Game-Base Learning: Abstrakte Inhalte spielerisch lernen

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1 Game-Base Learning: Abstrakte Inhalte spielerisch lernen Jun Fujima, Swen Gaudl & Klaus P. Jantke KiMeRe Version Februar 2012 public Report-Reihe der Abteilung Kindermedien des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT

2 Autor Jun Fujima, Swen Gaudl & Klaus P. Jantke Fraunhofer IDMT Abteilung Kindermedien Studiopark KinderMedienZentrum Erich-Kästner-Str. 1a Erfurt {jun.fujima swen.gaudl

3 Inhalt 1 Vorwort und Einordnung Kindermedienforschung am IDMT Inter- oder Transdisziplinarität Game-Based Learning Gliederung von Vortrag und Report Game-Based Learning Game-Based Learning im Kontext Das Reale im Virtuellen Das Abstrakte und das Allgemeine Meme Media Technology Memes & Meme Media Webble Technology Touch & Feel Direct Manipulation/ Direct Execution Direct Manipulation Direct Execution Webbles for Direct Execution GBL mit Webbles Algorithmentheorie von Hand Webble-Based Learning Zusammenfassung & Ausblick 12 Referenzen 14 Die Report-Reihe der Abteilung Kindermedien 16

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5 1 Vorwort und Einordnung Dieser Report der Abteilung Kindermedien des Fraunhofer IDMT stellt die Vorabfassung eines Beitrags dar, zu dem der drittgenannte Autor eingeladen worden ist, um auf der didacta 2010 in Hannover am 16. Februar 2012 aufzutreten. Die vorliegende schriftliche Fassung versucht, den Charakter des Vortrags widerzuspiegeln. Der Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen didacta 2012, Hannover Klaus P. Jantke & Swen Gaudl Fraunhofer IDMT Abbildung 1.1. Die Titelfolie der Präsentation Report wird genau durch die Folien illustriert, die auf der didacta in Hannover gezeigt werden 1. Das Schreiben dieser Seiten entspricht der Auffassung der drei Autoren, dass man bei einem derartigen Anlass eine gewisse Verpflichtung zur Nachhaltigkeit hat. Es reicht nicht, sich im Lichte einer solchen Einladung zu sonnen, sondern man sollte auch überlegen, wie man dem Auditorium mehr als nur den flüchtigen Erfolg einer unterhaltsamen Rede geben kann. Obwohl es unmöglich ist, die kommende Rede vorweg zu nehmen und den Eindruck eines persönlichen Auftritts auf Papier zu bannen, soll die schriftliche Fassung ein paar Eckpunkte festhalten und dauerhafter zur Verfügung stellen. Ähnliches wurde schon einmal für einen Vortrag auf der LEARNTEC 2010 gemacht [Jan 2010]; Teile der Einleitung stammen aus diesem Report , 14:00-16:30; Programmbroschüre Seite Kindermedienforschung am IDMT Die Abteilung Kindermedien ist zum gegründet worden mit der erklärten Absicht, auch in der Thüringischen Landeshauptstadt Erfurt Fraunhofer-Forschung anzusiedeln. Der letztgenannte Autor dieses Reports wurde mit dem Aufbau dieser Abteilung beauftragt. Der personelle Aufbau hat im Sommer 2008 begonnen, und im Oktober desselben Jahres ist eine Niederlassung im Zentrum von Erfurt eingeweiht worden. Seit dem Sommer 2011 arbeitet die Abteilung Kindermedien des Fraunhofer IDMT im Studiopark KinderMedienZentrum in Erfurt. Die gewählte Orientierung auf das Thema Kindermedien erklärt sich aus der Konzentration der folgenden Einrichtungen in Erfurt. der Kinderkanal von ARD und ZDF die Kindermedienstiftung Goldener Spatz die Akademie für Kindermedien das Kindermedienzentrum In dem vorhandenen Umfeld soll nun seitens der Fraunhofer-Gesellschaft auch Kindermedienforschung etabliert werden. Das Forschungs- und Entwicklungsprofil der Abteilung umfasst alle Medien mit einem substantiellen Rückgrat im Bereich der Informationsund Kommunikationstechnologien. Dabei ist es selbstverständlich, dass es keine Altersgrenze gibt, an der das Forschungsinteresse endet. Auch technologisch und sozialwissenschaftlich ist das Themenspektrum breit. Zwei der Hauptlinien der Forschung und Entwicklung sind technologie-gestütztes Lernen und digitale Spiele (offline wie online). Im Bereich Game-Based Learning kreuzen sich diese Linien.

6 2 Game-Based Learning: Abstrakte Inhalte spielerisch lernen 1.2. Inter- oder Transdisziplinarität Alle digitalen Spiele sind zweierlei gleichzeitig, Computerprogramm und Unterhaltungsmedium. Ein digitales Spiel ist ein Computerprogramm und jedes Spiel ist ein Unterhaltungsmedium. Auch andere Medien wie das Radio und das Fernsehen bringen es mit sich, einerseits technologische Herausforderungen zu stellen und andererseits vor allem einer Untersuchung ihrer Wirkung zu bedürfen. Fragt man nach der Medienwirkung, steht man stets vor Alternativen: individuelle oder soziale Wirkung, quantitative oder qualitative Methoden,...? Die Forschung verlangt zumindest eine tiefgründige Kommunikation zwischen Wissenschaflerinnen und Wissenschaftlern unterschiedlicher Disziplinen und schließlich eine aufgeschlossene Kooperation. Mehr noch, die Disziplinen beginnen sich zu durchdringen. In der Abteilung Kindermedien des IDMT arbeiten zu fast allen Themen Informatiker und Sozialwissenschaftler, Medientechnologen und Pädagogen zusammen. Das klingt natürlich spannend, reizvoll und zeitigt immer wieder Ergebnisse, die anders kaum zu erreichen gewesen wären. Aber es verlangt auch allen beteiligten Seiten viel ab, darunter Toleranz und Durchhaltevermögen, denn häufig sind die Prozesse der Verständigung zwischen Menschen, die verschiedene (Fach-)Sprachen sprechen, mühevoll und langwierig. Das Game-Based Learning (kurz: GBL) ist ein typisch interdisziplinäres Feld, denn stets geht es um disziplinäre Inhalte, davon weitestgehend unabhängige Technologien, um das soziale und psychologische Phänomen Spiel sowie um die Wirkung von Medien. Die Abteilung bemüht sich, mit Aktivitäten unterschiedlicher Form auszustrahlen und recht verschiedenen Adressaten Angebote zu machen. Dazu gehören u.a. die Games Master Class und die alljährliche Fraunhofer Talent School Medien & Technologie. Beide Veranstaltungsreihen sind so interdisziplinär wie die gesamte Arbeit der Abteilung Game-Based Learning Spielend lernen ist, wie die Autoren schon mehrfach formuliert haben, ein alter Traum der Menschheit, gleich nach dem Lernen im Schlaf. Ein Buch unter dem Kopfkissen, das kann sich noch jeder vorstellen. Dass aber Lernen auch Spaß machen kann, daran hat dann spätestens die Schule massive Zweifel geweckt. Die Autoren sehen ebenfalls große Probleme [Jan 2006a] und haben schon vor Jahren den Anspruch formuliert, deutlich über den Stand der Kunst hinauszugehen [Jan 2006c] (wie auch [Ege 2007]). Neben den Kindermedien ist die berufliche Bildung Erwachsener im Fokus der Arbeit der Abteilung (vgl. [Jan 2011b], [Jan 2011a]) Gliederung von Vortrag und Report Die geplante Gliederung des Vortrags wird auf Folie 2 gezeigt, wobei die beiden letzten Punkte Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 2/ 24 Gliederung der Präsentation Game-Based Learning Wer lernt was wann, wie und wo? Offene Fragen über Game-Based Learning Webble Technology Touch & Feel Paradigma der Direkten Manipulation Algorithmentheorie... per Hand Lernen des Abstrakten durch Manipulation des Konkreten Abbildung 1.2. Die Gliederung der Präsentation dieser Agenda Algorithmentheorie... per Hand und Lernen des Abstrakten durch Manipulation des Konkreten im Fokus dieses Vortrags stehen. Hier soll dem Auditorium präsentiert werden, was neu ist an den Arbeiten der Autoren (siehe auch [AFJT 2012] und [FJ 2012]). Unter der Überschrift auf Platz 3 der Agenda Webble Technology Touch & Feel wird ein Video gezeigt, das einige Implementierungen der Autoren im Einsatz skizziert. Natürlich kann das Video hier nicht adäquat wiedergegeben werden; statt dessen wird sein Storyboard gezeigt.

