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Vorteile einer spielbasierten kognitiven Schnittstelle – von Wirkmechanismen und neuronalen Korrelaten zur neuropsychologischen Rehabilitation 

Projektbeschreibung

Digitale Lernspiele können aus psychologischer Perspektive als kognitive Schnittstelle zwischen Individuum und den Wissensinhalten einer digitalen Umgebung bezeichnet werden. Solche spiel-basierten Lernumgebungen zielen darauf ab traditionelle pädagogische Ansätze zu erweitern und zu verbessern. Dies ist besonders bei wissensintensiven Aktivitäten/Lernprozessen, wie bei numerischer oder mathematischer Kognition, vielversprechend. Weil numerische und mathematische Fähigkeiten auch in hohem Maße alltagsrelevant sind, verfolgt das aktuelle Projekt das Ziel, Vorteil und Nutzen einer adaptiven, spiel-basierten Lernumgebung zur Förderung von konzeptuellem Wissen über Zahlen zu untersuchen.


Lernumgebungen dieser Art machen sich Interaktions-, Informationsdesign und fein abgestimmte Mechanismen zu Nutze, um die Aufmerksamkeit und Motivation der Anwender aufrechtzuerhalten. Man kann entsprechend von einem hochfunktionalen Medium für Wissensinhalte ausgehen. Um ein besseres Verständnis für das Potential und die Einsatzmöglichkeiten dieses speziellen Formats der Wissensvermittlung zu erlangen untersuchen wir den Lernprozess auf unterschiedlichen Ebenen: (i) kognitive Verarbeitung: Zentraler Indikator dafür, ob spiel-basierte den nicht-spiel-basierten kognitiven Schnittstellen überlegen sind, ist die erzielte Lernleistung. (ii) emotionale Verarbeitung: wir werden untersuchen, ob auf Spielmechaniken basierendes Lernen einen Vorteil darin bietet, positive Emotionen hervorzurufen und ob diese in der Konsequenz zur Steigerung der Lernleistung führen. (iii) neurofunktionelle Verarbeitung: die Analyse hirnfunktioneller Grundlagen spiel-basierter Lernumgebungen bzw. ihrer belohnenden Komponente dient weiterführend dazu, den Ursprung deren positiver Wirkmechanismen zu präzisieren. Abschließend gehen wir der eher anwendungsorientierteren Frage nach, ob eine spiel-basierte kognitive Schnittstelle bei einer älteren neuropsychologischen Patientengruppe zum Einsatz kommen bzw. inwiefern diese von einer solchen Schnittstelle profitieren kann. Dieses Projekt adressiert also nicht nur die Analyse detaillierter psychologische Prozesse sowie neurofunktioneller Grundlagen in Bezug auf den Lernerfolg via „Game-based learning“, sondern evaluiert diesen Ansatz darüber hinaus noch in Bezug auf eine neue Zielgruppe.


  2. Projektbeteiligte

Publikationen

Greipl, S., Moeller, K., Kiili, K., & Ninaus, M. (2019). Lifelong Learning with a Digital Math Game: Performance and Basic Experience Differences Across Age. In A. Liapis et al. (Ed.), Proceedings of Games and Learning Alliance conference (GALA 2019) - Lecture Notes in Computer Science (pp. 301-311). Springer. https://dx.doi.org/10.1007/978-3-030-34350-7_29

Greipl, S., Moeller, K., Ninaus, M. (in press). Potential and Limits of Game-Based Learning. International Journal of Technology Enhanced Learning.

Greipl, S., Ninaus, M., Bauer, D., Kiili, K., & Moeller, K. (2019). A fun-accuracy trade-off in game-based learning. In International Conference on Games and Learning Alliance (GALA 2018) - Lecture Notes in Computer Science. Springer, Cham. http://doi.org/10.1007/978-3-030-11548-7_16 

Kiili, K.,Koskinen, A., Lindstedt, A., & Ninaus, M. (2019). Extending a Digital Fraction Game Piece by Piece with Physical Manipulatives. In International Conference on Games and Learning Alliance – Lecture Notes in Computer Science. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-11548-7_15

Kiili, K., Koskinen, A., & Ninaus, M. (2019). Intrinsic integration in rational number games – A systematic literature review. In J. Koivisto & J. Hamari (Eds.), Proceedings of the 3rd International GamiFIN Conference (pp. 35–46). Pori: CEUR Workshop Proceedings. http://ceur-ws.org/Vol-2359/paper4.pdf

Kiili, K., Lindstedt, A., & Ninaus, M. (2018). Exploring characteristics of students ’ emotions , flow and motivation in a math game competition. In J. Koivisto & J. Hamari (Eds.), Proceedings of the 2nd International GamiFIN Conference (pp. 20–29). Pori: CEUR Workshop Proceedings. http://ceur-ws.org/Vol-2186/paper3.pdf 

Kiili, K., Moeller, K., & Ninaus, M. (2018). Evaluating the effectiveness of a game-based rational number training - In-game metrics as learning indicators. Computers & Education, 120, 13–28. http://doi.org/10.1016/j.compedu.2018.01.012 

Kiili, K., Ojansuu, K., Lindstedt, A., & Ninaus, M. (2018). Exploring the Educational Potential of a Game-Based Math Competition. International Journal of Game-Based Learning, 8, 14-28. https://dx.doi.org/10.4018/IJGBL.2018040102 

Kober, S. E., Ninaus, M., Friedrich, E. V. C., & Scherer, R. (2018). BCI and Games: Playful, Experience-Oriented Learning by Vivid Feedback? In C. S. Nam, A. Nijholt, & F. Lotte (Eds.), Brain–Computer Interfaces Handbook: Technological and Theoretical Advances. Boca Raton: CRC Press - Taylor & Francis Group.

