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Gamification of a Physics Simulation Tool

Written by Anonymous

Paper category

Master Thesis

Subject

Computer Science

Year

2018

Abstract

Masterarbeit: Gamification - die Verwendung von Spielelementen in nicht spielerischen Kontexten - hat sich als wirksames Mittel erwiesen, um unterhaltsamere und ansprechendere Benutzererfahrungen zu schaffen. Viele Anwendungen der Gamifizierung stützen sich auf eine begrenzte Anzahl von Spielelementen wie Punkte, Abzeichen und Leaderboards - Techniken, die kritisiert wurden, weil sie nicht repräsentativ für das sind, was Spiele unterhaltsam macht. Die psychologische Forschung legt nahe, dass Menschen am effektivsten durch Faktoren motiviert werden, die ihre persönliche Zufriedenheit ansprechen, z. B. Spaß, und nicht durch externe Faktoren wie Belohnungen und Preise. In dieser Arbeit wird die Verwendung von Spieldesign-Elementen und verwandten 3D-Technologien bei der Entwicklung eines Werkzeugs für die Konstruktion und Simulation von physischen Modellen untersucht. Die Implementierung eines solchen Tools wird beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf der Integration von Spieldesign-Elementen liegt, die ein unterhaltsames und fesselndes Erlebnis für den Benutzer schaffen. Es wird eine Studie durchgeführt, um die Auswirkungen der Verwendung von Spielelementen auf das Vergnügen der Benutzer bei der Interaktion mit dem Simulationswerkzeug zu ermitteln. Es wurde festgestellt, dass Spielelemente zu einer angenehmen Benutzererfahrung beitragen können, indem sie Themen ansprechen, mit denen sich die Benutzer identifizieren können und die kontextuell für die Anwendung geeignet sind. Die zunehmende Rechenleistung moderner Computer hat dazu geführt, dass fortschrittliche wissenschaftliche Simulations-/Visualisierungstools für die breite Öffentlichkeit zugänglich sind, aber der Einsatz interaktiver Simulationen im naturwissenschaftlichen Unterricht hat sich nur langsam durchgesetzt. Wieman und Perkins [36] sind entschiedene Befürworter des Einsatzes interaktiver Simulationen als Lehrmittel in den Naturwissenschaften und argumentieren, dass herkömmliche Formen des Unterrichts den Schülern kein Verständnis für die Naturwissenschaften vermitteln, da sie ihr Interesse an dem Thema unterdrücken und sie nicht mitreißen können. Wieman und Perkins argumentieren, dass interaktive Simulationen eine wirksame Ergänzung zu den traditionellen Medien im naturwissenschaftlichen Unterricht sind - eine Idee, die durch die Forschung über den Einsatz von Simulationswerkzeugen zur Einbindung von Hochschulstudenten unterstützt wird [24]. Nach Wieman und Perkins sind die wichtigsten Merkmale eines ansprechenden interaktiven Simulationswerkzeugs:-Hochgradig interaktive Animationen-Ansprechende Umgebung und anspruchsvolle Grafiken-Einfache und intuitive Steuerung-Verbindungen zu realen Objekten [36, S. 291]Dymola ist eine Umgebung für die Modellierung und Simulation komplexer physikalischer Systeme aus verschiedenen technischen Bereichen [20]. Über eine JavaScript-Schnittstelle ermöglicht Dymola dem Benutzer, Modelle in einer browserbasierten Anwendung zu spezifizieren und zu simulieren, wobei neue Funktionen bereitgestellt oder vorhandene Funktionen ausgeblendet werden können, was die Entwicklung neuer Werkzeuge erleichtert. Während Dymola eine komplexe Anwendung ist, die sich an professionelle Benutzer mit Erfahrung in der Programmierung in der Modelica-Sprache [19] richtet, auf der die Modelle basieren, ermöglicht die JavaScript-Schnittstelle Tools, die sich an weniger erfahrene Benutzer, wie z. B. Studenten, richten, die Vorteile der Simulationsfähigkeiten von Dymola in einer einfacheren Umgebung zu nutzen.Die Forschung zeigt, dass eine wirksame Methode zur Förderung des Engagements und des Interesses der Benutzer an Lernumgebungen die Einbeziehung von Elementen aus digitalen Spielen ist [30]. Die Verwendung von Spielelementen in anderen Kontexten, in der Regel als "Gamification" bezeichnet, ist in den letzten Jahren ein zunehmend populäres Forschungsthema, wobei viele Studien ihre Prinzipien in einem Bildungskontext anwenden [12, 31]. Die erklärte Motivation für den Einsatz von (digitaler) Gamification ist häufig die Erhöhung des Nutzerengagements und folglich der Nutzerbindung in Softwaresystemen [9]. Es wurden nur wenige Versuche unternommen, eine formale