Lernen durch Gamification Entwicklung und Evaluierung einer Anwendung für das Erlernen von Fahrzeug-Benutzerschnittstellen

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1 Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Medientechnik Forschungsgruppe Verteilte Multimodale Informationsverarbeitung Prof. Dr.-Ing. Eckehard Steinbach Lernen durch Gamification Entwicklung und Evaluierung einer Anwendung für das Erlernen von Fahrzeug-Benutzerschnittstellen Gamification-based In-vehicle User Interface Training Markus Steppberger Bachelor-Arbeit Verfasser: Anschrift: Markus Steppberger Matrikelnummer: Professor: Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Eckehard Steinbach Dipl.-Ing. (Univ.) Stefan Diewald Beginn: Abgabe:

2 Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Medientechnik Forschungsgruppe Verteilte Multimodale Informationsverarbeitung Prof. Dr.-Ing. Eckehard Steinbach Erklärung Hiermit erkläre ich an Eides statt, dass ich diese Bachelor-Arbeit zum Thema Lernen durch Gamification Entwicklung und Evaluierung einer Anwendung für das Erlernen von Fahrzeug-Benutzerschnittstellen Gamification-based In-vehicle User Interface Training selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet habe. München, den Markus Steppberger Markus Steppberger

3 Kurzfassung Die Entwicklungen auf dem Fahrzeugmarkt hängen häufig mit neuen technologischen Möglichkeiten zusammen, die zu einer immer größer werdenden Funktionalität der Automobile führt. Heutzutage bieten Fahrzeuge eine Vielzahl von Funktionen aus verschiedenen Bereichen, wie Fahrerassistenzsysteme, Unterhaltungssysteme und Infotainmentsysteme. Das führt häufig dazu, dass Autofahrer einen Teil der Funktionen in ihrem Fahrzeug nicht kennen oder ihnen die Bedienung unbekannt ist. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wird in dieser Arbeit eine Applikation nach dem Gamification-Ansatz entwickelt, die das Wissen des Nutzers über das hier verwendete Fahrzeug erhöht. Dabei wird auf Grundlage einer Diplomarbeit und des darin entwickelten ersten Prototyps einer solchen Applikation aus dem Jahr 2013 ein überarbeitetes Konzept für eine Anwendung erstellt. Der erste Prototyp bestand aus einer Android-Applikation, wohingegen die hier entwickelte Anwendung im Testfahrzeug selbst genutzt wird. In dieser Arbeit wird sowohl das Konzept, als auch die fertige Applikation im Detail vorgestellt. Um die Wirksamkeit der Nutzung dieser Anwendung zu zeigen, wird in einer Studie mit Hilfe eines Fahrsimulators gezeigt, dass ein Lerneffekt der Experimentalgruppe dieser Arbeit erkennbar und messbar ist. Dabei werden die Daten dieser Studie mit den Daten aus der ersten Reihe an Experimenten zu diesem Thema aus der bereits genannten Diplomarbeit verglichen. iii

4 Abstract Developments in the automotive sector are often connected to new technological possibilities that lead to a growing number of functions in cars. Nowadays cars include a range of functions from different areas such as advanced driver assistance systems, entertainment systems, and infotainment systems. The sheer amount of available functions often leads to drivers being unaware or unable to use all of them. In this thesis, a gamified application is developed to counteract this phenomenon and increase the driver s knowledge of their car. The concept of this application is based on a diploma thesis from 2013 and the prototype developed as part of it. The first prototype was a mobile application developed for the Android platform, whereas the application developed in this thesis runs directly in the driving simulator. To show the efficacy of this application a scientific study using a driving simulator was conducted. Compared to the data from the scientific study of the diploma thesis, this study showed an increased learning effect with the application developed in this thesis iv

5 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis v 1 Einleitung Motivation und Problemstellung Ziel der Arbeit Aufbau und Struktur der Arbeit Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit Gamification Spiele-Design-Elemente Herausforderungen Neugierde und Fantasie Kontrolle Grundlagen aus dem mobilen Prototyp Überarbeitetes Konzept für die Applikation im Fahrzeug Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung Die Entwicklungswerkzeuge Die verschiedenen Elemente der Anwendung Steuerung der Applikation Anbindung zum Controller Area Network (CAN)-Bus Datenspeicherung mit Java-Properties Der Launcher - Benutzeroberfläche für den Experimentator Das Menü Explore-Modus Quiz-Modus Nutzerinformationen im Profil Sprachenänderung über die Einstellungen Die Bestenliste Die Einbindung der Applikation in die Simulationsumgebung v

6 INHALTSVERZEICHNIS vi 4 Aufbau des Experiments und Auswertung der Studie Forschungsfragen der Studie Auswahl der Probanden Ablauf des Experiments Fragebogen vor dem Experiment Einweisung und Nutzung der Applikation Der Lane Change Task (LCT) Der NASA-Task Load IndeX (NASA-TLX) Fragebogen nach dem Experiment Auswertung des Experiments Die Probanden-Profile Auswertung des NASA-Task Load IndeX (NASA-TLX) Applikations- und LCT-Bewertung Auswertung der Speicherstände aus der Applikation Ergebnisse aus dem Lane Change Task (LCT) Beobachtungen und Rückmeldungen aus den Experimenten Verbesserungsvorschläge für die Applikation Beantwortung der Forschungsfragen Zusammenfassung und Ausblick 53 A Zuordnung der Tastatureingaben zu den Funktionen im Fahrzeug 54 B Digitale Anhänge 56 Abbildungsverzeichnis 57 Tabellenverzeichnis 59 Abkürzungsverzeichnis 60 Literaturverzeichnis 61

7 Kapitel 1 Einleitung 1.1 Motivation und Problemstellung Vergleicht man heutige Automobile mit älteren Modellen, so fällt vor allem die immense Veränderung des Funktionsumfangs auf. Die Steuerung und das Gasgeben bzw. Bremsen sind stetig um einige weitere Funktionen bei der Benutzung eines Fahrzeugs erweitert worden [1]. Neue technologische Fortschritte ermöglichen immer neue Systeme, die das Fahren oder Navigieren im Straßenverkehr erleichtern oder die Autofahrt für alle Passagiere angenehmer machen sollen. Diese steigende Anzahl an Funktionen und Systemen im Auto und verschiedene Ausführungen und Bedieneinheiten ähnlicher Systeme steigert die Komplexität der Bedienung und erfordert deshalb eine immer höhere Einarbeitungszeit. Dies sind sicherheitsrelevante Überlegungen, vor allem, wenn die Bedienung während der Fahrt erfolgt. Lansdown et al. haben in einem Experiment im Jahr 2004 festgestellt, dass sich das Fahrverhalten in mehreren Punkten ändert, wenn der Fahrer sekundäre Funktionen, d. h. solche, die nicht direkt das Fahren und Steuern des Fahrzeugs betreffen, verwendet. Sie führen weiter an, dass dies zu einem Sicherheitsrisiko werden kann [2]. Der Fahrer sollte deshalb möglichst schon vor der ersten Fahrt mit einem ihm unbekannten Automobil, dessen Funktionen und deren Bedienung kennen und beherrschen, um die Möglichkeit zu haben, den Funktionsumfang des Fahrzeuges von Anfang an voll auszuschöpfen und kritische Situationen im Straßenverkehr zu vermeiden. In vielen Bereichen stellte sich das Konzept der Gamification 1 bereits als äußerst effektiv heraus, weshalb dieser Ansatz auch auf das Erlernen dieser Funktionen und deren Bedienung übertragbar ist [3, 4]. Der Hype Cycle von Gartner auf Abb. 1.1, einem renomierten Anbieter für Marktforschung und Analyse in der Informationstechnik (IT), zeigt Gamification auf einer Stufe, die in 5-10 Jahren auf das Produktivitätsplateau führt. Das bedeutet, dass der Gamification-Ansatz in vielen Bereichen vielversprechende Ergebnisse liefert und deshalb gerade jetzt ein interessantes Forschungsgebiet darstellt. 1 Da keine adäquate Übersetzung dieses Wortes im Deutschen existiert, wird in dieser Arbeit der Begriff Gamification in seiner englischen und damit gebräuchlichen Form verwendet. 1

8 Kapitel 1 Einleitung 2 Abbildung 1.1: Hype Cycle for Emerging Technologies, 2014 (Bildquelle Gartner [5]). Abgebildet sind die 5 Phasen des Hype Cycles, Technologischer Auslöser, Spitze der überzogenen Erwartungen, das Tal der Enttäuschung, der Pfad der Erleuchtung und das Produktivitätsplateau. Gamification ist im Jahr 2014 in die dritte Phase gerückt. In 5-10 Jahren wird das Plateau der Produktivität erwartet. Diese Arbeit versucht auf Basis einer vorausgegangenen Diplom-Arbeit den Ansatz der Gamification auf das Antrainieren von Kenntnissen anzuwenden und damit die Vorkenntnisse eines Fahrers zu erhöhen. In dieser Diplomarbeit wurde zu diesem Zweck eine Applikation für das Android Betriebssystem entwickelt. Die Anwendung ist auf gängigen Android-basierten Tablets oder Smartphones installierbar und bietet die Möglichkeit, spielerisch die Funktionen eines BMW der 5er-Serie (E60) zu erlernen.

