De effectiviteit van Serious Gaming bij webprogrammeren

De effectiviteit van Serious Gaming bij webprogrammeren

Inleiding

Al vanaf dat ik jong was ben ik geïnteresseerd in gaming, op een recreationeel maar ook een technisch vlak. Spellen zijn een interactieve vorm van kunst en vertellen een verhaal of motiveren de gebruiker een bepaald doel te bereiken. Dit doel kan vervolgens voor allerlei doeleinden worden ontwikkeld. Destijds werd gaming altijd gezien als iets wat nooit een nuttige vorm van tijdsbesteding zal zijn en dat heb ik altijd al een gemiste kans gevonden.

Sinds dat ik mijzelf meer bezig ben gaan houden met het technische aspect van het ontwikkelen van spellen, is de term Serious Gaming steeds bekender geworden. Met name toen ik ben begonnen met de lerarenopleiding, ben ik mij hierin gaan verdiepen. Mijn doel is nu om een spel te ontwikkelen ter ondersteuning van de leerdoelen voor studenten op mijn stageplek.

Onderzoeksvraag

Om te beginnen ben ik een onderzoeksvraag gaan ontwikkelen, die ik zo S.M.A.R.T. mogelijk wil formuleren. Hierbij ben ik in gesprek gegaan met docenten bij SD en heb ik hen gevraagd naar de problemen. Eigenlijk kwam het neer op het volgende: Voor studenten die nog geen achtergrond hebben in programmeren is het soms lastig om in de code te komen. Code en de logica erachter is heel anders dan een gesproken taal en vergt ervaring om te begrijpen. Alleen al het inzicht om een array als een lijst van data te zien is voor studenten soms lastig om in te komen. Hoe sneller een student dit inzicht ontwikkeld, hoe sneller de student het programmeren kan oppakken en hoe sneller een student zich hierin kan ontwikkelen.

Het is dus belangrijk dat studenten van SD zo snel mogelijk een inzicht in de basisprincipes van code ontwikkelen. Maar wat zijn dan die basisprincipes? Deze vraag heb ik bij mijzelf neergelegd, maar ook bij de docenten van Software Development en mijn eigen medestudenten bij de lerarenopleiding ICT. De volgende data heb ik daarvan verzameld:

Score = aantal keer benoemd; Op basis van 7 personen, inclusief mijzelf.

Principe Score
Datatypes 4
If statements / switch cases 6
Arrays 3
Debug functies (print / vardump) 2
Loops 5
Operators 3
Functies 4
Scopes 2

Als ik deze data zou ordenen op belang, dan zou het er als volgt uit zien:

  1. If statements / switch cases (score: 6)
  2. Variabelen & loops (score: 5)
  3. Datatypes & functies (score: 4)
  4. Arrays & operators (score: 3)
  5. Debug functies & scopes (score: 2)

Bij het ontwikkelen van de vragen voor het spel ga ik deze data verder gebruiken, maar voor nu heb ik wel een duidelijk beeld van wat er wordt begrepen onder “basisprincipes”. Met deze kennis en met zicht op het probleem, heb ik de volgende onderzoeksvraag kunnen formuleren:

“Kan theorie in programmeren efficiënter worden overgebracht met het gebruik van een Serious Game, bij eerstejaars studenten van de MBO Software Development opleiding?”

Deelvragen

Om deze onderzoeksvraag verder uit te werken heb ik de Kiplingmethode (Engering, T. (2019)) gebruikt om de onderzoeksvraag op te delen in 5 w’s en 1 h:

Wat? De kern van het vraagstuk is het onderzoeken van het effect van een Serious Game (een spel met educatieve doeleinden) op het overbrengen van theorie en het activeren van studenten in het creëren van inzicht in programmeren. Is het beter? Is het sneller? Wie? Met name de studenten zullen de feedback vormen en het spel gaan spelen, maar ook de docenten zullen hun verhalen delen over de didactische achtergrond van normale lessen tegenover Serious Games en experts in Serious Gaming zullen hun theorie delen.
Waarom? Gaming is een gigantische trend tegenwoordig en wordt gedaan door een groot deel van studenten in de ICT sector. De vraag is nu of Gaming als een didactische werkvorm kan worden geïntroduceerd? Daarnaast, specifiek voor de SD opleiding, is het de vraag of deze werkvorm de studenten sneller activeert in hun inzicht in programmeren.
Waar? In dit geval op Landstede ICT te Zwolle, omdat dit mijn stagelocatie is.
Wanneer? Ik wil dit gehele schooljaar (2020 - 2021) besteden aan het onderzoek.
Hoe? Het onderzoek wordt uitgevoerd door theorie te verzamelen van eerdere successen in Serious Gaming, door informatie over de probleemstelling op te doen bij docenten van SD en resultaten te meten door een Serious Gaming te ontwikkelen en te laten spelen door studenten.

Uiteindelijk heb ik de onderzoeksvraag niet zozeer opgedeeld in deelvragen, maar meer hulpvragen bedacht om de onderzoeksvraag heen, sinds de onderzoeksvraag zelf al redelijk concreet is:

“Kan een Serious Game volledig worden ingezet en een les vervangen of ondersteunt deze enkel de les?”

“Kan een Serious Game worden opgenomen in de groep van “spelvormen”, als didactische werkvorm?”

“Kan het inzicht in programmeren worden aangeleerd door middel van een Serious Game?”

De eerste twee vragen hierin zijn meer overkoepelende vragen, die gericht zijn op Serious Gaming in het algemeen. Bij de eerste deelvraag wordt er gesproken over “delen”. Hiermee doel ik op het feit of een Serious Game de gehele les kan overnemen of dat deze bijvoorbeeld kan worden ingezet als lesmateriaal. Dit houdt in dat de docent het spelen van de game begeleidt en het leerproces stimuleert. De docent activeert de voorkennis, geeft feedback op de handelingen van de student in de game en laat de student reflecteren op de resultaten uit de game. Het spel wordt dan gespeeld in delen, waar de student door de docent geregeld uit de game wordt gehaald om te reflecteren op het handelen.

