Spielend lernen in der virtuellen Realität
Weiterbildung durch Gamification

Steve Killian, DECURA Consulting GmbH, Nicola Nendel, Tobias Markert und Ralph Riedel, Technische Universität Chemnitz

Viele Unternehmen stehen vor der Herausforderung ihre Arbeitnehmer für die Bearbeitung immer komplexer werdender Produkte sowie die Ausführung vielschichtiger Prozesse geeignet zu schulen. Im Zuge der Globalisierung geschieht dies nicht mehr nur klassischerweise interdisziplinär, sondern auch multikulturell und multilingual. Zusätzlich muss an weltweit verteilten Produktionsstandorten oft der gleiche Wissensstand aufgebaut und aufrechterhalten werden. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, ob klassische Weiterbildungsangebote in Form von externen Mensch-zu-Mensch-Schulungen dem heutigen Qualifizierungsbedarf noch gerecht werden oder ob die Digitalisierung selbst Chancen bietet, Schulungen effektiver und effizienter zu gestalten.

Ein innovativer Ansatz, welcher im folgenden Beitrag vorgestellt und derzeit bei der DECURA Consulting GmbH entwickelt wird, ist das Zusammenführen von Virtual Reality (VR) und Fotogrammmetrie in Kombination mit Gamification-Elementen. 


Ausgangssituation

Hinter jeder Qualifizierung steht ein Qualifizierungsbedarf, der entsteht, wenn ein Mitarbeiter aus verschiedensten Gründen nicht fähig ist die Arbeitsaufgabe auszuführen. Anhand dieses individuellen Bedarfs ist ein geeignetes Qualifizierungsangebot auszuwählen. Dies gestaltet sich aufgrund der meist vielen verschiedenen Anbieter mit ihren unterschiedlichen Konditionen und heterogenen Angeboten zuweilen als äußerst aufwendig. Nicht nur, dass sich die Veranstalter anhand ihrer Veranstaltungsorte und -termine unterscheiden, sie lassen sich auch in Art, Umfang und Kosten differenzieren, wobei neben der eigentlichen Kursgebühr oft noch Reise- und Unterbringungskosten anfallen. Des Weiteren ist der gesamte Arbeitszeitausfall zu berücksichtigen. 

Findet die Weiterbildung wie geplant statt, wird sie in der Regel in einem Schulungsraum durchgeführt, der Probleme nicht dort aufzeigen kann, wo sie auftreten (z.B. an der Produktionslinie). Außerdem sind nicht alle Räume für die Vermittlung von Inhalten geeignet, zum einen weil bestimmte Medien nicht eingesetzt werden können, Einzel- oder Gruppenarbeiten behindert oder die Aufmerksamkeit durch die Umgebung beeinträchtigt werden. Des Weiteren hat der Trainer üblicherweise eine Gruppe mit heterogenem Wissensstand vor sich. Hierdurch ist eine individualisierte Deckung des jeweiligen Qualifizierungsbedarfs meist nicht gegeben.  

Neben den externen Bedingungen, die eine Schulung und deren Erfolg beeinflussen, gibt es auch individuelle Bedingungen, wie der oben genannte individuelle Qualifizierungsbedarf sowie der Aspekt der Motivation. Bei letzterem kann differenziert werden, ob eine Tätigkeit und damit auch der Wissenserwerb bereits in sich selbst (intrinsisch) einen Anreiz zur Ausführung trägt und somit Auswirkungen auf das Arbeits- und Leistungsverhalten hat oder ob äußere (extrinsische) Einflüsse, wie Strafen oder Belohnungen, maßgebend für die Zielerreichung sind [1]. 