9 Kapitel 1 Einleitung Ziel der Arbeit Ziel dieser Arbeit ist es, die mobile Applikation 2 zu verbessern, um in Bezug auf eine höhere Motivation des Nutzers nützliche Funktionen zu erweitern, und als eigenständige, plattformunabhängige Anwendung zu implementieren. Diese wird in einem Display im Simulator, welcher die Umgebung des richtigen Fahrzeuges darstellt, eingesetzt. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, inwiefern durch die Nähe zum richtigen Lernobjekt ein besserer Lerneffekt beobachtet werden kann. Dies wird am Ende durch eine Studie überprüft. Dabei werden die Ergebnisse dieser Studie mit den Ergebnissen aus der Diplomarbeit verglichen, da in der Arbeit aus dem Jahr 2013 bereits eine Kontrollgruppe und eine Experimentalgruppe bezüglich der mobilen Anwendung experimentell untersucht wurde. 1.3 Aufbau und Struktur der Arbeit Diese Arbeit baut, wie schon erläutert, auf einer Diplomarbeit zu diesem Thema auf, weshalb der Fokus dieser Ausarbeitung auf der erstellten Applikation und der Durchführung und Auswertung der Studie liegt. Die theoretischen Hintergründe und die kritische Auseinandersetzung mit dem Thema Gamification wurden in der Arbeit aus dem Jahr 2013 bereits weitgehend abgedeckt, so dass diese hier nur eine untergeordnete Rolle spielen. Die Arbeit gliedert sich nach der Einleitung in drei Hauptteile, nämlich in den Überblick über die theoretischen Grundlagen zu diesem Thema in Kapitel 2, die Entstehung der Applikation und den Einsatz dieser Anwendung im Simulator in Kapitel 3 und die damit verbundene Studie in Kapitel 4. Der Überblick über die theoretischen Grundlagen zeigt auf, welche theoretischen Konzepte einerseits aus der vorausgegangen Diplomarbeit und andererseits aus einer erneuten Literaturrecherche in diese Arbeit eingeflossen sind. Bei der Beschreibung der Entstehung der Applikation wird auf die einzelnen Bestandteile der Anwendung eingegangen und die Bedeutung dieser Elemente im Hinblick auf die erwartete Steigerung der Motivation und des Lerneffekts erläutert. Außerdem werden die eingesetzten Werkzeuge und die Gründe für deren Wahl näher beschrieben. Des Weiteren wird erklärt, wie diese Applikation im Umfeld des Simulators technisch eingesetzt wird und wie die Simulation damit abläuft. Im darauf folgenden Kapitel 4 wird zunächst der Ablauf und die Durchführung der Studie beschrieben. Dabei wird einerseits auf die Auswahl der Probanden und die Einteilung in verschiedene Gruppen eingegangen und andererseits der genaue Plan der Durchführung hinsichtlich der Orga- 2 Die in der vorangegangenen Diplomarbeit erstellte Applikation wird hier als mobil bezeichnet, da sie auf Smartphones und Tablets installiert wird und damit ortsunabhängig nutzbar ist.

10 Kapitel 1 Einleitung 4 nisation und der technischen Umsetzung gezeigt. Außerdem wird erläutert, welche Methodik der Auswertung zugrunde liegt. Daraufhin folgt die Auswertung der Studie. Hier wird eine Deutung der Ergebnisse vorgenommen und die Unterschiede zur Studie aus der vorausgegangenen Arbeit beleuchtet. Zum Schluss wird ein Ausblick auf den Bedarf an weiteren Arbeiten zu diesem Thema gegeben und es werden Tendenzen aufgezeigt, inwiefern der Gamification-Ansatz bei dieser Problemstellung ein Erfolg sein kann.

11 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit Nun werden einige gängige Konzepte und theoretische Grundlagen, auf denen diese Arbeit und die erstellte Applikation basieren, näher betrachtet. Insbesondere wird auf die vorherige Arbeit zu diesem Thema eingegangen, um zu zeigen, wie diese theoretische und praktische Basis weiterentwickelt wurde. 2.1 Gamification Zunächst soll nun geklärt werden, wie der Begriff Gamification in dieser Arbeit verwendet wird und welcher Nutzen aus diesem Ansatz zu erwarten ist. Eine klare Definition des Begriffs ist zum heutigen Stand in keiner wissenschaftlichen Arbeit endgültig gegeben worden. Eine wichtige Unterscheidung, die in diesem Kontext genannt werden muss, ist für die Begriffe Spiel (game) und spielen (play) vorzunehmen 1. Play beschreibt nach Salen und Zimmermann [6] eine sehr freie Art des Spielens. Es beschreibt viel mehr eine freie Bewegung, die auch auf andere Kontexte passt. So kann beispielsweise die freie Bewegung eines Lenkrades als Spiel (im Sinne von play) bezeichnet werden. Game hingegen beschreibt eine Spielart, die nach strikten Regeln funktioniert und bei der die freie Bewegung nur innerhalb dieser Regeln passieren kann [6]. Eine weitere Unterteilung der verschiedenen Arten von Spielen kann nach Deterding et al. auch noch in Bezug zur Vollständigkeit des Spieles an sich gemacht werden. Wie in Abb. 2.1 zu sehen, unterscheiden sie dabei zwischen ganzheitlichen Spielen und Objekten, welche nur teilweise spielerische Aspekte einbeziehen. Des Weiteren wird auch hier zwischen game und play unterschieden. Gamification ist hier in einen Bereich einzuordnen, in dem das Spielen im Sinne von game im Vordergrund steht und Spiele-Elemente nur teilweise eingesetzt werden [7]. 1 Da im Deutschen die Wörter sprachlich nicht wie im Englischen mit game und play unterschieden werden können, werden zum besseren Verständnis hier teilweise die englischen Begriffe weiter verwendet. 5

12 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit 6 Deterding et al. liefern außerdem eine der am häufigsten verwendeten Definitionen für Gamification und beschreiben diesen Ansatz folgendermaßen: Gamification is the use of game design elements in non-game contexts [7]. Abbildung 2.1: Abgrenzung des Gamification-Begriffs gegenüber anderen Konzepten bei der Nutzung von Spiele-Design-Elementen (Bildquelle Deterding et al. [7]). Der Gamification-Ansatz nutzt hier nur Teile aus dem Spiele-Design und verfolgt das Spielen im Sinne von game. Im Gegensatz dazu besteht Spielzeug vollständig aus Spiele-Design-Elementen und fördert das Spielen im Sinne von play. Weitere Konzepte existieren als Mischformen dieser Parameter. Sie definieren Gamification daher aus einer sehr systematischen Perspektive. Da diese Definition jedoch auf einige Aktivitäten passt, welche von verschiedenen Nutzern als Spiele und von anderen Personen als spieleferner Kontext angesehen werden, hat diese Definition das Problem, dass die einen diese Aktivitäten als gamifiziert 2 definieren und die anderen nicht. Deterding et al. fordern hier einen spielefernen Kontext, welcher jedoch subjektiv empfunden werden kann. Ein Beispiel wäre hier ein Planspiel für den Aktienhandel. Das kann entweder als reines Spiel oder als gamifizierter Kontext mit dem Ziel den Aktienhandel zu erlernen gesehen werden. Diese Definition grenzt solche Fälle nicht eindeutig voneinander ab. Ein weiterer Kritikpunkt ist, dass es keine universelle Liste an Spiele-Design-Elementen gibt, welche diese Definition eingrenzbar machen würde [8, 9]. Aus diesem Grund haben Huotari et al. im Jahr 2012 einen Vorschlag für eine verbesserte Definition bereitgestellt: Gamification refers to: a process of enhancing a service with affordances for gameful experiences in order to support user s overall value creation. [8]. Diese Definition soll die Ziele der Gamification gegenüber den Methoden in den Vordergrund rücken. Das zentrale 2 In dieser Arbeit werden Applikationen oder Aktivitäten als gamifiziert bezeichnet, wenn sie nach dem Gamification-Konzept erstellt bzw. gestaltet wurden.