Het brengen van de serious game in delen kan ook doelen op het niet altijd gebruiken van de game. Een lessenreeks kan dan bestaan uit “reguliere” en game lessen. De reguliere lessen doelen op het omgaan met de bestaande werkmethode en bevat vaak klassikale aspecten zoals het bespreken van het onderwerp en het uitvoeren van gezamenlijke activiteiten. Een game les is meer individueel gericht, waarin de studenten zelf de game spelen en hierop reflecteren. Een vervolgles kan dan zijn dat de klas gezamenlijk weer bij elkaar komt om te reflecteren op het handelen van de game en de resultaten bespreekt.

De laatste vraag (in samenwerking met de onderzoeksvraag) daadwerkelijk gericht is op bruikbare resultaten voor mijn werk.

Literatuurstudie

Voor het studie aspect van dit onderzoek wil ik twee onderdelen onderzoeken: Serious Gaming en het samenstellen van de basisprincipes van programmeren. Ik ga elk onderdeel langs en zal een klein onderzoek uitvoeren.

Serious Gaming

Volgens Wikipedia (Wikipedia) is een Serious Game een spel met een ander primair doel dan puur vermaak. Het spel kan dan als primair doel bijvoorbeeld communiceren, werven of selecteren, onderwijzen of het verwerven van inzicht hebben. In dit geval richt ik mij op het laatste.

Het gaat dus om het doel van het spel, wat in mijn geval “verwerven van inzicht” is. Bij een serious game dient het vermaak juist als een versterking in de overdracht van informatie. Ik wil een zekere vorm van competitiviteit gebruiken (bijvoorbeeld in de vorm van een highscore) als vermaak. Daarbij vind ik het ook belangrijk dat elke code-uitdaging nieuw en verfrissend aanvoelt en niet als ellenlange herhalen.

Een Serious Game is overigens niet hetzelfde als gamification, waarbij een bepaald proces of handeling wordt geconverteerd en / of vertaald naar een game.

Game-Based Learning

Game-Based Learning is het bovenliggende proces van Serious Games, wanneer deze in educatie worden gebruikt en is een leermethode. Hierbij gaat het om het bereiken van een specifiek leerdoel. Grendel Games (Grendel Games. (2020)) heeft een lijst aan voor- en nadelen van Game-Based Learning, die ik graag wil benoemen:

Voordelen

  • Goed toe te passen in de belevingswereld van de doelgroep.
  • Studenten kunnen experimenteren en krijgen meteen feedback van hun acties.
  • Is een effectief bewezen leermethode.
  • Omdat games erg pakkend is en veel diepgang bevat, kan het lang de aandacht van studenten houden.

Nadelen

  • Game-Based Learning hangt af van vraag, er is nog geen game voor elk probleem.
  • Een instructeur of leraar is vereist om het proces rondom het gebruik van de game in goede banen te leiden. Denk hierbij aan doelen stellen, uitleggen van acties en reflecteren.
  • De instructeur of leraar moet goede kennis hebben van de game.

Al vanaf de jaren ‘60 en ‘70 wordt er al gebruikt gemaakt van papier-gebaseerde spellen voor educatie. In de jaren ‘70 werd hier meer focus op gelegd door het “Back to Basics” initiatief. Studenten scoorden slecht op toetsen omdat er geen focus was op bepaalde onderwerpen en er een te breed curriculum werd aangeboden. Deze opfrissing in leermethodes gaf toekomst aan alternatieve leermethodes, waaronder Game-Based Learning. Vanaf 2000 kwam er een grote sprong in Serious Games, waaronder “The Monkey Wrench Conspiracy” voor ingenieurs om 3D software te begrijpen, “Re-Mission” voor medische doeleinden om patiënten begrip te laten ontwikkelen voor kanker en “Virtual Leader” om spelers een leiderschapsrol te laten ontwikkelen in teams.

Monkey Wrench

Bron: The Monkey Wrench Conspiracy; Bron: https://www.igdb.com/games/the-monkey-wrench-conspiracy

Motivatie

In het wetenschappelijk artikel “A Study on Applying Game-Based Learning to Cooperative Learning” door Lai C.H., & Luo Y.K., & Jong B.S., & Lee P.F. (Lai C.H., & Luo Y.K., & Jong B.S., & Lee P.F.. (2012)) wordt gesproken over frustrerende vakken waar motivatie vaak moeilijk te vinden is voor studenten. In het artikel is een test uitgevoerd met (uiteindelijk) 45 studenten, waarbij er een toets wordt gemaakt. Voor de “Experiment” groep wordt er qua leermethode gebruikt gemaakt van Game-Based Learning en bij de “Control” groep wordt er gebruik gemaakt van een traditionele leermethode. Vervolgens wordt er pre-toets en post-toets een vragenlijst ingevuld door beide groepen met vragen naar de motivatie.

In de resultaten van de eerste test is te zien dat voor de toets de motivatie redelijk gelijk loopt, ~64 tegen ~63. Alleen is er post-toets wel degelijk een verschil in motivatie op te merken. Bij de “Experiment” groep is de motivatiescore omhoog geschoten naar ~73.2, waar de “Control” groep de ~67 bereikt. De Δdelta van de “Experiment” is ~9.2, waar deze voor de “Control” groep maar ~4 is. De test is afgenomen in een relatief kleine groep, maar dit is niet de enige test die is uitgevoerd op het gebied van Game-Based Learning.

