[Der Einfluss von Gamification auf die Leistungsbewertung im Anatomieunterricht]

Alberto García-Barrios ^1,2,3
 Ana Isabel Cisneros-Gimeno ^1,2,3
Jesús Benito-Rodríguez ¹
Jaime Whyte-Orozco ^1,2,3
Encarcacíón Rubio-Aranda <sup>4,5

1</sup> Universität Zaragoza, Medizinische Fakultät, Abteilung für Humananatomie und Histologie, Zaragoza, Spanien
² Gesundheitsforschungsinstitut Aragón, Forschungsgruppe Medizin und Genetik (GIIS099), Aragón, Spanien
³ Antecessor B51_23D (Gobierno de Aragón), Aragón, Spanien
⁴ Universität Zaragoza, Medizinische Fakultät, Abteilung für Mikrobiologie, Pädiatrie, Radiologie und Öffentliches Gesundheitswesen, Zaragoza, Spanien
⁵ B43_23R: Agua y Salud Ambiental (Gobierno de Aragón), Aragón, Spanien

Zusammenfassung

In den letzten Jahrzehnten ist die Zahl der Unterrichtsstunden im Anatomieunterricht an medizinischen Fakultäten zurückgegangen, was zur Einführung innovativer Methoden wie Gamification und Serious Games geführt hat, um die Lernleistung und Motivation der Studierenden zu verbessern. In dieser Studie wurde der Einfluss dieser Instrumente auf die Abschlussnoten der Studierenden im Fach Humananatomie I: Bewegungsapparat über vier aufeinanderfolgende Studienjahre (2020–2024) untersucht.

Es wurden zwei Gruppen verglichen: eine mit traditioneller Methodik und eine, in die Gamification-Aktivitäten integriert wurden, wobei Inhalte, Lehrpersonal und Bewertungskriterien unverändert blieben.

Studierende, die an gamifizierten Lehrveranstaltungen teilnahmen, erzielten in den vier untersuchten Studienjahren signifikant bessere Noten als die Kontrollgruppe (p<0,005). Signifikante Unterschiede zwischen den Geschlechtern oder den einzelnen Studienjahren zeigten sich jedoch nicht.

Gamification in der Hochschulbildung ist neben ihrer motivierenden und aktivierenden Funktion im Unterricht ein effektives Instrument zur Verbesserung der Studienleistungen in den Gesundheitswissenschaften.

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1. Einleitung

Der zeitliche Umfang, der dem Studium der anatomischen Wissenschaften an medizinischen Fakultäten weltweit gewidmet wird, ist sehr unterschiedlich, da solide Grundlagen für die berufliche Entwicklung zukünftiger Ärztinnen und Ärzte – unabhängig von ihrer späteren Fachrichtung – unerlässlich sind [1] und zudem eine Verbindung zwischen anatomischem Wissen und klinischer Erfahrung hergestellt werden muss, damit Studierende ein diagnostisches Denkvermögen entwickeln können [2]. Trotz dieser Bedeutung hat die überwiegende Mehrheit der Universitäten die Unterrichtsstunden für Anatomie in den letzten Jahrzehnten reduziert [3], [4], [5].

Die Verringerung der für den Anatomieunterricht vorgesehenen Zeit und die Präsenz neuer Generationen – der Generation Z beziehungsweise der Digital Natives – in den Hörsälen der Hochschulen haben die Entwicklung neuer und innovativer Lehrmethoden wie problembasiertem Lernen, 3D-Plattformen, Gamification und Game-Based Learning gefördert, um den Lehr- und Lernprozess der Studierenden zu unterstützen und das Vertrauen der Absolventinnen und Absolventen in ihr anatomisches Wissen zu stärken [6], [7].

Gamification stellt insbesondere eine neuartige Alternative dar, bei der spielähnliche Elemente in spielfremden Kontexten und in Lehr-Lern-Einheiten eingesetzt werden, mit dem Ziel, den Erwerb von Wissen zu fördern [8], [9], [10], [11], [12], [13]. Game-Based Learning (GBL) hingegen umfasst den Einsatz vollständiger Spiele, die speziell zur Vermittlung von Inhalten oder Fähigkeiten entwickelt wurden, während Serious Games mit einem expliziten Bildungszweck geschaffen werden, der über die reine Unterhaltung hinausgeht [14].