7 2 Game-Based Learning 2.1. Game-Based Learning im Kontext Hier soll gar keine umfangreiche Diskussion des Begriffs Serious Game aufgerollt werden; vielmehr sollen wenige Eckpunkte markiert werden, die nach Auffassung der Autoren leider oft vernachlässigt werden, obwohl sie grundlegend sind. Wenn man Begriffe einführt, sollte man ihre praktische Verwendung im Auge haben, denn es nutzt nichts, Wörter zu formen, mit denen man nichts anfangen kann. Serious Games als solche Spiele zu bezeichnen, bei denen ihre Entwicklern weiterreichende Absichten als nur Unterhaltung verfolgt haben, ist reichlich unpraktisch und daher kaum sinnvoll. Wenn man ein Spiel vor sich hat, sind einem die Absichten der Entwickler so gut wie nie zugänglich. Im allgemeinen würde es einen unglaublich hohen Aufwand erfordern, zu bestimmten Spielen die tatsächlichen Ziele der Macher neben der verständlichen Absicht, Geld zu verdienen zu erkunden. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 3/ 24 GBL Wer lernt was wann, wie und wo? Ausbildung ändert sich im Zuge der Mediatisierung aller Lebensbereiche. Game-Based Learning ist dabei, die gesamte Bildungslandschaft zu verändern. Wenn die Balance lange Zeit bestehen bleibt, hat das Spiel das Potenzial, ein gutes zu sein. Ganz offenbar hängt es auch vom Rezipienten also vom Spieler ab, ob eine Balance erlebt wird und ggf. wie. Was für Kinder funktioniert, verfehlt evtl. Erwachsene und umgekehrt. Wann immer jemand ein Spiel spielt, lernt er etwas, zumindest die Steuerung des Spiels, die Beherrschung der sogen. Spielmechanik und die Erreichung von ein paar Zielen. Der Natur nach bringt Spielen Lernen mit sich. Die Frage ist nur, wer unter welchen Umständen was lernen kann. In diesem Sinne ist jedes Spiel ein Serious Game. Ein Serious Game zu sein, ist kein Absolutum. Was für den einen Menschen funktioniert, kann Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 4/ 24 GBL Wer lernt was wann, wie und wo? Beim Spielen wird immer gelernt, die Frage ist nur, was... Gibt man in Google den Suchbegriff game segeln lernen ein, führen einen die ersten 3 Links auf die Seite wo unter anderem steht: ein Spiel zum Spaß und Segeln lernen. Man kann mit digitalen Spielen nicht Segeln lernen,... auch nicht schwimmen,... auch nicht radfahren,... c Jantke Beim Spielen wird immer gelernt, diefrageistnur,was... Abbildung 2.1. Beim Spielen wird immer gelernt Wer spielt, stellt sich einer Herausforderung und sieht sich einer Balance von Unbestimmtheit und Selbstbestimmtheit gegenüber (Abb. 2.1). Abbildung 2.2. Mythen vom Lernen und die Realität für einen anderen daneben gehen. Es kommt darauf an, den Kontext einzurichten, in dem ein Spiel genauer gesagt: ein Spiel zu spielen Wirkung entfalten kann. Serious Game Design ist deshalb stets mehr als nur Spielentwicklung. Mit jedem Spiel muss schon in der Entwurfsphase der Kontext antizipiert werden, in dem das Spiel zum Einsatz kommen kann die Kunst des Kontexts [Jan 2011a].

8 4 Game-Based Learning: Abstrakte Inhalte spielerisch lernen 2.2. Das Reale im Virtuellen Selbst wenn ein Spiel gar nicht zum Lernen gedacht ist, wodurch kann Lernen induziert werden? Eine Antwort erschließt sich aus den kanonischen Dimensionen der Ilmenauer bzw. Erfurt Spiele- Taxonomie (vgl. [Jan 2006b]). Menschen prägt, was sie erleben. Spielerlebnisse sind durch das geprägt, was man wirklich tut. Kauft und verkauft man, löst man Rätsel, koordiniert man ein Team, spricht oder schreibt man in einer Fremdsprache, plant man komplexe Abläufe, rechnet man,...? In virtuellen Welten findet viel Reales statt. Das Reale im Virtuellen hat ein bemerkenswertes Lernpotenzial [JL 2012]. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 5/ 24 GBL Wer lernt was wann, wie und wo? Beim Spielen wird potenziell immer gelernt, was ein Spieler auch wirklich macht. (Jantke and Lengyel, 2012) zumindest in digitalen Spielen nie zuvor waren Explosionen so eindrucksvoll wie in FARCRY 2. Nun ist eine Explosion in einer virtuellen Welt nicht real, sondern wirklich nur virtuell. Aber das Finden von Wegen und das logische Schließen in virtuellen Welten ist zum Beispiel real. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 6/ 24 GBL Wer lernt was wann, wie und wo? Beim Spielen wird potenziell immer gelernt, was ein Spieler auch wirklich macht. (Jantke and Lengyel, 2012) Es geht um die Balance von Realem und Virtuellem.... und da geht es in praxi heftig durcheinander: virtual learning (Deutscher Bildungsserver) virtuelle Inszenierungspraxis (Mühlberger, 2012)... In digitalen Spielen kann man lernen, sparsam mit Ressourcen umzugehen, Teams zu führen, mit anderen Spielern zu kooperieren, zu rechnen, mit Vorhalt zu zielen, Englisch zu sprechen, zu lesen und zu schreiben, usw. usf. Abbildung 2.3. Das Tun und das Lernen in Spielen Was man dagegen nicht tut, kann man auch nicht trainieren. Entgegen unzähligen reichlich unseriösen Versprechen im Internet kann man mit digitalen Spielen nicht Radfahren lernen, nicht Segeln und auch nicht Schwimmen (Abb. 2.2). Das Faszinosum des Realen im Virtuellen ist Selbstwirksamkeit (self-efficacy à la [Ban 1997]). Die Menschen insbesondere junge Menschen lieben es zu erleben, dass ihr Handeln Folgen hat, dass sie etwas bewegen können in dieser Welt. Das gilt selbst dann, wenn der gegenwärtige Ausschnitt der Welt nur virtuell ist. Selbst im Virtuellen motiviert Selbstwirksamkeit reales Handeln. Dazu muss in der virtuellen Welt natürlich auch etwas passieren eine scheinbar triviale Anmerkung, die uns aber noch besser verstehen lässt, warum Physics Engines so wichtig sind, Abbildung 2.4. Virtuelles und Reales verwirrt Der Begriff virtuell bedeutet so gut wie real, dem Realen nahe kommend... und damit ganz zweifelsfrei eben nicht real. Wer sich mit e-learning befasst, sollte man meinen, ist an realem Lernen interessiert, vielleicht an Lernen in virtuellen Welten, aber immer doch am wirklichen Lernen; nicht so auf dem Deutschen Bildungsserver, wo es gar nicht wirklich um Lernen geht, sondern traurigerweise nur um virtual learning (weiteres siehe [JL 2012]). Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 7/ 24 GBL Wer lernt was wann, wie und wo? Beim Spielen wird potenziell immer gelernt, was ein Spieler auch wirklich macht. (Jantke and Lengyel, 2012) Game-Based Learning ist die Kunst, das Reale im Virtuellen sozusagen spielerisch und wirkungsvoll zu verpacken. Abbildung 2.5. Eins der Geheimnisse des GBL