13 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit 7 Konzept ist hier nicht der Prozess an sich, sondern das Ziel der spieleähnlichen Erfahrung des Nutzers. Eine sehr aktuelle Definition von Werbach aus diesem Jahr sieht Gamification zwar ebenfalls als Prozess, geht hierbei aber noch einen Schritt weiter und stellt diesen in den Mittelpunkt des Konzepts. Hierbei beschreibt er Gamification als the process of making activities more gamelike [9]. Diese Definition soll unter anderem die Grenze zwischen einer gamifizierten und einer nicht gamifizierten Aktivität fließend gestalten, indem diese als mehr oder weniger spieleähnlich eingestuft werden kann [9]. In dieser Arbeit wird die Definition des Begriffs Gamification nur in Bezug auf die hier gegebene Problemstellung klar abgegrenzt. Das Ziel, dem Nutzer eine höhere Motivation und mehr Erfolg beim Erlernen der Funktionen des Testfahrzeugs zu ermöglichen, wird mit Hilfe von typischen Elementen aus der Spiele-Entwicklung verfolgt. Diese ausgewählten Elemente werden im folgenden Abschnitt näher beschrieben. Der spieleferne Kontext ist der Bedarf, die verschiedenen Funktionalitäten des Testfahrzeugs zu erlernen und die Bedienung dieser Funktionen zu beherrschen. Abschließend soll noch der erwartete Nutzen des Gamification Ansatzes kurz erörtert werden. Dominguez et al. fanden in einer Studie aus dem Jahr 2013 heraus, dass Gamification bei einer elearning-plattform hauptsächlich zu einer erhöhten Motivation der Probanden führte. Dagegen konnten im Vergleich zu herkömmlichen Lernmethoden keine verbesserten Lerneffekte beobachtet werden [10]. Daraus kann gefolgert werden, dass bei der Problemstellung dieser Arbeit zwar eine höhere Motivation der Probanden eintritt, sich mit den Funktionen des Testfahrzeugs zu beschäftigen, das Erlernen dadurch aber nicht direkt beeinflusst wird. Da allerdings angenommen werden kann, dass ein großer Teil der Fahrzeugführer sich vor der ersten Fahrt wenig oder gar nicht mit diesen Funktionen beschäftigen, ist eine Steigerung des durchschnittlichen Wissensstandes der Probanden wahrscheinlich. Diese These wird im Abschnitt 4.1 als Forschungsfrage formuliert. 2.2 Spiele-Design-Elemente Mit dem Verständnis über den Gamification-Ansatz soll nun ein Überblick über typische Spiele- Design-Elemente folgen. Dabei wird insbesondere auf die Elemente Bezug genommen, die in der hier erstellten Applikation verwendet wurden. Spiele-Design-Elemente können nach Deterding et al. in verschiedene Stufen der Abstraktion eingeordnet werden. Dabei wird zwischen dem Design der Benutzerschnittstelle, dem Spiele-Design und den Spiele-Mechaniken unterschieden [7]. In Tabelle 2.1 sind diese verschiedenen Abstraktionsebenen zu sehen, wobei jeder Stufe noch einige Beispiele hinzugefügt wurden, welche je nach Abstraktionsgrad sehr konkrete Spiele-Design-Elemente darstellen oder eher abstrakt gehalten sind.

14 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit 8 Tabelle 2.1: Stufen des Spiele-Designs nach Deterding et al. [7]. Auf der Stufe der Game models werden wichtige Konzepte, wie das MDA Framework als Beispiele gezeigt. MDA steht hierbei für Mechanics, Dynamics and Aesthetics. Das ebenfalls auf dieser Stufe gezeigte CEGE steht für Core Elements of the Gaming Experience. Sieht man sich die Game models -Stufe näher an, die die Ebene der konzeptuellen Modelle darstellt, so sieht man hier bei den Beispielen die gängigen Konzepte, die sehr häufig im Zusammenhang mit Spielen und mit Gamification genannt werden. Die drei Charakteristika challange, fantasy, curiosity wurden bereits 1980 von Thomas Malone als die elementaren Attribute von Computerspielen genannt [11]. Zu dieser Art von Eigenschaften gehört auch die später von Malone und Lepper im Jahr 1987 [12] hinzugefügte control, das ein viertes, sehr wichtiges Attribut von Spielen darstellt. Diese vier Elemente, challange, fantasy, curiosity und control, werden als die elementaren Treiber für Motivation in jeder Lernsituation angenommen [12]. Ein weiteres Spiele Modell, das in Tabelle 2.1 unter den Game models vorgeschlagen wird ist das MDA Framework. MDA steht hierbei für Mechanics, Dynamics and Aesthetics [13]. Die Mechaniken beschreiben dabei die tatsächlichen Komponenten der Applikation, wie etwa die Datenebene und Algorithmen. Die Dynamik ist repräsentiert durch das Verhalten des Programms zur Laufzeit, wie das Umsetzen von bestimmten Nutzereingaben zu bestimmten Ausgaben. Die Emotionen, welche der Nutzer beim Durchlaufen des Programms empfinden soll, werden unter dem Begriff der Ästhetik zusammengefasst [13, 14]. Kim und Lee [15] schlagen vor, dass eine Beziehung zwischen verschiedenen Spiele-Elementen und dem MDA Framework hergestellt werden sollte, da so die theoretische Basis der Gamification gestärkt werden kann [15]. Diese theoretischen Konzepte geben Hinweise, welche Spiele-Elemente wichtig sind, um die Motivation des Nutzers zu erhöhen und damit den gewünschten Erfolg zu erzielen. Im Folgenden

15 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit 9 werden nun die in der zu dieser Arbeit erstellten, gamifizierten Applikation genutzten Elemente vorgestellt und eine kurze Einordnung in die Anwendung gegeben. Die genaue Implementierung, sowie das Aussehen und die Benutzung des Programms wird in Kapitel 3 beschrieben Herausforderungen Ein wichtiger Punkt, der mit Herausforderungen zusammenhängt, ist der optimale Schwierigkeitsgrad. Eine erhöhte Motivation ist nur dann zu erwarten, wenn die gestellten Aufgaben weder zu schwer, noch zu leicht gestaltet werden. Außerdem muss die Aufgabe mit einem Ziel verknüpft sein, da sonst keine echte Herausforderung entsteht [12]. Außerdem muss eine Herausforderung mit einer stetigen Rückmeldung über die eigene Leistung unterstützt werden, um die Herausforderung durch ständiges anpassen seiner Ziele aufrecht zu erhalten. Um die intrinsische Motivation zu erhöhen, muss das Feedback klar verständlich, stetig, konstruktiv und ermunternd gestaltet werden [12]. Allgemein wurden zwei herausfordernde Elemente in die Applikation eingebaut. Einerseits wird in einem Modus der Erkundungsdrang des Nutzers gefordert, so dass dieser alle Funktionen des Fahrzeugs einmal entdecken muss, andererseits werden ihm in einem anderen Modus unter Zeitdruck Aufgaben gestellt. Diese Aufgabenstellungen bestehen im Allgemeinen aus der Suche nach bestimmten Funktionen und dem Betätigen der richtigen Eingabefläche, wie Knöpfe oder Hebel. Das Finden der korrekten Funktion wird mit Punkten, abhängig von der Schnelligkeit belohnt. Die Herausforderung wird noch erhöht, indem falsche Eingaben zu einem gemäßigten Punktabzug führen. Die Modi wurden ihrem Inhalt entsprechend als Explore-Modus 3 und als Quiz-Modus bezeichnet. In beiden werden Rückmeldungen über den Fortschritt in visueller oder in Form von Punkten gegeben. Das Ziel des Explore-Modus, der in Abschnitt beschrieben wird, ist es, alle Funktionen zu finden und damit den Quiz-Modus, der wiederum in Abschnitt erläutert wird, freizuschalten. Dessen Ziel dagegen ist das Erreichen einer möglichst hohen Punktzahl. Durch die klar definierten Ziele kann hier von Herausforderungen gesprochen werden Neugierde und Fantasie Ein weiteres motivierendes Element ist die Neugierde, welche durch verschiedene Arten geweckt werden soll. Im Explore-Modus wird dies erreicht, indem der Nutzer die Liste der noch verbleibenden Funktionen sieht, jedoch nicht weiß, wo diese im Testfahrzeug zu finden sind. Er muss diese 3 Aus dem Englischen: to explore - erkunden.