Obwohl Game-Based Learning (GBL), Serious Games und Gamification häufig derselben Gruppe zugeordnet werden, handelt es sich um Konzepte mit unterschiedlichen Merkmalen [3], [15], [16].

Gamification nutzt Spielkonzepte, um den Lehr- und Lernprozess angenehmer und unterhaltsamer zu gestalten; GBL modifiziert ein Spiel, um ein bestimmtes Lernergebnis zu erzielen; und Serious Games werden speziell für Lehr- und Lernzwecke entwickelt [8], [11], [15], [17], [18], [19].

Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass diese Strategien das Engagement der Studierenden verbessern, bedeutungsvolles Lernen fördern und Schlüsselkompetenzen wie klinisches Denken, Entscheidungsfindung, Teamarbeit und Problemlösung in sicheren und kontrollierten Umgebungen stärken können [20], [21], [22], [23]. In der medizinischen Ausbildung wurden Serious Games und Gamification erfolgreich in Bereichen wie dem Anatomieunterricht, der klinischen Simulation, dem Training chirurgischer Fertigkeiten, der interprofessionellen Ausbildung und der formativen Leistungsbewertung eingesetzt [24], [25].

Der Einsatz von Gamification ist in der medizinischen Ausbildung weit verbreitet und wird durch zahlreiche neue Instrumente unterstützt; in den meisten Fällen betrachten Studien Gamification jedoch aus einer qualitativen Perspektive, die auf der Wahrnehmung der Studierenden in Bezug auf Aspekte wie Motivation, Interaktion oder Beteiligung basiert [26], [27].

Ziel dieser Arbeit war es, den Effekt des Einsatzes spielbasierter Ansätze in all ihren Varianten (Gamification, GBL und Serious Games) auf die Studienergebnisse in vier aufeinanderfolgenden Studienjahren (2020-2021 bis 2023-2024) im Fach Humananatomie I: Bewegungsapparat zu bewerten.

2. Material und Methoden

2.1. Studiendesign

Es wurde eine randomisiert-kontrollierte Studie mit 687 Studierenden durchgeführt, die im Fach „Humananatomie I: Bewegungsapparat“ an der Medizinischen Fakultät der Universität Zaragoza in vier aufeinanderfolgenden Studienjahren (2020-2021, 2021-2022, 2022-2023 und 2023-2024) eingeschrieben waren.

Die Studierenden wurden bei der Einschreibung über das akademische Verwaltungssystem auf Basis der Sigma^®-Plattform der Universität Zaragoza zufällig einer der beiden Gruppen (Gruppe mit traditionellem Unterricht und Gruppe mit Gamification) zugeteilt, die für den Studiengang Medizin eingerichtet waren. Abbildung 1 [Abb. 1] zeigt die Verteilung der eingeschriebenen Studierenden nach Studienjahr und Gruppe.

Dieses Fach wird im zweiten Semester des ersten Studienjahres unterrichtet und umfasst 6 Kreditpunkte des Europäischen Systems zur Übertragung und Akkumulierung von Studienleistungen (ECTS). Didaktisch ist es in vier Module gegliedert: Rumpf, obere Extremität, untere Extremität und Kopf.

Die Lehrmethodik basiert laut Studienführer auf theoretischen Vorlesungen in Kombination mit praktischen Einheiten im Seziersaal, in denen der Bewegungsapparat durch Prosektions- und Sektionstechniken an Leichen sowie durch die Beschreibung und Visualisierung von Knochen und verschiedenen anatomischen Modellen untersucht wird. Im untersuchten Semester erhalten die Studierenden insgesamt 39 Theorievorlesungen und 26 Stunden Praxisunterricht (3 Theorievorlesungen und 2 Stunden Praxisunterricht pro Woche), wobei Letzterer verpflichtend ist.