9 Kapitel 2. Game-Based Learning Das Abstrakte und das Allgemeine Mathematik ist die Wissenschaft vom Abstrakt- Allgemeinen. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 8/ 24 Offene Fragen über Game-Based Learning Aber kann man mit digitalen Spielen auch Abstraktes lernen, denn Abstraktes macht man nicht...? Ja, man kann. (Arnold et al., 2012) Abbildung 2.6. Die Forschungsfrage... Die mit dieser Folie (vgl. Abb. 2.6) im Vortrag gestellte Forschungsfrage ist etwas tiefliegender, als es auf den ersten Blick scheint. Natürlich kann man in virtuellen Welten, im allgemeinen, und in digitalen Spielen, im besonderen, Rechnen üben und dabei einiges Lernen, wenn denn im Virtuellen reales Rechnen gefragt ist und hinreichend oft vorkommt. Aber Rechnen ist ja nicht gleich Mathematik. Mehr noch, Mathematik ist doch eher die Kunst, das Rechnen zu vermeiden. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 8/ 24 Offene Fragen über Game-Based Learning Aber kann man mit digitalen Spielen auch Abstraktes lernen, denn Abstraktes macht man nicht...? Ja, man kann. (Arnold et al., 2012) Abbildung und die Antwort (?) (Fujima and Jantke, 2012) Die auf dieser vervollständigten Folie kurz und bündig formulierte Antwort ist Gegenstand der weiteren Ausführungen dieser Präsentation beginnend im folgenden Kapitel. Der Ziel der folgenden Darstellungen insbesondere der Präsentation auf der didacta 2012 besteht darin, geeignete Medientechnologien zu erläutern, entsprechende Implementierungen zu zeigen und einige praktikable Vorgehensweisen für das Game-Based Learning zu demonstrieren. Algorithmentheorie [Rog 1967] [MY 1978], auch Berechenbarkeitstheorie oder Rekursionstheorie genannt, ist ein aufgrund ihrer großen Allgemeinheit, Abstraktheit und damit unweigerlich verbundenen Komplexität ganz hervorragend geeignetes Studiengebiet (siehe auch [Pet 1981]). Noch vor gut einhundert Jahren glaubte eine große Zahl der Wissenschaftler, insbesondere der Mathematiker, dass jede klar formulierte (mathematische) Aufgabe auch lösbar sein müsste. David Hilbert hatte, von dieser Position ausgehend, auf dem Internatonalen Mathematikerkongress in Paris, 1900, ein entsprechendes Jahrhundert- Programm formuliert [Gra 2000]. Über Jahrhunderte oder Jahrtausende 1 offen bleibende Fragen ließen allerdings Zweifel aufkommen. Könnte es sein, dass es grundsätzlich unlösbare Probleme gibt? Die Auseinandersetzung mit einer solchen Frage verlangt, sich einen Überblick über alle jemals möglichen Algorithmen verschaffen zu können. Denn wer beweisen kann, dass eine Aufgabe algorithmisch unlösbar ist, der zeigt, dass es niemals einen wie auch immer gearteten einzelnen Algorithmus zur Lösung geben kann eine Aussage über alle denkbaren (und auch undenkbaren) Algorithmen. Aus derartigen Überlegungen heraus ist die Algorithmentheorie entstanden [Chu 1936], [Kle 1936], [Pos 1936], [Tur 1936]. Heute weiß man, was algorithmisch machbar ist und was nicht. Aber wie studiert man das Abstrakte und das Allgemeine? Welche Hilfestellung können dazu moderne Technologien des e-learning leisten? Und was geht sogar spielbasiert? 1 vgl. das sogenannte 10te Hilbertsche Problem