Uit deze minimale maar toch duidelijke resultaten is te concluderen dat tijdens het toetsmoment de motivatie vrijwel gelijk ligt. Echter, na de toets is gebleken dat de motivatie met bijna 2.5x groeit wanneer er gebruik wordt gemaakt van Game-Based Learning, tegenover het reguliere leren. Aangezien leertrajecten uit meerdere toetsmomenten bestaan, is het van groot belang dat motivatie behouden blijft (of zelfs groeit) na het afronden van de toets.

De conclusie die ik hieruit trek gaat gepaard met de theorie over ratio versus intuïtie uit het boek Gamedidactiek (Koops 2017). Omdat (serious) games een beroep doen op de intuitie van de student, in plaats van de ratio, blijft de kennis beter hangen. Dit boek spreekt hier heel mooi over, het noemt namelijk het idee van “cognitief gemak”. Het doel van een spel is een beroep doen op de intuitie van een student. Intuitie is namelijk altijd actief en leert complexe zaken door “trial and error”. Dit associatieve proces verloopt vaak onbewust, maar duurt wel lang. Wanneer een student het gevoel van vertrouwen associeert met het onderwerp van de game wordt er een staat van cognitief gemak gecreëerd. Hierdoor ontwikkelt de student een gevoel voor de lesstof op het onbewuste niveau.

Wanneer de student zich in een staat van cognitief gemak bevindt, zal de student ook de toets in deze staat uitvoeren. Dit creëert zelfvertrouwen in de stof, wat motivatie geeft voor het komende traject.

Design

Verder staat er in dit wetenschappelijk artikel een referentie naar een wetenschappelijk artikel van Echeverria S. genaamd “A framework for the design and integration of collaborative classroom games. Computers & Education” (Echeverria, A., & Campo, C. G., & Nussbaum, M. & Gil, F., & Villalta, M., & Amestica, M. & Echeverria, S. (2011)). Echeverria heeft een design voorgelegd voor het ontwikkelen van een game binnen Game-Based Learning. Het framework kan worden opgedeeld in twee onderdelen:

Lucid Dimension (De entertainment dimensie van de game die gebaseerd is op de betrokkenheid van spelers):

  • Methodes en regels van de game.
  • Verhaal / plot van de game.
  • Functies van de game.
  • Atmosfeer van de game (visuals en audio effecten).

Educational Dimension (De educationele dimensie die de gevraagde leer onderdelen van de module behandelt):

  • Definities van doelen om de module te behalen.
  • Leermethodes (bijvoorbeeld zoals benoemd in het wetenschappelijk artikel van Susaeta (Susaeta, H., & Jimenez, F., & Nussbaum, M., & Gajardo, I., & Andreu, J., & Villalta, M. (2010)).

Echeverria heeft vervolgens deze twee dimensies gecombineerd in de volgende vier onderdelen:

  • Het combineren van game-mechanics met cognitieve processen (Ingaan op de cognitieve processen van studenten bij het ontwikkelen van game-mechanics).
  • Het combineren van game-mechanics met de type leerstof (Het analyseren van de module en de lesstof uitwerken tot game-mechanics).
  • Het combineren van game-mechanics met pedagogische modellen (Het gebruiken van een pedagogisch model (in mijn geval, het pedagogische basisklimaat van Stevens) bij het ontwikkelen van game-mechanics).
  • Het combineren van verhaal met pedagogische modellen (Het gebruiken van het bovenstaande pedagogisch model bij het ontwikkelen van een verhaal en doelen).

Op basis van deze vier onderdelen wil ik de game ontwikkelen waar ik mijn onderzoek mee ga uitvoeren. Ik begin dan bij het gebruiken van de cognitieve processen bij het ontwikkelen van de game, waar ik later in dit onderzoek op in ga. In het kort gebruik ik de processen herhalen, verdiepen en structureren vanuit het boek “Effectiever leren met leerstrategieën” (Dijkstra, P. (2015)). Studenten zullen eerst bij herhalen de basisprincipes oefenen door herhaling in verschillende opdrachten. Hierna zullen de studenten gaan verdiepen door deze basisprincipes toe te passen in nieuwe situaties en kunnen ze de verkregen informatie structureren in werkende code.

Bij het ontwikkelen van de game-mechanics wordt uiteraard ook rekening houden met de lesstof. De lesstof bestaat uit programmeren (in dit geval specifiek in de programmeertaal PHP) en de game-mechanics zullen hierop zijn gebaseerd. Code voorbeelden worden in correcte syntax getoond om een realistisch beeld te geven van de opdracht. Daarna zullen de basisprincipes, die eigenlijk regelrecht uit de lesstof komen, direct worden geïmplementeerd. Het uittypen van code is hoe het type leerstof wordt uitgewerkt tot een game-mechanic.

Hierna wordt er gekeken naar pedagogische modellen, zoals hierboven beschreven in dit geval het basisklimaat van Stevens:

Competentie

Door de stijgende moeilijkheidsgraad van de game komt de student al snel in zijn of haar gewenste competentieniveau terecht. Hoewel er niks mis is met de herhaling van de basisprincipes die deze studenten eventueel al begrijpen is er toch een mogelijkheid om snel naar het gewenste niveau te komen. Opdrachten die de studenten al begrijpen zouden immers snel kunnen worden uitgevoerd.

Autonomie

Dit spel kan geheel autonoom worden uitgevoerd door de student. De student kan zelf de plek en tijd uitkiezen die hij of zij wil besteden aan dit spel. De student verdient ook zelf punten en voelt zich daarom verantwoordelijk voor zijn of haar opdrachten.