In den vier Studienjahren nutzten die Studierenden der traditionellen Gruppe ausschließlich eine Lehr-Lern-Methodik, die auf Vorlesungen und der Durchführung traditioneller Praktika basierte: dem Erkennen anatomischer Strukturen an Leichen, Prosektionen, Modellen und Knochen aus Ossuarien. In der Gamification-Gruppe wurde zusätzlich zu Vorlesungen und traditionellem Praxisunterricht eine Lehrmethodik eingeführt, bei der insgesamt vier Aktivitäten zur Vertiefung der Inhalte in die Praktikumsstunden integriert wurden (jeweils eine Stunde am Ende jedes Moduls), die den Einsatz von Spielen in all ihren Varianten umfassten: Gamification, GBL und Serious Games.

In den vier analysierten Jahrgängen blieben Lehrpersonal und Lehrplan unverändert, sodass insgesamt vergleichbare Lehrbedingungen vorlagen. Die abschließende Leistungsbewertung des Faches erfolgte nach den im Studienführer festgelegten Kriterien und war in beiden Gruppen identisch.

2.2. Geplante Spielwerkzeuge

Die verschiedenen Aktivitäten und Spielwerkzeuge zielten darauf ab, die im Rahmen der Entwicklung jedes Moduls erworbenen Fähigkeiten und Kompetenzen zu vertiefen.

2.2.1. Modul 1: Rumpf – Gamification

Im ersten Modul wurde die Plattform Kahoot^® als Gamification-Werkzeug eingesetzt. Hierzu wurde ein modulspezifischer Fragebogen mit 15 Multiple-Choice-Fragen erstellt, bei denen jeweils nur eine Antwort richtig war und ein Zeitlimit von 20 Sekunden galt. Nach Ablauf der für jede Frage vorgesehenen Zeit wurde das Ergebnis visualisiert und in Echtzeit besprochen.

Die Fragen dieses Fragebogens wurden von den für das Fach verantwortlichen Lehrkräften AGB und JBR erstellt und von den Lehrkräften AICG und JWO überprüft.

Für die Nutzung von Kahoot^® erhielten die Studierenden Anweisungen dazu, wie sie online auf die Aktivität zugreifen oder die App auf mobilen Geräten herunterladen konnten.

2.2.2. Module 2 und 3: Obere und untere Extremität – Serious Games

Für diese beiden Module wurde als Methodik der Einsatz von zwei Serious-Games-Aktivitäten in Form eines Breakouts beziehungsweise eines virtuellen Escape Rooms vorgeschlagen, bei denen die Studierenden aus den zu diesem Zweck erstellten virtuellen Räumen „entkommen“ mussten. In Modul 2 mussten sie aus dem mythischen Tempel von Angkor in Indonesien entkommen, in Modul 3 aus dem Universitätskrankenhaus. Um dieses Ziel zu erreichen, mussten sie eine Reihe von Aufgaben und Rätseln in linearer und sequenzieller Weise lösen, deren roter Faden mit dem Thema des jeweiligen Moduls verknüpft war. Insgesamt wurden für jede Aktivität vier Übungen vorgeschlagen, die auf dem Erkennen anatomischer Strukturen an Modellen, Prosektions- und Leichenpräparaten sowie auf klinischen Fällen basierten, die mit den Inhalten der jeweiligen Module verknüpft waren.

Für die Erstellung der Aktivität, die vollständig auf elektronischen Geräten durchgeführt wurde, war Lehrkraft AGB für die Inhaltsentwicklung verantwortlich; anschließend wurden die Inhalte von JBR, AICG und JWO über die Online-Plattform Genially^® überprüft. Zum Zeitpunkt der Durchführung wurde den Studierenden der erforderliche Link zur Verfügung gestellt.

2.2.3. Modul 4: Kopf – Game-Based Learning

Im letzten Modul wurden interaktive Bilder mit der Online-Plattform Educaplay^® erstellt, in denen die Studierenden eine Reihe anatomischer Strukturen erkennen und markieren mussten. Diese basierten auf eigenen Aufnahmen aus den Sezierstunden, die mit diesem Modul in Zusammenhang standen, entsprechend den Anforderungen der Plattform. Insgesamt mussten 30 anatomische Strukturen erkannt werden.

