Gameful Approaches for Computer Science Education: From Gamification to Alternate Reality Games
dc.contributor.advisor Korhonen, Ari, Dr, Aalto University, Department of Computer Science, Finland
dc.contributor.author Hakulinen, Lasse
dc.date.accessioned 2015-04-23T09:00:26Z
dc.date.available 2015-04-23T09:00:26Z
dc.identifier.isbn 978-952-60-6173-3 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-6172-6 (printed)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/15756
dc.description.abstract The main objective of this thesis is to enrich computer science education by studying two gameful teaching interventions: 1) achievement badges and 2) alternate reality games. Gamification is the use of game design elements in non-game contexts, and achievement badges are one commonly used gamification method that can be used to provide optional challenges for students. We studied the use of achievement badges in a Data Structures and Algorithms course and found out that badges can be used to steer students' behavior even if they are not tied to tangible rewards such as course grades. Specifically, students used more time in the online learning environment, had more sessions in the system, and spent more time between exercise submissions when the badges were used. Furthermore, we found out that students' attitudes towards the badges varied. We also studied the use of badges in relation to achievement goal orientations that characterize students' preferences to different goals and outcomes. We found out that students who had high avoidance orientation were less motivated by the badges than other students. On the other hand, students who were the most motivated by the badges had higher mastery-intrinsic, mastery-extrinsic, and performance-approach orientations, and lower avoidance orientation. Furthermore, we compared the badge intervention with the use of heatmaps that provided feedback on one's behavior in a non-gameful way. An interest towards the badges correlated with mastery-extrinsic and performance-approach, whereas interest towards the heatmaps correlated with mastery-extrinsic and performance-avoidance orientations. Alternate Reality Games (ARG), are games that blur the line between reality and fiction and typically they involve puzzles and an interactive narrative. We explored the use of ARGs for teaching computer science by organizing an ARG covering a wide range of computer science concepts. In the feedback collected after the game, participants reported learning several computer science concepts during the game. We also evaluated how authenticity, intrinsic motivation, and replayability were taken into account in the game design. Furthermore, we present an example of an educational ARG that was not part of any official curriculum and relied on voluntary participation. Based on the results, alternate reality games seem like a promising approach to be used in computer science education. In addition to evaluating the two approaches, we provide support for applying them in education by describing the implementation of our badge systems and introducing a method for producing automatically assessed programming tasks that are suitable for ARGs. en
dc.description.abstract Väitöskirjassa tarkastellaan kahta pelillistä tapaa monimuotoistaa tietotekniikan opetusta: 1) suoritusmerkit ja 2) vaihtoehtotodellisuuspelit. Pelillistämisellä tarkoitetaan pelielementtien soveltamista eri ympäristöissä. Suoritusmerkit ovat eräs yleinen pelillistämisen keino, jolla voidaan tarjota opiskelijoille vapaaehtoisia lisähaasteita. Väitöskirjassa tutkittiin suoritusmerkkien käyttöä Tietorakenteet ja algoritmit ‑kurssilla. Suoritusmerkeillä voidaan vaikuttaa opiskelijoiden käyttäytymiseen, vaikka niitä ei olisi sidottu konkreettiseen palkintoon kuten kurssin arvosanaan. Opiskelijat, joilla oli suoritusmerkit, käyttivät enemmän aikaa verkko-oppimisympäristössä, heillä oli useampia opiskelukertoja ja he käyttivät enemmän aikaa yksittäisen tehtävän palautusten välillä. Kurssipalautteesta kävi ilmi, että opiskelijoiden mielipiteet suoritusmerkkejä kohtaan vaihtelivat. Tutkimme myös suoritusmerkkien suhdetta opiskelijoiden tavoiteorientaatioihin, jotka kuvaavat henkilön suhtautumista eri tavoitteisiin ja lopputuloksiin. Opiskelijat, joilla oli korkea välttämisorientaatio, olivat vähemmän motivoituneita suoritusmerkeistä kuin muut opiskelijat. Suoritusmerkeistä motivoituneilla opiskelijoilla oli korkea oppimisorientaatio, saavutusorientaatio ja suoritus-lähestymisorientaatio, mutta alhaisempi välttämisorientaatio. Lisäksi vertasimme suoritusmerkkien käyttöä lämpökarttojen avulla annettuun ei-pelilliseen palautteeseen käyttäytymisestä oppimisympäristössä. Kiinnostus suoritusmerkkejä kohtaan korreloi saavutusorientaation ja suoritus-lähestymisorientaation kanssa, kun taas kiinnostus lämpökarttoja kohtaan korreloi saavutusorientaation ja suoritus-välttämisorientaation kanssa. Vaihtoehtotodellisuuspelit hämärtävät todellisuuden ja fiktion välistä rajaa ja tyypillisesti ne koostuvat vuorovaikutteisesta tarinasta ja tehtävistä. Tutkimme vaihtoehtotodellisuuspelien soveltuvuutta tietotekniikan opetukseen luomalla pelin, joka piti sisällään laaja-alaisesti useita tietotekniikan käsitteitä. Pelin jälkeen kerätyssä palautteessa pelaajat raportoivat oppineensa useita tietotekniikan käsitteitä. Analysoimme myös peliä sen suhteen kuinka sen suunnittelussa oli huomioitu autenttisuus, sisäinen motivaatio ja uudelleenpelattavuus. Esitämme esimerkin opetuksellisesta vaihtoehtotodellisuuspelistä, joka tukeutui pelaajien vapaaehtoiseen osallistumiseen. Työssä esitettyjen tulosten valossa voimme todeta, että vaihtoehtotodellisuuspelit ovat lupaava tapa käytettäväksi tietotekniikan opetuksessa.Väitöskirjassa tarjotaan myös tukea pelillisten menetelmien käyttöönotolle kuvailemalla suoritusmerkeille kehitetyt järjestelmät sekä esitellään tapa muodostaa automatisoidusti tarkastettavia ohjelmointitehtäviä, joita voidaan käyttää vaihtoehtotodellisuuspeleissä. fi
dc.format.extent 118 + app. 80
dc.relation.ispartofseries 52/2015
dc.relation.haspart [Publication 1]: Lasse Hakulinen, Tapio Auvinen, and Ari Korhonen. The Effect of Achievement Badges on Students’ Behavior: An Empirical Study in a University-Level Computer Science Course. International Journal of Emerging Technologies in Learning (iJET), Volume 10, Issue 1, pages 18–29, February 2015. http://dx.doi.org/10.3991/ijet.v10i1.4221.