Pedagogiek

Dit zal vooral moeten komen vanuit de docent. De docent houdt bij hoeveel punten welke student heeft en ondersteunt waar mogelijk. Het is van groot belang dat het leerproces van de student voorop staat. Dit houdt in dat de docent een coachende rol speelt in het begeleiden van de student en daarom nooit een antwoord voor zal zeggen. De docent zal de student moeten begeleiden door hem of haar de juiste hulpmiddelen aan te bieden, in kennis en bronnen, maar ook in de hulp van medestudenten.

Deze vier onderdelen geven een goede en stevige houvast voor het ontwikkelen van de game, met de cognitieve vaardigheden en het “leren leren” als het belang.

Basisprincipes in programmeren

Bij het ontwikkelen van de onderzoeksvraag heb ik de vraag “wat zijn dan die basisprincipes?” neergelegd bij mijzelf, bij collega-docenten, medestudenten en vrienden in het vak. Op basis van de antwoorden heb ik vervolgens een tabel gemaakt met scores, hoe vaak bepaalde onderwerpen zijn benoemd. Het doel hiervan was om te kijken wat er wordt verstaan onder “basiskennis in programmeren”. Als ik deze onderdelen zou moeten sorteren op score, zou er het volgende uitkomen:

  1. If statements / switch cases (score: 6)
  2. Variables & loops (score: 5)
  3. Datatypes & functies (score: 4)
  4. Arrays & operators (score: 3)
  5. Debug functies & scopes (score: 2)

Dit maakt voor mij goed duidelijk welke onderwerpen het meeste prioriteit en welke onderdelen het minste prioriteit hebben. De volgorde zal ik wel iets veranderen, op basis van niveau en leervolgorde (datatypes moet je leren om variabelen beter te begrijpen).

Hierbij de volgorde van niveau en leervolgorde:

  1. Datatypes
  2. Variables
  3. If statements / switch cases & operators
  4. Arrays
  5. Loops
  6. Functies & loops
  7. Debug functies

Gecombineerd met de scores ziet dat er zo uit:

Onderwerp Niveau 1 = hoogst, 7 = laagst Score
Datatypes 1 4
Variables 2 5
If statements / switch cases 3 6
Operators 3 3
Arrays 4 3
Loops 5 5
Functies 6 4
Scopes 6 2
Debug functies 7 2

Op basis van het niveau wil ik de volgorde van onderdelen bepalen in het spel, waar ik het aantal vragen / dagen besteed aan een onderdeel wil baseren op de score. Dit wil ik verder behandelen in het onderdeel “uitwerking”.

Het product

Om het spel te ontwikkelen moeten er een paar keuzes worden gemaakt. Deze keuzes zal ik hieronder formuleren en opdelen in de twee dimensies van Echeverria S., de entertainment- en leerdimensie.

  • In welke taal en op welk platform zal het spel worden ontwikkeld? (leerdimensie)
  • Wat is het doel van het spel? Hoge score halen? (leerdimensie)
  • Hoe wordt de score berekend? (entertainment dimensie)
  • Wat is het bovenliggende, educatieve doel voor de speler? (leerdimensie)
  • Wordt er code ingeleverd en gekeurd? Of moet er code worden uitgevoerd om tot een juist antwoord te komen (zoals bij Advent of Code)? (entertainment dimensie)
  • Wat is de stimulans? Een high score bord? (entertainment dimensie)

De eerste keuze kan ik al makkelijk maken, namelijk een spel in de webbrowser, gemaakt in vanilla HTML, CSS, PHP en JavaScript. Waarom? Advent of Code, waar dit spel op is gebaseerd, is ook gemaakt in een webbrowser. Een webbrowser is makkelijk te gebruiken en het spel is op deze manier toegankelijk voor iedereen. Zowel op een computer / laptop als een mobiel kan het spel vervolgens worden gespeeld. Een spel in de webbrowser komt tevens ook dichtbij de belevingswereld van de SD studenten, omdat zij ook webapplicaties zullen gaan ontwikkelen. De reden dat ik voor vanilla HTML, CSS, PHP en JavaScript heb gekozen en niet voor front-end frameworks zoals ReactJS, Vue, Angular of anderen, is omdat ik de source code zo simpel mogelijk wil houden. Het spel wordt open-source, wat betekent dat nieuwsgierige studenten zelf ook de sourcecode in kunnen zien. Ik wil deze zo transparant en “makkelijk” mogelijk houden, om zo eventueel inspiratie te aan te moedigen. Daarnaast voel ik mij heel comfortabel bij de basistalen en dit is waar ik zelf ook les in geef.

De drie keuzes die hierop volgen kunnen als volgt worden geformuleerd, het doel, de werkmethode en de stimulans. Hieronder wil ik elk onderdeel apart behandelen, beschrijven hoe ik dit wil behalen en wat ik hiervoor nodig heb.

Educatief doel

Het doel van het spel is om de studenten de basiskennis van programmeren te leren, in dit geval in PHP. Het primaire doel is dus niet gericht op entertainment, maar in dit geval op kennisvergaring en het aanleren van vaardigheden in programmeren. Bij het ontwikkelen van het spel wil ik er met name op letten dat de doelen goed zijn geïntegreerd met de verschillende spelelementen, zodat een coherente leeromgeving ontstaat waarin kennis en vaardigheden worden opgedaan (Wij-leren.nl).

Het behalen van dit doel doet bij de student in termen van leerstrategieën met name een beroep op de cognitieve vaardigheden: herhalen, verdiepen en structureren die P. Dijkstra beschrijft in zijn boek “Effectiever leren met leerstrategieën” (Dijkstra, P. (2015)).

Herhalen

Bij de vragen in het spel zullen de verschillende basisprincipes van het programmeren continu terugkomen. Soms op zichzelf, vooral als een basisprincipe voor het eerst wordt geïntroduceerd in het spel en soms ook gecombineerd met andere principes. Herhalen is een erg belangrijk om leerstof te laten hangen bij studenten.