Die Bilder wurden vom zuständigen Lehrpersonal (AGB, JBR, AICG und JWO) erstellt und überprüft.

2.3. Statistische Analyse

2.3.1. Statistische Methodik

Die Studienpopulation umfasste die im Fach Humananatomie eingeschriebenen Studierenden (687 Studierende) an der Medizinischen Fakultät Zaragoza über vier aufeinanderfolgende Studienjahre: 2020-2021, 2021-2022, 2022-2023 und 2023-2024. Die statistische Auswertung wurde von ERA durchgeführt.

Die Hauptvariable war die numerische Note im Abschlussexamen des Faches. Als erklärende Variablen wurden die Art der erhaltenen Lehrmethodik (Gamification, traditioneller Unterricht), das Geschlecht und das Studienjahr berücksichtigt.

2.3.2. Statistische Analyse

Quantitative Variablen wurden anhand von Mittelwert und Standardabweichung beschrieben; kategoriale Variablen anhand von Häufigkeit und Prozentwerten.

Angesichts der Gruppengrößen und unter Anwendung des zentralen Grenzwertsatzes wurden der Student-t-Test und das 95%-Konfidenzintervall verwendet, um die erzielten Noten nach der erhaltenen Lehrmethodik in den vier analysierten Jahren zu vergleichen. Der Vergleich der über die vier Jahre erzielten Noten für jede der beiden eingesetzten Lehrmethoden wurde mit einer einfaktoriellen ANOVA durchgeführt.

3. Ergebnisse

Humananatomie I: Bewegungsapparat ist ein Pflichtfach, das im zweiten Semester des ersten Jahres des Bachelorstudiums Medizin an der Universität Zaragoza belegt wird. In diesem Fach, ebenso wie in den übrigen Fächern des Studiengangs und in anderen Studiengängen der Gesundheitswissenschaften an der Universität Zaragoza, überwog in allen untersuchten Studienjahren der Anteil weiblicher Studierender gegenüber männlichen. Das Verhältnis Frauen: Männer betrug im Studienjahr 2020-2021 2,8:1, im Studienjahr 2021-2022 3,5:1, im Studienjahr 2022-2023 2,5:1 und im Studienjahr 2023-2024 3,8:1. Der Anteil der Studierenden, die sich zum zweiten oder zu einem weiteren Mal in dieses Fach einschrieben, war in Gruppe 1 im Vergleich zu Gruppe 2 leicht erhöht, jedoch nicht signifikant (3% vs. 1,5%).

Die Mittelwerte und Standardabweichungen der in beiden Gruppen über die vier Studienjahre erzielten Noten sind in Abbildung 2 [Abb. 2] dargestellt.

In den vier analysierten Jahrgängen (vgl. Abbildung 3 [Abb. 3]) zeigten sich statistisch signifikante Unterschiede in den bei der abschließenden Leistungsbewertung erzielten Noten in Abhängigkeit von der erhaltenen Lehrform – „traditioneller Unterricht“ versus „traditioneller Unterricht mit Gamification“ –, wobei die Ergebnisse in der letztgenannten Gruppe durchweg höher ausfielen, wenn der traditionelle Unterricht durch Gamification-Aktivitäten ergänzt wurde.

Der größte Unterschied wurde im Studienjahr 2021-2022 festgestellt, mit einem 95%-Konfidenzintervall von 0,75 bis 1,68 Punkten zugunsten der Studierenden mit gamifiziertem Unterricht. Der geringste Unterschied wurde im Studienjahr 2023-2024 verzeichnet; in diesem erzielten Studierende mit gamifiziertem Unterricht zwischen 0,21 und 1,23 Punkten mehr als ihre Kommilitoninnen und Kommilitonen mit traditionellem Unterricht.

Beim Vergleich der Noten der Studierenden mit traditionellem Unterricht über die analysierten Jahre hinweg ergaben sich keine signifikanten Unterschiede. Dasselbe galt für den Vergleich der Noten der Studierenden mit gamifiziertem Unterricht. Ebenso wurden beim Vergleich, der von Frauen und Männern in den vier Studienjahren erzielten Noten keine signifikanten Unterschiede beobachtet.

