DFG-Abschlussbericht IVEKU - Immersive VR-Lernumgebungen: Effekte von Kohärenzbildung & Umgebungsdetails

Immersive Virtual Reality (IVR) ermöglicht ein realistisches Erleben digitaler Welten. Während IVR als vielversprechend für Lernumgebungen gilt, in denen komplexe kognitive Fähigkeiten trainiert werden, ist unklar, ob sie auch bei der Verarbeitung verbaler Informationen in authentischen Kontexten effektiv ist. Einige Studien zeigen Lernvorteile, während andere keine Lerneffekte oder sogar eine Überforderung der Lernenden feststellen. Diese Diskrepanz weist auf eine Forschungslücke hin, insbesondere hinsichtlich der Frage, wie sich die Kohärenz bzw. Passung zwischen verbalem Lerninhalt und immersiven Umgebungsdetails auf das Lernen auswirkt. Das Projekt «IVEKU» adressierte diese Forschungslücke, indem es die Effektivität von IVR-Umgebungen für den Wissenserwerb mit besonderem Fokus auf die Kohärenz zwischen verbal repräsentierten Lerninhalten und räumlich-situativen Umgebungsdetails untersuchte. Im Mittelpunkt standen die Auswirkungen von Kohärenz und Umgebungsdetails auf die kognitive Verarbeitung (einschließlich der kognitiven Belastung), die Wahrnehmung räumlicher Präsenz, den Wissenserwerb und die Motivation der Lernenden. Darüber hinaus dienten Blickbewegungsmuster als Indikatoren für Kohärenzbildungsprozesse und das räumliche Vorstellungsvermögen der Lernenden als moderierender Faktor für die Lernwirksamkeit. Kern des Projekts war die Durchführung eines zweifaktoriellen Laborexperiments mit 77 Studierenden und ergänzenden Prozessanalysen. Als Zwischenfaktor wurden die Umgebungsdetails einer VR-Umgebung entweder als immersive 360° VR-Umgebung oder als 2D-Bild in einer neutralen „weißen“ 360° VR-Umgebung präsentiert. Innerhalb dieser Umgebung (einer virtuellen Nachbildung der Sixtinischen Kapelle) wurden Textfelder implementiert, mit deren Hilfe die Kohärenz zwischen Umgebungsdetails und Lerninhalten als Innersubjektfaktor manipuliert wurden. Alle Probanden durchliefen das kohärente als auch das inkohärente IVR-Lernszenario. In beiden Bedingungen arbeiteten sie mit textbasiertem Lernmaterial, das entweder einen starken Bezug zu den Umgebungsdetails aufwies (kohärente Bedingung: Texte bezogen sich auf die Struktur des Innenraums) oder sich auf die Interpretation eines Bildes beschränkte, für dessen Analyse die Umgebungsdetails nicht entscheidend waren. Entgegen unseren Erwartungen zeigten die Projektergebnisse, dass Lernende mit inkohärenten Lernmaterialien besser lernten. Umgebungsdetails hatten dem-nach keine ablenkende Wirkung. Die Ergebnisse stellen bestehende Theorien zum immersiven Lernen in Frage und unterstreichen die Bedeutung weiterer Forschung zur IVR-spezifischen Aufmerksamkeitsregulation.

Immersive Virtual Reality (IVR) allows learners to experience digital environments with a high degree of realism. While IVR is often considered promising for learning environments that require the development of complex cognitive skills, its effectiveness in supporting the processing of verbal information in authentic contexts remains uncertain. Previous research has produced mixed results, with some studies reporting learning benefits, while others have found no effects or evidence of learner overload. This inconsistency reveals a crucial research gap, particularly in understanding how the coherence between verbal content and immersive environmental details influences learning processes. The "IVEKU" project addressed this gap by investigating whether and how the congruence or coherence between verbal learning materials and spatial-situational environmental elements within an IVR setting affects cognitive processing (including cognitive load), perception of spatial presence, knowledge acquisition, and learner motivation. In addition, eye-tracking data were used as a process indicator of coherence building, and learners' visuospatial skills were examined as a moderating factor in the effectiveness of IVR-based learning. The core of the project was a two-factorial laboratory experiment with 77 students, complemented by process analyses. The environmental details of an IVR environment were presented either as an immersive 360° scene or as a 2D image in a neutral "white room" 360° VR environment. Both conditions were based on a virtual reconstruction of the Sistine Chapel into which text fields were integrated to deliver the learning content. The coherence between the learning material and the environment was manipulated within subjects: all participants experienced both a coherent scenario (with texts related to structural details of the chapel) and an incoherent scenario (with texts focused on image interpretation, unrelated to environmental details). Contrary to our hypotheses, the results showed that learners performed better with incoherent learning materials. Environmental details did not distract learners as hypothesized. These findings challenge established theories of immersive learning and highlight the need for further research on attentional regulation specific to IVR, with the ultimate goal of setting new benchmarks in immersive learning research.