dc.relation.haspart [Publication 2]: Lassi Haaranen, Petri Ihantola, Lasse Hakulinen, and Ari Korhonen. How (not) to Introduce Badges to Online Exercises. In Proceedings of the 45th ACM Technical Symposium on Computer Science Education (SIGCSE ’14), Atlanta, GA, USA, pages 33–38, March 2014. http://dx.doi.org/10.1145/2538862.2538921.
dc.relation.haspart [Publication 3]: Lasse Hakulinen and Tapio Auvinen. The Effect of Gamification on Students with Different Achievement Goal Orientations. In Proceedings of the 2014 International Conference on Teaching and Learning in Computing and Engineering (LaTiCE ’14), Kuching, Malaysia, pages 9–16, April 2014. http://dx.doi.org/10.1109/LaTiCE.2014.10.
dc.relation.haspart [Publication 4]: Tapio Auvinen, Lasse Hakulinen, and Lauri Malmi. Increasing Students’ Awareness of their Behavior in Online Learning Environments with Visualizations and Achievement Badges. Submitted to IEEE Transactions on Learning Technologies (TLT), 12 pages, Submitted in November 2014.
dc.relation.haspart [Publication 5]: Lasse Hakulinen. Using Alternate Reality Games to Teach Computer Science Concepts – Case: Stop Toilworn Diamond. Accepted for publication in International Journal of Engineering Education (IJEE), Volume 31, Issue 3, 15 pages, Accepted in October 2014.
dc.relation.haspart [Publication 6]: Lassi Haaranen, Lasse Hakulinen, Petri Ihantola, and Ari Korhonen. Software Architectures for Implementing Achievement Badges – Practical Experiences. In Proceedings of the 2014 International Conference on Teaching and Learning in Computing and Engineering (LaTiCE ’14), Kuching, Malaysia, pages 41–46, April 2014. http://dx.doi.org/10.1109/LaTiCE.2014.16.
dc.relation.haspart [Publication 7]: Lasse Hakulinen and Lauri Malmi. QR Code Programming Tasks with Automated Assessment. In Proceedings of the 2014 Conference on Innovation & Technology in Computer Science Education (ITiCSE ’14), Uppsala, Sweden, pages 177–182, June 2014. http://dx.doi.org/10.1145/2591708.2591761.
dc.subject.other Education en
dc.title Gameful Approaches for Computer Science Education: From Gamification to Alternate Reality Games en
dc.title Pelillisiä menetelmiä tietotekniikan opetukseen: pelillistämisestä vaihtoehtotodellisuuspeleihin fi
dc.contributor.department Department of Computer Science en
dc.subject.keyword gamification en
dc.subject.keyword achievement badges en
dc.subject.keyword serious games en
dc.subject.keyword alternate reality games en
dc.subject.keyword computer science education en
dc.subject.keyword gameful en
dc.subject.keyword motivation en
dc.subject.keyword achievement goal orientation en
dc.subject.keyword pelillistäminen fi
dc.subject.keyword suoritusmerkit fi
dc.subject.keyword vakavat pelit fi
dc.subject.keyword vaihtoehtotodellisuuspelit fi
dc.subject.keyword tietotekniikan opetus fi
dc.subject.keyword pelillinen fi
dc.subject.keyword motivaatio fi
dc.subject.keyword tavoiteorientaatio fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-6173-3
dc.contributor.supervisor Malmi, Lauri, Prof., Aalto University, Department of Computer Science, Finland
dc.opn Kiili, Kristian, PhD, Tampere University of Technology, Finland
dc.date.dateaccepted 2015-02-05
dc.contributor.lab Learning + Technology Group (LeTech) en
dc.rev Brusilovsky, Peter, Prof., University of Pittsburgh, USA
dc.rev Falkner, Nickolas, Dr., University of Adelaide, Australia
dc.date.defence 2015-05-15
Name: isbn9789526061733.pdf
Size: 4.464Mb
[diss] Perustieteiden korkeakoulu / SCI [1199]