Projekt 35488/01

Entwicklung eines systemorientierten Serious Games (Play) im Living Lab zur virtuellen Simulation von Konzepten und Handlungsoptionen zur Verminderung von Stickstoffemissionen (N) in der Schweinehaltung (Pig) und zur Anpassung der Betriebe an den Kli[…]

Projektdurchführung

Universität Vechta Präsidium
Driverstr. 22
49377 Vechta

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Klimaschutz und Ressourcenschonung gehören zu den größten Herausforderungen der heutigen Zeit. Insbesondere die Belastung der Umwelt durch reaktive Stickstoffverbindungen steigt in den letzten Jahrzehnten auf globaler Ebene um ein bedenkliches Maß(1). Als eine der wichtigsten Lebensgrundlagen für pflanzliches Wachstum ist Stickstoff gleichzeitig unverzichtbar; hohe Stickstoffkonzentrationen in Boden und Luft können jedoch auch durch komplexe ökologische Wechselwirkungen zu Grundwasserbelastung durch Nitrat, Eutrophierung von Gewässern und einer Freisetzung von Lachgas und Ammoniak führen.
Mehr als 65 Prozent der reaktiven Stickstoffverbindungen gelangen in Deutschland über die Landwirtschaft in die Umwelt(2). Die besonders viehstarke Landwirtschaft im Nordwesten Niedersachsen, in der die Schweinehaltung eine zentrale Rolle einnimmt, gehört zu den relevanten Stickstoff- und Klimaakteuren. Im Kontext des Transformationsprozesses treten Zielkonflikte auf, beispielsweise wenn gesellschaftliche Forderungen aufgrund von Gesetzesvorgaben nicht umgesetzt werden können oder wenn den Mehrkosten, die durch bauliche Veränderungsmaßnahmen entstehen, keine höheren Erlöse entgegenstehen. Dauerhaft führt das zu einer Schwächung gerade kleinerer Betriebe, die für die Diversität des regionalen Agrarsystems unentbehrlich sind. Planungssicherheit und Existenzsicherung sind dabei wesentliche zu berücksichtigende Aspekte. Es müssen praktikable Lösungsansätze entwickelt und umgesetzt werden, die dazu beitragen, die Nährstoffüberschüsse der Region sowie die Emission von Stickstoffen in die Umwelt zu senken. Tiefgreifende Veränderungen an bestehenden Systemen führen zu Unsicherheiten und können bei den Beteiligten sogar Ängste schüren. Dies kann zu Handlungsbarrieren und Widerständen führen. Um klima- und ressourcenschonende sowie stickstoffreduzierende Ansätze und entsprechendes Verhalten in die landwirtschaftliche Praxis zu imple-mentieren, gilt es daher, die komplexen Zusammenhänge und Systeme verständlich, erlebbar und zielgruppenspezifisch zu vermitteln.
Ziel des Projekts PigNPlay war die Entwicklung des Prototyps eines Serious Games über die Reduktion von Stickstoffemissionen in der Schweinehaltung. Mit dem Serious Game Ansatz zur Simulation von Handlungskonsequenzen im Projekt PigNPlay können komplexe Zusammenhänge und wechselseitige Beziehungen über ein ansprechendes Format vermittelt werden. Das prototypische Konzept des Lernspiels PigNPlay nutzt die Simulation eines Schweinemastbetriebs und den damit verbundenen innerbetrieblichen Handlungsoptionen, um Landwirt:innen in Ausbildung und Praxis systemisches Wissen zu vermitteln und Maßnahmen zur Reduktion von Stickstoffemissionen in der Schweinehaltung aufzuzeigen.