Definition von Gamification zu erstellen, und die meisten der verfügbaren Forschungsarbeiten über Gamification scheinen auf der Definition von Deterding et al. zu basieren [9]: "Gamification" ist die Verwendung von Spiel-Design-Elementen in Nicht-Spiel-Kontexten.Huotari und Hamari [14] versuchen, Gamification aus einer Marketing-Perspektive zu definieren - ein Werkzeug, das die Wertschöpfung erleichtert. Ihre Auffassung von Gamification befasst sich mit Anwendungen, die dieselbe Art von psychologischen und verhaltensbezogenen Reaktionen hervorrufen wie Spiele, wohingegen der Schwerpunkt von Deterding et al. auf der Verwendung von Spielelementen in einer Anwendung und nicht1 als auf das Ergebnis [12]. Deterding et al. kritisieren, dass die Definition von Huotari und Hamari zu eng gefasst ist und die sozialen und erlebnisorientierten Aspekte von Spielen zu kurz kommen. Nichtsdestotrotz ist die Verwendung von Gamification als Marketinginstrument populär geworden, wobei Befürworter wie Gabe Zichermann die Idee der Verwendung von Gamification für das Marketing enthusiastisch unterstützen [40]. Das Buch von Zichermann und Linder "Game-based Marketing. Inspire CustomerLoyalty Through Rewards, Challenges and Contests" [42] beschreibt, wie Gamemechanik für das Marketing eingesetzt werden kann, wobei der Schwerpunkt auf Punkten, Ranglisten und Belohnungen liegt.Die begrenzte Anzahl von Spielelementen, die in der angewandten Gamification-Forschung verwendet werden, hat Kritik auf sich gezogen, insbesondere aus der Spieleindustrie und dem Bereich der Game Studies [31], so dass Gamification als Ganzes manchmal in einem negativen Licht gesehen wird. Der Gamedesigner und Kritiker Ian Bogost bezeichnet Zichermann als "den dunklen Lord der Gamification-Bewegung", kritisiert die von Zichermann so bezeichneten "Schlüsselspielmechaniken" als nicht repräsentativ für das, was Spiele unterhaltsam macht, und beschreibt Gamification als "Exploitationware", die Kunden ausnutzt, indem sie reale Anreize für Loyalität durch fiktive ersetzt [6]. Die Spieldesignerin Margaret Robertson vertritt einen ähnlichen Standpunkt wie Bogost, wenn sie über die Vorherrschaft von Punkten und Abzeichen bei der Gamification spricht: "Was wir derzeit als Gamification bezeichnen, ist in Wirklichkeit der Prozess, bei dem das, was bei Spielen am wenigsten wesentlich ist, zum Kern der Erfahrung wird." [27]. Robertson ist der Meinung, dass der Begriff "pointsification" für die Beschreibung typischer Anwendungen von Gamification angemessener wäre. Seaborn und Fels [31] sind der Meinung, dass Bogosts Sichtweise von Gamification zu sehr auf Marketinganwendungen fokussiert ist, obwohl Gamification auch in zahlreichen anderen Bereichen eingesetzt wird, und weisen darauf hin, dass Gamification außerhalb der Gamestudien und des Spieldesigns im Allgemeinen positiver gesehen wird.Neben Designelementen aus Spielen können spielbezogene Technologien wie Gameengines und 3D-Engines auch in nicht spielbezogenen Kontexten nützlich sein und wurden bei der Entwicklung von Simulationswerkzeugen bereits mehrfach erfolgreich eingesetzt [4, 13, 25]. Game-Engines verfügen oft über fortschrittliche grafische Funktionen mit realistischer Beleuchtung und Schatten und unterstützen den Import komplexer animierter und texturierter 3D-Modelle, die verwendet werden können, um die ansprechende Umgebung und die anspruchsvolle Grafik zu schaffen, die Wieman und Perkins für wichtig halten. Je nach Art des zu erstellenden Simulationswerkzeugs können auch andere übliche Funktionen von Spiel-Engines wie integrierte Physik-Engines und Systeme für künstliche Intelligenz nützlich sein. Diese Arten von Funktionen werden häufig in einer Entwicklungsumgebung bereitgestellt, die eine schnelle Produktion unterstützt, in der Regel mit geringem Programmieraufwand.1.2 Verwandte ForschungDieser Abschnitt untersucht die bisherige Forschung zu Gamification und die Anwendung spielbezogener Technologie auf Simulationswerkzeuge.1.2.1 SpielelementeDie Mehrheit der verfügbaren Forschung zu Gamification verwendet entweder die Definition von Deterding et al. oder keine explizite Definition oder eine Mischung aus mehreren Definitionen [31, S. 23-24]. Wenn man die Definition von Deterding et al. als Ausgangspunkt verwendet, ist es wichtig zu überlegen, was ein "Gamedesign-Element" ist. Die Definition von Huotari und Hamari umgeht dieses Problem, indem