Training & Education

Fünf Fragen an Nadine Bisswang, Doktorandin im Bereich VR Forschung


Entwicklung einer Taxonomie für den VR-Einsatz in der Hochschullehre

Es hat sich inzwischen herumgesprochen, dass Virtual Reality Anwendungen den Unterricht bereichern können. Bisher gab es jedoch keine Beschreibung, was VR-Anwendungen im (Hochschul-) Unterricht eigentlich ausmacht. Die Doktorandin Nadine Bisswang und drei Mitautoren vom Zentrum für Digitale Transformation (ZDT) der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (dhbw) in Stuttgart und von der Universität Stuttgart haben dies geändert und haben im Paper What is Your VR Use Case for Educational Like: A State-Of-The-Art Taxonomy“ Eigenschaften definiert, die aktuelle Anwendungen und deren Einsatz beschreiben und vergleichbar machen. Wir haben mit Nadine über ihr 2023 veröffentlichtes Paper gesprochen.

Foto: Laurin Obermaier

1. Welche Kriterien sind in Eurem Forschungsvorhaben besonders wichtig? Was kann und ermöglicht VR, was andere Medien nicht können ? Wo stecken die größten Potentiale für den Lernerfolg?

Unser Paper ist nur ein Puzzleteil in tausenden Artikeln im Bereich der Forschung zu VR. So einfach zu sagen, was die größten Potenziale für VR-Anwendungen in der Praxis sind, wäre etwas vermessen (lacht).

Meine Mitautoren sind Wissenschaftler und Lehrende an Hochschulen bzw. Universitäten: Dr. Dimitri Petrik, Prof. Dr. Erich Heumüller und Prof. Dr. Sebastian Richter.

Die Kriterien für den Lernerfolg haben wir in unserer kooperativen Arbeit nicht beforscht – dafür müssten wir ja erst definieren, was „Lernerfolg“ bedeutet: Bedeutet es, dass die Studierenden die Prüfungsleistung sehr gut bestehen, oder bedeutet es, dass die Studierenden nachhaltig die Lehrinhalte behalten haben?

Grundsätzlich ist natürlich das „Abholen“ der Studierenden auf deren unterschiedlichen Kenntnisniveaus wichtig. Hier müssen Lehrmethoden und -materialen entsprechend angepasst werden. In realer Unterrichtspraxis wird Lehrmaterial für ein angenommenes Level oder aus der Erfahrung heraus konzipiert, da wir zeitlich nicht auf jeden individuellen Kenntnisstand eingehen können.

Weitere Kriterien für den Lernerfolg könnten die Lernumgebung sein und die Motivation der Lernenden. Diese Kriterien kann Virtual Reality unterstützen.

VR hat Potenzial, genau dafür eingesetzt zu werden – beispielsweise als VR-Anwendung mit personalisierten Lernpfaden, um dem unterschiedlichen Kenntnisstand der Studierenden Rechnung zu tragen.

Aus theoretischer Sicht würde ich sagen, dass das größte Potenzial von VR darin besteht, wie VR unsere Methoden auf einzigartige Weise erweitert – da, wo unsere Realität erweitert wird.

Wir können mit VR personalisierte Lernpfade ermöglichen, indem etwa zu Beginn der individuelle Kenntnisstand abgefragt werden könnte und die User:innen dann dementsprechend individuelle Inhalte angeboten bekommen – was wir so in der Realität wegen Zeit- und Kostengründen nicht einfach können, da Lehrinhalte ja für die Mehrheit passen sollen.
VR kann also unseren Möglichkeitsbereich erweitern und macht auch noch Spaß – VR setzt Begeisterungsfähigkeit frei. Wir geben damit Lernenden eine andere Möglichkeit zu lernen. Also lohnt es sich, sich damit zu beschäftigen.

Zwar fokussiere ich in meinem Forschungsvorhaben die Hochschullehre, aber ein Beispiel für diese Erweiterung sehe ich auch in Ausbildungsberufen – Eine Ausbildung kann mit VR realistischer werden, ohne den Gefahren der Realität ausgesetzt zu sein: z.B. die Ausbildung zum Feuerwehrmann oder die Ausbildungen in medizinischen Berufen.

Was kann VR besser als andere Medien für die Lehre? Die Antwort dazu würde ich mit „Trigger des Anwendungsfalles“ übertiteln: Ich plane den Einsatz einer VR-Anwendung, weil sie in der Lage ist, Sachverhalte darzustellen, die aus ethischen, zeitlichen oder räumlichen Gründen, zur Vermeidung von Gefahren oder zur anschaulichen Erklärung abstrakter Konzepte, besser geeignet ist als traditionelle Medien. Zum Beispiel virtuelle Reisen in geografisch weit entfernte Länder, das Erforschen eines Computers mittels winziger Avatare oder das Üben chirurgischer Eingriffe in VR. 


