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Technische Umsetzung eines interaktiven rundenbasierten online Lernspieles

Wissensdatenbank Organisationskultur Incentivierung Motivation und Zufriedenheit Mitarbeiterzufriedenheit Führungs- und Kulturherausforderung ineffiziente Prozesse D.1: Intelligentes Führen von vernetzten Spitälern - Ein digitales Simulationsspiel

Interaktion ist der Schlüssel zu einem erfolgreichen Lernspiel. Sie fördert das aktive Lernen, bei dem die Lernenden nicht nur passiv Informationen aufnehmen, sondern aktiv am Lernprozess teilnehmen. Dies führt zu einem besseren Verständnis und Beibehaltung des Gelernten. 

Problembeschreibung, Forschungsfrage und Relevanz

In modernen Spitälern ist das effiziente Management von Ressourcen wie Personal und Betten entscheidend für die Qualität der Patientenversorgung. Ein rundenbasiertes Lernspiel kann dazu beitragen, diese komplexen Prozesse zu verstehen und zu optimieren.

 

Dazu wurde ein digitales interaktives, rundenbasiertes Lernspiel entwickelt, das die Herausforderungen des Ressourcensharings der Stationen eines Spitals simuliert. Die Spielenden übernehmen die Rolle von Stationsmanager:innen und müssen in jeder Runde strategische Entscheidungen treffen, um die verfügbaren Ressourcen optimal zu nutzen und die Patientenversorgung sicherzustellen.

  1. Verständnis für Ressourcenmanagement: Spielende sollen lernen, wie sie begrenzte Ressourcen effizient verteilen, um den Betrieb eines Spitals aufrechtzuerhalten.
  2. Förderung von Teamarbeit: Das Spiel soll die Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen den Spielenden fördern, um gemeinsame Ziele zu erreichen.
  3. Interaktive Lernumgebung: Durch interaktive Elemente und unmittelbares Feedback sollen die Spielenden motiviert und aktiv in den Lernprozess eingebunden werden.
  4. Rundenbasierte Struktur: Jede Runde repräsentiert einen bestimmten Zeitraum (in diesem Fall einen Tag) im Spitalbetrieb.
  5. Ressourcenzuteilung: Spielende müssen Entscheidungen über die Zuteilung von Personal, Betten und Patient:innen treffen.
  6. Konfiguration: Es muss möglich sein verschieden Parameter wie Anzahl Stationen, Anzahl Runden, die Zufallsverteilung der neuen Patient:innen pro Runde und die Startwerte für Mitarbeitende und Betten zu hinterlegen.

 Der Spielablauf einer Runde ist dazu in mehrere Schritte aufgeteilt. Sie umfassen die Sichtung der aktuellen Situation auf der eigenen Station und die Anfrage sowie den Austausch von Ressourcen zwischen den Stationen.

Methoden und Vorgehen im Projekt

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, wurde eine Webapp erstellt mit einem zentralen Serverteil und eine Clientteil. Die App ist in JavaScript programmiert. Für das Persistieren der Konfigurationen und des Spielverlaufs wurde SQLite verwendet.

Es bietet sich an für eine rundenbasierte Simulation mit mehreren Schritten eine State Machine einzusetzen. Eine State Machine (Zustandsmaschine) ist ein mathematisches Modell, das das Verhalten eines Systems beschreibt. Es besteht aus einer endlichen Anzahl von Zuständen, und Übergängen zwischen diesen Zuständen und Aktionen. Die Aktionen werden bei bestimmten Zuständen oder Übergängen ausgeführt. Die State Machine kann sich zu jedem Zeitpunkt in genau einem Zustand befinden. Sie wechselt von einem Zustand in einen anderen, wenn bestimmte Eingaben oder Bedingungen erfüllt sind. Diese Wechsel werden als Übergänge bezeichnet.

Insgesamt bietet eine State Machine eine strukturierte und flexible Möglichkeit, die komplexen Abläufe und Regeln eines rundenbasierten Simulationsspiels zu verwalten.