16 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit 10 also suchen, was den Drang des Entdeckens fördert. Des Weiteren kann der Nutzer neugierig sein, welche Beschreibungen zu der gerade gefunden Funktion ihm präsentiert werden. Findet er eine noch nicht gefundene Funktion, so wird eine Beschreibung angezeigt und vorgelesen. Ein weiterer Punkt, der Spannung erzeugen kann, ist das Freischalten des Quiz-Modus erst nachdem der Explore-Modus vollständig abgeschlossen wurde. Der Nutzer kann den Modus im Menü zwar sehen, kann diesen jedoch noch nicht starten und kann eine gewisse Neugierde und Fantasie entwickeln, was dort auf ihn wartet. Im Quiz-Modus kann der Nutzer nach der Beendigung sofort sehen, ob er es in die Top 10 der in Abschnitt beschriebenen Rangliste geschafft hat. Er soll somit angeregt werden, bei jedem Versuch eine Spannung aufzubauen, ob er seine Leistungen verbessert hat und sich eventuell in die Bestenliste einreihen kann. Die Neugierde auf seine eigenen Leistungen wird zudem mit einer statistischen Zusammenfassung aller eigenen Leistungen in einem eigenen Menüpunkt befriedigt. Dort kann der Nutzer alle bisherigen Fortschritte ablesen und eine in einem Liniendiagramm dargestellte visuelle Form seiner Leistungssteigerung erkennen. Der Umfang an Elementen an sich wurde bei dieser Applikation im Vergleich zum vorangegangenen Prototypen erhöht, um auch das Entdecken der Elemente als motivierenden Aspekt einzubauen Kontrolle Die Kontrolle kann als einer der Hauptelemente in der Analyse von intrinsischer Motivation und als einer der wichtigsten Gründe, warum Spieler Computerspiele als fesselnd empfinden, angesehen werden [12, 16]. Auch Ryan und Deci beschrieben die Kontrolle als wichtigen Treiber für Motivation [17]. In der hier entworfenen Applikation wird dem Nutzer die Kontrolle über alle Tätigkeiten überlassen. Er sieht in jedem Schritt, dass nur sein Handeln zu einer Reaktion des Programms führt. Betätigt der Nutzer in den verschiedenen Modi eine Eingabefläche, so wird eine vorhersagbare Reaktion folgen. Somit bleibt der Nutzer zu jederzeit der handelnde Teil in der Applikation. Des Weiteren kann der Nutzer jederzeit zwischen den verschiedenen Menüpunkten wechseln, so dass auch hier die Kontrolle beim Nutzer bleibt. Diese Entscheidungsfreiheit wird durch die Möglichkeit, seinen Fortschritt zu speichern, weiter unterstützt. Dadurch erhält der Nutzer die Freiheit, die Benutzung der Applikation jederzeit zu unterbrechen und nach eigenem Willen fortzuführen.

17 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit Grundlagen aus dem mobilen Prototyp Nachdem nun die theoretischen Aspekte und Grundlagen vorgestellt wurden, soll in diesem Abschnitt nun die praktische Grundlage dieser Arbeit erläutert werden. Wie bereits beschrieben basiert diese Arbeit auf einer Diplomarbeit aus dem Jahr 2013, welche einen ersten Prototypen einer gamifizierten Android-Applikation hervorgebracht hat. Diese wurde für den zu dieser Arbeit erstellten Prototypen als Grundlage verwendet. Um die Unterschiede und Weiterentwicklungen zu verstehen, wird dieser erste Prototyp nun kurz erläutert. Die als erster Prototyp erstellte mobile Applikation ist grundsätzlich in zwei Teile gegliedert. Einerseits in den Exploration-Modus und andererseits in den Quiz-Modus. Der Exploration-Modus ist im Hauptmenü in zwei Punkten verteilt, nämlich in den Cockpit-Modus und in den Punkt Functions. Das Hauptmenü ist auf Abb. 2.2 zu sehen. Wie zu erkennen ist, besteht das Menü aus großen Eingabeflächen, welche jeweils ein erklärendes Bild und eine Beschreibung beinhalten. Der Cockpit-Modus und der Functions-Modus können zu jeder Zeit aufgerufen werden, wohingegen der Quiz-Modus erst verwendet werden kann, wenn alle Funktionen im Cockpit-Modus mindestens einmal gefunden wurden. Abbildung 2.2: Ansicht des Menüs des ersten Prototyps. Zu sehen sind die Schaltflächen für die zwei Modi, sowie ein Hilfe-Menü. Bedient wird die Anwendung ausschließlich über den Touchscreen des verwendeten Geräts. Wählt man den Cockpit-Modus aus, so gelangt man, wie auf Abb. 2.3 zu sehen, in ein virtuelles Cockpit des Testfahrzeugs, welches eine exakte Abbildung darstellt. Alle Knöpfe, Hebel und sonstige Elemente, die der Bedienung der Fahrzeugfunktionen dienen, können dabei auf dem Touchscreen berührt werden und sind nach erfolgreicher Berührung als gefunden markiert. Außerdem wird nach dem ersten Berühren jeder Funktion eine Beschreibung angezeigt, wie diese zu nutzen ist und welchen Effekt sie hat.

18 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit 12 Abbildung 2.3: Ansicht des Cockpit-Modus des ersten Prototyps. Zu erkennen ist der nachgebildete Innenraum des Testfahrzeugs, in dem die Fahrzeugfunktionen durch Berühren der einzelnen Eingabeelemente gefunden werden müssen. In der rechten oberen Ecke kann der Nutzer erkennen, wie viele Funktionen er bereits gefunden hat und wie viele es insgesamt zu finden gibt. Werden alle 32 Funktionen gefunden, so wird der Quiz-Modus im Hauptmenü freigeschaltet. Im Menüpunkt Functions können alle Funktionen aus dem vorherigen Modus noch einmal in einer Liste durchsucht werden, wobei die bereits gefundenen Funktionen farblich hervorgehoben sind und bei einem Klick ihre Beschreibung erneut anzeigen. Eine Ansicht dieser Liste ist in Abb. 2.5 zu sehen. Ein Beispiel einer Beschreibung, wie sie auch im Cockpit-Modus angezeigt wird, ist auf Abb. 2.4 zu sehen. Bei einem Eingabeelement mit mehreren Funktionen, werden diese einzeln beschrieben. Abbildung 2.4: Ansicht einer beispielhaften Beschreibung aus der mobilen Applikation. Neben der Beschreibung der Funktionen des Eingabeelements wird dessen Bild angezeigt.