sie den2 den Schwerpunkt auf den Mehrwert legt, der sich aus dem Einsatz von "Feedback- und Interaktionsmechanismen"[14] ergibt, und nicht darauf, was diese Mechanismen im Einzelnen sind. In einem Versuch, Spielelemente zu definieren, stellen Deterding et al. fest, dass es nicht sinnvoll ist, Elemente zu definieren, die vorhanden sein müssen, damit ein System als gamifiziert angesehen werden kann, da es keinen Satz von Elementen gibt, der alle Spielarten genau repräsentiert. Sie ziehen es stattdessen vor, von Elementen zu sprechen, die für Spiele charakteristisch sind: . ... Elemente, die in den meisten (aber nicht notwendigerweise allen) Spielen zu finden sind, die leicht mit Spielen assoziiert werden können und die eine wichtige Rolle im Spielgeschehen spielen. [9]Die Autoren unterteilen die Spielelemente in fünf Abstraktionsebenen, die in Tabelle 1 anhand von Beispielen dargestellt sind. LevelDescriptionExampleGame Interface Design PatternsCommon, successful inter-action design components and design solutions for a known problem in a con-text, including prototypi-cal implementationsBadge, Leaderboard, LevelGame Design Patterns and MechanicsCommonlyreoccurringparts of the design of a game that concerngameplayTime constraint, begrenzte Ressourcen, SpielzügeGestaltungsprinzipien und -heuristikenEvaluierungsrichtlinien für die Herangehensweise an ein Gestaltungsproblem oder die Analyse einer gegebenen GestaltungslösungDauer des Spiels, klare Ziele, verschiedene SpielstileSpielmodelleKonzeptuelle Modelle der Komponenten von Spielen oder der SpielerfahrungMDA (Mechanik-Dynamik-Ästhetik); Herausforderung, Fantasie, Neugier; Atome der Spielgestaltung; CEGE (CoreElements of the GamingExperience)Methoden der SpielgestaltungSpielgestaltungsspezifische Praktiken und ProzessePlaytesting, spielzentrierte Gestaltung, wertorientierte SpielgestaltungTabelle 1: "Levels of Game Design Elements" aus Deterding et al. [9, S. 12]Darüber hinaus unterscheiden Deterding et al. zwischen Spieldesign-Elementen und spielbezogenen Technologien, wie z. B. dem Einsatz von Grafiken/Spiel-Engines oder Eingabegeräten wie Game Controllern - wobei sie erstere als Teil der Gamification einstufen, letztere jedoch nicht, da sie außerhalb von spielbezogenen Kontexten weit verbreitet sind [9].3 In zwei Literaturübersichten, in denen die Ergebnisse empirischer Studien zu den Auswirkungen von Gamification untersucht wurden, berichten sowohl Seaborn und Fels [31] als auch Hamari et al. [12], dass Punkte, Abzeichen und Bestenlisten die am häufigsten untersuchten Formen von Spielelementen (oder Motivationshilfen in der Terminologie von Hamari et al.) waren. Seaborn und Fels empfehlen die Untersuchung vielfältigerer Spielelemente als einen Weg für zukünftige Forschungen und führen den frühen Stand der Gamification-Forschung als möglichen Grund für die wiederholte Konzentration auf eine begrenzte Anzahl von Elementen an.1 .2.2 Intrinsische und extrinsische MotivationEine Reihe von Versuchen wurde unternommen, um Modelle oder Rahmen für die Anwendung von Gamification zu konstruieren, meist in Anlehnung an die Forschungen von Ryan und Deci über intrinsische und extrinsische Motivation [7] oder das verwandte Konzept der Selbstbestimmungstheorie, die sich mit dem Verhalten von Menschen befasst, die durch rein interne Faktoren motiviert sind [29]. Intrinsische Motivation bezieht sich auf die Motivation, eine Tätigkeit auszuführen, weil sie inhärent befriedigend ist, und nicht wegen einer separaten Konsequenz oder Belohnung [28]. Ryan und Deci beschreiben intrinsische Motivation wie folgt: Intrinsische Motivation regt Aktivitäten an und hält sie aufrecht, weil sie spontane Befriedigung bietet, die einer effektiven willentlichen Handlung innewohnt. Sie zeigt sich in Verhaltensweisen wie Spiel, Erkundung und Suche nach Herausforderungen, die Menschen oft ohne externe Belohnung ausüben. [7, S. 658]Extrinsische Motivation bezieht sich stattdessen auf Aktivitäten, die mit der spezifischen Absicht ausgeführt werden, ein externes Ergebnis, wie eine Belohnung oder ein Lob, zu erreichen. Nach der Selbstbestimmungstheorie kann die extrinsische Motivation in dem Maße variieren, in dem sie autonom ist (von einer Person und nicht aus externen Quellen kommt), da eine Person Handlungen mit einem wahrgenommenen persönlichen Nutzen (und nicht nur um der persönlichen Befriedigung willen) ohne externe