Sowohl die externen als auch die individuellen Bedingungen beeinflussen die erfolgreiche Deckung des Qualifizierungsbedarfs. Hierdurch stellt sich die Frage, ob der Teilnehmer nach einer Weiterbildung tatsächlich in dem Maße qualifiziert worden ist, wie die Kursbeschreibung es erwarten ließ. Fällt die Beantwortung dieser Frage eher negativ aus, kann dies zum einen die oben genannten Probleme oder auch eine falsche Erwartungshaltung an die Tiefe der vermittelten Inhalte oder die Qualität des Angebots als Ursache haben. Gerade letzteres stellt eine große Herausforderung dar, weil in Evaluationsbögen oder Sterne-Bewertungen eher erfasst wird, wie der Trainer und das Training wahrgenommen wurden und nicht unbedingt wie gut die Teilnehmer qualifiziert wurden. Eine fundierte Aussage zur Schulungsqualität kann womöglich erst getroffen werden, wenn das vermittelte Wissen angewandt werden soll. 

Zusammenfassend kann demnach festgehalten werden, dass klassische externe Mensch-zu-Mensch-Qualifizierungsangebote aus verschiedenen Gründen problematisch sein können:

  • schwierige Auswahl (Leistung, Zeit, Kosten, Qualität)
  • organisatorische und finanzielle Aufwendungen (generell und bei Kursausfall)
  • Arbeitszeitausfall (Kursdauer, An- und Abreise)
  • Motivation der Teilnehmenden (intrinsisch vs. extrinsisch) 
  • didaktische Vermittlung (abhängig vom Trainer und den Rahmenbedingungen)
  • Heterogenität der Gruppe (beeinflusst den individuellen Lernerfolg)
  • gesetzte Erwartungen vs. tatsächliche Schulung (fehlende Bewertungsübersicht)
  • Deckung des Qualifizierungsbedarfs erst bei der Vor-Ort-Anwendung ersichtlich

Der Ansatz und die hiermit verfolgten Ziele

Das klassische Schulungsmodell weist, wie im vorherigen Abschnitt verdeutlicht, einige negative Aspekte auf, sodass die Auseinandersetzung mit anderen Formen der Wissensvermittlung sinnvoll und notwendig erscheint. Aus diesem Grund wurde ein Ansatz entwickelt, welcher die oben genannten Probleme beseitigen oder mindern soll. 

Dieser Ansatz besteht aus der Aufbereitung von Qualifizierungsinhalten mittels Gamification-Elementen in einer VR-Welt, die mit Fotogrammmetrie erstellt wurde. Vereinfacht ausgedrückt bedeutet dies, dass die zu trainierenden Tätigkeiten mit spielerischen Anreizen in einer Umgebung ausgeführt werden, die der tatsächlichen tätigkeitsbezogenen Umwelt entsprechen, da genau diese Umwelt durch Fotogrammmetrie aufgenommen wurde. Der Qualifizierungsbedarf kann daher mittels learning-by-doing gedeckt werden.

Ziel hierbei ist es die Mitarbeiter entsprechend der Anforderungen zu qualifizieren und die intrinsische Lernbereitschaft der Mitarbeiter zu steigern. Denn das Verlangen, sich selbstständig neues Wissen anzueignen, ist bei jedem Mitarbeiter anders ausgeprägt [2]. Im Unterschied zu einer klassischen Weiterbildung wird nicht nur Wissen aufgenommen, welches auf den eigenen Kontext übertragen werden muss, sondern der Mitarbeiter lernt mehr oder weniger direkt, d.h. kontextspezifisch im tatsächlichen Arbeitsumfeld.


Umsetzung

Während in der Vergangenheit VR-Hardware kostspielig sowie recht komplex im Aufbau war und Hochleistungsrechner mit externen VR-Brillen notwendig waren, sinken die Kosten in der Computertechnologie und durch das stetige Fortschreiten von VR-Anwendungen kontinuierlich [3]. Hierdurch ist die Anwendung auch für den Bereich der Qualifizierung aus wirtschaftlicher Sicht nutzbar.