10 3 Meme Media Technology 3.1. Memes & Meme Media Der im Vortrag bzw. in diesem Report skizzierte Ansatz beruht auf einer spezifischen Verzahnung von theoretischen Untersuchungen und praktischen Realisierungen. Richard Dawkins hat in den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts einen Darwinistischen Ansatz zum Verständnis der menschlichen Ideenwelt und ihrer Entwicklung ausgearbeitet [Daw 1976]. Yuzuru Tanaka hat in den 80er Jahren diese Ideen aufgegriffen und die Frage untersucht, ob sich Evolution von Ideen im Sinne von Dawkins nicht mit Mitteln der Informations- und Kommunikationstechnologien beschleunigen lässt [Tan 2003] Webble Technology Touch & Feel Statt des Videos, das an dieser Stelle während des Vortrags gezeigt wird, beschränken sich die drei Nr. Dauer Ablauf / Ansicht Text das Solar Biker Lab mit einem teilweise zusammengebauten Biker und Repository Der Biker wird vervollständigt. Webble-Technologie ist eine Middleware, die zum Beispiel geeignet ist, interaktive Labore zu implementieren. Webbles stellen die neueste Form der Meme Media Technology dar, die von Yuzuru Tanaka in Japan entwickelt worden ist Es wird eine Sonne auf den Himmel gezogen, so dass der Biker fährt Es wird eine zweite Sonne auf den Himmel gezogen [und, wenn das in der Zeit geht, eine dritte] Es wird eine Wolke so auf den Himmel gezogen, dass sich die Aktivität des Bikers verlangsamt. 6 5 [?] Blende --- Direct Manipulation ist ein Paradigma, das in den frühen 80er Jahren des vergangenen Jahrhunderts durch Ben Shneiderman in die Software- Technologie eingeführt worden ist. Statt Code zu schreiben, fast man Objekte an und manipuliert sie direkt an der Computer- Schnittstelle. Die Objekte funktionieren etwa so wie das, was durch sie dargestellt wird; die digitale Sonne liefert die Energie für die digitale Solarzelle. Die Objekte selbst heißen Webbles. Die Webbles bringen Funktionalitäten mit sich Wolken schwächen die Wirkung der Sonne ab. //Ausklang// Abbildung 3.1. Erste Seite des Storyboards Autoren darauf, das Storyboard dafür zu zeigen. Inklusive Vor- und Abspann ergibt sich ein Video von knapp 3 Minuten Länge. Im Film wird illustriert, wie die Bausteine des Denkens, die Dawkins Memes genannt hat, sich à la Tanaka als Meme Media darstellen (siehe auch [KT 2009] und Denkanstöße in [Bla 1999]). Die Video-Präsentation besteht aus 3 Teilen: I Szenen 2-5 (siehe Abb. 3.1) Die Szenen zeigen ein interaktives Labor, in dem ein Solar Biker zusammengebaut wird. Zieht man eine Sonne auf den Himmel, so fährt er. II Szenen 7-10 (siehe Abb. 3.2) Der Inhalt von Kapitel 5 dieses Reports wird illustriert. III Szenen (siehe Abb. 3.2) In noch einer Anwendung werden Entscheidungsbäume aus Webble-Bausteinen zusammengesetzt und als Klassifikatoren ausgeführt Direct Execution Computability Webbles in Moodle; es liegt alles bereit, um zuerst die Addition und dann die Multiplikation zu definieren Die Addition wird zusammengesteckt Die Multiplikation wird zusammengesteckt Gruppieren und Test mit Eingabewert(en) Blende Decision Tree Webbles in --- Moodle Ein Baum wird zusammengesteckt; ein Input-Vektor ist noch nicht drin. (ein konventionelles Beispiel) --- Mit Webbles kann man auch hochgradig abstrakte Objekte wie berechenbare Funktionen darstellen. Es gibt einen ganzen Satz von Webbles, die ein interaktives Labor für die Algorithmentheorie bereitstellen. Durch primitive Rekursion lässt sich nach dem Paradigma der direkten Manipulation aus der Addition die Multiplikation definieren. So ist im Prinzip jede berechenbare Funktion definierbar eine Technologie von enormer Reichweite. //Ausklang// Weil Webbles Funktionalitäten mitbringen, kann man mit ihnen praktische Probleme lösen zum Beispiel die Konstruktion von Entscheidungsbäumen Einstecken des Input-Vektors. Die Direct Manipulation wird zur Direct Execution. Gibt man dem Entscheidungsbaum einen Input, so wird dieser automatisch klassifiziert Ein letzter Knoten wird angefügt, der den Vektor weiter klassifiziert Abblende --- Zusammengesetzte Webbles sind operational und reagieren auf die direkte Manipulation durch den Nutzer. //Ausklang// Abbildung 3.2. Zweite Seite des Storyboards

11 4 Direct Manipulation/Direct Execution 4.1. Direct Manipulation Das Paradigma der Direkten Manipulation hat in den 80er Jahren des vergangegen Jahrhunderts vor allem durch Ben Shneiderman zu Mensch- Computer-Schnittstellen neuer Qualität geführt [Shn 1982], [Shn 1983]. Dabei lag der Fokus damals auf der Software-Entwicklung. Ungeachtet Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 11/ 24 Paradigma der Direkten Manipulation Das Paradigma der Direct Manipulation hat vor etwa 30 Jahre Eingang in die Softwaretechnologie gefunden. (Shneiderman, 1982) (Shneiderman, 1983) (Hutchins et al., 1985) Der Grundgedanke der kognitiv adäquaten Repräsentation von komplizierten Inhalten ist auch für das Lernen, im allgemeinen, und für das e-learning, im besonderen, relevant. Explizite Arbeiten sind allerdings selten und oft (vgl. (Chan and Black, 2006)) nicht treffend. Abbildung 4.1. Paradigma der Direkten Manipulation dessen ging es in den betreffenden Arbeiten (vgl. auch [HHN 1985]), von höherer Warte gesehen, prinzipiell um die kognitiv adäquate Darstellung von Inhalten ein Kernthema des e-learning. Zur Illustration stelle man sich vor, dass sich Lernende mit Zahnrädern und mit Übersetzungsverhältnissen befassen. Konventionelle Darstellungen bedienen sich dafür der Abbildung von Zahnrädern unterschiedlicher Größe sowie dazugehöriger Formeln. Folgt man dem Paradigma der Direkten Manipulation, dann sind die Zahnräder nicht einfach nur Bilder, sondern sie lassen sich drehen und miteinander verbinden. Das ist schon mehr als herkömmliche Animation, denn Lerner sollen nicht nur zusehen, sondern eingreifen und mitmachen, mehr als in [CB 2006] intendiert ist Direct Execution Direkte Manipulation hat einiges Für und Wider, so dass Wissenschaftler sich auch gegenwärtig noch, 30 Jahre nach der Geburtsstunde dieses Paradigmas, mit Varianten und Verfeinerungen befassen [KJEY 2011]. Die Autoren des vorliegenden Reports haben an anderer Stelle [FJ 2012] für eine Klasse von attraktiven Spezialfällen die eigene Bezeichnung Direct Execution geprägt, was hier kurz illustriert werden soll. Stellen wir uns eine virtuelle Welt vor mit virtuellen Flächen, Rampen, Klötzchen, Kugeln usw., in der man beliebige Objekte dieser Welt ganz im Sinne der Direkten Manipulation mit der Maus bewegen und platzieren kann. Nimmt man einen Klotz und setzt ihn auf einen anderen, so ist das Direkte Manipulation, sonst nichts. Setzt man einen Klotz auf eine schiefe Ebene, so hängt es von der implementierten Physik ab, was passiert. Bleibt er, wenn auch schräg, liegen oder rutscht er? Falls er aber rutscht, wird dann die Bewegung durch Reibungskräfte beeinflusst? Auch das alles ist noch Direkte Manipulation, aber ein Grenzfall. Wenn die implementierte Physik virtuelle Klötzchen rutschen und Kugeln rollen lässt, dann kann man mit Rampen und Ebenen so etwas wie eine virtuelle Sprungschanze bauen. Dergleichen ist seit einigen Jahren in vielen Formen verfügbar [Cra 2012]. Platziert man z.b. eine Kugel auf der Sprungschanze, dann findet etwas statt, das man auch experimentell untersuchen kann. Je nach Länge des Anlaufs der Kugel variiert die Flugbahn. Man manipuliert also nicht nur die Objekte, man führt sie aus Direct Execution.