19 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit 13 Abbildung 2.5: Ansicht des Functions-Menüpunktes aus dem mobilen Prototyp. Gefundene Funktionen werden hervorgehoben und können durch eine Berührung erneut mit einer Beschreibung angezeigt werden. Das Quiz besteht aus derselben Darstellung des Innenraums des Testfahrzeugs, wie im Cockpit- Modus. Hier werden jedoch Aufgaben gestellt, in denen bestimmte Funktionen gefunden werden müssen, indem der richtige Bereich auf dem Touchscreen berührt werden muss. Geschieht dies in der geforderten Zeit, so werden dem Nutzer Punkte gutgeschrieben. Wird eine falsche Fläche berührt, so werden Punkte abgezogen. Bei positiven und negativen Eingaben werden ein akustisches, sowie ein visuelles Feedback gegeben. Insgesamt war der Funktionsumfang des ersten Prototyps zwar ausreichend für eine erste Studie zum Thema Gamification beim Erlernen von Funktionen eines Fahrzeugs, jedoch ergibt sich noch viel Potential für Verbesserungen und Erweiterungen, die beim zweiten Prototyp, der in-car- Anwendung 4, die im Fahrzeug selbst verwendet wird, eingeführt werden. Die Unterschiede bei der Konzeption der beiden Prototypen und neue konzeptuelle Ideen werden im folgenden Abschnitt kurz beschrieben. 2.4 Überarbeitetes Konzept für die Applikation im Fahrzeug In diesem Abschnitt wird ein neues, überarbeitetes Konzept für die in dieser Arbeit entwickelte Anwendung vorgestellt, wohingegen im Kapitel 3 die Applikation und die Implementierung näher beschrieben wird. Der größte Unterschied zum ersten Prototypen ist der unterschiedliche Einsatzort der beiden Applikationen. Die in dieser Arbeit erstellte Anwendung wird im Testfahrzeug bzw. im Simulator selbst eingesetzt und läuft als eigenständige Applikation im gleichen Bildschirm wie das idrive- 4 Die Applikation wird hier als in-car-anwendung bezeichnet, da keine passende deutsche Übersetzung existiert.

20 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit 14 System. Allein dieser Unterschied ergibt einige Änderungen im Ablauf der Applikation und eröffnet mehrere Möglichkeiten für Erweiterungen. Das Menü der Applikation ist durch die Erweiterung um einige neue Features mit mehr Menüpunkten ausgestattet. Im Vergleich zur mobilen Applikation, werden hier Farben eingesetzt, um einen besseren Überblick im Menü zu gewährleisten und um das Design ansprechender zu gestalten. Jeder Menüpunkt hat eine eigene Farbe, welche in jedem Punkt selbst nochmals aufgegriffen wird. Dadurch soll sichergestellt werden, dass der Nutzer anhand der Farbe erkennen kann, in welchem Menüpunkt er sich befindet und er eine kognitive Verknüpfung mit der Farbe herstellt. Der Explore-Modus wird in einen Menüpunkt zusammengefasst. Ein neues Feature dieses Modus ist die Einführung von Text-to-Speech bei den Beschreibungen der einzelnen Funktionen. Ha Minh, auf dessen Diplomarbeit diese Arbeit basiert, bekam in der Studie zum ersten Prototyp die Rückmeldung mit dem Wunsch nach Verbesserung der Informationen in der Anwendung durch das Vorlesen der Beschreibungen [18]. Dies wurde in der neuen Anwendung umgesetzt, so dass die Beschreibungen nun sowohl in englischer als auch in deutscher Sprache vorgelesen werden. Des Weiteren wurde der Modus mit neuen visuellen Elementen versehen. Beim Design dieses Modus ist mehr Freiheit vorhanden, da die Anwendung nicht mehr auf die Abbildung des Innenraums des Fahrzeugs angewiesen ist. Diese Freiheit ist auch beim Quiz-Modus gegeben, da auch hier diese Abbildung keine Funktion mehr hat. Deshalb wurde dieser Modus möglichst schlicht gehalten, um alle wichtigen Informationen für den Nutzer eindeutig sichtbar zu machen. Der Quiz-Modus wird auch hier erst freigeschaltet, wenn der Explore-Modus erfolgreich abgeschlossen wurde. Dies wird jedoch im Vergleich zur mobilen Applikation im Menü schon sichtbar gemacht. Die Punkteübersicht nach dem Abschluss einer Runde ist neu angeordnet und farblich gestaltet worden. Ein neuer Menüpunkt ist das Profile, welches Informationen zum Nutzer anzeigt. Durch die Einführung einer Speicherfunktion und der Möglichkeit, dass jeder Nutzer ein eigenes Profil anlegt, können jedem Anwender individuelle Statistiken angezeigt werden. Dies soll zu mehr Bindung zur Anwendung führen und die Motivation erhöhen, seine eigene Leistung stetig zu verbessern. Dies ist eine erweiterte Form der Rückmeldung über die eigene Leistung, wie sie als notwendiges Element für Motivation vorher bereits beschrieben wurde. Des Weiteren kann der Nutzer hier seine Belohnungen einsehen, die in Form von Abzeichen für verschiedene Leistungen vergeben werden. Hier ergeben sich noch einige weitere Potentiale für Erweiterungen, wie z. B. die Einführung von Avataren, welche die Bindung zwischen Nutzer und Anwendung weiter steigern können. Dieses Feature konnte im Hinblick auf den Umfang dieser Arbeit noch nicht implementiert werden. Des Weiteren wurden Menüpunkte für die Einstellung der Sprache, und eine Bestenliste mit den zehn besten Ergebnissen der Nutzer implementiert. In diesem Kapitel wurden nun alle wichtigen Grundlagen erläutert, welche diese Arbeit beeinflus-

21 Kapitel 2 Theoretisch und praktische Grundlagen dieser Arbeit 15 sen. Außerdem wurden die in dieser Arbeit neu definierten Konzepte für eine in-car-applikation beschrieben. Im folgenden Kapitel wird diese Applikation im Detail vorgestellt und die Implementierung, sowie die verwendeten Werkzeuge vorgestellt.

22 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung In diesem Kapitel wird die entwickelte Applikation für den Einsatz im Simulator selbst vorgestellt. Dabei wird zunächst auf die verwendeten Entwicklungswerkzeuge eingegangen. Daraufhin werden die einzelnen Teile der Anwendung näher beschrieben und spezifische Implementierungsansätze erläutert. Die Benennung der verschiedenen Teile wird in diesem Kapitel teilweise mit den englischen Bezeichnungen vorgenommen, da die Hauptsprache der Anwendung Englisch ist. Am Ende dieses Abschnitts wird die Simulationsumgebung und der Einsatz der Anwendung darin erklärt. 3.1 Die Entwicklungswerkzeuge Für die Entwicklung der Applikation, die vollständig in Java geschrieben wurde, kamen verschiedene Werkzeuge zum Einsatz. Als integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) wurde das kostenlose Eclipse Kepler 1 verwendet. Neben den üblichen Funktionen einer IDE bietet Eclipse die Möglichkeit eine Vielzahl von Plugins zu installieren, die den Funktionsumfang stark erweitern. Da in der Anwendung einige Bilder und Grafiken verwendet werden, war der Einsatz eines Bildbearbeitungsprogramms notwendig. Hier wurde die kostenlose Softwarelösung GIMP 2 (GNU Image Manipulation Program) eingesetzt. Es bietet alle Möglichkeiten, die für die Bearbeitung der eingesetzten Bilder notwendig waren, so dass kein weiteres Programm notwendig war. Als Versionsverwaltungssystem wurde GIT mit dem graphical user interface (GUI) Sourcetree 3 von Atlassian genutzt. Die Anwendung wurde auf verschiedenen Computern entwickelt, so dass ein solches System unabdingbar war. Außerdem hat es den Vorteil, dass bei auftretenden Fehler zu früheren Versionen zurückgesprungen werden kann und damit eine erneute Entwicklung einzelner Funktionen auf Basis einer funktionsfähigen Version erfolgen kann. 1 https://www.eclipse.org/ Des Weiteren dient es als 16