Einflüsse ausführen kann [28]. Ryan und Deci kommen in ihrer Übersichtsarbeit über Arbeiten, in denen die Auswirkungen extrinsischer Belohnungen auf die intrinsische Motivation untersucht wurden, zu dem Schluss, dass "greifbare Belohnungen im Allgemeinen eine signifikant negative Auswirkung auf die intrinsische Motivation für interessante Aufgaben haben" [7], und in einem späteren Artikel über die Selbstbestimmungstheorie heißt es, dass Menschen, die selbstmotiviert sind und nicht von außen gesteuert werden, "mehr Interesse, Aufregung und Selbstvertrauen haben, was sich wiederum in erhöhter Leistung, Ausdauer und Kreativität äußert" [29, S. 658-659]. Diese negative Auswirkung der extrinsischen Motivatoren legt nahe, dass es erfolgreicher sein könnte, Spielelemente zu verwenden, die an die intrinsische Motivation eines Nutzers appellieren, als die üblicherweise verwendeten Punkte und Abzeichen, die greifbare Belohnungen imitieren.1 .2.3 Gamification FrameworksIn seiner Design-Philosophie für Gamification [39] erkennt Gabe Zichermann die potenziell negativen Auswirkungen extrinsischer Motivation an, aber anstatt sich direkt auf die intrinsische Motivation zu konzentrieren, nutzt er die Idee der Selbstbestimmungstheorie, dass extrinsische Motivatoren in intrinsische Motivatoren umgewandelt werden können, wenn sie "sinnvoll, angenehm und mit der Weltanschauung einer Person vereinbar" sind, und stellt fest:4 Die Einführung sorgfältig ausgewählter extrinsischer Belohnungen, die um ein Design herum aufgebaut sind, das intrinsische Motivationszustände anspricht (manchmal nicht die, die am engsten mit dem Verhalten verbunden sind, das wir ändern wollen), ist das wirksamste Designmodell, das wir heute haben. Folglich konzentrieren sich die beiden von Zichermann mitverfassten Bücher zum Thema Designstrategien für Gamification [42, 41] auf extrinsisch motivierende Spielelemente wie Punkte, Ranglisten und Abzeichen, wobei der Schwerpunkt auf den sozialen Aspekten gamifizierter Systeme liegt, bei denen die Benutzer um ihren Status konkurrieren (genau die Art von Gamification, die von Leuten wie Bogost [6] und Robertson [27] kritisiert wird). Nicholson [21] versucht, das Problem der negativen Auswirkungen extrinsischer Motivatoren auf die intrinsische Motivation zu lösen, indem er einen Rahmen für eine "sinnvolle Gamifizierung" mit dem Schwerpunkt auf dem Endnutzer und nicht auf der Organisation, die den Dienst anbietet, konzipiert. Er liefert auch seine eigene Definition von sinnvoller Gamification: "die Integration von benutzerzentrierten Spielelementen in nicht spielerische Kontexte". Neben der Empfehlung, sich auf intrinsische Motivatoren zu konzentrieren, unterstreicht Nicholsons Rahmenwerk die Bedeutung des Kontexts bei der Nutzung von Spielelementen und verweist auf das Konzept der situierten motivationalen Affordanzen [8], das beschreibt, wie die motivierende Wirkung eines Systemelements vom Hintergrund des Nutzers und dem Kontext abhängt, in dem es im System verwendet wird. Nicholson kommt zu dem Schluss, dass eine sinnvolle Gamifizierung von der Verwendung von Elementen abhängt, mit denen Benutzer mit den unterschiedlichsten Hintergründen im richtigen Kontext innerhalb eines Systems etwas anfangen können. In seinen Anwendungsbeispielen für sinnvolle Gamification schlägt Nicholson vor, die punkte- und regelbasierten Elemente zu entfernen und den Schwerpunkt auf das Spielen zu legen, was er als "Playification" bezeichnet. Deterding et al. bezeichnen dieses Konzept als "Ludification" und betrachten Gamification als Teilmenge der Ludification [9, S. 13].Aparicio et al.'s [1] Methodik für Gamification orientiert sich stärker an der Selbstbestimmungstheorie und stützt die Auswahl der Spielelemente auf diejenigen, die den zentralen Quellen intrinsischer Motivation entsprechen: Autonomie (das Gefühl der persönlichen Entscheidung), Kompetenz (das Bedürfnis nach Herausforderung) und Verbundenheit (das Bedürfnis nach sozialer Interaktion). Als Beispiele für Spielelemente in jeder dieser Kategorien werden genannt:-Autonomie: Profile, Avatare, Makros, konfigurierbare Benutzeroberfläche, alternative Aktivitäten, Kontrolle der Privatsphäre, Kontrolle der Benachrichtigungen.-Kompetenz: positives Feedback, optimale Herausforderung, fortschreitende Informationen, intuitive Steuerung, Punkte, Levels, Bestenlisten.