Die generelle Akzeptanz von VR wird beeinflusst vom Immersionsgrad. Hierunter wird der Grad des Eintauchens in die virtuelle Welt verstanden, der durch die Anregung der menschlichen Sinne ermöglicht wird [4]. Eine als real empfundene VR-Welt hängt zum großen Teil von der Visualisierung der digitalen Umwelt und der Objekte ab. Deshalb entstand die Idee, einzelne Objekte und ganze Fabrikumgebungen mithilfe von Fotogrammmetrie so realistisch wie möglich in die VR zu integrieren. Bei der Fotogrammmetrie entsteht aus vielen einzelnen 2D-Aufnahmen ein 3D-animierbares Objekt (Bild 1). 

 


Bild 1: 3D-Modell einer Bohrmaschine mittels Fotogrammmetrie erstellt.

Auf diesem basierend, fühlt sich der Teilnehmer nicht wie in einer merkbar digitalen Welt, sondern findet sich in einer vertrauten Umgebung wieder. Dies erhöht nicht nur die Akzeptanzbereitschaft, sondern auch die Übertragung des Gelernten auf den realen Arbeitsplatz [5]. 

Um die Akzeptanzbereitschaft in der Erprobungsphase zu erhöhen, wird mit einfachen, in die VR-Welt einführenden, Modulen gestartet. Das bedeutet beispielsweise die Anwendung einer klassischen 5S-Methode um den Arbeitsplatz zu organisieren. Hierfür werden der individuelle Arbeitsplatz (z.B. Montagearbeitsplatz) sowie alle einzelnen Objekte, welche in dieser Umgebung bewegt werden sollen, im jeweiligen Unternehmen mittels Fotogrammmetrie aufgenommen und in die VR eingefügt. Somit ist der Nutzer in der Lage sich virtuell an seinem Arbeitsplatz zu bewegen und die beweglichen Objekte in ihrer räumlichen Anordnung zu verändern. Übertragen auf die Qualifizierung zur 5S-Methode, welche eine Standardisierung der Arbeitsplatzorganisation für ein effizienteres Arbeiten nutzt [6], bedeutet dies beispielsweise, dass der Nutzer eine vorgegebene Anordnung der Objekte in der virtuellen Umgebung herstellen soll. Wird dieses Beispiel um Gamification-Elemente ergänzt, könnten Punkte z.B. für die richtige Platzierung, für die erreichte Zeit, für das Finden absichtlicher Fehler, wie kaputte Teile, oder ähnliches vergeben werden.

Der Vorteil digitaler VR-Module ist: Sind sie einmal erstellt, können sie unendlich oft abgerufen und geteilt werden. Das heißt, das Modulangebot steigert sich mit der Zeit und ist nach der Freigabe durch das jeweilige Unternehmen weltweit verfügbar. Gerade für Unternehmen mit vielen verschiedenen Standorten, in denen die gleichen Standards gelten und Abläufe identisch vorgenommen werden, eröffnen diese VR-Module ein großes Potenzial. 

Mit jedem erstellten VR-Modul erweitert sich der Anwendungs-Pool, aus dem je nach Qualifizierungsbedarf und -wunsch, die entsprechenden Module ausgewählt werden können. Ein weiterer Vorteil hieran ist, dass sich die Arbeitnehmer, in ihrem individuellen Lerntempo, selbst schulen und ausprobieren könnten, sofern sie hierfür ein Zeitkontingent zur Verfügung gestellt bekommen. 

Um innerhalb des Projekts eine intrinsische Motivation beim Schulungsteilnehmenden zu wecken, werden, wie beim vorherigen Beispiel bereits angeschnitten, Spielelemente und -methoden aus dem Bereich der Gamification in die VR-Module integriert.

Gamification

Die Grundidee des Gamifications ist die Einbettung von Spiel-Design-Elementen in spielfremde Produkte und Dienstleistungen [7].

Dies kann durch eine unterschiedliche Implementierung von Spielmechaniken erfolgen [8]:

  • Belohnungssysteme (z.B. Punktesystem)
  • Möglichkeiten einer kollaborativen Problemlösung
  • Möglichkeiten für soziale Netzwerke und Wettbewerbe
  • Gestaffeltes Lernen mit ansteigenden Herausforderungen.

