Virtual Reality (VR) for Children with Special Needs

Während in Wirtschaft und Kultur Virtual Reality (VR) bereits vielfältig für das Eintauchen in neuartige Erfahrungswelten genutzt wird, ist der Einsatz von VR im Bereich der (schulischen) Heilpädagogik noch wenig verbreitet. Kinder und Jugendliche mit einer physischen und/oder einer kognitiven Beeinträchtigung sind oftmals in ihrem Leben zu verschiedenen Graden fremdbestimmt. Die exemplarische und partizipative Erprobung, Evaluierung und Individualisierung von VR-Anwendungen für Kinder und Jugendliche mit Beeinträchtigungen zur Förderung ihrer Teilhabe und Selbstbestimmung in Mobilität, Bildung und Alltagskultur steht im Fokus des Forschungsprojekts «Virtual Reality for Children with Special Needs» (2022–2023) der HfH Zürich und der ZHAW Winterthur. Ein weiterer Partner ist die Stiftung Vivala in Weinfelden. 

Wissenschaftliches Ziel ist es, einen Zusammenhang zwischen dem Grad der Immersion und dem Grad der vermittelten Handlungskompetenz herauszuarbeiten. Diese Korrelation wird eine qualitative Qualität haben. Die exemplarische und partizipative Erprobung, Evaluation und Individualisierung von VR-Anwendungen für Schüler:innen zur Förderung ihrer Teilhabe und Selbstbestimmung in Mobilität, Bildung und Alltagskultur steht im Fokus des Forschungsprojekts. Die Teilziele des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens sind:

1. Exemplarische Erprobung, Bewertung und individuelle Anpassung von drei VR-Produktlinien in den Bereichen Mobilität, sichere Freizeitgestaltung und Kognition.
2. Empowerment von Schüler:innen mit körperlich-motorischen wie auch mit kognitiven Beeinträchtigungen bei der Definition und Umsetzung ihrer Bedürfnisse nach individualisierten VR-Lösungen
3. Transfer des Design-Thinking-Ansatzes auf ein weiteres technologisches Anwendungsfeld.

Die Forschungsfragen sind:

1. Welche Förderfaktoren und Barrieren unterstützen bzw. behindern den Einsatz von VR für Schüler:innen mit Behinderungen?
2. Welche Produkte verwenden die Schüler:innen am häufigsten? Und warum?
3. Wie lassen sich die Erfahrungen von Vivala als Kompetenzzentrum für VR für Schüler:innen mit sonderpädagogischem Förderbedarf auf andere Institutionen übertragen?

Wir haben drei Use Cases entworfen, die sich dadurch auszeichnen, dass sie Handlungskompetenzen vermitteln. Diese unterstützen das Ziel, die Selbstbestimmung zu stärken. In iterativen Zyklen wurden drei Arten von Produkten sukzessive getestet.

1. Mobilitätstraining für Elektrorollstuhl-Nutzende: Üben des sicheren Umgangs mit dem Joystick, besuchen und erleben von Orten.
2. Sicherheitstraining/Sicherer Umgang mit Wasser: Erkundung von Orten auf eigene Faust und Lösung angepasster Aufgaben, sichere Erkundung von Gewässern.
3. Kognitionstraining: Üben des Erkennens von Emotionen auf Gesichtern für Schüler mit Autismus-Spektrum-Störungen (ASS).

Um die Use Cases individuell auf die Schüler:innen abzustimmen, wurde das Design Thinking angewandt. Diese in der Informatik etablierte Methode der partizipativen Entwicklung von Prototypen, ihrer Erprobung und individualisierten Weiterentwicklung wurde bereits erfolgreich für Menschen mit (komplexen) Beeinträchtigungen angewendet und weiterentwickelt. Die iterative Vorgehensweise erlaubt es den Entwicklern, sich den Voraussetzungen und Bedürfnissen der Nutzer:innen schrittweise anzunähern und auf diese Weise eine hoch individuelle und optimale Passung anzustreben. Die Methode ist auf die Selbstbestimmung und Partizipation von Menschen mit Beeinträchtigungen ausgerichtet (Bosse et al., 2019; Bosse & Pelka, 2020).

Im Projekt wurde jedes der «VR-Produkte» anhand einer Bedarfsanalyse identifiziert. Die Bedarfsanalyse verwendete einen User Centered Design Ansatz, der mit einem Design-Thinking-Prozess verknüpft war. Dies ermöglichte es, die Produkte in einem Co-Kreationsprozess (Co-Creation) zu identifizieren, zu testen und anzupassen. Während des Prozesses wurden in jedem Iterationsschritt Erfahrungen, die bei der Entwicklung jedes «Produkts» gesammelt wurden, in das Design des nächsten Produkts einbezogen. Mit diesem Verfahren entstanden Produkte in einem iterativen Kreislauf, der auf den Prinzipien des Design Thinking basierte.

