung und spricht die Lernenden persönlich als Kriegerinnen und Krieger an. Der Kurs besteht aus insgesamt vierzehn Levels mit den Inhalten der Lehrveranstaltung (siehe Abbildung 2). Er wurde so konzipiert, dass in jeder Woche ein Level zu bearbeiten ist.


Abbildung 2: Levelüberblick mit Terminplan

Abbildung 3 zeigt den Aufbau eines typischen Levels, bestehend aus einem Abschnitt der Story, ca. drei bis fünf Aufgaben (Quests) und optionalen Zusatzmaterialien. Innerhalb der Level erfüllen Sterne die Funktion einer Spielwährung. Bis zu drei davon können in jedem Level durch den erfolgreichen Abschluss von Quests verdient werden. Je mehr Sterne in einem Level erreicht wurden, desto mehr Aufgaben und zusätzliche Materialien werden freigeschaltet.

Abbildung 3: Ein Level des Begleitkurses

Die Quests enthalten Übungsaufgaben und werden, basierend auf der revidierten Taxonomie von Bloom (2002), in Grundlagen und Anwendung unterteilt[5]. Zusätzlich werden Wiederholungsquizze für vergangene Level angeboten. Zu Beginn eines neuen Levels sind nur wenige Lerninhalte zugänglich, erst durch das Verdienen von Sternen werden weitere Inhalte freigeschaltet. Zusätzlich wurde die motivierende Wirkung von Deadlines genutzt: Studierende mussten innerhalb jeder Kurswoche mindestens zwei Sterne rechtzeitig erreichen, um den Widersacher „Fieser Köter“ in Schach zu halten. Gelang ihnen das nicht, so wurde ein kleiner Teil der Lernmaterialien „gefressen“ und war dauerhaft verloren.

 

Abbildung 4 zeigt welche weiteren Gamification-Elemente im Kurs zum Einsatz kamen:

  • Tutorial: Der erste Level des Kurses umfasste ein Tutorial. In diesem lernten die Studierenden die Lernumgebung spielerisch kennen und wurden in die Geschichte des Kurses eingeführt.
  • Auszeichnungen: Für den erfolgreichen Abschluss von thematischen Einheiten wurden digitale Auszeichnung verliehen. Die gesammelten Auszeichnungen wurden dem Spielerprofil hinzugefügt und dort angezeigt.
  • Leaderboard: Das Leaderboard listete die besten Teilnehmenden des Kurses auf und würdigte damit deren Leistung. Die Teilnehmenden konnten im Spielerprofil wählen, ob sie am Leaderboard teilnehmen möchten.
  • Fortschrittsanzeige: Ein Fortschrittsbalken gab einen Überblick über den kursweiten Fortschritt und motivierte Studierende dazu, keine Lernlücken entstehen zu lassen.

 

Tutorial

Fortschrittsanzeige

Leaderboard

 Auszeichnungen

Abbildung 4: Weitere im Kurs verwendete Gamification-Elemente

Umsetzung

Die Umsetzung erfolgte auf Basis des Open-Source Lernmanagementsystems Moodle. Die Lernumgebung wurde durch die Verwendung von bestehenden und eigenen Erweiterungen, sowie durch spieltypische Grafiken und Schriftarten für den Einsatz im Bereich Gamification angepasst. Dank der Unterstützung der stud. Hilfskräfte Jonas Mayer, Anna-Lena Müller und Maximilian Rüthlein konnten über 250 Quizfragen sowie zahlreiche Aufgaben entwickelt werden, die als fachlicher Kursinhalt dienen.

Ergebnisse

Der Kurs wurde von 73 Teilnehmenden und damit von rund drei Viertel der in den Vorlesungen anwesenden Studierenden genutzt. Um die Wirkweise und Wirksamkeit des Kurses einzuschätzen, wurden die Logdaten anonymisiert ausgewertet und eine umfangreiche Onlinebefragung durchgeführt. Die erreichte Punktzahl ist ein geeigneter Indikator für den erreichten Lernerfolg, da innerhalb der Quests jede korrekt beantwortete Frage mit Punkten belohnt wurde. Es waren maximal 1029 Punkte erreichbar, die mittlere Punktzahl betrug 607 Punkte[6]. Pro Level bestanden durchschnittlich 43 Studierende einen Großteil der Übungsinhalte und verdienten damit mindestens zwei Sterne. Diese Zahl ist im Vergleich zu anderen freiwilligen Angeboten als sehr hoch einzuschätzen[7]. Insgesamt wurden 44.378 Punkte erreicht und weit mehr als 10.000 Mal die Quizfragen gespielt.

Die Teilnehmenden bewerteten den Kurs sehr positiv und schätzten die meisten der eingesetzten Gamification-Elemente als motivierend ein. Als besonders wirksam zeigte sich das Freischalten von Lernmaterial, die Visualisierung des Fortschrittes und die Aufmachung des Kurses.

Um die Lernaktivität im zeitlichen Verlauf zu untersuchen, wurde erfasst, in welcher Semesterwoche wie viele Quests gestartet wurden. Innerhalb des Semesterverlaufes blieb die Lernaktivität, wie Abbildung 5 zeigt, relativ konstant, d. h. das Lernen fand semesterbegleitend und kontinuierlich statt. Anders als bei nicht gamifizierten Übungsangeboten nahm die Teilnahme auch im späteren Verlauf kaum ab. Passend dazu stimmten der Aussage „Der Kurs half mir beim kontinuierlichen Lernen dran zu bleiben“ in der abschließenden Evaluation 93 Prozent der teilnehmenden Studierenden zu oder eher zu.