(1) SRU (2015). Sondergutachten Stickstoff: Lösungsstrategien für ein drängendes Umweltproblem. Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU), Berlin, S.21
(2) Bach, M., et al. (2020). Reaktive Stickstoffflüsse in Deutschland 2010–2014 (DESTINO Bericht 2), FKZ 3716 51 200 0. UBA-Texte. 64/2020. M. Geupel. Umweltbundesamt. Dessau-Rosslau, S. 152, Tabelle 13-3


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeit im Projekt PigNPlay wurde geprägt von einem engen trans- und interdisziplinären Zusammenwirken der Projektpartner in allen Arbeitspaketen. Diese waren wie folgt strukturiert:
AP 1: „Projektmanagement/Öffentlichkeitsarbeit“ umfasst koordinierende, organisatorische und administrative Aufgaben zur reibungslosen Durchführung des Projekts sowie die zentralisierte Öffentlichkeits- und Pressearbeit und die Organisation von Veranstaltungen und Workshops.
Im AP 2: „Klimabildung/Bildung für nachhaltige Entwicklung“ wurden didaktische Ansätze, Methoden und Tools betrachtet, ausgearbeitet und in die Konzeption und Entwicklung des Serious Games integriert, die den Wissens- und Kompetenzaufbau der Nutzer:innen des Serios Games u. a. im Rahmen der Klimabildung fördern. Das Ziel von AP 3: „System-Modellierung“ war die Modellierung schweinehaltender Produktionssysteme und zugehöriger Einflussfaktoren hinsichtlich des Stickstoff-Emissionsgeschehens zur Identifikation, Darstellung und Wichtung von Potentialen und Herausforderungen, um Wirkmechanismen abzubilden und Handlungsempfehlungen zu erarbeiten. Im AP 4: „Entwicklung eines Prototyps des Serious Games“ wurden die in den anderen APs erarbeiteten Inhalte zusammengeführt und als Softwareprodukt implementiert. Dies umfasste neben der Entwicklung einer geeigneten Programmarchitektur die Einbettung der mathematischen Modelle aus dem AP 3 sowie den Aufbau kohärenter grafischer Darstellungskonzepte und Narrative.
Über AP 5: „Geschäftsmodelle für eine klimaoptimierte und ressourcenleichte Landwirtschaft“ erfolgte eine kontinuierliche fachliche Begleitung und Beratung der Spielentwicklung hinsichtlich der Methoden Co-Creation und Reallabor. In AP 5 wurde zur Exploration von Ideen für neue klimaoptimierte Geschäftsmodelle zudem ein Co-Creation Workshop mit dem Titel "Nachhaltige Landwirtschaft im Oldenburger Münsterland: Neue Geschäftsmodelle für den landwirtschaftlichen Betrieb" durchgeführt.
Die Zusammenarbeit erfolgte in wöchentlichen sowie bedarfsorientierten Arbeitsgruppentreffen und über monatliche Konsortialtreffen, bei denen entwickelte Konzepte und Ergebnisse präsentiert und grundlegende und strategische Entscheidungen gemeinsam diskutiert wurden. In Workshops mit Expert:innen und potentiellen Nutzer:innen wurden die Projektergebnisse vorgestellt und Nutzerfeedback für die weitere Entwicklung gesammelt.


