Game-Based Learning in Structural Engineering Education

Abstract

Denne avhandlingen utforsker design, utvikling og evaluering av et spillbasert læringssystem, "Designer's Den", skreddersydd spesielt for utdanning innen konstruksjonsteknikk. Hovedmålet med forskningen er å håndtere utfordringene studenter ofte står overfor når de møter abstrakte og komplekse konsepter innen ingeniørvitenskap gjennom tradisjonelle pedagogiske metoder.

Spillbasert læring har blitt brukt som en lovende tilnærming i denne sammenhengen, og utnytter de motiverende og engasjerende aspektene ved spill for å forbedre læringsopplevelsen. "Designer's Den" integrerer nøkkellementer av konstruksjonsteknikk i et interaktivt og engasjerende spillmiljø.

Spillet ble utviklet basert på prinsippene om modularitet, skalerbarhet og vedlikehold, ved bruk av Angulars komponentbaserte arkitektur. En iterativ designprosess ble brukt. Dette innfører brukertilbakemeldinger på hvert trinn for å sikre at spillet dekker studentenes læringsbehov.

Effektiviteten til spillet ble evaluert ved hjelp av flere blandede metoder, både kvantitative data fra målinger under bruk av spillet og kvalitative data fra studentundersøkelser og intervjuer. Resultatene viste høye nivåer av engasjement og positive læringsresultater, noe som indikerer at spillet var vellykket i å fremme forståelse for komplekse konsepter innen konstruksjonsteknikk.

Studien bidrar til feltet for ingeniørutdanning ved å gi empirisk bevis som støtter effektiviteten til spillbaserte læringsverktøy. Den fremhever også potensialet til slike verktøy for å bygge bro mellom abstrakte teorier og virkelige applikasjoner. Innsikt samlet fra utviklings- og evalueringsprosessen kan danne grunnlaget for fremtidige initiativer innen området spillbasert læring i ingeniørutdanning.

Forskningen avsluttes med refleksjoner over spillutviklings- og evalueringsprosessen, anbefalinger for fremtidige forbedringer i spillet, og forslag til videre forskning.

Den komplette kildekoden er tilgjengelig på: https://github.com/JiLuong/Thesis

This thesis explores the design, development, and evaluation of a game-based learning tool, "Designer's Den", tailored specifically for structural engineering education. The principal aim of the research is to address the challenges often faced by students when grappling with abstract and complex engineering concepts through traditional pedagogical methods.

Game-based learning (GBL) has been employed as a promising approach in this context, harnessing the motivational and engaging aspects of games to enhance the learning experience. "Designer's Den" integrates key elements of structural mechanics within an interactive, immersive gaming environment.

The game was developed based on the principles of modularity, scalability, and maintainability, using Angular's component-based architecture. An iterative design process was used, incorporating user feedback at each stage to ensure the game was responsive to student's learning needs.

The game's effectiveness was evaluated using a mixed-method approach, incorporating quantitative data from in-game metrics and qualitative data from student surveys and interviews. The results demonstrated high levels of engagement and positive learning outcomes, indicating that the game was successful in fostering understanding of complex engineering concepts.

The study contributes to the field of engineering education by providing empirical evidence supporting the efficacy of game-based learning tools. It also highlights the potential of such tools to bridge the gap between abstract theories and real-world applications. The insights gathered from the development and evaluation process can inform future initiatives in the area of game-based learning in engineering education.

The research concludes with reflections on the game development and evaluation process, recommendations for future improvements in the game, and suggestions for further research.

The complete source code is available at: https://github.com/JiLuong/Thesis