12 8 Game-Based Learning: Abstrakte Inhalte spielerisch lernen 4.3. Webbles for Direct Execution Das Video in Kapitel 3 zeigt in allen drei Teilen Implementierungen des Paradigmas der Direct Execution mittels Webble Technology [KT 2009]. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 12/ 24 Algorithmentheorie... per Hand Webble für die Substitution, Eine Projektionsfunktion wird zuerst ausgeführt und danach der Nachfolger (Successor) berechnet. Im Moment des Einsteckens der letzten Komponente ist die Berechnung automatisch ausgeführt worden die Realisierung von Direct Execution. Dagegen wartet das Objekt im Bild unten noch darauf, dass andere Webbles eingefügt werden. Die hier skizzierte Technologie der Webbles à la Tanaka [Tan 2003] und Kuwahara [KT 2009] stellt eine für Direct Manipulation und insbes. für Direct Execution geeignete Middleware dar. Screenshot 1: Die Grundbausteine einer Webble-basierten Algorithmentheorie eingebettet in Moodle Abbildung 4.2. Grundbausteine Partieller Rekursion Ausführlicher diskutiert werden die Webbles, die es erlauben, Algorithmentheorie sozusagen live zu erleben (vgl. Abschnitt 5.1). Die gezeigte Implementierung wird in Moodle genutzt. Die Folie in Abbildung 4.2 zeigt Webbles, die elementare Funktionen implementieren. Jedes der Objekte hat im oberen Bereich weiße Kästchen für Eingabeparameter und unten ein Kästchen für das Berechnungsergebnis. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 13/ 24 Algorithmentheorie... per Hand Screenshot 2: Die Bausteine für eine induktive Definition mittels primitiver Rekursion der Addition Abbildung 4.3. Beispiel einer induktiven Definition Wenn alle erforderlichen Input-Daten da sind, führt sich ein Webble selbst aus. Die Folie in Abb. 4.3 zeigt links oben im Moodle-Fenster ein

13 5 GBL mit Webbles In der Algorithmentheorie kommt man nicht aus ohne Formeln einer gewissen Komplexität, was jedoch von einer großen Zahl Studierender nicht Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 9/ 24 Offene Fragen über Game-Based Learning... zum Beispiel Algorithmentheorie (Rogers jr., 1967) (Machtey and Young, 1978) (Péter, 1981) zur Illustration das sogenannte s-m-n-theorem (Kurzfassung) ϕ x (m+n) (y 1,..., y m, z 1,..., z n )=ϕ (n) sn m(x,y1,...,ym)(z 1,..., z n ) 5.1. Algorithmentheorie von Hand Webbles machen es möglich, ein Studium der Algorithmentheorie durch einen substanziellen Anteil direkter Manipulation am Computer aufzulockern. Damit wird neben den formalen Studien eine weitere und für viele Studierende attraktivere Sichtweise angeboten. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 14/ 24 Algorithmentheorie... per Hand und das Kleenesche Normalform-Theorem (ebenfalls kurz) f (x 1,..., x n )=α(μx[β(i, x 1,..., x n )=0]) Was braucht man hier an Technologien und Spielideen...? Abbildung 5.1. Essentielles der Algorithmentheorie besonders geliebt wird. Formalismen wie die in obiger Abb. 5.1 gezeigten sind von eminenter Bedeutung. Das sogenannt s-m-n Theorem ist ein Werkzeug, dass für unzählige Konstruktionen und logische Schlussweisen unverzichtbar ist. Das auf der Folie folgende KLEENEsche Normalform- Theorem ist eine entscheidende Grundlage zum Verständnis der Reichweite der Unentscheidbarkeit des Halteproblems. Wer diese beiden grundlegenden Ergebnisse nicht versteht, versteht auch nichts von den Möglichkeiten und den Grenzen der Berechenbarkeit. Auf der Folie in Abb. 5.1 wurde mit Rücksicht auf das Auditorium auf eine Quantifizierung der auftretenden Variablen verzichtet. Korrekt wäre: ϕ GoedelNum m, n IN x, y 1,...,y m,z 1,..., z n IN ϕ (m+n) x (y 1,..., y m,z 1,...,z n)=ϕ (n) s m n (x,y 1,...,y (z m) 1,..., z n) α, β PrimRec f P i IN x 1,...,x n IN f(x 1,...,x n)=α(μy[β(i, x 1,..., x n,y)=0]) Aber das soll nicht weiter ausgeführt werden, da weder der Report noch die Präsentation eine Einführung in die Algorithmentheorie bieten soll. Screenshot 3: Recursive Definition a(x, 0) = p1 1 (x) a(x, s(y)) = s(p3 3 (x, y, a(x, y))) Abbildung 5.2. Eine direkt ausführbare Definition Man kann erst einmal Webbles zusammenstecken, wie in Abb. 5.2 gezeigt, bevor man sich mit der dahinterliegenden noch besser: der darin steckenden Formel auseinandersetzt. Das auf der Folie dargestellte zusammengesetzte Webble repräsentiert folgende induktive Definition: a(x, 0) = p 1 1 (x) a(x, s(y)) = s(p 3 3 (x, y, a(x, y))) Jedes Detail in der Abb. 5.2 kann sozusagen spielerisch inspiziert werden. Man kann die Bausteine aus dem zusammengesetzten Objekt wieder herausziehen und sich genauer ansehen. Man kann zum Beispiel die in der Substitution oben stehende Projektion in der Formel ist das p 3 3 (x, y, a(x, y)) herauslösen und sich ansehen,