4. Diskussion

Die Entwicklung des Anatomieunterrichts zu Beginn des 21. Jahrhunderts hat zu tiefgreifenden Veränderungen in medizinischen Lehrplänen geführt, angetrieben durch die Einführung neuer medizinischer Fächer und den Wandel pädagogischer Ansätze, die insgesamt zu einer Reduktion der Unterrichtsstunden in Fächern wie der Anatomie geführt haben. Andererseits verdeutlichen der Wandel der Studierendenprofile und die unterschiedlichen Lernstile [28], [29] die Notwendigkeit, ein motivierendes Lernklima und ein dynamischeres Lernen durch innovativere Lehrmethoden wie Gamification in ihren verschiedenen Ausprägungen zu schaffen. Ebenso sind wir – wie von Autoren wie Anyanwu und Blakeli et al. [28], [30] betont – der Überzeugung, dass die Schaffung eines dynamischeren Lernumfelds durch unterschiedliche Lernstrategien notwendig ist, um Aufmerksamkeit und Beteiligung der Studierenden zu verbessern.

In den Praktikumsstunden sind die Studierenden partizipativer als in den theoretischen Vorlesungen, da die Atmosphäre günstiger und die Gruppe kleiner ist. Dennoch lässt sich eine gewisse „Passivität“ sowie mangelnde Interaktivität innerhalb der Gruppe beobachten [31], [32], [33]. Durch diese Strategien wird jede und jeder Studierende in den Mittelpunkt des eigenen Lehr-Lern-Prozesses gerückt, indem er oder sie aktiv daran teilnimmt. Dadurch werden Beteiligung, Aufmerksamkeit, Zufriedenheit und Motivation auf individualisierte Weise verbessert und zugleich die Auseinandersetzung mit dem Lernstoff gefördert [29], [34], [35], [36].

Gamification stellt in der Hochschulbildung ein geeignetes Instrument dar, um die Monotonie in theoretisch-praktischen Unterrichtseinheiten aufzubrechen, das Lernklima zu verbessern und ein positiveres Lernumfeld zu fördern. Wie von anderen Autoren [1], [19], [37] und auch von unserem Team in früheren Studien [38], [39] beschrieben, werden neue Lehrmethoden – einschließlich Gamification, Game-Based Learning und Serious Games – von Studierenden qualitativ sehr positiv bewertet, insbesondere aufgrund ihrer positiven Wirkung auf Motivation, Beteiligung, die Integration theoretischer und praktischer Inhalte, Gruppenkohäsion und die Verbesserung des Lernklimas. Diese Faktoren sind, wie wir in unserer Studie beobachten konnten, von erheblicher Bedeutung für bessere Noten in der Abschlussprüfung. Ebenso werden, wie wir in früheren Studien festgestellt haben [38], [39], auf Serious Games basierende Instrumente von Studierenden noch höher bewertet, da sie zur Integration theoretischer und praktischer Inhalte sowie zur Gruppenkohäsion beitragen; es handelt sich um eine sequenzielle Aktivität, die in ihren verschiedenen Phasen eine größere Menge an Inhalten umfasst.

In diesem Fall haben wir den Einsatz von Gamification-Werkzeugen nur in einer Gruppe (Gruppe 2) vorgesehen, um den qualitativen Effekt anhand subjektiver Evaluierungsumfragen in den jeweiligen Lehrveranstaltungen der Studie zu vergleichen, in denen die Studierenden den positiven Effekt dieser Aktivitäten auf ihr Lernen und die Verbesserung des Lernklimas bewerten – durch die Förderung der Beziehungen zwischen den Studierenden sowie zwischen Studierenden und Lehrkräften –, aber auch den quantitativen Effekt im Vergleich zur anderen Gruppe, die als Kontrollgruppe diente (Gruppe 1), im Hinblick auf die Abschlussprüfung zu untersuchen. Obwohl diese Aktivitäten, während der für Praktikumsstunden vorgesehenen Zeit durchgeführt wurden und 14% (4 von 26 Stunden) der Gesamtzeit ausmachten, stellte dies für die Experimentalgruppe keinen Nachteil dar, da die in jedem Modul vermittelten Inhalte in diesen Aktivitäten zur Wiederholung genutzt wurden.