Ergebnisse und Diskussion

Ergebnis des Projekts ist der Prototyp eines Serious Games, der Spieler:innen im Tutorial-Charakter an Funktionsweisen und Steuerung des Programms heranführt. Das Spielkonzept umfasst die geführten Besuche zweier schweinehaltenden Betriebe im Oldenburger Münsterland, um dort über simulierte Gespräche mit Betriebsangehörigen Erkenntnisse über Wirkmechanismen und Pfadabhängigkeiten in der Schweinemast zu sammeln und ökonomische, soziale und ökologische bzw. klimatologische Auswirkungen betrieblicher Entscheidungen direkt erfahren zu können. Die erste Quest behandelt die Auswirkungen von Anpassungen der Futtergabe auf das Emissionsgeschehen im Betrieb. Die zweite Quest thematisiert die Auswirkung baulicher Maßnahmen auf das Emissionsgeschehen. Ein Emissions-Tacho visualisiert dabei die Effekte auf die Emissionen. Weiterführende Inhalte wurden konzeptionell erarbeitet. Diese umfassen unter anderem narrative Elemente und einen Lehr-/Lernzielkatalog.
Als Grundlage der im Spiel simulierten Produktionsprozesse dient ein Modellsystem für die Schweinemast, das anhand von Schätzgleichungen aus wissenschaftlichen Publikationen entwickelt wurde und mittels verschiedener Eingabeparameter das Wachstum der Schweine und die anfallenden Emissionsmengen im Stall berechnet. Spielende besuchen in der Rolle einer Betriebsberatung Landwirt:innen in der Spielregion, um diese bei der Emissionsreduktion zu unterstützen. Als User Interface wird im Spiel ein Smartphone genutzt, über welches Spielende etwa im Chat mit Nichtspielercharakteren kommunizieren, in einer Karten-App zu verschiedenen Orten navigieren, in einer Media-App Lernvideos wiedergeben, im Glossar relevante Begriffe nachlesen oder sich Notizen machen können. Die Entwicklungsarbeit während der Projektlaufzeit verlief grundlegend wie geplant. Bereits früh konnten in Workshops erste Ergebnisse zur visuellen Darstellung, narrativen Struktur und Systemmodellierung präsentiert und diskutiert werden. Aufgrund der Einschränkungen zur Zeit der Covid-19-Pandemie erfolgte eine öffentliche Vorstellung von PigNPlay auf der EuroTier im November 2022 auf dem Messestand der Universität Göttingen. Um das dort gesammelte Nutzerfeedback in der Entwicklung zu berücksichtigen und zudem einen Workshop zu alternativen Geschäftsmodellen durchführen zu können, wurde eine kostenneutrale Verlängerung der Projektlaufzeit um 6 Monate bewilligt. In dieser Zeit wurde der Prototyp entsprechend weiterentwickelt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- WEEC: Beitrag CO-CREATING LEARNER-FRIENDLY FEATURES OF A SERIOUS GAME SIMULATING MITIGATION IN PIG-FARMING, ID 253 für den 11th World En-vironmental Education Congress vom 14. bis 18.03.2022.
- Beitrag auf der Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik in der Land, Forst- und Ernährungswirtschaft e.V. (GIL) am 21. und 22.02.2022 mit dem Titel „Digitale Simulation von Konzepten und Handlungsoptionen zur Verminderung von Stickstoffemissionen in der Schweinehaltung: Das Serious Game pigNplay“
- Postersession auf Kongress der Deutschen Gesellschaft für Erziehungswissenschaften (DGfE), Cluster 'Bildung für Nachhaltige Entwicklung', Titel „Bildung für nachhaltige Entwicklung und Serious Games. PigNPlay als Beispiel für die co-kreative Entwicklung digitaler Lernmedien" am 14.03.2022
- Environmental Game Design Brunch und andere Veranstaltungen auf der Fachkonferenz #SpielKlima 2022 im Rahmen der Berliner ENERGIETAGE vom 03.-06.05.2022
- Vortrag "Serious Game Development for Climate Change Education – Co-Creating “pigNplay” on Nitrogen Emission Reduction Using a Participatory Living Lab Approach" auf der European Conference on Educational Research (ECER) vom 1. bis 10. Septem-ber 2022.
- Einsatz in der Lehre im universitären und berufsbildenden Kontext geplant.


Fazit

Zum Ende des Projektzeitraums liegt wie geplant ein Prototyp des Serious Games PigNPlay vor, das Handlungsoptionen in der Schweinehaltung zur Verminderung von Stickstoffemissionen und zur betrieblichen Anpassung an den Klimawandel spielerisch erlebbar macht.
Mit dem vorliegenden Prototyp von PigNPlay wurde die fundierte Basis für weitere Entwicklungen geschaffen. Das Spielkonzept und die Darstellungsweise wurden in Workshops und im Rahmen der EuroTier 2022 von den Nutzenden für positiv und zielführend beurteilt. Die für die Anwendung im Betrieb oder in der Ausbildung relevante Authentizität ist durch die wissenschaftlichen Grundlagen und der zugrundeliegenden Systemmodel-lierung gegeben. Lehr-/Lernziele für eine weiterführende Entwicklung zum Einsatz im Bildungskontext wurden identifiziert. Die geschaffene Programmarchitektur bietet Möglichkeiten zur Erweiterung der Spielinhalte und zur Nutzung im Bildungskontext.