14 10 Game-Based Learning: Abstrakte Inhalte spielerisch lernen was passiert, wenn man statt p 3 3 eine der beiden alternativen Projektionen p 3 1 oder p3 2 verwendet. Mittels der Direct Execution wird das Ergebnis sofort erlebbar. Mit Formeln allein geht das nicht. Betrachten wir ein typisches Übungsbeispiel. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 16/ 24 Lernen d. Abstrakten durch Manipulation d. Konkreten Die Probleme beim Verständnis abstrakter Konzepte können recht vielfältig sein. Als Webble zeigt sich diese Definition in Abb. 5.4 links im Fenster. Die anderen beiden Webbles stellen dieselbe Definition dar. Details sind durch eine Gruppierungsfunktion versteckt. Die Bedeutung der komplexen Definition lässt sich quasi spielerisch erkunden, indem man zum Beispiel verschiedene Inputs eingibt und sich ansieht, wie sich das Objekt (in Abb. 5.4) verhält. In bestimmten Fällen bekommt man ein Ergebnis, in anderen nicht. Input Output Ist diese Definition korrekt oder enthält sie einen Fehler? Falls ein Fehler vorliegt, wo steckt er? Wie berechnet man z.b. exact(100, 9) oder exact(100, 10)? Abbildung 5.3. Übungsbeispiel eine Definition Hier der Formeltext noch etwas besser lesbar: i. add(x, 0) = p 1 1 (x) ii. add(x, s(y)) = s(p 3 3 (x, y, add(x, y))) iii. mult(x, 0) = c 1 0 (x) iv. mult(x, s(y)) = add(p 3 1 (x, y, mult(x, y)),p3 3 (x, y, mult(x, y))) v. sq(x) =mult(x, x) vi. pred(0) = 0 vii. pred(s(y)) = p 1 1 (y) viii. subtr(x, 0) = p 1 1 (x) ix. subtr(x, s(y)) = pred(p 3 3 (x, y, subtr(x, y)) x. exact(x, y) = add(subtr(p 2 1 (x, y),sq(p2 2 (x, y))), subtr(sq(p2 2 (x, y)),p2 1 (x, y))) Eine derartige zehnzeilige Definition allein durch Draufschauen verstehen zu wollen, wird nur von wenigen als Freude empfunden. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 17/ 24 Lernen d. Abstrakten durch Manipulation d. Konkreten Diese Tabelle illustriert einige Ergebnisse entsprechender Tests mit den Webbles in Abb Interessierte Leser werden sicherlich schnell eine Vermutung haben, was hier definiert worden ist. Aber wie gelangt man von der Vermutung zum tieferen Verständnis? Zum Glück kann man ja jedes zusammengesetzte Webble, wie kompliziert es auch sein mag, mit wenigen Mausklicks in seine Bestandteile zerlegen. So kann man also die Rolle jedes einzelnen Definitionsschrittes explorieren. Nehmen wir als Beispiel die Teilfunktion exact. Kaum jemand wird Lust haben, z.b. den Wert exact(200, 10) anhand der Definitionszeile x. zu ermitteln. Aber das einfache Ausprobieren direct execution liefert sofort ein Ergebnis: exact(200, 10) = 100 Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 19/ 24 Lernen d. Abstrakten durch Manipulation d. Konkreten einige Vorteile der Direct Manipulation (sogar Direct Execution im Sinne von (Fujima and Jantke, 2012)) Webble-Definitionen führen sich selbst aus. Veränderungen der Semantik werden sofort sichtbar. Definitionen sind interaktiv testbar. Die Rolle sämtlicher Details kann erkundet werden durch experimentelle Eingriffe. Kollaboratives Lernen wird angeregt. Dazu wird im Folgenden ein GBL-Konzept skizziert. Screenshot 4 (wiederholt): In dem hier gezeigten Webble stecken die 10 Gleichungen der vorangehenden Folie. Abbildung 5.4. Das Übungsbeispiel direkt ausführbar Abbildung 5.5. Charakteristika des Ansatzes Die obige Folie nennt einige offensichtliche Vorteile des Webble-basierten Experimentierens.

15 Kapitel 5. GBL mit Webbles Webble-Based Learning Der Umgang mit digitalen Spielen ist zum großen Teil Direct Manipulation und, darüber hinaus, Direct Execution. Mit Webbles zu spielen, ist also naheliegend. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 20/ 24 Lernen d. Abstrakten durch Manipulation d. Konkreten ein rundenbasiertes Spiel für zwei oder mehr Spieler [Skizze] Es gibt eine Vielzahl von Varianten des Spielkonzepts; u.a. kann man im Hinblick auf den Einsatz in der Lehre via Moodle Lehrenden eine Rolle im Spiel zuweisen. Hier wird nur das Grundkonzept erläutert. Ein zusammengesetztes Webble-Objekt W 1 wird vorgegeben, vom anziehenden Spieler, vom Lehrenden oder zufällig. Der nächste Spieler extrahiert ( peel off ) eine Komponente aus W n (ZuBeginnistn gleich 1.). Statt dessen wird eine andere Komponente eingesetzt. Das neue Objekt wird mit W n+1 bezeichnet. Ein Spieler verliert und scheidet aus, wenn das von ihm generierte Objekt W n+1 äquivalent zu W n ist. Der nächste Spieler extrahiert wieder eine Komponente usw. usf. Es ist z.b. möglich, die Zeit für die Spielzüge zu beschränken. Abbildung 5.6. Ein generisches Spielkonzept Die Folie in Abb. 5.6 skizziert ein weitestgehend generisches Spielkonzept, das für zwei, drei oder mehr Spieler sowie für einzelne Spieler gegen ein Computerprogramm funktioniert. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 21/ 24 Lernen d. Abstrakten durch Manipulation d. Konkreten Das Spiel ist rundenbasiert und es ist offen gelassen wie das ja auch beim Schach der Fall ist ob für einen Zug in einer Runde ein Zeitlimit gelten soll oder nicht. Die Grundidee ist einfach. Wann immer ein Spieler am Zug ist, hat er ein Webble-Objekt W n vor sich. Er soll W n derart verändern, dass das Ergebnis W n+1 zum Ausgangsobekt W n nicht mehr äquivalent ist, also nicht dasselbe Verhalten bei Direct Execution zeigt. Man kann Züge beschränken, zum Beispiel durch die Forderung, wie in Abb. 5.7 illustriert, es solle nur eine Komponente herausgelöst und durch eine andere ersetzt werden. Es bietet sich auch an, ein Abbruchkriterium zu formulieren, z.b. dass jedes W n+1 zu allen vorangehenden Objekten W m (mit m n) inäquivalent sein soll. Es ist interessant, dass das Spiel eine Eigenschaft hat, die in tieferliegenden Eigenschaften der Algorithmentheorie begründet ist. Der Kern des Problems ist in der letzten Zeile der Folie in Abb. 5.8 hervorgehoben: Die Äquivalenz von Webbles, die je eine primitiv-rekursive Funktion repräsentieren, ist nicht entscheidbar [Rob 1950]. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 22/ 24 Lernen d. Abstrakten durch Manipulation d. Konkreten ein rundenbasiertes Spiel für zwei oder mehr Spieler [Skizze] Es gibt eine Vielzahl von Varianten des Spielkonzepts; u.a. kann man im Hinblick auf den Einsatz in der Lehre via Moodle Lehrenden eine Rolle im Spiel zuweisen. Hier wird nur das Grundkonzept erläutert. Ein zusammengesetztes Webble-Objekt W 1 wird vorgegeben, vom anziehenden Spieler, vom Lehrenden oder zufällig. Der nächste Spieler extrahiert ( peel off ) eine Komponente aus W n (ZuBeginnistn gleich 1.). Statt dessen wird eine andere Komponente eingesetzt. Das neue Objekt wird mit W n+1 bezeichnet. Ein Spieler verliert und scheidet aus, wenn das von ihm generierte Objekt W n+1 äquivalent zu W n ist. Der nächste Spieler extrahiert wieder eine Komponente usw. usf. Die Äquivalenz ist unentscheidbar, woraus zahlreiche feinere Spielkonzepte entstehen. Screenshot 5: Ein Spielzug, bei dem ein Objekt herausgenommen und ein anderes eingesetzt wird; das Ergebnis ist nicht äquivalent Abbildung 5.7. Illustration eines Spielzugs Abbildung 5.8. Inhärente Tiefe des Spielkonzepts Es gibt also gar kein universelles Verfahren um festzustellen, dass dieses Spiel beendet ist. Das erscheint natürlich auf den ersten Blick für das Game Desikgn desaströs. Interessanterweise hilft auch hier wieder einmal die Kenntnis der Theorie, denn Äquivalenz ist co-aufzählbar [Rog 1967]. Das legt einige Verfeinerungen des Spielkonzepts nahe. Man kann zum Beispiel von einem Spieler, der einen Zug macht, fordern zu demonstrieren, dass er nicht verloren hat, was wegen der genannten co-aufzählbarkeit prinzipiell möglich ist. Für mehr als die vorliegende Skizze wird auf der didacta 2012 wohl kaum Zeit sein.