Abbildung 1: Diagramm zur State Machine

Um eine optimale Interaktion der Spielenden (Stationen) zu gewährleisten wurden WebSockets eingesetzt. WebSockets sind ein Netzwerkprotokoll, das eine bidirektionale, persistente Verbindung zwischen einem Client (z. B. einem Webbrowser) und einem Server ermöglicht. Dies bedeutet, dass beide Seiten jederzeit Daten austauschen können, ohne dass der Client ständig neue Anfragen stellen muss.

Abbildung 2: Diagramm zu WebSackets

Ergebnisse und Erkenntnisse

Als Fazit, kann festgehalten werden, dass der Einsatz von einer State Machine (abgekürzt SM) und von WebSockets eine gute Wahl waren.

 

Die SM hat sich ausfolgenden Gründen bewährt:

  1. Klare Zustandsdefinition: In rundenbasierten Spielen gibt es oft klar definierte Zustände wie «Spielerzug», «Berechnung der Ergebnisse» und «Rundenende». Eine SM kann diese Zustände und die Übergänge zwischen ihnen präzise modellieren.
  2. Erweiterbarkeit: Wenn neue Spielmechaniken hinzugefügt werden müssen, kann dies durch Hinzufügen neuer Zustände und Übergänge in der SM relativ einfach erfolgen, ohne das gesamte System umschreiben zu müssen.
  3. Fehlervermeidung: Durch die klare Struktur einer SM wird das Risiko von Fehlern reduziert. Es ist einfacher sicherzustellen, dass nur gültige Übergänge stattfinden.
  4. Lesbarkeit und Wartbarkeit: Der Code wird durch die Verwendung einer SM lesbarer und wartbarer.
  5. Ereignisgesteuerte Aktionen: In rundenbasierten Spielen können Ereignisse (wie das Ende eines Zuges oder das Erreichen einer bestimmten Anzahl Runden) Zustandsübergänge auslösen. Eine SM kann diese Ereignisse effizient handhaben und die Zustandsänderungen durchführen.

Die WebSockets (abgekürzt WS) konnten mehrere Ziele sicherstellen:

  1. Echtzeit-Kommunikation: WS ermöglichen eine bidirektionale, kontinuierliche Kommunikation zwischen Client und Server. Dies ist besonders wichtig in rundenbasierten Spielen, um sofortige Rückmeldungen und Aktualisierungen zu gewährleisten.
  2. Geringe Latenz: Im Gegensatz zum Hypertext Transfer Protocoll (HTTP), das auf Anfrage-Antwort-Zyklen basiert, bieten WS eine persistentere Verbindung. Dies führt zu einer flüssigeren Spielerfahrung.
  3. Ereignisgesteuerte Architektur: WS unterstützen eine ereignisgesteuerte Architektur, bei der der Server sofortige Benachrichtigungen an alle verbundenen Clients senden kann. Dies ist ideal für rundenbasierte Spiele, bei denen alle Spielenden über den Fortschritt und die Aktionen der anderen Spielenden informiert werden müssen.

Empfehlungen für die Praxis

  • Erweiterbarkeit und Wartbarkeit – Lernspiele sind ständig im Wandel und müssen in der Entwicklung häufig angepasst werden. Daher ist es wichtig, sie erweiterbar und wartbar zu programmieren, um auf neue Anforderungen und Verbesserungen flexibel reagieren zu können.
     
  • Interaktion– In einem Lernspiel ist die Technologie, die eine unmittelbare Aktualisierung ermöglicht, von grosser Bedeutung, da sie die Interaktivität und das Engagement der Lernenden erheblich steigert. Echtzeit-Updates sorgen dafür, dass die Spielenden sofortiges Feedback auf ihre Aktionen erhalten, was den Lernprozess dynamischer und effektiver macht.
     
  • Testumgebung – Eine Testumgebung in einem frühen Stadium der Entwicklung eines Lernspiels bereitzustellen, ist entscheidend, um die Qualität und Effektivität des Spiels sicherzustellen. Durch frühe Tests können potenzielle Probleme frühzeitig identifizieren und behoben werden. Eine iterative Entwicklung mit kontinuierlichem Testen fördert somit die Erstellung eines erfolgreichen und ansprechenden Lernspiels.

Literatur und andere Quellen

Zitierung des Beitrags

Der Beitrag zur technischen Umsetzung eines interaktiven rundenbasierten online Lernspieles.

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