23 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung 17 Sicherheitskopie, die von überall aus erreichbar ist und ohne Berechtigung nicht eingesehen werden kann. 3.2 Die verschiedenen Elemente der Anwendung In diesem Kapitel wird der Aufbau der gamifizierten Applikation erläutert. Um vorab einen guten Überblick zu bekommen, ist in Abb. 3.1 die grundsätzliche Struktur der Anwendung abgebildet. Jedes Element der Applikation ist zudem mit dem Abschnitt versehen, in dem dieser Teil näher beschrieben wird. Jedes Element kann vom Menü aus direkt erreicht werden, so dass sich eine einfache Grundstruktur ergibt. Wie in Abschnitt näher beschrieben wird, besitzt jedes Untermenü ein eigenes Farbthema, das hier ebenfalls gezeigt ist. Abbildung 3.1: Gesamte Struktur der gamifizierten Applikation. Zu erkennen ist der Aufbau der Anwendung, in der jedes Element aus dem Menü erreichbar ist. Abgebildet sind zudem die Abschnitte, in denen die jeweiligen Teile näher erläutert werden. Die verwendeten Farben kommen so in den jeweiligen Untermenüs wieder vor Steuerung der Applikation Die Anwendung, abgesehen vom Launcher (Die Beschreibung des Launchers erfolgt in Abschnitt 3.2.4), der kein direkter Bestandteil des Programms ist, wird vollständig mit den Eingabegeräten im Testfahrzeug des Simulators gesteuert. Dabei stehen alle Knöpfe, Hebel und drehbare Elemente zur Verfügung, die in einem Automobil standardmäßig zu finden sind. Die Anbindung der Eingaben erfolgt über einen CAN-Bus, der eine Verbindung zwischen dem Test-

24 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung 18 rechner und dem Testfahrzeug darstellt. Die genaue Beschreibung des CAN-Bus-Systems und die Kommunikation zwischen dem Testfahrzeug und der Applikation, erfolgt in Abschnitt Um durch Menüs zu navigieren, wird der Controller in der Mittelkonsole des Testfahrzeugs, bei dem es sich um einen BMW der 5er-Serie (E60) handelt, verwendet. Die Bedienmöglichkeiten des Controllers sind in Abb. 3.2 abgebildet. Eine Drehung nach links oder nach rechts führt zur Navigation in die entsprechende Richtung in allen Menüs. Eine Navigation von oben nach unten und umgekehrt ist in dieser Anwendung nirgends gegeben. Das Drücken auf den Controller führt zu einer Bestätigung, d. h. der Nutzer kann in ein Untermenü eintreten bzw. verschiedene Modi starten, indem er zur jeweiligen Schaltfläche navigiert und durch Drücken des Controllers eine Bestätigung ausführt. Um aus einem Untermenü zum Hauptmenü zurückzukehren, kann der Nutzer den Controller entweder nach links, nach unten oder nach rechts seitlich verschieben. Abbildung 3.2: Abbildung des idrive-controllers mit den Bedienmöglichkeiten. Der Controller kann von oben gedrückt, seitlich in 8 Achsenrichtungen verschoben und gedreht werden. Die Eingaben der einzelnen, abgefragten Funktionen des Fahrzeugs werden direkt von den richtigen Knöpfen, Hebeln oder anderen Elementen vom Nutzer getätigt. So kann der Anwender direkt eine Verbindung zwischen der gefragten Funktion und des richtigen Eingabeelements herstellen Anbindung zum CAN-Bus Ein CAN-Bus (CAN steht hierbei für Controller Area Network) ist ein serielles Bussystem, das häufig in Fahrzeugen genutzt wird, um elektronische Daten über das Fahrzeug zu verteilen. Wie in Kap. 3.3 beschrieben, wird die Anwendung in der Simulationsumgebung bzw. im Testfahrzeug selbst laufen. Die Eingaben werden dabei über den im Fahrzeug bestehenden CAN-Bus verwaltet und an die Applikation gesendet. Hierfür sind im Programmcode zwei verschiedene Receiver implementiert worden. Das ist nötig, da die Eingabedaten der Mittelkonsole über einen seriellen

25 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung 19 Anschluss und die Eingaben des Multifunktionslenkrades über einen CAN-Strang verlaufen und über zwei unterschiedliche Anschlüsse am Simulationsrechner eintreffen. Das Programm verbindet sich über MultiCastSockets 4 mit dem Hauptrechner, der über weitere Simulationsprogramme die Daten an diese Sockets weitergibt. Die Receiver bestehen aus Threads 5, die die eingehenden Nachrichten in Eingaben für das Programm umsetzen, indem bei jeder eingehenden Nachricht ein neues KeyEvent 6 erstellt und ausgelöst wird. Diese Eingaben werden dann durch verschiedene Algorithmen im Programm selbst abgearbeitet. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Umsetzung der Eingaben auch ohne die Simulationsumgebung selbst getestet werden kann, da dazu eine normale Tastatur genügt. Die Zuordnung der Tasten zu den Funktionen ist in Anhang A zu finden. Des Weiteren wäre es möglich Nutzereingaben vom Leiter eines Experiments zu simulieren, indem dieser gleichzeitig mit dem Betätigen eines Eingabeelements durch den Probanden die richtige Taste auf der Tastatur drückt. Das ist sinnvoll, wenn Funktionen in ein Experiment einbezogen werden sollen, die nicht durch den CAN-Bus abgedeckt werden Datenspeicherung mit Java-Properties Um den Aufbau der Applikation und der folgenden Teile nachvollziehen zu können, wird nun erläutert, wie die verschiedenen Daten dieser Anwendung und die Spielständer der Nutzer gespeichert und verwaltet werden. Für die Speicherung von Daten, welche über die Laufzeit des Programms hinaus bestehen müssen, wird die Properties 7 Klasse der Java API verwendet. Diese hat den Vorteil, dass dieser Ansatz eine sehr einfache Möglichkeit darstellt, Konfigurationsdaten und Speicherstände zu speichern. Da es sich hier um eine Anwendung handelt, die nur in einer Forschungsumgebung genutzt wird, erfolgt keinerlei Verschlüsselung der gespeicherten Informationen, da hier kein Potential für eine Manipulation gegeben ist. Als Konfigurationsdatei des Programms dient die configs.properties -Datei, die grundsätzliche Informationen enthält, wie z.b. die Größe der Fenster und deren Lage auf dem Bildschirm. Dies hat den Vorteil, dass die Lage der Fenster geändert werden kann, ohne diese Informationen direkt im Programmcode zu ändern. Das erleichtert den Einsatz bzw. die Entwicklung auf verschiedenen Systemen. Des Weiteren können diese Einstellungen auch verändert werden, wenn das Programm nur fertig kompiliert vorliegt und der Programmcode damit nicht mehr geändert werden kann. Außerdem werden die Daten jedes Nutzers separat in einem Speicherstand abgelegt. Die Benennung dieser Dateien folgt immer dem Muster: <ID>.properties, wobei die ID ein von jedem Nutzer frei bestimmbarer Identifikationsname (weiterhin als ID bezeichnet) ist. Diese ID wird im

26 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung 20 Launcher, der im Kap beschrieben wird, beim ersten Start der Anwendung festgelegt. Der Speicherstand, der aufgrund der Nähe zu tatsächlichen Spielen auch als Spielstand bezeichnet werden kann, enthält alle Informationen, die erforderlich sind, um bei einem erneuten Start der Applikationen den kompletten Fortschritt und alle erreichten Erfolge wiederherzustellen. Dabei werden, neben dem Namen des Nutzers, sowohl die im Explore-Modus zu findenden Funktionen mit ihrem Status bezüglich ihrer Entdeckung gespeichert, als auch jede Gesamtpunktezahl aus jeder Runde im Quiz-Modus. Außerdem werden die erreichten Erfolge gespeichert. Der Nutzer kann so jederzeit eine Sitzung unterbrechen und später am selben Punkt erneut beginnen. Die Speicherung dieser Daten ermöglicht des Weiteren die Anzeige von Statistiken und Übersichten über sein Abschneiden und stellen damit eine Rückmeldung über die eigene Leistung dar. Auch die eingestellte Sprache wird im Speicherstand jedes Nutzers getrennt gespeichert, so dass diese Einstellung bei jedem Start wieder geladen werden kann. Im Gegensatz zur config.properties -Datei wird der Spielstand erst beim ersten Start der Anwendung erstellt und alle Informationen mit initialen Werten belegt. Die Namensgebung der Dateien begünstigt den Start des Programms, da sehr leicht überprüft werden kann, ob ein Nutzer die Applikation bereits genutzt hat, ohne die Speicherstände selbst öffnen zu müssen. Es wird also nur überprüft, ob ein Speicherstand mit der eingegebenen ID bereits existiert. Das beste Ergebnis jedes Nutzers im Quiz-Modus wird in einer eigenen Datei mit dem Namen highscore.properties abgelegt. Die Datei bildet die Grundlage für den Highscore-Modus. Durch die separate Speicherung kann die Bestenliste erstellt werden, ohne jeden Spielstand einzeln nach den Ergebnissen zu durchsuchen. Dieser Ansatz verbessert die Performanz der Applikation in großem Maße, vor allem, wenn sehr viele Speicherstände existieren. Die Verbesserung der Performanz wird außerdem durch die average.properties -Datei erreicht. In der Datei wird die durchschnittlich erreichte Punktzahl aller Nutzer im Quiz-Modus gespeichert. Dieser Durchschnitt wird für einen Erfolg verwendet, den jeder Nutzer erreichen kann. Auch hier muss für die Überprüfung keiner der Spielstände geöffnet und überprüft werden. Insgesamt werden im Gegensatz zur vorhergehenden mobilen Applikation einige Daten gespeichert und eröffnen damit eine Vielzahl neuer Möglichkeiten, die sowohl den Funktionsumfang, als auch eine vereinfachte Benutzung betreffen.