Es ist essenziell, solche Rankingsysteme anonymisiert zu gestalten, da sie anderenfalls direkt von einer Mitarbeitervertretung des Unternehmens gestoppt würden. Die speziellen Bedingungen der neu erlassenen Datenschutzgrundverordnung sind hierbei unbedingt zu beachten. Durch die Einführung von Avataren und die Erstellung eines Pseudonyms als Namen, kann den genannten Bedenken entgegengewirkt werden. Avatare sind in diesem Fall als digitale Abbilder eines Spielcharakters zu verstehen [9]. Durch sie ergeben sich erneut Möglichkeiten, motivierende Aspekte zu integrieren. Gesammelte Punkte könnten bspw. zur Freischaltung neuer Gestaltungselemente der Avatare beitragen, welche wiederum eine Motivationssteigerung mit sich bringen können.

Das Punktesystem bietet außerdem Vorteile im Hinblick auf ein sofortiges Feedback der persönlichen Leistung. Der Mitarbeiter sieht nach dem Beenden eines Levels bzw. Moduls, wie viele Punkte erreicht wurden. Dies kann den Willen aktivieren, sich erneut zu testen und ein besseres Ergebnis zu erzielen.

Sowohl für den Arbeitgeber als auch für den Arbeitnehmer zeigt sich somit, ob noch ein allgemeiner oder spezieller Qualifizierungsbedarf besteht. Der Arbeitgeber kann die Avatare den Mitarbeitern nicht zuordnen, aber durch die Ergebnisse kann ein generelles Schwachstellenprofil aufgezeigt werden, welches die Ursache für Fehler oder Fehlerfolgen darstellt und somit analysiert und mittels Abstellmaßnahmen behoben werden kann. 

Aus Arbeitnehmersicht ist eine direkte Verknüpfung mit der Arbeit möglich. Wird in der VR-Welt gearbeitet, welche durch die Fotogrammmetrie der realen Arbeitsumgebung entspricht, können die Folgen des eigenen Handelns gesehen werden ohne, dass dies zu realen Folgen führt. Dies führt zu einem Aufzeigen von (eigenen) Fehlern und zur Sensibilisierung für die Fehlerquellen. Damit sind Anwender in der Lage diese Fehler unter realen Bedingungen zu vermeiden oder im Sinne des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP) eine Prozessänderung anzustoßen. Generell gilt, dass eine Auseinandersetzung mit speziellen Tätigkeiten, Abläufen, Prozessen oder ganzen Systemen stattfindet, welche für den KVP genutzt werden kann. 


Vision

Eine Vision, welche mit dem vorgestellten Ansatz verfolgt wird, ist unter anderem die Unterstützung von mobilem Arbeiten.

Module könnten online bereitgestellt werden und mit einer eigenen VR-Brille weltweit individualisierte oder standardisierte Schulungen ermöglichen. Des Weiteren werden in naher Zukunft VR-Systeme nicht mehr an einen externen Computer gebunden, sondern komplett in einer VR-Brille integriert sein [10]. Stationär kann ein VR-Lehrraum zur Verfügung gestellt werden, den Mitarbeiter zu Zwecken der Selbstschulung nutzen können. Denkbar wäre, jedem Mitarbeiter ein monatliches Zeitkontingent zur Selbstschulung bereitzustellen, welches er frei im bereitgestellten VR-Lehrraum nutzen kann, um Lösungsansätze für aktuelle Probleme der Arbeitstätigkeit zu entwickeln oder sich generell weiterzubilden.

Des Weiteren bietet eine VR-Welt Platz zum Ausprobieren von erlernten Methoden, anstatt sie bisher nur theoretisch zu erlernen und anschließend aus eventueller Angst vor Fehlern zaghaft in der Praxis anzuwenden.

