Forschung zum Mechanismus der Verbesserung der Wahrnehmung von Umweltinformationen und des Umweltbewusstseins im standortbezogenen ökologischen virtuellen Labor

Warum ein virtueller Campus für den echten Planeten wichtig ist

Klimawandel, extreme Wetterereignisse und abnehmende Biodiversität wirken für Studierende oft wie weit entfernte Schlagzeilen statt wie alltägliche Realitäten. Diese Studie untersucht einen neuen Weg, das zu ändern: ein standortbezogenes ökologisches virtuelles Labor (SEVL), das auf einem realen Universitätscampus basiert. In diesem digitalen Zwilling können Studierende Rasenflächen, Bäume und Teiche umgestalten, Umweltindikatoren in Echtzeit beobachten und dabei sowohl ihr Verständnis der Natur als auch ihr Verantwortungsgefühl gegenüber ihr vertiefen.

Von Lehrbuchwissen zur gelebten Erfahrung

Traditionelle Umweltbildung stützt sich oft auf Vorlesungen und schriftliche Materialien. Diese Methoden vermitteln grundlegende Konzepte, zeigen aber selten, wie viele Faktoren — Wasser, Luft, Pflanzen, Gebäude und Menschen — an einem Ort ineinandergreifen. Die Autoren argumentieren, dass Studierende drei Eigenschaften in ihrem Umweltverständnis benötigen: Breite (gleichzeitige Sicht auf viele Faktoren), Genauigkeit (Verankerung von Ideen in Daten) und Tiefe (Erfassen von zugrundeliegenden Ursachen und Wirkungsketten). Ohne Instrumente, Messungen und räumlichen Kontext verbleiben viele Lernende auf einer oberflächlichen Ebene, die nicht ausreicht, um eine dauerhafte Umweltethik oder informiertes Handeln zu fördern.

Ein digitaler Zwilling des Campus

Um diese Lücke zu schließen, entwickelte das Team das standortbezogene ökologische virtuelle Labor. Mit Campusplänen, Luftaufnahmen und 3D-Modellierungssoftware bauten sie eine realistische virtuelle Landschaft nach. Anschließend erfassten sie reale Merkmale — wie Vegetation, Flächenbeschaffenheit und Komfortindikatoren — und nutzten einen Machine‑Learning‑Algorithmus, um abzuschätzen, wie diese Elemente ökologische Faktoren wie Regenwasser, Temperatur und Lebensraum beeinflussen. Studierende betreten das SEVL am Computer, wählen Gestaltungsziele wie Regenwassermanagement, Biodiversitätserhalt, Temperaturregelung, Luftqualität oder Lärmminderung und passen dann Bäume, Pflasterflächen und andere Merkmale an. Das System zeigt Änderungen der Umweltindikatoren sofort an und hilft den Lernenden, vom Versuch‑und‑Irrtum‑Ausprobieren zu einem Verständnis tieferer ökologischer Zusammenhänge zu gelangen.

Prüfung des Lernpfads

Um herauszufinden, ob das SEVL tatsächlich das Lernen verbessert, griffen die Forschenden auf ein spielbasiertes Lernmodell zurück. In diesem Ansatz ist das virtuelle Labor der „Input“, der einen inneren „Prozess“ des Lernens auslöst, der wiederum zu einem „Output“ in Form besserer Kenntnisse und Einstellungen führt. Sie konzentrierten sich auf drei psychologische Hebel im Prozess: Lernmotivation (wie stark Studierende sich engagieren wollen), kognitive Belastung (wie anspruchsvoll die Aufgabe mental wirkt) und Selbstwirksamkeit (der Glaube der Studierenden, erfolgreich sein zu können). Nach acht Wochen Vorbereitung und Schulung absolvierten 146 Studierende der Landschaftsarchitektur eine zweistündige SEVL‑Sitzung und füllten anschließend einen detaillierten Fragebogen aus. Mit einer statistischen Methode namens partielle kleinste Quadrate Strukturgleichungsmodellierung prüfte das Team, wie diese Faktoren zueinander in Beziehung stehen.

Wie das virtuelle Labor Denkweisen verändert

Die Ergebnisse zeigen, dass das SEVL einen klaren und positiven Effekt auf das Lernerlebnis und die Ergebnisse der Studierenden hat. Erstens steigert die Nutzung des virtuellen Labors die Motivation der Studierenden und passt ihre kognitive Belastung auf ein handhabbares Niveau an. Beides wiederum erhöht die Selbstwirksamkeit: Studierende fühlen sich fähiger, komplexe ökologische Gestaltungsaufgaben zu bewältigen. Höhere Motivation, besser gesteuerte mentale Anstrengung und stärkeres Selbstvertrauen tragen alle zu einem tieferen Verständnis von Umweltinformationen bei. Die Studierenden geben an, dass sie mehr Faktoren gleichzeitig erfassen können, quantitative Daten interpretieren und erklären können, wie Änderungen durch das System hindurchwirken. Dieses vertiefte Verständnis sagt dann stark ein höheres Umweltbewusstsein voraus, einschließlich der Wahrnehmung der Natur als vernetztes Ganzes, der Anerkennung von Ordnung und Prozessen in Landschaften und der Wertschätzung realer Funktionen wie Hochwasserschutz oder Kühlung.

Was das für zukünftiges Lernen bedeutet

Für Nicht‑Spezialisten ist die Botschaft klar: Sorgfältig gestaltete virtuelle Umgebungen können mehr bewirken als Unterhaltung oder visuellen Eindruck — sie können die Art und Weise verändern, wie Menschen über die Umwelt denken und fühlen. Indem sie Studierenden erlauben, sicher zu experimentieren, unmittelbares Feedback zu sehen und Erfolg beim Lösen realistischer Probleme zu erleben, erleichtern Werkzeuge wie SEVL das Erlernen schwieriger Konzepte und fördern das Interesse an ihren Folgen. Die Studie schließt, dass virtuelle Labore, die in realen Orten verankert und durch durchdachte Pädagogik unterstützt werden, die Umweltbildung über das Auswendiglernen von Fakten hinaus zu echtem Verständnis und dauerhaftem Umweltbewusstsein bringen können.

Zitation: Gao, W., Chen, P., Hu, S. et al. Research on the mechanism of improving environmental information cognition and environmental awareness in site ecological virtual laboratory. Sci Rep 16, 5289 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35279-x

Schlüsselwörter: virtuelles Umweltlabor, Umweltbildung, spielbasiertes Lernen, Umweltbewusstsein, virtueller Campus