Obwohl verschiedene Studien den positiven Effekt des Spieleinsatzes auf die quantitative Leistungsbewertung untersucht haben, konzentrierten sie sich jeweils nur auf eine bestimmte Form der Gamification. So gibt es Autoren, die gamifizierte Fragebögen auf Plattformen wie Kahoot^® [40], GDRS Sidra [41] oder selbst entwickelte Instrumente [1], [42] verwendet haben; andere schlugen Game-Based-Learning-Aktivitäten (GBL) [19] oder Serious Games [18], [43] vor; wiederum andere untersuchten bildbasierte Aktivitäten [44]. Bislang hat jedoch keine Studie alle diese Ansätze in einer einzigen Untersuchung kombiniert, wie wir es in unserem Fall getan haben. Dadurch konnten wir den positiven Effekt von Gamification, unabhängig von der Art ihrer Umsetzung im Unterricht, auf die quantitative Leistungsbewertung der Studierenden nachweisen.

Eine wesentliche Stärke unserer Studie besteht darin, dass alle spielbasierten Aktivitäten in den verpflichtenden Praktikumsstunden des Faches durchgeführt wurden, die von denselben Lehrkräften betreut wurden und daher von allen Studierenden absolviert wurden. Ebenso führte die Teilnahme an diesen Aktivitäten zu keinem zusätzlichen Notenbonus in der Abschlussnote des Faches, um die Kontrollgruppe, die diese Aktivitäten nicht durchführte, nicht zu benachteiligen. Um jedoch bei den Studierenden, die an der Erfahrung teilnahmen und dabei bessere Ergebnisse erzielten, eine extrinsische Motivation zu erzeugen, erhielten sie nach Abschluss des Lehr- und Bewertungszeitraums des Faches einen Bonus in Form der Teilnahme an einem anatomischen Präparationskurs. Dieser Umstand unterstreicht den positiven Effekt des Einsatzes von Gamification auf die quantitative Leistungsbewertung des Faches.

Andererseits könnte der Vergleich zwischen einer Kontrollgruppe und einer Gruppe mit Gamification als Einschränkung betrachtet werden, da mögliche Unterschiede in den Vorkenntnissen oder Fähigkeiten der Studierenden nicht vollständig ausgeschlossen werden können. Dieses Vorgehen wurde jedoch über vier aufeinanderfolgende Jahre hinweg beibehalten, wobei in jedem Jahr bessere Noten in der Gruppe mit Gamification-Unterricht als in der Kontrollgruppe erzielt wurden. Darüber hinaus sind Studierende, die ein Medizinstudium beginnen, in der Regel sehr homogen, da für den Zugang zum Studiengang eine hohe Mindestpunktzahl und einheitliche Lernvoraussetzungen erforderlich sind.

Als Perspektive für zukünftige Forschung, die eine Verbesserung des langfristigen Lernens belegen könnte, wäre es sinnvoll, die Noten derselben Studiengruppen in den OSCEs (Objective Structured Clinical Evaluations) zu vergleichen, die mit Medizinstudierenden der Universität Zaragoza vor Abschluss ihres Studiums durchgeführt werden.

5. Schlussfolgerung

Die Einführung von Spielen – unabhängig von ihrer Modalität – in Hochschulkurse führt zu einer messbaren Verbesserung der Studienleistungen und spiegelt sich in einer besseren Leistungsbewertung wider als ein ausschließlich traditioneller Unterricht.

ORCIDs der Autor*innen

• Alberto García-Barrios: [0000-0001-5560-3771]
• Ana Isabel Cisneros-Gimeno: [0000-0002-5494-343X]
• Jaime Whyte-Orozco: [0000-0001-9372-4267]
• Encarnación Rubio-Aranda: [0000-0002-9273-5885]

Interessenkonflikt

Die Autor*innen erklären, dass sie keinen Interessenkonflikt im Zusammenhang mit diesem Artikel haben.

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