Durch das Punkte- und Rankingsystem ließen sich zudem verschiedene Standorte miteinander vergleichen. So ist es interessant zu wissen, warum beispielsweise ein Produktaudit-Modul an einem Standort signifikant besser gelöst wird als an den anderen Standorten. Des Weiteren können anhand der Häufigkeit der abgerufenen Module Rückschlüsse auf eine eventuelle Wissenslücke am Standort gezogen werden. 


Herausforderungen

Während das Erstellen einer VR-Umgebung bereits soft- und hardwaretechnisch ausgereift ist und Ideen oft problemlos umgesetzt werden können, erweist sich die Fotogrammmetrie als Herausforderung. Sie eignet sich optimal für kleinere Objekte, wie Prüfmittel, allerdings stellten sich bei Versuchen Schatten als ein Problem beim Scannen größerer Objekte heraus. Diese aufgenommenen Umgebungen müssen somit nachgearbeitet werden, was derzeit das Aufwand-Nutzen-Verhältnis beeinträchtigt.

Eine weitere Herausforderung stellt der Gamification-Ansatz dar. Dieser folgt in der Theorie dem richtigen Weg der Motivation zur Selbstschulung [11]. Allerdings setzt er ein gewisses Teilnehmer-Netzwerk voraus, welches in einer frühen Phase des Projekts schwer zu simulieren ist. So machen Rankinglisten nur Sinn, wenn mehrere Spieler aktiv sind und sich vergleichen können. Dieses Problem könnte allerdings durch die Erstellung von Fake-Accounts gelöst werden. Das Sammeln von Punkten hingegen erfordert bereits mehrere Module oder die Erstellung von verschiedenen Level innerhalb eines Moduls, welche vorab entwickelt werden müssen.

Fazit

Die Umsetzung von Qualifizierungsangeboten in der VR mittels Fotogrammmetrie und Gamification-Elementen bietet viele Potenziale. Negative Aspekte von Mensch-zu-Mensch-Weiterbildungen könnten hierdurch gänzlich vermieden oder gemindert werden und neue Möglichkeiten hinsichtlich Förderung von Lernbereitschaft, mobilen Qualifizierungen und der Aufbau eines standortübergreifenden Wissenstands könnten genutzt werden. 

Derzeit problematisch ist die Herstellung eines möglichst hohen Immersionsgrads mittels Fotogrammmetrie. Eine realistische Abbildung ist hiermit möglich, jedoch sind im Moment noch zu viele Nacharbeiten notwendig, was eine wirtschaftliche Nutzung erschwert. 

 

 

Schlüsselwörter:

VR, Gamification, Fotogrammmetrie, Qualifizierung

Literatur:

[1] Lang, A.; Conrads, S.; Oberhäuser, B.; Lorenz, D.: Kommunikation und Management. Karlsruhe 2003.
[2] Gindl, T.: Interaktion zwischen Technik und Wissenschaft. Hamburg 2011.
[3] Fend, L.; Hofmann, J.: Digitalisierung in Industrie-, Handels- und Dienstleistungsunternehmen. Berlin Heidelberg New York 2018.
[4] Leinenbach, S.: Interaktive Geschäftsprozessmodellierung. Berlin Heidelberg New York 2013.
[5] Solms, A.: Das große Buch der Konzentrationstechniken. München 2009.
[6] Kamiske, G.: Handbuch QM-Methoden. München 2015.
[7] Fuchs, M.; Fizek, S.; Ruffino, P.: Rethinking Gamification. Lüneburg 2014.
[8] Upwork: https://www.upwork.com/hiring/for-clients/virtual-reality-gamification-e..., Abrufdatum: 30.01.2019
[9] Waggoner, Z.: My Avatar, My Self: Identity in Video Role-Playing Games. North Carolina 2014.
[10] Oculus: www.oculus.com/go, Abrufdatum 29.10.2018.
[11] Sailer, M.: Die Wirkung von Gamification auf Motivation und Leistung. Berlin Heidelberg New York 2016.