Verdiepen

Vervolgens wil ik de studenten laten verdiepen door problemen met een telkens hoger moeilijkheidsgraad te laten oplossen. Studenten zullen zelf, actief, de leerstof moeten gebruiken om antwoorden te vinden voor de problemen. Hiervoor zullen ze onderzoek moeten doen op internet.

Structureren

Bij het verzamelen van verschillende voorbeelden in code die ze aan de hand van het onderzoek bij Verdiepen verkrijgen zullen de studenten de kennis moeten structureren en organiseren. Ze zullen de informatie en leerstof moeten inperken en organiseren in de vorm van visuele weergaven, in dit geval code in hun code-editor.

Werkmethode

Om het educatieve doel te bereiken wil ik de werkmethode baseren op het spel Advent of Code (Codethink & Wastl, E. (2020)). Het spel bestaat uit 15 problemen in programmeren die de student moet oplossen. Dit kunnen problemen zijn waar de student bepaalde data moet verzamelen, ordenen en zo waardes moet uitlezen, maar het kan ook te maken hebben met het fixen van een foutmelding op de correcte manier. Wanneer de student het spel start zal enkel het eerste probleem vrij worden gegeven. De volgende dag om 06:00 wordt vervolgens het tweede probleem vrijgegeven enzovoorts. De student stelt zijn / haar tijdzone in bij het aanmaken van een account zodat de 06:00 in lokale tijd is.

Vanuit de basisprincipes in programmeren die ik hierboven heb verzameld zullen de problemen worden opgesteld en deze zullen ook groeien in moeilijkheidsgraad.

Bij elk probleem wordt een antwoord verwacht. Zoals hierboven genoemd kan dit een waarde zijn of een antwoord (bijvoorbeeld: “welke waarde krijg je terug?” of “hoeveel waardes krijg je terug?”). Vervolgens controleert de student of het antwoord correct door het in te voeren en de controleren door het systeem. Om antwoorden uniek te houden, zal de data die wordt gebruikt bij de problemen in enige zin willekeurig worden gegenereerd.

Over de dag heen (bijvoorbeeld om 10:00, 14:00, 18:00) worden er tips gegeven in de vorm van bronnen of zoektermen die de student kan gebruiken. De reden dat ik bronnen en zoektermen mee geef, is zodat de student dan alsnog zelf op onderzoek gaat. Dit proces van op onderzoek uitgaan is een ontzettend belangrijk onderdeel van programmeren en kennis hierin zal van grote waarde zijn voor de student.

De stimulans

Elk goed spel heeft een stimulans nodig. Waar een Serious Game misschien als primair doel niet entertainment nodig heeft, is het wel een heel sterk hulpmiddel die de student zal motiveren het spel te spelen. In het geval van dit spel is het doel heel simpel, het behalen van de Code Challenges voor elke dag, 15 dagen in totaal. Dit betekent dat de gebruiker per dag het probleem van die specifieke dag kan oplossen met zijn of haar kennis in PHP. Daarbij is het toegestaan om onderzoek uit te voeren. Het doel, SMART uitgeschreven, luidt als volgt:

“De gebruiker lost per dag een PHP programmeer-uitdagingen op, voor 15 dagen lang. De gebruiker leert hierdoor de voorgelegde problemen op te lossen, informatie op te zoeken en doet basiskennis op in PHP.”

Daarbij is de stimulans erg belangrijk om dit doel te bereiken, de gebruikers moet immers een reden hebben om het doel te bereiken. Maar hoe wordt stimulans geactiveerd binnen een game? Tegenwoordig binnen games zien we heel vaak een zogenaamde incentive-centered design (ICD) (Jian, L., & MacKie-Mason, J. K. (2012)), een vorm van game design waarin stimulans centraal staat. De stimulans is de methode om in weze de speler te laten doen wat jij, als game designer, voor ogen hebt. Het motiveert de speler de doelen van het spel te halen. Stimulans is er in allerlei vormen, maar over het algemeen is het in te delen twee categorieën: positieve en negatieve stimulans.

Positieve stimulans

Voor het spel dat ik ga ontwikkelen wil ik met name gebruik maken van positieve stimulans. Dit houdt in dat de speler zich beloont voelt bij het behalen van (of het werken naar) doelen. In onderwijs is dit in principe niet anders. Als docenten zijn wij altijd op zoek naar succeservaringen voor de studenten. Hoe kunnen wij studenten bepaalde onderdelen leren, zodat ze er zelfstandig mee aan de slag kunnen en succeservaringen kunnen opdoen? De methode PBS (Positive Behavior Support) sluit hier goed bij aan, het versterken van gewenst gedrag en het voorkomen van ongewenst gedrag.

PBS kan heel goed worden toegepast in ICD en je zou kunnen zeggen dat het natuurlijk al samen gaat. Bij ICD worden er stimulansen gecreëerd om spelers te motiveren een bepaald doel te behalen of, vertaald naar PBS, gewenst gedrag te laten tonen.

Voorbeelden van positieve stimulansen zijn:

  • Het behalen en verhogen van een eigen score (helemaal in combinatie met een gezamenlijk scorebord, waarbij een competitief aspect als stimulans wordt betrokken).
  • Het behalen van zogenaamde “Achievements”, ofwel prestaties, die vervolgens kunnen worden gedeeld met anderen.
  • Het behalen van een lastig obstakel. Dit gaat vaak gepaard in combinatie met negatieve stimulans.

Negatieve stimulans

Stimulans kan ook in negatieve zin worden ontwikkeld. Dit betekent niet zozeer dat de stimulans slecht is, of een negatief effect heeft op spelers, maar meer dat de stimulans vanuit een negatieve hoek komt. Het gevolg hiervan is “trial and error”, of in het Nederlands: “vallen en opstaan”. Het idee om iets opnieuw te proberen na te hebben gefaald. Hoe motiveer je mensen om iets opnieuw te proberen? Dat is negatieve stimulans.