-Beziehung: Gruppen, Nachrichten, Blogs, Verbindung zu sozialen Netzwerken, Chat.Zahlreiche Studien über Gamification beziehen sich auf Malones Arbeit [18] über die Nutzung von Ideen aus Spielen für die effektive Gestaltung von Benutzeroberflächen. Obwohl Malones Ideen lange vor der Prägung des Begriffs Gamification geschrieben wurden, haben sie dennoch viel mit den oben genannten Definitionen gemeinsam, insbesondere mit Nicholsons Rahmen für nutzerzentrierte, sinnvolle Gamification.Malone konzentriert sich auf das Vergnügen des Nutzers und definiert drei grundsätzliche Heuristiken für die Gestaltung unterhaltsamer Benutzeroberflächen: Herausforderung - die Aktivität sollte ein klares Ziel und einen ungewissen Ausgang haben, Fantasie - die Oberfläche sollte "emotional ansprechend" sein und Metaphern verwenden, mit denen sich der Nutzer identifizieren kann, und Neugier - die Oberfläche sollte das richtige Maß an 5 Neugier - die Schnittstelle sollte das richtige Maß an Informationskomplexität bieten, um neuartig oder überraschend und dennoch verständlich zu sein; sie kann auch "sensorische Neugier" nutzen, die sich auf die Verwendung von Audio- und visuellen Effekten als Dekoration bezieht, um die Fantasie zu steigern oder als Mittel zur Darstellung von Aspekten eines Systems.Während einige der von Seaborn und Fels rezensierten Arbeiten Cunningham und Zicher-mann [41] oder Zichermann und Linder [42] als Grundlage für ihre Anwendung von Gamification zitieren [31,pp. 23-24] - wahrscheinlich aufgrund ihres Fokus auf die konkreten Marketingvorteile der von ihnen beschriebenen Art von Gamification - keine die Ansätze von Nicholson, Aparicio et al. oder andere theoretische Rahmenwerke an, was darauf hindeutet, dass mehr Forschung erforderlich ist, um zu bewerten, ob diese Modelle effektiv sind oder nicht.1 .2.4 Gamification in der PraxisWie die Literaturübersichten von Hamari et al. [12] und Seaborn und Fels [31] zeigen, werden bei der heute in der akademischen Forschung am weitesten verbreiteten Form der Gamification Punkte, Abzeichen und Ranglisten als Anreize verwendet, um das Engagement zu steigern und einen Wettbewerb in sozialen Kontexten zu schaffen.Eine Reihe von Studien verwendet jedoch auch Elemente der Fantasie (Geschichte/Thema), der Herausforderung (Ziele) und der Neugier (audiovisuelles Feedback) entweder in Verbindung mit den anderen Elementen oder an deren Stelle. Liu et al. [17] integrieren thematische Elemente in ihre Studie über die Auswirkungen von Gamification auf eine Anwendung zur Senkung des Energieverbrauchs in Haushalten. Sie argumentieren, dass der Benutzer nicht mehr nur ein "Rädchen in einer organisatorischen Maschine" ist, sondern vielmehr ein Partner, und dass der Schwerpunkt heute auf dem Engagement der Benutzer liegt, um eine dauerhafte Beziehung zwischen dem System und seinen Benutzern herzustellen. Der Schwerpunkt ihres Designs liegt daher auf der Motivation der Benutzer, und ihre Studie stützt sich auf die Arbeiten von Ryan und Deci zur intrinsischen Motivation. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass ein Thema oder eine Thematik für den Nutzer von Interesse sein muss, damit Gamification erfolgreich sein kann, was sich mit den Ideen von Deterding [8] und Nicholson [21] über die Bedeutung des Kontextes bei der Wahl der Implementierung von Spielelementen deckt. Liu et al. sind auch der Meinung, dass (obwohl wichtige) Elemente wie Abzeichen und Bestenlisten nicht ausreichen, um ein erfolgreiches Gamification-Erlebnis zu schaffen - wichtig ist, dass sich die Anwendung wie ein Spiel anfühlt, wobei der Schwerpunkt auf Spaß und ästhetischen Qualitäten liegt.Ein weiterer Artikel, der die Bedeutung des Kontexts bei der Anwendung von Gamification untermauert, ist die Studie von Downes-Le Guin et al. über die Auswirkungen der Gamification eines Fragebogens [10].Fantasievolle Elemente wurden in Form einer Geschichte, attraktiver Grafiken und eines stilisierten Avatars, der den Befragten repräsentiert, eingeführt. Der spielerisch gestaltete Fragebogen wurde zwar allgemein als unterhaltsamer empfunden als die nicht spielerisch gestaltete Version, aber es konnte nicht nachgewiesen werden, dass er das Engagement erhöht und eine deutlich niedrigere Rücklaufquote als die nicht spielerisch gestaltete Version aufweist. Ein Fragebogen war wahrscheinlich nicht der richtige Kontext für diese Art von Gamification (oder möglicherweise überhaupt für Gamification).Li