Abbildung 5: Gestartete Quests pro Kurswoche

Um zu erforschen, ob die Kursteilnahme tatsächlich mit dem Einsatz von Gamification zusammenhängt, wurden in der Pfingstwoche (KW21) in einem Level alle Gamification-Elemente entfernt. In dieser Woche sank die Teilnahme um mehr als zwei Drittel – ein Indikator dafür, dass die hohe Lernaktivität tatsächlich auf den Einsatz von Gamification zurückzuführen war[8]. Die Klausur im Sommersemester 2015 fiel mit einer Nichtbestehensquote von nur 15 Prozent sehr viel besser aus als in den Vorjahren. Dort lag die Nichtbestehensquote zwischen 21 und 65 Prozent mit einem Durchschnitt von 38 Prozent. [Update vom 10/2017]: Auch im Sommersemester 2016 und 2017 fielen die Nichtbestehensquoten mit 8%, bzw. 17%, sehr niedrig aus.

Ausblick

Durch das Projekt konnte gezeigt werden, dass sich Gamification gut eignet, um Studierende zum kontinuierlichen Lernen zu motivieren. Die meisten Studierenden schätzen diese Unterstützung sehr, einige wünschten sich gar vergleichbare Kurse für alle Lehrveranstaltungen. Da es sich bei dem erstellen Kurs um einen reinen Onlinekurs handelte, kann dieser mit geringem Aufwand jedes Semester erneut angeboten werden. Das Konzept des Kurses ist zudem nicht auf die Informatik begrenzt, sondern kann auf unterschiedlichste Veranstaltungen übertragen werden. Aus diesem Grund ist geplant, das Kursformat zukünftig zu verbreiten und weitere Einsatzmöglichkeiten für Gamification zu erforschen.

Literaturverzeichnis

Bloom, B. S. (1968). Learning for mastery,(UCLA-CSEIP) The Evaluation Comment. All our children learning. London: McGraw-Hill (Vol. 1, No. 2). Zugriff am 31.08.2015. Verfügbar unter http://programs.honolulu.hawaii.edu/intranet/sites/programs.honolulu.hawaii.edu.intranet/files/upstf-student-success-bloom-1968.pdf

Deterding, S., Khaled, R., Nacke, L. & Dixon, D. (2011). Gamification: Toward a Definition. In  CHI 2011 Gamification Workshop Proceedings (S. 1-4). Vancouver, BC, Canada. Zugriff am 15.05.2015. Verfügbar unter http://gamification-research.org/wp-content/uploads/2011/04/02-Deterding-Khaled-Nacke-Dixon.pdf

Dicheva, D., Dichev, C., Agre, G. & Angelova, G. (2015). Gamification in Education: A Systematic Mapping Study.

Hamari, J., Koivisto, J. & Sarsa, H. (2014). Does Gamification Work? ‐ A Literature Review of Empirical Studies on Gamification. In  System Sciences (HICSS), 2014 47th Hawaii International Conference on (S. 3025-3034). Zugriff am 19.01.2015. Verfügbar unter http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6758978

Krathwohl, D. R. (2002). A Revision of Bloom’s Taxonomy: An Overview. Theory Into Practice, 41 (4), 212-218. Zugriff am 31.08.2015. Verfügbar unter http://dx.doi.org/10.1207/s15430421tip4104_2

Schiefele, U. & Streblow, L. (2005). Intrinsische Motivation – Theorien und Befunde. In R. Vollmeyer & J. Brunstein (Hrsg.), Motivationspsychologie und ihre Anwendung (1. Aufl, S. 39-58). Stuttgart: Kohlhammer.

Steel, P. (2007). The nature of procrastination: a meta-analytic and theoretical review of quintessential self-regulatory failure. Psychological bulletin, 133 (1), 65.


Fußnoten

[1] Quelle: Modulhandbuch der Informatik und Medieninformatik, abgerufen am 04.11.2016.

[2] Quelle: Von Studierenden berichteter wöchentlicher Arbeitsaufwand in der Evaluation des Sommersemesters 2014 bei Prof. Dr. Fuhr.

[3] Quelle: Prüfungen der Sommersemester 2010-2014

[4] Gemeint sind Semesterwochenstunden je 45 Minuten.

[5] Unter Grundlagen wurden die ersten beiden Stufen „Erinnern“ und „Verstehen“ zusammengefasst. „Anwendung“ entspricht der gleichnamigen dritten Stufe der revidierten Taxonomie.

[6] Die Standardabweichung beträgt SD=306 und zeigt, dass die Verteilung der erreichten Punkte erwartungsgemäß schwankt.

[7] Bisherige freiwillige Angebote wurden häufig nur von einer einstelligen Prozentzahl der Studierenden wahrgenommen.

[8] Es ist möglich, dass die geringe Teilnahme auch dadurch verstärkt wurde, dass Studierende sich in vorlesungsfreien Wochen grundsätzlich weniger beteiligen. Gegen diese Annahme spricht aber, dass über die Osterfeiertage kein vergleichbarer Nutzungseinbruch erkennbar war.