16 6 Zusammenfassung & Ausblick Das Ziel der Autoren besteht bzw. bestand darin, mit dieser Präsentation zu skizzieren und mehr als eine Skizze ist bei einem Vortrag naturgemäß nicht drin wie sich sehr abstrakte Inhalte mittels geeigneter (und relativ neuer) Technologien der direkten Manipulation explorativ und spielerisch lernen lassen. Das Abstrakte wird natürlich gar nicht weniger abstrakt dadurch, dass man es auf ungewohnte Art und Weise vermittelt. Daher stellt sich die Frage, ob die neuen Technologien nicht auch mit neuen didaktischen Konzepten einhergehen. Irgend was muss doch anders gemacht werden als zuvor. Die Sicht auf Webble Technology als Middleware für Methoden der direkten Manipulation offenbart die grundlegend neuen Möglichkeiten: Direct Manipulation wird zur Direct Execution [FJ 2012]. Auf dieser Grundlage lassen sich bestimmte abstrakte Inhalte operationalisieren und somit in der jeweiligen e-learning-umgebung ausführen. Was sich früher nur theoretisch durchdenken ließ, lässt sich nun vermittels des Paradigmas der direkten Manipulation (in den Termini von [FJ 2012] der direkten Ausführung ) explorativ erkunden. Wer lernt, braucht relativ komplexe Definitionen nicht anzustarren, sondern kann sie ausprobieren. Somit werden Definitionen testbar. Testen ist allerdings kein Zugang zum Beweis von Korrektheit, sondern ein (mehr oder weniger systematischer) Ansatz, Fehler zu finden. In der exemplarisch ausgeführten Theorie (vgl. 2.3) der berechenbaren Funktionen ist es im besonderen so, dass Korrektkeit (genauer gesagt: Äquivalenz) nicht entscheidar ist, sondern nur wie man es in den Termini der Theorie nennt co-aufzählbar. Das bedeutet in praxi, dass man herausbekommen kann, wann so eine Definition nicht korrekt ist. Genau dazu taugt die Technologie. Die Autoren räumen an dieser Stelle allerdings ein, dass zumindest nach ihrer Kenntnis der Zusammenhang von Direkter Manipulation, Direkter Ausführung und Testtheorie noch nicht systematisch ausgerbeitet worden ist. Daneben ist eine Vielzahl von weiteren Fragen offen, was auch an der Neuheit der im Vortrag bzw. im Report skizzierten Ideen liegen könnte. Das ist aber kein Defizit, gibt es doch Anlass zu vielfältigen interdisziplinären Kooperationen in der Zukunft. Wie steht es denn beispielsweise um eine Didaktik der direkten Manipulation? Einen Zugang könnte man zum Beispiel finden über Modelle der frühkindlichen Entwicklung à la Piaget [Pia 1936], [Pia 1957] (vgl. [Mil 1993]). Es ist zu erwarten, dass für die Erwachsenenbildung etwa für das Hochschulstudium, für die Berufsaus- und -weiterbildung sowie für das Training von Führungskräften in Unternehmen andere Herangehensweisen angemessen sind. Die Autoren erwarten auf diesem Gebiet keine rein akademischen Antworten, sondern eher neue Erkenntnisse aus interdisziplinären Anwendungsprojekten. In der Verbindung von Game-Based Learning und Direct Manipulation steckt natürlich ganz enormes Potenzial, denn Spielen bedeutet in der Mehrzahl der Fälle direkte Manipulation eine Figur wird gezogen, ein Ball wird geworfen,... und das auch in digitalen virtuellen Welten. Nach Kenntnis der Autoren ist auch der letztgenannte Zusammenhang bisher so gut wie nicht systematisch bearbeitet worden. Angesichts der offenen Fragen und der vielversprechenden Zusammenhänge verstehen die Autoren ihre vorliegende kurze Präsentation von e-learning-technologien auch als Anregung und Einladung zur interdisziplinären Kooperation.

17 Kapitel 6. Zusammenfassung & Ausblick 13 Die Vortragsfolien enden mit einem Überblick über die im Vortrag zitierten Quellen. Diese elf Referenzen finden sich vollständig im Literaturverzeichnis des vorliegenden Reports wieder (s.u.), so dass sich die interessierten Leser die Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 24/ 24 Arnold, O., Fujima, J., Jantke, K. P., and Tanaka, Y. (2012). Exploring and understanding the abstract by direct manipulation of the concrete. In CSEDU 2012, Porto, Portugal, April 2012 (accepted/in print). Chan, M. S. and Black, J. B. (2006). Direct-manipulation animation: Incorporating the haptic channel in the learning process to support middle school students in science learning and mental model acquisition. In Proceedings of the International Conference of the Learning Sciences. Fujima, J. and Jantke, K. P. (2012). The potential of the direct execution paradigm: Toward the exploitation of media technologies for exploratory learning of abstract content. In e-learning Baltics, elba Science 2012, Rostock (submitted). Hutchins, E. L., Hollan, J. D., and Norman, D. A. (1985). Direct manipulation interfaces. Human-Computer Interaction, 1: Jantke, K. P. and Lengyel, D. (2012). Die Realität in virtuellen Welten. Zeitschrift für e-learning, (1). Machtey, M. and Young, P. (1978). An Introduction to the General Theory of Algorithms. New York, Oxford, Shannon: Elesevier North-Holland. Mühlberger, M. (2011/2012). Frühlingserwachen gibt s nicht mehr. kjm informiert, pages Abbildung 6.1. Die erste Folie mit Literaturangaben Mühe sparen können, den Text auf den letzten beiden Folien dieser Präsentation zu entziffern. Game-Based Learning abstrakte Inhalte spielerisch lernen 24/ 24 Péter, R. (1981). Recursive Functions in Computer Science. Akadémia Kiadó, Budapest. Rogers jr., H. (1967). Theory of Recursive Functions and Effective Computability. McGraw-Hill. Shneiderman, B. (1982). The future of interactive systems and the emergence of direct manipulation. Behavior and Information Technology, 1: Shneiderman, B. (1983). Direct manipulation: A step beyond programming languages. IEEE Computer, 16: Abbildung 6.2. Die zweite Folie mit Literaturangaben Allerdings muss darauf hingewiesen werden, dass das Themenspektrum des Vortrags mit Gebieten wie z.b. Serious Games, Algorithmentheorie, Meme Media und Direct Manipulation recht weit ist und eine Bibliographie an dieser Stelle nicht erwartet werden kann.

