Wie Spiele das Lernen und die Ergebnisse verbessern

In den letzten Jahren hat sich die Technologie in der Bildung und im Lernen von Menschen stark verändert. Schüler nutzen Geräte wie Laptops und Tablets, um Videos anzusehen und Spiele zu spielen, sowohl zum Spass als auch zum Lernen. Das hat dazu geführt, dass Forscher nach Möglichkeiten suchen, Videoinhalte und Spiele spannender zu gestalten, um die Schüler zu motivieren.

Es werden oft zwei Lernformen diskutiert: video-basiertes Lernen (VBL) und spiel-basiertes Lernen (GBL). VBL ermöglicht es den Schülern, Aufzeichnungen von Vorlesungen in ihrem eigenen Tempo anzusehen. Im Gegensatz dazu ist GBL praktischer und kann digitale Spiele oder physische Brettspiele umfassen.

Zu untersuchen, wie das Gehirn auf verschiedene Lernmethoden reagiert, hilft Forschern herauszufinden, wie Schüler engagiert bleiben und welche Teile des Gehirns während des Lernens aktiver sind. Zu wissen, wie verschiedene Lernstrategien das Gehirn beeinflussen, ist wichtig, aber dieses Forschungsgebiet entwickelt sich noch. Weitere Untersuchungen sind nötig, um herauszufinden, wie die Analyse von Gehirnsignalen dazu beitragen kann, Lehrmethoden zu verbessern.

Ein Schwerpunkt liegt auf dem präfrontalen Kortex, der für Denken, Entscheidungsfindung und Erinnern bekannt ist. Eine Methode namens funktionelle Nah-Infrarotspektroskopie (fNIRS) kann die Gehirnaktivität in diesem Bereich verfolgen. Sie liefert Informationen darüber, wie viel Sauerstoff während des Lernens in das Gehirn fliesst. Diese Informationen können den Forschern helfen zu verstehen, wie verschiedene Lernmethoden das Engagement der Schüler beeinflussen.

Aktuell richten sich die meisten Forschungen auf spezifische Spiele oder Videoinhalte. Es besteht Bedarf, die Gehirnaktivität von Personen, die beide Methoden verwenden, zu vergleichen, um zu validieren, welche Methode besser für das Lernen geeignet ist.

Diese Studie untersucht, wie Engagement und Wissenszuwachs sich verändern, wenn Konzepte der Graphentheorie durch Spiele im Vergleich zu Videos gelernt werden. Sie zielt auch darauf ab, wie beide Methoden abschneiden, indem die Gehirnaktivitäten der Schüler gemessen werden.

#Forschungsfragen

Diese Forschung stellt zwei Hauptfragen:

1. Wie unterscheiden sich die Gehirnaktivitäten zwischen spiel-basiertem und video-basiertem Lernen?
2. Was sind die Unterschiede in der Benutzerfreundlichkeit, der Arbeitsbelastung und dem Wissenszuwachs zwischen Teilnehmern, die Spiele nutzen, und solchen, die Videos nutzen?

Um diese Fragen zu beantworten, hat die Studie ein quizbasiertes Spiel und ein Video zum selben Thema entworfen. Ausgewählte Teilnehmer wurden in zwei Gruppen aufgeteilt: eine, die das Spiel spielte, und eine andere, die das Video ansah. Die Studie analysierte die Gehirnsignale beider Gruppen mit fNIRS und mass ihren Wissenszuwachs durch Vor- und Nachtests.

#Methodik

#Experimentelle Einrichtung

Um die Gehirnsignale zu analysieren, trugen die Teilnehmer ein fNIRS-Kopfbügelgerät, während sie Lernmaterialien auf einem Laptop verwendeten. Das fNIRS-Gerät sammelte Gehirndaten, während ein anderer Laptop die Software zur Datensammlung verwaltete. Ein dritter Laptop sendete Signale, um verschiedene Lernaufgaben zu kennzeichnen.

Die Studie umfasste eine kleine Gruppe von zwölf Teilnehmern, die in zwei Gruppen von sechs aufgeteilt wurden: eine Gruppe, die sich mit dem Spiel beschäftigte, während die andere Gruppe das Video ansah. Jede Gruppe erhielt Inhalte, die grundlegende Konzepte der Graphentheorie abdeckten.

#Lernmaterialien

Die Lernmaterialien behandelten Begriffe wie:

• Definition eines Graphen
• Vollständige Graphen
• Wie man Kanten in einem vollständigen Graphen zählt
• Konzept der Schleifen
• Gerichtete vs. ungerichtete Graphen
• Grad eines Graphen
• In-Grad und Out-Grad

Das Spiel, das in Unity für Windows erstellt wurde, liess die Teilnehmer verschiedene Elemente ziehen und ablegen sowie Quizfragen nach dem Lesen von Definitionen beantworten. Das Video stellte denselben Inhalt einfach dar, jedoch ohne interaktive Elemente.