2. Wie seid Ihr an die Arbeit herangegangen, also wie habt Ihr die Klassifizierung vorgenommen? Wie war die Zusammenarbeit im Team? Habt Ihr mit anderen Hochschulen direkt zusammengearbeitet?

Zur Taxonomie-Entwicklung habe ich eine anerkannte wissenschaftliche Methode verwendet. Die Zielsetzung war Virtual-Reality-Anwendungsfälle strukturiert zu beschreiben. Diese VR-Anwendungsfälle habe ich in der Literatur gesucht und habe einen sogenannten Systematic Literature Review (SLR) durchgeführt. Wir – damit meine ich Wissenschaftler:innen – erforschen mit SLRs den aktuellen „Stand in der Forschungswelt“. In diesem Fall mittels der Literatur über VR Use-Cases. Wichtig ist dabei, dass wir „nur“ positive Pfade beforschen, da wir ja die gescheiterte (und nicht beschriebenen) Projekte nicht betrachten können. Einer der 39 evaluierten Beispielfälle etwa ist eine VR-Anwendung eines sich bewegenden Herzens für Medizinstudierende.

Wie kamen wir nun konkret zu dieser Taxonomie?

Durch die Kombination eines deduktiven und induktiven Ansatzes. Deduktiv bedeutet, ich habe eine bestehende Struktur, die ich auf die Literatur anwende. Induktiv bedeutet, ich leite selbst eine neue Theorie ab.

Deduktiver Ansatz:
1) Die bestehende „Struktur“ war hierfür die Beschreibung von Virtual Reality und Use Cases. Da ich eine Taxonomie zur Beschreibung von VR-Use-Cases entwickeln wollte, habe ich mir erst angeschaut: wie beschreibt man eigentlich VR und wie werden Use-Cases beschrieben (Bsp. „VR kann anhand von vier Dimensionen beschrieben werden“)?
2) Dann habe ich den SLR durchgeführt à ich habe mehrere wissenschaftliche Datenbanken nach Papern zu den Keywords „VR“, „Use Case“ und „Learning“ durchsucht. Dann habe ich schrittweise nach Kriterien selektiert (z.B. Ist der Use Case detailliert genug beschrieben?). So habe ich von ca. 700 Paper am Ende 39 Paper ausgewertet. Diese 39 Paper habe ich nach den VR- und Use-Case-Dimensionen codiert. Ein einfaches Beispiel: VR kann u.a. anhand der Dimension „3D Umgebung“ beschrieben werden. Hier unterscheiden sich klassisch abstrakte und realistische Umgebungen – Also wurden die VR-Use Cases codiert, ob sie entweder eine abstrakte oder realistische Umgebung eingesetzt haben.

Induktiver Ansatz:
Die Diskussion zu viert ergab, dass die VR und Use Case Dimensionen nicht ausreichen, um einen VR Use Case detailliert zu beschreiben. In Folge haben wir neue Dimensionen induktiv abgeleitet.
Auch hier ein einfaches Beispiel: Die neue Dimension „Interaktivität mit der Umgebung“, die beschreibt, ob die Anwender:innen Objekte manipulieren oder „nur“ etwas anschauen können.

Tabelle: Taxonomy Development Process

Zusammenarbeit mit anderen Hochschulen: Mit Hochschulen außerhalb der DHBW und der Universität Stuttgart haben wir nicht zusammengearbeitet – es war eine Aufnahme vom aktuellen Stand der Forschung. Dennoch ist die „Praxis“ integriert. Also man müsste differenzieren zwischen „Praxis“ und „Realität“. Die VR Use Cases sind natürlich real und die Paper, die diese Use Cases beschreiben, sind Kommunikationsergebnisse von Forschungen. Die VR Use Cases wurden konzipiert und auch umgesetzt und sind damit real.

Zusammenarbeit im Team: Ein Forschungsprozess besteht aus vielen Schritten. Ein Paper ist das Kommunikationsergebnis der Forschung. Meine Mitautoren haben bereits promoviert und haben sehr viel Forschungserfahrung. Die Promotion an sich kann man als eine Art Ausbildungsabschnitt sehen. Im Team haben wir also zuerst das Problem definiert, die Forschungsfrage festgelegt als auch unser Vorgehen/ Methodik besprochen. Den SLR habe ich durchgeführt und ausgewertet, wobei die Auswertung und Interpretation der Ergebnisse wieder im Team besprochen wurde. Es ist ein iteratives Vorgehen mit sehr viel Abstimmungspunkten. Das Paper am Ende habe ich dann überwiegend geschrieben – Es geht ja um mein Promotionsvorhaben.

öffentlich zugängliches Paper auf EJEL


3. Gibt es Unterschiede, wenn man VR in der Grundschule, in weiterführenden Schulen, in der Berufsschule statt im universitären Umfeld einsetzt? Was ändert sich dabei an der Taxonomie?