et al.'s [16] Implementierung und Evaluierung eines gamifizierten Tutorialsystems für ein CAD-Paket ist interessant durch die Verwendung eines durchgängigen Themas und einer Hintergrundgeschichte sowie durch den Einsatz von Audio- und visuellem Feedback. Der Benutzer erhält die Rolle, Teile für das Apollo-Raumfahrtprogramm zu konstruieren - ein Thema, das durch den Einsatz attraktiver Grafiken und progressiver Offenlegung unterstützt wird, um die Geschichte schrittweise zu enthüllen. Die Beschreibung des Systems unterstreicht den Wunsch, dass es sich wie ein echtes Spiel anfühlt, mit Elementen, die6 als "Arcade-Stil" beschrieben und mit Puzzlespielen verglichen werden. Der Artikel von Li et al. ist auch einer der wenigen, die für diese Arbeit untersucht wurden und sich auf ein echtes Spiel als Inspirationsquelle beziehen: Schließlich ist die Studie von Berengueres et al. über eine gamifizierte Wertstofftonne [2] interessant, weil sie im Gegensatz zu den meisten Gamification-Studien keine Punkte, Abzeichen, Bestenlisten oder ähnliche Elemente verwendet, sondern sich ausschließlich auf akustisches und visuelles Feedback stützt. Die Studie berichtet von einer dreifachen Steigerung der Nutzung des gamifizierten Recyclingsystems, was darauf hindeutet, dass Gamification-Strategien, die nicht auf Punktesysteme ausgerichtet sind, erfolgreich sein können.1 .2.5 Anwendungen von SpieltechnologienWährend Deterding et al. [9] Anwendungen spielbezogener Technologien von ihrer Definition von Gamification ausschließen, werden spielbezogene Technologien bei der Entwicklung von Nicht-Spiel-Anwendungen eingesetzt und zur Verbesserung von Simulationen auf zahlreiche Arten verwendet. Sie wird häufig als einfache Möglichkeit zur Verbesserung der grafischen Qualität eines Systems verwendet, und aufgrund der raschen Entwicklung der Spieleentwicklungsindustrie werden Spiele-Engines in der Regel mit den Fortschritten in der Grafiktechnologie auf dem neuesten Stand gehalten [4]. Bijl und Boer präsentieren eine Übersicht über die Nützlichkeit verschiedener Spiel-Engine-Funktionen in Simulationen aus den Perspektiven der Validierung, der Analyse und des Marketings [4], die darauf schließen lässt, dass die Marketing-Perspektive am meisten von der Verwendung von Funktionen von Spiel-Engines profitiert. Features wie Dateikonverter und -exporteure sowie die vielfältigen Konfigurationsmöglichkeiten von Game-Engines werden ebenfalls als potenziell nützliche Features dargestellt, wurden aber in der Umfrage nicht berücksichtigt.Bijl und Boer beschreiben auch ein Tool zur Simulation eines Schiffscontainer-Terminals (für Schulungszwecke), das die grafischen Fähigkeiten der 3D-Engine Ogre3D [22] nutzt, um eine realistische Darstellung des Systems zu präsentieren und die Benutzerfreundlichkeit durch die Unterstützung der Engine für die Kamera- und Charaktersteuerung sowie für allgemeine Leistungsverbesserungen zu erhöhen. Die 3D-Animationsfunktionen der Engine werden auch als vorteilhaft für Trainingsszenarien mit dem Simulationswerkzeug genannt [4]. Es gibt mehrere andere Beispiele für den Einsatz von Spieltechnologie in einem Simulationskontext, denen jedoch die oben beschriebene detaillierte Bewertung spezifischer Funktionen fehlt. Prasithsangaree et al. [25] verwenden die Spiel-Engine Unreal Engine [35], um ein Frontend für die Ausführung von Militärsimulationen zu entwickeln, wobei sie die Netzwerkfähigkeiten der Engine nutzen, um verteilte Simulationen zu ermöglichen, sowie die Visualisierung von Skelettdynamik, Newtonscher Physik und Explosionen durch die Engine.Hu et al. [13] verwenden die Physik-Engine der Spiel-Engine Unity [34] als Grundlage für die Ausführung und Darstellung mechanischer Simulationen und sparen Zeit bei der Implementierung durch die Wiederverwendung vordefinierter Komponenten der Engine.7 1.3 Forschungsfrage1.3.1 HintergrundDie meisten Forschungsarbeiten über Gamification deuten darauf hin, dass Gamification ein wirksames Instrument zur Steigerung des Engagements der Benutzer und der Freude an Software-Systemen ist [12]. Die Forschung hat sich jedoch auf die Verwendung einer begrenzten Untergruppe von Spielelementen konzentriert (manchmal als "Gamification" bezeichnet [27]), die die Benutzer dazu anregt, um Punkte zu kämpfen oder Aufgaben zu erfüllen, um Belohnungen zu erhalten, obwohl die psychologischen Grundlagen der Motivationsforschung nahelegen, dass intrinsische Motivatoren effektiver sind [7]. Darüber hinaus wurde Gamification häufig als eine Schicht auf einer bereits funktionalen Anwendung betrachtet und nicht als Kernbestandteil (z. B. die gamifizierten Servicepakete von Blohm und Leimeister [5]). Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass spielbezogene Technologien bei der Entwicklung von Simulationssoftware nützlich sind [4].1.3.2 ZieleDie Arbeit verfolgt zwei Hauptziele:1. zu untersuchen, ob die Verwendung von Spielelementen ein angenehmes Benutzererlebnis in einem Werkzeug zur Simulation des Verhaltens mechanischer Systeme schafft.2. Es soll untersucht werden, ob eine 3D-Umgebung unter Verwendung spielbezogener Technologien das Verständnis und die Benutzerfreundlichkeit eines solchen Simulationswerkzeugs fördern kann.1.3.3 EinschränkungenWährend eine der möglichen Anwendungen von Simulationswerkzeugen in der wissenschaftlichen Ausbildung liegt, werden in dieser Arbeit keine spezifischen pädagogischen Vorteile der Anwendung von Gamification und/oder spielbezogenen Technologien untersucht.2 MethodeDieser Abschnitt beschreibt die Methode, die bei der Untersuchung der in Abschnitt 1.3.2.2.1 PrototypentwicklungEin Softwareprototyp, Playmola, in Form einer browserbasierten Anwendung zur Simulation und Visualisierung des Verhaltens mechanischer Systeme wurde entwickelt. Dieser Prototyp dient zwei Hauptzwecken: erstens der Demonstration einer Designstrategie für die Gamifizierung eines Simulationswerkzeugs auf der Grundlage intrinsisch motivierender Faktoren und der Möglichkeiten, wie die Gametentechnologie dies unterstützen kann, und zweitens der Bewertung der Vorteile der Verwendung von Spielelementen in einer solchen Umgebung.8 2.2 BenutzerstudieAuf der Grundlage des Prototyps wurde eine kleine Benutzerstudie mit acht Teilnehmern durchgeführt, um Daten zur Benutzererfahrung zu sammeln. Tullis und Albert [33] beschreiben die drei Hauptmerkmale der Benutzererfahrung wie folgt:-Benutzer ist involviert-Der Benutzer interagiert mit einem Produkt, System oder wirklich allem mit einer Schnittstelle-Die Erfahrung des Benutzers ist von Interesse und beobachtbar oder messbar [33, S. 4] Tullis und Albert beschreiben auch eine mögliche Unterscheidung zwischen Benutzerfreundlichkeit und Benutzererfahrung, wobei Benutzerfreundlichkeit als die Fähigkeit des Benutzers betrachtet wird, ein System zu benutzen, um eine bestimmte Aufgabe erfolgreich auszuführen, und Benutzererfahrung als die breitere Sicht der Interaktion des Benutzers mit dem System, einschließlich der Gedanken, Gefühle und Wahrnehmungen, die sich aus dieser Interaktion ergeben. Da das Ziel der Studie darin bestand, Daten über die Benutzererfahrung zu sammeln und nicht, den pädagogischen oder produktiven Nutzen zu messen, liegen die Ergebnisse größtenteils in Form von Selbstauskünften der Benutzer über ihre Erfahrungen und Wahrnehmungen bei der Verwendung der Anwendung vor.Tullis und Albert beschreiben die Bedeutung von Selbstauskünften in Usability-Studien wie folgt:Selbstauskünfte geben Ihnen die wichtigsten Informationen über die Wahrnehmung des Systems durch die Benutzer und ihre Interaktion damit. Auf einer emotionalen Ebene können die Daten etwas darüber aussagen, wie die Benutzer das System empfinden. [33,S. 123]Das Format des Tests (näher beschrieben in Abschnitt 4) bestand daher aus einer Reihe von Aufgaben, die unter Beobachtung auszuführen waren, gefolgt von einem Fragebogen. Wie von Tullis und Albert beschrieben, gibt es zahlreiche allgemeine Nutzbarkeitsskalen für Fragebögen nach dem Test, aber die meisten konzentrieren sich auf die allgemeine Nutzbarkeit, die Produktivität und das Verständnis eines Systems und nicht auf die ästhetischen oder emotionalen Reaktionen, die in dieser Studie von Interesse sind (Reaktionen, die natürlich auch von der Nutzbarkeit und dem Verständnis der Anwendung beeinflusst werden). Der Fragebogen wurde von den oben genannten Skalen inspiriert, sowie von maßgeschneiderten Metriken, die in früheren Studien zur Gamifizierung verwendet wurden, wie z.B. in der Studie von Li et al. über ein gamifiziertes Lernsystem [16], die ebenfalls die Freude der Nutzer untersucht.2 .2.1 FragebogenQualitative Daten wurden durch offene Fragen in einem Fragebogen erhoben, der nach Abschluss der Testsitzung ausgefüllt wurde.9 Quantitative Daten wurden durch Bewertungsfragen auf der Likert-Skala (wie von Tullis und Albert [33, S. 123] beschrieben) im Fragebogen nach dem Test erhoben. 