Ik wil in deze game niet zozeer gebruik maken van negatieve stimulans, met name dus omdat ik wil focussen op PBS, positieve feedback voor studenten. In zekere zin zou je het gebruik van een scorebord als zowel positieve als negatieve stimulans kunnen zien, aangezien wanneer een speler op een lagere positie staat, dit als negatieve stimulans dient om hoger te komen.

Toepassing

Zoals ik hierboven heb vermeld, wil ik dus met name de focus leggen op de positieve stimulans. Maar hoe ga ik dit implementeren? Sowieso leek het mij leuk om het competitieve aspect van een scorebord te implementeren. Aangezien in het spel elke dag, voor 15 dagen lang, een code uitdaging wordt vrijgegeven, leek het mij leuk de score te baseren op de snelheid waarin spelers de uitdaging oplossen. Een formule als volgt zou dan bijvoorbeeld kunnen gelden:

100 + 2(100 / verstreken uren (min 1, max 24))

Vervolgens wil ik in de formule ook een score reeks implementeren. Deze houdt bij of je de vorige (opeenvolgende) code uitdagingen hebt opgelost voor de volgende is vrijgegeven. Dit betekent dat de code uitdaging in 24 uur moet worden voltooid om de code reeks door te zetten. Wanneer een code uitdaging niet in 24 wordt voltooid, dan begint de code reeks opnieuw. Dit ziet er als volgt uit:

Per code uitdaging die in 24 uur is voltooid: reeks + 1. Wanneer de uitdaging niet in 24 uur is voltooid: reeks = 0. Uiteindelijke berekening:

100 + 2(100 / verstreken uren) + (reeks * 50)

Deze score zorgt voor drie stimulansen:

  • De speler wil de code uitdagingen oplossen.
  • De speler wil de code uitdagingen oplossen in 24 uur.
  • De speler wil een zo hoog mogelijke score reeks behalen.

De exacte uitwerking van de punten kan verschillen, maar dezelfde opzet wil ik aanhouden in de game.

Conclusie

Om te beginnen met het formuleren van de conclusie en het beantwoorden van de onderzoeksvraag, wil ik kijken naar de deelvragen die zijn opgesteld. Na het beantwoorden van deze vraag zal ik de onderzoeksvraag beantwoorden en deze onderbouwen met de gebruikte theorie.

Deelvraag 1

De eerste deelvraag luidt als volgt: “Kan een Serious Game volledig worden ingezet en een les vervangen of ondersteunt deze enkel de les?”

Deze deelvraag richt zich op de vraag of een Serious Game een gehele les kan vervangen, of dat het ter ondersteuning biedt van een les of theorie. We zien in het onderzoek van Lai C.H., & Luo Y.K., & Jong B.S., & Lee P.F. (Lai C.H., & Luo Y.K., & Jong B.S., & Lee P.F.. (2012)), waarin theorie wordt gebracht middels Game Based Learning, dat de motivatie lijkt te stijgen wanneer er gebruik wordt gemaakt van Game Based Learning. Ik denk dat Grendel Games (Grendel Games. (2020)) in hun nadelen deze vraag goed beantwoord, ik plaats deze hier nogmaals:

  • Game-Based Learning hangt af van vraag, er is nog geen game voor elk probleem.
  • Een instructeur of leraar is vereist om het proces rondom het gebruik van de game in goede banen te leiden. Denk hierbij aan doelen stellen, uitleggen van acties en reflecteren.
  • De instructeur of leraar moet goede kennis hebben van de game.

Ten eerste moet er een game worden ontwikkeld voor de theorie. Dit vraagt niet alleen ontwikkeltijd (waarin geldt dat meer tijd een beter en gelikter resultaat geeft), maar het vraagt ook tijd om de doelen en het Game Design van de game goed te ontwikkelen. Hierin moet er onderzoek worden gedaan naar het probleem en / of de theorie en moeten de uitdagingen worden vertaald naar de game, iets wat ook veel tijd kost.

Bij het tweede nadeel beantwoorden we eigenlijk al de deelvraag, namelijk met een “nee”, of in ieder geval “grotendeels”. Om de studenten te stof te laten vasthouden is het belangrijk goede “nazorg” te bieden, maar ook een sterke introductie. De docent of instructeur moet namelijk het proces van het spelen van de game uitleggen aan de studenten, maar kan hierin ook een meer pedagogische (en zelfs didactische) rol aannemen door met studenten doelen op te stellen waar zij naderhand op kunnen reflecteren. De kracht van het reflecteren wordt besproken in de “Reflectie als drijfveer van het leerproces”, een onderzoek geschreven door K. Benammar (Benammar, K. (2005)). Wanneer een student reflecteert op zijn eigen leerproces (in dit geval, eigen handelen in de game) en feedback ontvangt, zal de student op zoek moeten gaan naar alternatieven, wat een beroep doet op de creatieve vaardigheden en het kader verleggend denken van de student, het “leren leren”.

Daarnaast moet de docent of instructeur ook goede kennis hebben van de game. Ik denk dat met name deze laatste zin goed het overkoepelende probleem beantwoord bij het beantwoorden van deze deelvraag: tijd. Niet alleen bij de ontwikkeling, maar ook bij het instrueren van de docent of instructeur en het ontwikkelen van de voor- en nazorg in de les. Daarom, om de deelvraag te beantwoorden:

“Ja, maar het vraagt wat van de docent of instructeur.”

Wanneer een spel is ontwikkeld en er lesplannen zijn gemaakt om dit spel te implementeren, dan is een spel een goede kandidaat om generieke methodes om theorie te delen weg te leggen en te vervangen door het spel. Maar, dan hebben we het over een heel specifieke situatie. Over de kracht van een Serious Game is niet te twijfelen, zoals blijkt uit talloze onderzoeken, maar de implementatie ervan is wat de uitdaging vormt.