Die Taxonomie ist eine beschreibende Theorie, also aus dem Impuls der Technologie (VR) auf den Anwendungsfall heraus entwickelt. Daher ist die Taxonomie erstmal unabhängig von dem organisatorischen Umfeld (Grundschule, etc.). Demnach muss man bei der Taxonomie nicht differenzieren. Beispielsweise hat eine VR-Anwendung für eine Grundschule wahrscheinlich auch die Dimension „Sensorisches Feedback“.

Für belastbare Forschungsergebnisse zur Beschreibung von VR-Anwendungsfällen außerhalb des Hochschulbereichs müsste man jedoch konkret diese Fälle von Hochschulen, weiterführenden Schulen bis hin zu Grundschulen untersuchen, vergleichen und eine Taxonomie dafür bauen.

Es wäre allerdings superspannend, die Taxonomie mal auf weitere Anwendungsfälle aus der Praxis zu mappen und daraus zu lernen.


4. Kann die Taxonomie auch für Lehrpläne in der Zukunft eingesetzt werden? Was war da Euer Ziel? Was ist nach der Veröffentlichung der Taxonomie erfolgt?

Das Ziel der Taxonomie war gar nicht, ein Werkzeug für den Einsatz in zukünftige Lehrpläne zu entwickeln. Eine Taxonomie ist eine Deskription – in diesem Fall von VR-Anwendungsfällen in der Lehre.

Lehrende können natürlich unsere Taxonomie nutzen, um VR-Anwendungsfälle strukturiert zu verstehen und zu vergleichen. Wichtig dabei ist, dass die Taxonomie das Ziel hat etwas zu beschreiben – aus der Literatur heraus. Mit einem SLR überführt man die in der Vergangenheit entstandenen Daten in einen Ist-Zustand. Dass man damit nicht automatisch die Zukunft beschreiben kann, liegt in der Natur der Sache. Inwiefern nun die Taxonomie tatsächlich in der Praxis auf neue Fälle anwendbar ist, liegt im Auge des Betrachters. Die Taxonomie ist im Moment also „nur“ eine Beschreibung. Sie reflektiert erstmal den „Stand der Welt“ in der Literatur über VR-Anwendungsfälle.

Im Rahmen meines Promotionsvorhabens beschäftige ich mich ja mit der Konzeption von Lehrinhalten für Virtual Reality – das heißt konkret, wie man bestehende Lehrinhalte „gut“ und in gute VR-Anwendungen für die Hochschullehre übersetzen kann. Die Taxonomie war also der Startpunkt meiner Promotion. Nach der Veröffentlichung der Taxonomie habe ich mich im zweiten Schritt damit beschäftigt, an welchem Punkt man ansetzten muss, um VR in der Hochschullehre zu integrieren.

Hier habe ich ein Strukturmodell entwickelt, das ich letzte Woche ganz aktuell als Forschungsartikel zur Publikation eingereicht habe. Ich stelle darin die Frage, was es denn heißt, VR in eine Vorlesung zu integrieren? Heißt das, dass ein Studierender in der VR-Brille einfach die 2D Slides in 3D sieht? Oder heißt das, dass VR inhaltskritisch für die Vorlesung ist – also ohne VR wäre die Vorlesung nicht mehr vollständig?


5. Was planst Du als nächstes?

Mit meiner geplanten Doktorarbeit möchte ich Lehrenden eine Methode in die Hand geben, um Virtual-Reality-Lehrinhalte zu konzeptionieren.

Der nächste Schritt, an dem ich forsche, ist ein Rollenkonzept für die Erstellung und Umsetzung von VR-(Lehr-/Lern-)Anwendungen.

Wenn ein:e Lehrende:r die Idee für eine zu ihrem/seinem Lehrvorhaben passende VR-Anwendung hat: wie geht man vor, um eine gut durchdachte VR Anwendung zu bauen?

Ein:e Lehrende:r wird wahrscheinlich nicht allein in der Lage sein, sich sein VR-Lehrmittel selbst zu bauen bzw. zu entwickeln. Also braucht es einen Teamansatz. Wer gehört zu diesem Team? Ein:e Pädagog:in/ Didaktiker:in? Ein:e VR-Entwickler:in? Wen braucht es noch?

Zu diesem Zweck würde ich mich sehr gerne mit Praktiker:innen und auch der Zielgruppe unterhalten und bin offen für Feedback, Input und Erfahrungen– um gemeinsam zu lernen.

So könnten wir sowohl den Stand der Wissenschaft UND die heutige Praxis einbeziehen. Die Taxonomie ist weiterentwickelbar, das Rollenkonzept noch nicht definiert und dafür wünsche ich mir diesen Austausch.


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