27 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung Der Launcher - Benutzeroberfläche für den Experimentator Bevor die eigentliche Applikation gestartet werden kann, wird vom Nutzer mit Hilfe eines Launchers 8 die Eingabe eines Identifikationsnamens und gegebenenfalls seines echten Namens gefordert. Die ID wird verwendet, um bei der erstmaligen Benutzung der Applikation einen neuen initialen Speicherstand zu erstellen oder bei erneuter Benutzung die richtige Datei zu laden. Der echte Namen wird im Menüpunkt Profil angezeigt, um eine persönliche Bindung zum Nutzer aufzubauen, da er seine Erfolge und Ergebnisse direkt neben seinem Namen sehen kann und diese Erfolge damit verbinden kann. Abbildung 3.3: Ansicht des Launchers. Im oberen Feld wird die ID des Nutzers eingetragen und durch das Betätigen des Check -Buttons die Existenz eines Speicherstandes des Nutzers überprüft. Bei Bedarf werden die Namen des Nutzers eingetragen und der initiale Spielstand erstellt. Danach kann die Applikation gestartet werden. Abb. 3.3 zeigt den Launcher. Nach der Eingabe der ID, kann über den Button Check über eine farbliche Rückmeldung überprüft werden, ob der Spielstand bereits existiert oder nicht. Ist er nicht bereits vorhanden, kann der Vorname und der Nachname eingetragen werden. Im Anschluss wird durch die Betätigung des Buttons Create der Spielstand erstellt, wobei alle Werte des Spielstandes mit ihren initialen Werten belegt werden. Nach dem Drücken des Buttons Start startet die eigentliche Anwendung, wobei der Spielstand des Nutzers geladen wird und das Hauptmenü angezeigt wird. 8 Der Begriff Launcher existiert im Deutschen am ehesten mit der Übersetzung Starter oder Startprogramm, wird hier aber als üblicher Begriff aus dem Themengebiet der Informationstechnik (IT) in seiner englischen Form verwendet.

28 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung Das Menü Wie auf Abb. 3.4 zu sehen ist, besteht das Menü insgesamt aus fünf Schaltflächen, von denen jede ein eigenes Farbthema besitzt, das sich in den jeweiligen Untermenüs fortsetzt. Bis der Nutzer alle Funktionen im Explore-Modus gefunden hat, ist der Quiz-Modus im Menü nicht anwählbar. Der Nutzer kann das durch ein Schloss erkennen, das auf der Schaltfläche für den Quiz-Modus zu sehen ist, bis er freigeschaltet wird. Abbildung 3.4: Das Hauptmenü mit gesperrtem und entsperrtem Quiz-Modus Des Weiteren ist zu jeder Zeit erkennbar, welchen Menüpunkt der Nutzer gerade ausgewählt hat, indem die entsprechende Schaltfläche anstatt der großen Farbfläche ein Bild mit einem kleinen Farbbalken anzeigt. Auf Abb. 3.4 ist dies beim Menüpunkt zum Explore-Modus zu erkennen. Unter den Farb- bzw. Bildflächen sind kurze Beschreibungen zu den jeweiligen Untermenüs angebracht. Sie geben dem Nutzer Hinweise, um welchen Menüpunkt es sich handelt und was er darunter findet. Das erhöht die Einfachheit der Bedienung.

29 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung 23 Am unteren Ende des Menü-Fensters sind Pfeile angebracht, die in jedem Moment anzeigen, in welche Richtung der Nutzer die Menüpunkte durchschalten kann. Ist er am linken Rand des Menüs angekommen, wird der Pfeil nach links ausgegraut, befindet er sich am rechten Rand wird der Pfeil nach rechts ausgegraut. Der Aufbau und das Design des Menüs, sowie der ganzen Applikation ist einer Kachel-Optik nachempfunden, wie sie beispielsweise in Windows 8 zu finden ist. Da flache Designs und großen Kacheln als Schalt- und Informationsflächen bereits weit verbreitet sind, ist anzunehmen, dass viele Nutzer Erfahrung mit derartigen Anwendungen haben, was den Fokus des Nutzers auf das eigentliche Ziel er Applikation richtet, da er sich nicht mit gänzlich unbekannten Menüführungen beschäftigen muss Explore-Modus Im Explore-Modus lernt der Nutzer alle Funktionen des Testfahrzeugs zum ersten mal kennen, wenn er sie nicht vorher schon kannte. Wie in Abb. 3.5 zu sehen ist, ist der Modus sehr schlicht und übersichtlich gehalten. Auf der rechten Seite sind alle Funktionen aufgelistet, die in dieser Anwendung gefunden werden können. Insgesamt sind hier 22 Funktionen implementiert. Dies stellt eine Auswahl an Funktionalitäten des Fahrzeugs dar, da die Anzahl für die Zwecke und Ziele dieser Arbeit ausreichend ist. Solange eine Funktion noch nicht gefunden wurde, ist sie als dunkelblauer Text auf weißem Hintergrund dargestellt. Wird sie erfolgreich gefunden, ändert sich die Farbe des Hintergrundes des Feldes in ein helles Grün und der Text in ein Weiß. Der Nutzer kann somit jederzeit erkennen, welche Funktionen er bereits gefunden hat und welche noch zu finden sind. Ist dieser Modus noch nicht vollständig gelöst, zeigt die linke Seite einerseits ein geschlossenes Schloss, das den Status des Quiz-Modus im Bezug zu dessen Freischaltung anzeigt und andererseits die Anzahl an vom Nutzer gefunden Funktionen zusammen mit der Gesamtanzahl der Funktionen. Die linke Seite des Modus fungiert zusätzlich als Anzeigeelement für die Beschreibungen der einzelnen Funktionen. Diese werden angezeigt, sobald der Nutzer eine neue Funktion zum ersten mal aktiviert. Auf Abb. 3.6 ist die Beschreibung der Volume DOWN -Funktion abgebildet. Zusätzlich zu dieser Anzeige, wird der hier zu sehende Text durch das Text-to-Speech-System vorgelesen. Der Nutzer hat so sowohl eine visuelle, als auch ein hörbare Rückmeldung über seinen Erfolg und bekommt eine Einweisung in die Nutzung der Funktion. Neben einer Beschreibung der Bedienung der Funktion, ist eine Abbildung des Bedienelements zu sehen, die den Nutzer noch einmal bekräftigt, die Funktion bildlich mit einem Knopf oder einem Hebel zu verbinden. Hat der Nutzer alle Funktionen mindestens einmal gefunden, d. h. jedes entsprechende Bedienelement muss einmal aktiviert worden sein, wird dies auf der linken Seite sofort durch ein geöffnetes, grünes Schloss sichtbar. Auf Abb. 3.7 ist diese Anzeige zu sehen. Der Nutzer weiß nun, dass

30 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung 24 Abbildung 3.5: Der Explore-Modus beim ersten Start. Auf der rechten Seite sind die zu findenden Funktionen aufgelistet. Auf der linken Seite sieht der Nutzer den Status des Quiz- Modus, sowie die Anzahl der bereits gefundenen Funktionen. Abbildung 3.6: Beschreibung der Volume DOWN -Funktion im Explore-Modus. Auf der linken Seite wird ein Bild des Eingabeelements und ein beschreibender Text angezeigt. Der Text wird außerdem automatisch vorgelesen. er den Quiz-Modus freigeschaltet hat und er den Modus ab jetzt aus dem Hauptmenü erreichen kann. Des Weiteren erhält der Nutzer einen Erfolg bzw. ein Abzeichen für das erfolgreiche Finden aller Funktionen. Er bzw. sie kann das Abzeichen daraufhin im Profil, das in Kap näher beschrieben wird, ansehen. Dieses Abzeichen ist das erste von insgesamt sechs, das der Nutzer in dieser Applikation erreichen kann. Insgesamt ist der Explore-Modus so gestaltet, dass der Fokus auf den Funktionen selbst liegt, die der Nutzer entdecken kann. Das fördert das Hauptziel der Anwendung, den Nutzer in der Existenz und der Bedienung der Funktionen zu schulen. Der Modus ist programmiertechnisch dynamisch gestaltet, d. h. es können sehr einfach Funktionen hinzugefügt, abgeändert oder gelöscht werden.