Deelvraag 2

De tweede deelvraag luidt als volgt: “Kan een Serious Game worden opgenomen in de groep van “spelvormen”, als didactische werkvorm?”

Het beantwoorden van deze deelvraag valt samen met het antwoord op de eerste deelvraag, namelijk:

“Ja, maar met zogenaamde voor- en nazorg.”

Om een Serious Game als didactische werkvorm te integreren in de groep “spelvorm” is er een vorm van reflectie en introductie nodig, iets wat ik bij het beantwoorden van de vorige deelvraag “voor- en nazorg” heb genoemd. In het artikel van Martijn-98 (Martijn-98. (2020, 10 juni)) zien we dit terug als “De voorbereiding”, “De uitvoering” en “Nabespreking”. Om het spel zelf succesvol als didactische werkvorm in te zetten, is het van groot belang dat er wordt gereflecteerd op de ervaringen uit de game. Dit geeft context aan de intuïtieve acties (Koops, Dr. M. C. (2017)) van de student.

Het voorbereiden van het gebruik van een Serious Game in de les geeft de student ook de mogelijkheid doelen te stellen. Het uitvoeren en behalen van deze doelen zal een motiverende werking hebben op de student en daarmee ook een growth mindset stimuleren.

De docent of instructeur zal eerst het spel moeten introduceren aan de studenten en daarbij met de studenten gaan zitten om doelen op te stellen. Wat wil de student leren? In welk tijdspad? Wat is hiervoor nodig binnen het spel? Op deze leerdoelen kan vervolgens worden gereflecteerd richting het einde van de les en kunnen er alternatieven worden ontwikkeld bij het spelen van het spel, om te gebruiken bij de volgende les.

Deelvraag 3

De derde deelvraag luidt als volgt: “Kan het inzicht in programmeren worden aangeleerd door middel van een Serious Game?”

Dit is een lastige deelvraag om te beantwoorden. Ik wilde graag mijn observaties uit mijn stageperiode gebruiken om daarmee het beantwoorden van deze deelvraag te onderbouwen, alleen heb ik het gevoel dat de resultaten sterk zijn beïnvloed door de pandemie van Covid-19. Daarbij wil ik alsnog de vraag beantwoorden op basis van mijn verkregen resultaten, waarbij ik in de verklaring rekening houdt met de pandemie.

Alsnog is deze deelvraag lastig te beantwoorden. Zoals ik bij het beantwoorden van de eerste en tweede deelvraag heb benoemd, komt er meer bij kijken bij het succesvol gebruiken van een Serious Game als didactische werkmethode. Voor de spellen die zijn gespeeld is de winst weinig geweest, de studenten hebben onder andere Advent of Code (Codethink & Wastl, E. (2020)) gespeeld, maar omdat dit spel te lastig was was de leeropbrengst laag.

De leeropbrengst was met name laag omdat het spel niet voldeed aan de basisbehoeften van Stevens. Waar er genoeg autonomie en pedagogiek was in de vorm van zelfstandig werken en samenwerken met studenten en hulp van docenten, was er weinig competentie. Het spel lag niet op hetzelfde niveau van de meeste studenten en hierdoor raakten veel studenten direct of al snel gedemotiveerd.

Wat wel kan worden bewezen, is dat met tijd een student kan leren programmeren, maar ik denk dat dat ook nooit een vraag was. In retrospectief zou ik deze deelvraag anders beschrijven, namelijk:

“Kan het aanleren van het inzicht in programmeren worden versneld met het gebruik van een Serious Game?”

Wat wij in ieder geval weten, is dat het onderzoek van Lai C.H., & Luo Y.K., & Jong B.S., & Lee P.F. (Lai C.H., & Luo Y.K., & Jong B.S., & Lee P.F.. (2012)) aantoont dat een Serious Game meer motivatie losmaakt bij studenten. Motivatie is ontzettend belangrijk bij het (sneller) aanleren van elke vaardigheid, zeker bij de doelgroep van dit onderzoek. Daardoor ben ik positief ervan dat deze deelvraag kan worden beantwoord met een:

“Ja.”.

Dit vereist echter wel een op maat gemaakt spel, met leeropbrengst in gedachte. Bij het ontwikkeling van het fictieve spel in dit onderzoek heb ik een variant gemaakt op Advent of Code, omdat dit spel twee van de drie basisbehoeften al goed inzet (in ieder geval, bij de doelgroep van dit onderzoek). Het spel is daarom gefocust op het correct inzetten van competentie van de studenten, waardoor het spel in theorie goed zou moeten presteren en ook het programmeer inzicht van de student zou moeten bevorderen.

Onderzoeksvraag

Uiteindelijk luidt de onderzoeksvraag: “Kan theorie in programmeren efficiënter worden overgebracht met het gebruik van een Serious Game, bij eerstejaars studenten van de MBO Software Development opleiding?”

Na het beantwoorden van de deelvragen is het makkelijke antwoord hier: “Ja.”.

Eerder in dit onderzoek heb ik uitgelegd wat cognitief gemak inhoudt en wat voor effect dit heeft op de motivatie van de student. Omdat Serious Games een beroep doen op de intuïtiviteit van de student, blijft de kennis niet alleen beter hangen, maar bevindt de student zich ook in een staat van cognitief gemak wanneer deze kennis moet worden gereproduceerd. Dit, gecombineerd met de toename in motivatie op basis van het onderzoek “A Study on Applying Game-Based Learning to Cooperative Learning” (Lai C.H., & Luo Y.K., & Jong B.S., & Lee P.F.. (2012)) toont de sterkte van Serious Games in lessen. Dit toont aan dat spellen efficiënter theorie kunnen overbrengen, mits de les voldoet aan de voorwaarden die ik zo bij de “hoe” vraag beantwoord.