Nebel, S. & Ninaus, M. (2019). New Perspectives on Game-Based Assessment with Process Data and Physiological Signals. In D. Ifenthaler & Y. Kim (Eds.), Game-Based Assessment Revisited. Advances in Game-Based Learning (pp. 141–161). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-15569-8_8

Ninaus, M., Greipl, S., Kiili, K., Lindstedt, A., Huber, S., Klein, E., Karnath, HO., & Moeller, K. (2019). Increased emotional engagement in game-based learning - A machine learning approach on facial emotion detection data. Computers & Education, 142. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2019.103641 

Ninaus, M., Kiili, K., Siegler, R. S., & Moeller, K. (2017). Data-Driven Design Decisions to Improve Game-Based Learning of Fractions. In J. Dias, P. A. Santos, & R. C. Veltkamp (Eds.), Games and Learning Alliance (pp. 3–13). Cham: Springer International Publishing. https://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-71940-5_1 

Ninaus, M., Moeller, K., McMullen, J., & Kiili, K. (2017). Acceptance of Game-Based Learning and Intrinsic Motivation as Predictors for Learning Success and Flow Experience. International Journal of Serious Games, 4, 15–30. https://dx.doi.org/10.17083/ijsg.v4i3.176 



Konferenzbeiträge

Greipl, S., Kiili, K., Bieck, S. M., Moeller, K., & Ninaus, M. (2018). Effectiveness and benefits of game-based training for rational number understanding. 36th European Workshop of Cognitive Neuropsychology. Bressanone, Italy. [Talk]

Greipl, S., Kiili, K., Lindstedt, A., Moeller, K., Klein, E., Karnath, HO., & Ninaus, M. (2018). Quantifying emotions in a game-based vs a non-games-based learning task. 2nd VECTOR Workshop on Virtual Environments: Current TOpics in psychological Research. Tübingen. [Talk]

Greipl, S., Kiili, K., Moeller, K., Klein, E., Karnath, H. O., Ninaus, M. (2018). Increased emotional engagement in game-based learning. European Association for Research on Learning and Instruction (EARLI). Special Interest Group (SIG) 8: Motivation and Emotion - 16th International Conference on Motivation (ICM 2018). Aarhus, Dänemark. [Talk]

Greipl, S., Moeller, K., Kiili, K., & Ninaus, M. (2019, December). Lifelong Learning with a Digital Math Game: Performance and Basic Experience Differences Across Age. Games and Learning Alliance conference, Athens, Greece. [Talk]

Ninaus, M. (2019, October). Game-based learning of rational numbers – Digitial games as learn and research tool, UMIT – Private University for Health Sciences, Medical Informatics and Technology, Tirol, Austria. [Invited talk]

Ninaus, M. (2019, February). Semideus - A game-based Rational Number Engine. Charles University, Prague, Czech Republic. [Invited talk]

Ninaus, M. (2018). Emotional engagement in game-based learning. Invited talk held at the International Summit on Serious Health Games, London, United Kingdom. [Keynote]

Ninaus, M., Greipl, S., Kiili, K., & Moeller, K. (2019, May). Increased emotional engagement in game-based math learning. International Symposium on Dyslexia & Dyscalculia: Digital Diagnostics, Intervention, and Game-Based Learning. Munich, Germany. [Poster]

Ninaus, M., Greipl, S., Kiili, K., & Moeller, K. (2018). Game-based training of rational number knowledge. Workshop on Integrating Educational and Cognitive Perspectives on Mathematics. Tübingen. [Talk]

Ninaus, M., Greipl, S., Kiili, K., & Moeller, K. (2018). Increased emotional engagement in game-based math learning. International Symposium on Dyslexia & Dyscalculia: Digital Diagnostics, Intervention, and Game-Based Learning. Munich, Germany. [Poster]

Ninaus, M., Greipl, S., Kiili, K., Lindstedt, A., Klein, E., Karnath, HO, & Moeller, K. (2019). Increased emotional arousal in game-based learning. 18th Biennial EARLI Conference for Research on Learning and Instruction, Aachen, Germany. [Talk]

Ninaus, M., & Moeller, K., (2018). Semideus - A game-based approach on rational number learning: From Design to Implementation. Invited talk held at the Behavioural Science Institute, Nijmegen, Netherlands. [Talk]

Ninaus, M., Kiili, K., Moeller, K., & Kober, S. (2019) Same, but different - Investigating effects of gamification on NLE performance using eye-tracking. 2nd Mathematical Cognition and Learning Society (MCLS) conference, Ottawa, Canada. [Talk]

Ninaus, M., Kiili, K., Siegler, R. S., Moeller, K. (2017, December). Data-driven design decisions to improve game-based learning of fractions. International Games and Learning Alliance conference. GALA 2017. Lissabon, Portugal. [Talk]