31 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung 25 Abbildung 3.7: Abbildung des vollständig gelösten Explore-Modus. Der Nutzer erkennt durch das geöffnete Schloss, dass das Quiz nun verfügbar ist. Das hat den Vorteil, dass die Applikation ohne komplexe Änderungen des Programmcodes in anderen Fahrzeugen oder Simulatoren eingesetzt werden kann Quiz-Modus Ein weiterer zentraler Teil der Applikation ist der Quiz-Modus. Der Nutzer kann hier überprüfen, wie gut seine Kenntnisse über die Funktionen des Fahrzeuges sind und sich mit Hilfe der vergebenen Punkten mit anderen Nutzern messen. Außerdem hat er über die Punkte eine gute Rückmeldung über die Fortschritte seiner eigenen Leistung. Das Quiz an sich ist so gestaltet, dass nach einer Willkommensmeldung, die auf Abb. 3.8 zu sehen ist, und dem Starten des Quiz durch Betätigen der Controller-Eingabe die erste Runde startet. Auch dieser Modus ist schlicht gehalten und das Design auf das Wesentliche reduziert. Der Nutzer hat nun 20 Sekunden Zeit, um die, wie auf Abb. 3.9 zu sehen, angezeigte Funktion im Fahrzeug zu finden und das entsprechende Eingabeelement zu bedienen. Es ist zu jedem Zeitpunkt die aktuelle Aufgabenstellung, der bisher erreichte Punktestand und die in dieser Runde noch verbleibende Zeit zu sehen. Betätigt der Nutzer ein falsches Element, werden 250 Punkte von seiner Gesamtpunktzahl abgezogen, wobei die Punktzahl auch in den negativen Bereich rutschen kann. Die Anzahl der negativen Punkte wurde aus der mobilen Anwendung von Ha Minh übernommen. Visuell wird der Nutzer auf die falsche Eingabe durch das Einfärben des Displays mit einer roten Farbe hingewiesen. Dieser Effekt ist für ca. 1 Sekunde aktiv. Abb zeigt das Fenster nach einer Falschen Eingabe des Nutzers. Wird das richtige Eingabeelement gefunden, wird der Bildschirm, wie in Abb zu erkennen ist, in einer grünen Farbe eingefärbt und teilweise zufallsgeneriert eine Audioausgabe über das Text-to-

32 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung 26 Abbildung 3.8: Der Startbildschirm im Quiz-Modus. Der Nutzer wird begrüßt und erfährt, dass das Quiz nach dem Betätigen des Controllers startet. Abbildung 3.9: Normale Runde mit Aufgabenstellung im Quiz-Modus. In jeder Runde wird eine neue Frage zentral auf dem Bildschirm angezeigt. Des Weiteren ist die verbleibende Zeit und der aktuelle Punktestand zu sehen. Speech-System eingespielt. Die Sprachausgabe besteht aus lobenden Aussagen, wie beispielsweise Well done!, Good job! oder Great!. Der Nutzer wird so bestenfalls in seinem Erfolg motivierend bestärkt. Die Wirkung der visuellen und hörbaren Rückmeldungen wird in der in dieser Arbeit durchgeführten Studie näher untersucht. Des Weiteren werden Punkte für das Lösen der Runde gutgeschrieben. Als Basispunkte werden für jede erfolgreiche Runde 1250 Punkte und als Zeitbonus die Restzeit in Sekunden multipliziert mit 100 vergeben. Die Schnelligkeit beim Lösen der Aufgabe wird demnach ebenfalls belohnt. Nach einer erfolgreichen Runde oder nach Ablauf der Zeit wird die nächste Runde automatisch gestartet. Nach insgesamt 4 Runden ist das Quiz beendet und der auf Abb gezeigte Bildschirm erscheint. Hier ist die erreichte Gesamtpunktzahl und ihre Zusammensetzung aus Basispunkten,

33 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung 27 Abbildung 3.10: Bildschirm nach einer falschen Eingabe im Quiz-Modus. Die rote Farbe zeigt dem Nutzer eine falsche Eingabe an. Es werden außerdem sofort 250 Punkte abgezogen. Abbildung 3.11: Bildschirm nach einer richtigen Eingabe im Quiz-Modus. Durch die grüne Farbe wird visuell vermittelt, dass die Aufgabe gelöst wurde. Die dafür verdienten Punkte werden sofort dem Punktestand hinzugefügt. Punkten aus einem Zeitbonus und negativen Punkten abzulesen. Außerdem wird auf der oberen Seite des Bildschirms angezeigt, ob neue Erfolge bzw. Abzeichen erlangt wurden. Mit Ausnahme des Erfolgs aus dem vollständigen Lösen des Explore-Modus, resultieren alle weiteren 5 Erfolge aus dem Abschneiden im Quiz-Modus. Die erreichbaren Erfolge und Abzeichen sind in Kap beschrieben.

34 Kapitel 3 Die Applikation und deren Anwendung in der Simulatorumgebung 28 Abbildung 3.12: Der Endbildschirm nach einem abgeschlossenem Quiz-Modus. Er zeigt die erreichten Punkte, die aus einer Anzahl an Basispunkten, negativen Punkten und einem Zeitbonus zusammengesetzt sind. Außerdem kann abgelesen werden, ob neue Erfolge freigeschaltet wurden Nutzerinformationen im Profil Der Informationsmittelpunkt des Programms ist im Profil implementiert. Dort werden alle Daten, die für den Nutzer interessant sind, in verschiedenen Übersichten aufgezeigt. Auf der linken Seite sind Informationen zur Person und die erreichten Erfolge bzw. Abzeichen abgebildet. Das gezeigte Nutzerbild, das hier nur ein Platzhalter ist, kann in folgenden Versionen durch einen individuell gestalteten Avatar oder ein Foto ersetzt werden. Darüber steht der vollständige Name des Nutzers, was eine persönliche Verbindung des Anwenders mit dem Programm und seinen Erfolgen herstellt. Darunter ist zu erkennen, welche der sechs Abzeichen freigeschaltet wurden. Auf der rechten Seite sind drei verschiedene Reiter angebracht, die über eine Drehung des Controllers durchgeschaltet werden können. Der erste Reiter, der in Abb abgebildet ist, besteht aus einer Übersicht über verschiedene Leistungen aus den beiden Hauptmodi, dem Explore-Modus und dem Quiz-Modus. Es kann abgelesen werden, wie viele Funktionen im Explore-Modus gefunden wurden, ob der Quiz-Modus bereits freigeschaltet wurde, wie oft der Quiz-Modus abgeschlossen wurde, welches die beste bzw. schlechteste Punktzahl daraus war und wie viele Erfolge insgesamt freigeschaltet wurden. Diese Übersicht stellt eine Rückmeldung über die eigene Leistung dar, durch die der Nutzer motiviert werden kann, diese Leistungen weiter zu verbessern. Wie in Abb zu sehen, wird im zweiten Reiter nach mindestens zwei abgeschlossenen Herausforderungen im Quiz-Modus ein Diagramm angezeigt. Es zeigt auf der X-Achse die einzelnen, abgeschlossenen Herausforderungen der Reihe nach. Auf der Y-Achse werden die jeweils in jeder Herausforderung erreichten Punkte gezeigt. Diesem so entstehenden Liniendiagramm kann

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