Insgesamt 20 Personen testeten die drei Use Cases und deren Varianten.

Die Datenanalyse zeigte, dass sowohl die Benutzerfreundlichkeit der beiden bis zum Ende verfolgten Use Cases 2 und 3 von der Mehrheit der Lernenden positiv bewertet wurden. Die grössten Schwierigkeiten bestanden darin, dass jeweilige Szenario eigenständig zu beenden. Weitere Schwierigkeiten bestanden in der Bedienung der jeweiligen Elemente. Insgesamt wurde die Benutzerfreundlichkeit für den Use Case 3 «Head Sets» positiver bewertet als Use Case 2 «Kat VR».

Verbesserungen im Rahmen des iterativen Prototypings

Use Case 1: Mobilitätstraining
Da bei diesem Use Case immer wieder technische Schwierigkeiten, v.a. durch den Abbruch der Verbindungen der Geräte untereinanander und durch ein fehleranfälliges W-LAN auftraten, wurde dieser Use Case nach der ersten Projektphase nicht weiterverfolgt.

Use Case 2: Sicherheitstraining/ Verkehrserziehung
Das Gehen auf der Treadmill wich vom natürlichen Gang ab und erforderte Anpassungen in Haltung und Gangart. Es war notwendig eine schlurfende Bewegung auszuführen, die erst eingeübt werden musste. Der virtuelle Raum konnte ablenken, wobei eine stockende Grafik und Steuerungsprobleme die Immersionserfahrung minderten. Die Anpassung und Vereinfachung der Grafik führten hingegen zu höherer Aufmerksamkeit und einer besseren Interaktion in der VR-Umgebung. Eine neue Geh-Übung und Gamification-Elemente im VR-System waren motivierend, aber mit Blick auf die Folgeaufgabe nicht hilfreich. Daher erfolgte eine Umstellung auf pädagogische Unterstützung beim Einstieg.

Use Case 3: Kognitions- und Kommunikationstraining
In der VR-Umgebung waren die Gesichter nicht «echt», aber dafür einfacher zu erkennen. Die Bedienung mit dem virtuellen Strahl erwies sich als inkonsistent. Die Schüler:innen äusserten den Wunsch, Sound hinzuzufügen, um die Erfahrung zu verbessern. Sie regten ausserdem an, dass eine grössere Auswahl an Gesichtern zur Verfügung stehen und die Möglichkeit, länger zu spielen, gegeben sein sollte. Weiter wurde der Vorschlag gemacht, auch allein spielen zu dürfen.

Es wurde deutlich, dass die Entwicklung und Evaluation individualisierter VR-Anwendungen mit Schüler:innen mit geistiger Behinderung möglich ist. Die Resultate zeigen, dass sich VR auch in einem sonderpädagogischen oder inklusiven Schulsetting zum Lernen einsetzen lässt. Für die Nutzung der VR-Anwendungen war ein hoher personeller Aufwand (für jeden Use Case jeweils eine Begleitperson und ein Techniker) und ein grosses Mass an Assistenz (anlegen und/oder einsteigen in die Gerätschaft, Absicherung der Körperhaltung, etc.) notwendig. Die Anwendungen, die durch das Projektteam programmiert wurden, erreichten ein geringeres Qualitätslevel als Anwendungen aus Game Engines von großen Firmen. Für die Schulpraxis gilt es darüber hinaus (medien-)didaktische Szenarien und produktive Unterrichtsszenarien mit VR zu entwickeln, wie auch ein Weiterbildungskonzept für Lehrpersonen sowie ein Konzept für die Einbindung im Regelbetrieb zu erarbeiten.

• Bosse, I. & Pelka, B. (2020). Peer production by persons with disabilities – opening 3D-printing aids to everyone in an inclusive MakerSpace. Journal of Enabling Technologies, 14(1): 41–53. https://doi.org/10.1108/JET-07-2019-0037
• Bosse, I., Krüger, D., Linke, H. & Pelka, B. (2019). The Maker Movement's Potential for an Inclusive Society. In J. Howaldt, Ch. Kaletka, A. Schröder & M. Zirngiebl (Hrsg.), Atlas of Social Innovation. 2nd Volume: A World of New Practices. (S. 55–61). oekoem verlag.