#Datensammlung

Die Daten wurden in mehreren Schritten gesammelt:

1. Die Teilnehmer füllten demografische Fragebögen aus und machten einen Vor-Test.
2. Dann beschäftigten sie sich mit dem Spiel oder Video, während sie das fNIRS-Kopfbügelgerät trugen.
3. Nach der Lernaktivität machten die Teilnehmer einen Nach-Test und füllten eine Umfrage zu ihrem Lernerlebnis aus.

#Messung der Gehirnaktivität

Die Gehirnaktivität wurde durch die Verfolgung von zwei Hauptarten von Hämoglobin gemessen:

• Sauerstoffhaltiges Hämoglobin (HbO)
• Deoxygeniertes Hämoglobin (HbR)

Diese Messungen zeigen, wie gut verschiedene Gehirnbereiche während des Lernprozesses arbeiten. Der präfrontale Kortex wurde in Teile unterteilt, um zu sehen, welche Abschnitte während der Lernaufgaben aktiver waren.

#Ergebnisse

#Ergebnisse zur Gehirnaktivität

Die Analyse zeigte, dass die Gruppe, die das Spiel spielte, höhere Werte für sauerstoffhaltiges Hämoglobin hatte im Vergleich zur Videogruppe, was darauf hindeutet, dass das Gehirn während des Spiels aktiver war. Allerdings waren die Werte für deoxygeniertes Hämoglobin bei beiden Gruppen ähnlich, was darauf hindeutet, dass während einer Methode zwar mehr Gehirnaktivität stattfand, die andere jedoch den Sauerstofffluss nicht reduzierte.

Konkret zeigte der laterale präfrontale Kortex (LPFC) mehr Aktivität als andere Regionen, wobei die Spielbedingung über doppelt so viel neuronale Aktivität im Vergleich zur Videobedingung führte.

#Wissenszuwachs

Was die Teilnehmer lernten, betrifft, führte die spiel-basiertes Lernmethode zu einem höheren Wissenszuwachs. Im Durchschnitt schnitt die Spielgruppe beim Nach-Test besser ab als die Videogruppe. Die Spielgruppe zeigte eine Verbesserung von etwa 47,74%, während die Videogruppe einen geringeren Zuwachs zeigte.

#Nutzererfahrung

Die Teilnehmer gaben auch Feedback zu ihrem Lernerlebnis. Mit der System Usability Scale (SUS) erhielt das Spiel eine höhere Benutzerfreundlichkeit Punktzahl als das Video, was darauf hindeutet, dass die Teilnehmer das Spiel benutzerfreundlicher fanden.

In Bezug auf die mentale Belastung zeigte der NASA Task Load Index, dass die Video-Methode anscheinend anspruchsvoller war als die Spiel-Methode. Die Teilnehmer berichteten auch von höherer Motivation und Engagement, als sie das Spiel im Vergleich zum Video verwendeten.

#Diskussion

Diese Studie zeigt, dass spiel-basiertes Lernen zu besserem Engagement und Wissenszuwachs führen kann als video-basiertes Lernen. Teilnehmer, die das Spiel spielten, wiesen höhere Levels an Gehirnaktivität auf, was oft mit besseren Lernergebnissen verbunden ist.

Die interaktiven Elemente im Spiel haben wahrscheinlich zu einem erhöhten Sauerstofffluss und neuronaler Aktivität im Gehirn beigetragen, was die Idee unterstützt, dass praktische Aktivitäten das Lernen verbessern können. Das Feedback der Teilnehmer verstärkt diese Annahme, da sie berichteten, dass das Spiel unterhaltsamer und motivierender war.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass spiel-basiertes Lernen in einigen Bildungsszenarien effektiver sein könnte. Das könnte Lehrer ermutigen, interaktive Elemente mehr in ihren Unterricht einzubauen.

#Zukünftige Forschung

Weitere Forschungen könnten untersuchen, welche spezifischen Spielelemente das Lernen verbessern und wie sie effektiv implementiert werden können. Grössere Stichproben und unterschiedliche Altersgruppen könnten in zukünftige Studien einbezogen werden, um ein breiteres Verständnis der Auswirkungen über verschiedene demografische Gruppen hinweg zu ermöglichen.

Zusätzlich könnte die Integration der Lernmaterialien in Technologien wie Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) noch ansprechendere Erfahrungen für Lernende bieten. Diese Plattformen könnten immersive Umgebungen schaffen, die das Lernen unterhaltsamer und effektiver machen.

Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass die Verwendung von Spielen für das Lernen vorteilhaft für das Engagement der Schüler und den Wissenszugewinn sein kann. Mit fortlaufender Forschung und technologischen Fortschritten können Bildungssysteme effektiver werden, indem sie innovative Methoden übernehmen.