18 Referenzen [AFJT 2012] Oksana Arnold, Jun Fujima, Klaus P. Jantke, and Yuzuru Tanaka. Exploring and understanding the abstract by direct manipulation of the concrete. In CSEDU 2012, Porto, Portugal, April 2012 (accepted/in print), [Ban 1997] Alberto Bandura. Self-efficacy: The exercise of control. New York, NY, USA: Freeman, [Bla 1999] Susan Blackmore. The Meme Machine. Oxford University Press, [CB 2006] Margaret S. Chan and John B. Black. Direct-manipulation animation: Incorporating the haptic channel in the learning process to support middle school students in science learning and mental model acquisition. In Proceedings of the International Conference of the Learning Sciences, [Chu 1936] Alonzo Church. An unsolvable problem of elementary number theory. The American Journal of Mathematics, 58: , [Cra 2012] [zuletzt besucht am ], [Daw 1976] Richard Dawkins. The Selfish Gene. Oxford University Press, [Ege 2007] Simon Egenfeldt-Nielsen. Educational Potential of Computer Games. Continuum Studies in Education. Continuum Intl. Publ. Group, [FJ 2012] Jun Fujima and Klaus P. Jantke. The potentials of the direct execution paradigm: Toward the exploitation of media technologies for exploratory learning of abstract content. In e-learning Baltics, elba Science 2012, Rostock (submitted), [Gra 2000] Jeremy Gray. The Hilbert problems Newsletter of the European Mathematical Society, 36:10 13, [HHN 1985] E. L. Hutchins, J. D. Hollan, and D. A. Norman. Direct manipulation interfaces. Human-Computer Interaction, 1: , [Jan 2006a] Klaus P. Jantke. Digital games that teach: A critical analysis. Diskussionsbeiträge 22, TUI IfMK, August [Jan 2006b] Klaus P. Jantke. Eine Taxonomie für Digitale Spiele. Diskussionsbeiträge 26, TU Ilmenau, IfMK, [Jan 2006c] Klaus P. Jantke. Games that do not exist (Invited Talk). In Rob Pierce and John Stamey, editors, 24th ACM International Conference on Design of Communication, SIGDOC 06, October 18-20, 2006, Myrtle Beach, South Carolina, USA, pages ACM, [Jan 2010] Klaus P. Jantke. Neue Spielideen für neue Lerneffekte. Kindermedienreport KiMeRe , Fraunhofer IDMT, Abtlg. Kindermedien, Januar [Jan 2011a] Klaus P. Jantke. Potenziale und Grenzen des spielerischen Lernens. In Maren Metz and Fabienne Theis, editors, Digitale Lernwelt Serious Games, pages Bielefeld: W. Bertelsmann Verlag, [Jan 2011b] Klaus P. Jantke. Technologien für flexible Didaktik und Funktionalität. In Maren Metz and Fabienne Theis, editors, Digitale Lernwelt Serious Games, pages Bielefeld: W. Bertelsmann Verlag, [JL 2012] Klaus P. Jantke and Denise Lengyel. Die Realität in virtuellen Welten. Zeitschrift für e-learning, (1), [KJEY 2011] Bum Chul Kwon, Waqas Javed, Niklas Elmqvist, and Ji Soo Yi. Direct manipulation through surrogate objects. In CHI 2011, May 7-12, 2011, Vancouver, BC, Canada, [Kle 1936] Stephen C. Kleene. General recursive functions of natural numbers. Mathematische Annalen, 112(5): , [KT 2009] Micke Kuwahara and Yuzuru Tanaka. Webble portal. WorldPortal/,

19 Referenzen 15 [Mil 1993] Patricia H. Miller. Theorien der Entwicklungspsychologie. Heidelberg, Berln: Spektrum Akademischer Verlag, [MY 1978] Michael Machtey and Paul Young. An Introduction to the General Theory of Algorithms. New York, Oxford, Shannon: Elesevier North-Holland, [Pet 1981] Rózsa Peter. Recursive Functions in Computer Science. Akadémia Kiadó, Budapest, [Pia 1936] Jean Piaget. La naissance de l intelligence chez l enfant. Neuchâtel, Paris, [Pia 1957] Jean Piaget. Logique et équilibre dans les compartements du sujet. In Etudes d épistémologie génétique, pages Paris: Presses universitaires de France, [Pos 1936] Emil L. Post. Finite combinatory processes. formulation I. The Journal of Symbolic Logic, 1: , [Rob 1950] Raphael M. Robinson. An essentially undecidable axiom system. In Proceedings of the International Congress of Mathematicians, Cambridge, pages , [Rog 1967] Hartley Rogers jr. Theory of Recursive Functions and Effective Computability. McGraw-Hill, [Shn 1982] Ben Shneiderman. The future of interactive systems and the emergence of direct manipulation. Behavior and Information Technology, 1: , [Shn 1983] Ben Shneiderman. Direct manipulation: A step beyond programming languages. IEEE Computer, 16:57 69, [Tan 2003] Yuzuru Tanaka. Meme Media and Meme Market Architectures: Knowledge Media for Editing, Distributing, and Managing Intellectual Resources. IEEE Press & Wiley-Interscience, [Tur 1936] Alan M. Turing. On computable numbers with an application to the Entscheidungsproblem. Proceedings of the London Mathematical Society, 42(7): , 1936.

20 Die Report-Reihe der Abteilung Kindermedien KiMeRe KiMeRe Klaus P. Jantke, The OPERA Approach to Adaptivity and Personalization, Version 1.00, December 12, 2009, public. Klaus P. Jantke, Taxonomien für Digitale Spiele: Von Ilmenau nach Erfurt, Version 1.00, 31. Dezember 2009, public. KiMeRe Klaus P. Jantke, Neue Spielideen für neue Lerneffekte, Version 1.00, 31. Januar 2010, public. KiMeRe Imke Hoppe, Denise Lengyel, Interactivity. A Buzzword to Enhance Storymaking, Version 1.01, 26. May 2010, public. KiMeRe Klaus P. Jantke, Extra Game Play & Meta Game Play, Version 1.00, 31. May 2010, public. KiMeRe KiMeRe Klaus P. Jantke, Dynamische Planung & dynamische Pläne, Version 1.00, 29. Juli 2010, public. Jun Fujima, Swen Gaudl & Klaus P. Jantke, Game-Based Learning: Abstrakte Inhalte spielerisch lernen, Version 1.00, 12. Februar 2012, public. The Reports of the Children s Media Department of Fraunhofer IDMT appear in three different classifications: public, internal, confidential Reports that are public are freely available. Those that are internal may be available upon request from the authors or from the department administration. Other reports are not available. Die Berichte der Abteilung Kindermedien des Fraunhofer IDMT erscheinen in drei verschiedenen Klassifikationen: public, internal, confidential Berichte, die public sind, sind frei erhältlich. Solche, die internal sind, kann man auf Anfrage von den Autoren oder von der Abteilungsleitung bekommen. Andere Berichte sind nicht erhältlich. 16