David Baberowski

TU Dresden

Deutschland

Kontakt: david.baberowski@tu-dresden.de

Website: https://tu-dresden.de/ing/informatik/smt/ddi/die-professur/beschaeftigte/david_baberowski

Die Dissertation untersucht das Potenzial immersiver Virtual Reality (VR) zur Vermittlung abstrakter Lerninhalte am Beispiel der Informatikdidaktik.

Ausgangspunkt ist die Beobachtung, dass zentrale Konzepte der Informatik – etwa Datenflüsse, Rechenprozesse oder Netzwerkkommunikation – keinen unmittelbar wahrnehmbaren Realweltbezug besitzen. Ihr Verständnis erfordert die Konstruktion geeigneter Repräsentations- und Strukturkontexte, die relationale und prozessuale Zusammenhänge explizit erfahrbar machen.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und empirische Prüfung eines theoriegeleiteten Gestaltungsansatzes für VR-basierte Serious Games, der abstrakte Fachstrukturen in räumlich-interaktive Lernumgebungen überführt, ohne deren strukturelle Logik zu verzerren.

Zentrales Untersuchungsobjekt der Dissertation sind sogenannte Metaphernwelten. Darunter werden didaktisch gestaltete, räumlich erfahrbare Repräsentationswelten verstanden, in denen Objekte, Relationen und Handlungen strukturell auf einen abstrakten Lerninhalt abgebildet sind.

Vor diesem Hintergrund verfolgt die Arbeit folgende Forschungsfragen:

• F1 – Einfluss von Metaphernwelten: Wie beeinflussen Metaphernwelten den Lernprozess in VR-Serious Games?
• F2 – Effekte von Interaktionen: Welche Effekte haben Interaktionen auf den Lernprozess in VR-Serious Games innerhalb von Metaphernwelten?
• F3 – Effekte von Personenunterschieden: Welche Effekte haben Personenunterschiede (insbesondere Vorwissen, Interesse und VR-Erfahrung) auf den Lernprozess in VR-Serious Games in Metaphernwelten?
• F4 – Wechselwirkungen: Wie beeinflussen Interaktionen und Personenunterschiede sich gegenseitig in ihrem Effekt auf den Lernprozess in VR-Serious Games in Metaphernwelten?

Die Forschungsfragen zielen darauf ab, den Lernprozess nicht ausschließlich als Medienwirkung, sondern als Ergebnis eines Zusammenspiels von strukturellem Design (Metaphernwelt), Interaktionsgestaltung und individuellen Lernvoraussetzungen zu analysieren.

Immersive VR wird nicht als bloßes Visualisierungsmedium verstanden, sondern als Gestaltungsraum, in dem Darstellung und Handlung in einem gemeinsamen dreidimensionalen Raum integriert werden können.

Diese Integration erlaubt die Konstruktion sogenannter Metaphernwelten: didaktisch gestaltete, räumlich erfahrbare Repräsentationswelten, in denen Objekte, Relationen und Handlungen systematisch auf abstrakte Fachstrukturen abgebildet sind.

Eine Metaphernwelt zeichnet sich dadurch aus, dass:

• ihre Objekte strukturelle Entsprechungen zu fachlichen Entitäten besitzen,
• ihre räumlichen Relationen fachliche Relationen repräsentieren,
• ihre Interaktionen funktional äquivalent zu fachlichen Prozessen sind.

Damit wird VR zu einem Medium, in dem abstrakte Systemlogiken nicht nur betrachtet, sondern handelnd vollzogen werden können.

Im Kontext von Serious Games wird argumentiert, dass abstrakte Lerninhalte eine besonders enge Kopplung zwischen Spielmechanik und Fachstruktur erfordern.

Während bei realweltbezogenen Szenarien viele Strukturen bereits durch das Referenzsystem vorgegeben sind (z. B. medizinische Trainingssimulationen), müssen Metaphern für abstrakte Inhalte vollständig konstruiert werden.

VR bietet hierfür spezifische Affordanzen:

• Virtuelle Räume können frei entworfen und strukturell reduziert werden.
• Interaktionen können direkt an fachliche Prozesse gebunden werden.
• Räumliche Organisation kann relationale Strukturen sichtbar machen.
• Wiederholbare Prozessausführung kann motorisch und kognitiv integriert werden.

Entscheidend ist dabei nicht die narrative Einbettung oder die ästhetische Ausgestaltung, sondern die strukturelle Kopplung von Fachlogik und Spielmechanik.

Zur empirischen Überprüfung des Ansatzes wurden mehrere VR-Lernanwendungen entwickelt und evaluiert (u. a. ‘‘Inside the Router’’, ‘‘Inside the CPU’’).

In diesen Anwendungen übernehmen Lernende die Rolle systeminterner Akteure und führen fachliche Prozesse selbst aus (z. B. Routingentscheidungen oder Instruktionsausführung).

Ergänzend wurde eine Vergleichsstudie zwischen einer VR-Umgebung und einem physisch-tangiblen Pendant durchgeführt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass nicht das Medium per se entscheidend ist, sondern die Qualität der strukturellen Abbildung und die Kohärenz des didaktischen Designs.

Die Arbeit leistet Beiträge auf drei Ebenen:

• Theoretisch: Präzisierung der Rolle struktureller Kongruenz in immersiven Lernumgebungen und Weiterentwicklung des Metaphernkonzepts für abstrakte Fachinhalte.
• Didaktisch-konzeptionell: Entwicklung eines systematischen Gestaltungsansatzes für VR-Serious-Games im Informatikunterricht.
• Empirisch-methodisch: Evaluation strukturkongruenter VR-Lernumgebungen mit kompetenzorientierten Testinstrumenten sowie psychologischen Begleitmaßen (u. a. Flow und Präsenz).