2.2.2 BeobachtungNeben den selbstberichteten Daten wurden die Testsitzungen beobachtet und aufgezeichnet. Während jeder Testsitzung konzentrierte sich einer der Testorganisatoren vor allem darauf, Beobachtungen der Interaktion der Benutzer mit dem System sowie die verbalen Kommentare der Benutzer aufzuschreiben, um weitere qualitative Daten zum Benutzerverhalten und zu den Wahrnehmungen zu sammeln, die dann bei der Analyse der Antworten auf den Fragebogen als zusätzlicher Kontext verwendet wurden. Einige spezifische Faktoren, die beobachtet wurden, waren die folgenden (alle basieren auf der subjektiven Einschätzung des Beobachters):1. Offensichtliche Freude.2. Offensichtliche Frustration.3. Schwierigkeiten bei der Steuerung/Navigation der Anwendung.2.3 DiskussionEin Nachteil der Verwendung eines maßgeschneiderten Formats für Benutzererfahrungstests anstelle einer etablierten Skala wie der System Usability Scale (beschrieben von Tullis und Albert in [33,S. 137]) ist, dass es nicht möglich ist, die Benutzerfreundlichkeit des Systems als Ganzes zu quantifizieren und mit bekannten Benchmarks zu vergleichen. Da sich die Studie jedoch nicht speziell mit der Benutzerfreundlichkeit befasst und sich auf isolierte Teile des Systems (spezifische Spielelemente und 3D-Techniken) und nicht auf die Anwendung als Ganzes konzentriert, könnte dieser Ansatz geeigneter sein als die Verwendung einer bestehenden Skala. Zwar gibt es kaum einen Konsens über die Anzahl der Teilnehmer, die für ein hohes Maß an Vertrauen in die Ergebnisse einer Usability-Studie erforderlich ist, aber die verfügbaren Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass in den meisten Fällen eine kleine Anzahl von Nutzern ausreicht [15]. Da das Ziel dieser Studie nicht darin bestand, Probleme mit der Usability des Prototyps erschöpfend aufzudecken, sondern vielmehr allgemeine Trends in Bezug auf den Spielspaß und die Benutzerfreundlichkeit zu ermitteln, ist eine kleine Anzahl von Teilnehmern ausreichend. Preece et al. [26] empfehlen die Verwendung von Fragebögen anstelle von Interviews, wenn es um die Untersuchung spezifischer Designmerkmale eines Systems geht, was durch die Untersuchung der Reaktionen der Nutzer auf bestimmte Spielelemente und nicht auf das System als Ganzes erreicht wurde. Die Verwendung gut konzipierter offener Fragen ermöglicht es, in Kombination mit den Ergebnissen von Beobachtungen eine ähnliche Datentiefe wie bei der Verwendung von Interviews zu erfassen. Die Verwendung eines Fragebogens ermöglicht es außerdem, die Testteilnehmer beim Ausfüllen der Antworten in Ruhe zu lassen (oder sie aus der Ferne zu beaufsichtigen, so dass bei Bedarf Hilfe angeboten werden kann), in der Hoffnung, die Ehrlichkeit zu fördern.Die Idee, immaterielle Konzepte wie Spaß zu messen, ist umstritten, da diese Konzepte sehr subjektiv und nicht leicht quantifizierbar sind. In Anbetracht der Vorteile von intrinsisch motivierenden Faktoren wie Spaß, die in der Gamification-Forschung nachgewiesen wurden, ist die Messung von Spaß jedoch von großer Bedeutung. Wixon [38] argumentiert, dass es keinen Sinn macht, Software zu entwickeln, die Spaß machen soll, wenn subjektive Erfahrungen als nicht messbar gelten.10 Im Bereich des Interaktionsdesigns schließen Preece et al. [26] Spaß in ihre Definition von10 Hamari et al. kritisieren in ihrer Auflistung aktueller methodischer Einschränkungen in wissenschaftlichen Studien zu Gamification [12, S. 3029], dass das Fehlen von nicht gamifizierten Kontrollgruppen und die gleichzeitige Anwendung mehrerer Spielelemente es unmöglich machen, die genauen Auswirkungen von Gamification (oder bestimmter Spielelemente) auf ein System zu bestimmen. Auch Seaborn und Fels [31, S. 29] empfehlen, dass zukünftige Forschungen zum Thema Gamification versuchen sollten, die Wirkung zu isolieren, vorzugsweise mit vergleichenden Studien. Das in dieser Arbeit entwickelte Simulationswerkzeug eignet sich jedoch nicht ohne weiteres für eine vergleichende Studie, da Gamification als Kernaspekt seiner Funktionalität angewendet wird, im Gegensatz zu vielen früheren Studien, die sich auf die Anwendung von Gamification als eine Schicht auf einem bereits funktionalen System konzentrieren (siehe z. B. Blohm und Leimeisters Konzept der "gamifizierten Servicebündel" [5]). Read Less