Het spel wat ik vervolgens heb ontwikkeld, gebaseerd op “A framework for the design and integration of collaborative classroom games” (Echeverria, A., & Campo, C. G., & Nussbaum, M. & Gil, F., & Villalta, M., & Amestica, M. & Echeverria, S. (2011)), is gebaseerd op deze modellen en lift daarbij mee met de populariteit van het spel “Advent of Code” (Codethink & Wastl, E. (2020)).

Alleen, de “hoe” vraag wordt hier vervolgens de uitdaging, hoe kan de Serious Game zo worden gebracht, dat het programmeren daadwerkelijk efficiënter kan worden overgebracht?

Nu heb ik dit onder het kopje “Het product” beantwoord met een fictief spel, maar er komt nog meer bij kijken. In het beantwoorden van de deelvragen heb ik dit “voor- en nazorg” genoemd. Een lessenreeks zal er dan als volgt uit komen te zien, voor bijvoorbeeld 1 periode (ongeveer 12 lessen). In de eerste les zal het spel en onderwerp worden geïntroduceerd. Als wij het hier hebben over een eerste periode voor eerstejaars studenten zal er ook nog wat groepsvorming moeten plaatsvinden, waar ook ruimte voor moet worden gemaakt. In deze eerste lessen wordt er ook focus gelegd op het ontwikkelen van doelen. Een docent zou hier de klas in groepen kunnen verdelen en elke groep hun eigen doelen laten ontwikkelen en onderling bespreken.

Vervolgens zal rond de derde of vierde les de introductiefase zijn afgerond. De doelen zijn ontwikkeld, de game is geïntroduceerd en de Serious Game kan starten. Elke les zal een kleine intro fase hebben waarin er wordt teruggeblikt naar de vorige les en waar de doelen even kort per student worden doorgenomen. Vervolgens gaan studenten de Serious Game spelen en zal de docent rondlopen en begeleiden waar nodig. Aan het eind van de les (laatste 20 minuten) zullen de Serious Games worden afgesloten en wordt er tijd besteed aan het reflecteren. Er wordt gekeken naar het behalen van de doelen en wat er nodig is.

Ik geloof dat op deze manier een Serious Game daadwerkelijk efficiënter de kennis en het inzicht in programmeren kan overbrengen, onderbouwd met theorie. Maar, daarvoor moeten de volgende voorwaarden zijn bereikt:

  • Er moet een Serious Game zijn.
  • De docent of instructeur moet kundig zijn met het spel.
  • Een programma en planning moet aanwezig zijn zodat de voor- en nazorg altijd aanwezig is.

Wanneer deze drie voorwaarden zijn bereikt, en het product voldoet aan de voorwaarden, genoemd onder het kopje “Het product”, kan een Serious Game correct worden ingezet. De mate van de aanwezigheid van de docent of instructeur is sterk afhankelijk van de autonomie van de studenten en zou bijvoorbeeld voor vierdejaars kunnen worden verminderd.

Literatuurlijst

Wikipedia. Serious game. Geraadpleegd van https://en.wikipedia.org/wiki/Serious_game.

Wij-leren.nl. Serious games. Geraadpleegd van https://wij-leren.nl/serious-games.php.

Grendel Games. (30 augustus 2020). Serious games, gamification and game-based learning: what’s the difference? Geraadpleegd van https://grendelgames.com/serious-games-gamification-and-game-based-learning-whats-the-difference/.

Lai C.H., & Luo Y.K., & Jong B.S., & Lee P.F.. (2012). A Study on Applying Game-Based Learning to Cooperative Learning. https://www.researchgate.net/publication/259609157_A_Study_on_Applying_Game-Based_Learning_to_Cooperative_Learning.

Echeverria, A., & Campo, C. G., & Nussbaum, M. & Gil, F., & Villalta, M., & Amestica, M. & Echeverria, S. (2011). A framework for the design and integration of collaborative classroom games. Computers & Education, 57(1), 1127-1136.

Susaeta, H., & Jimenez, F., & Nussbaum, M., & Gajardo, I., & Andreu, J., & Villalta, M. (2010). From MMORPG to a classroom multiplayer presential role playing game. Educational Technology & Society, 13(3), 257–269. https://www.researchgate.net/publication/220374779_From_MMORPG_to_a_Classroom_Multiplayer_Presential_Role_Playing_Game

Codethink & Wastl, E. (2020). Advent of Code 2020. Geraadpleegd van https://adventofcode.com/.

Dijkstra, P. (2015). Effectiever leren met leerstrategieën. Amsterdam, Nederland: Boom test uitgevers.

Jian, L., & MacKie-Mason, J. K. (2012). Incentive-Centered Design for User-Contributed Content. 37. https://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/handle/2027.42/100229/icd4ucc.pdf

Engering, T. (2019, 6 mei). De Kiplingmethode; Toepassen van 5W1H. Eenvoud in Kwaliteit. https://www.eenvoudinkwaliteit.nl/blog/de-kiplingmethode.

Benammar, K. (2005, maart). Reflectie als drijfveer van het leerproces. https://reflectiesite.nl/wp-content/uploads/2016/02/2012-12-20-Reflectie_als_drijfveer.pdf.

Koops, Dr. M. C. (2017). Game didactiek; Het hoe en waarom van spellen in de les (3e druk). Uitgeverij Didactica.

Martijn-98. (2020, 10 juni). Spelvorm inzetten als didactische werkvorm. InfoNu. https://educatie-en-school.infonu.nl/methodiek/186155-spelvorm-inzetten-als-didactische-werkvorm.html.