Künstliche Intelligenz in der Schule
Junge beim Lernen am Laptop | mixetto via GettyImages
Künstliche Intelligenz in der Bildung der Zukunft
Eine Studie im Auftrag der deutschen Telekomstiftung untersucht die Potenziale und Herausforderungen von intelligenten Lerntechnologien und KI in der Schule.
Künstliche Intelligenz (KI) wird in den kommenden Jahren unsere Lernkultur und unsere Bildungseinrichtungen verändern. Noch lässt sich nicht genau abschätzen, mit welchem Tempo und in welcher Intensität neue Technologien eingeführt werden und welchen Beitrag Künstliche Intelligenz an Universitäten, Schulen oder bei der Weiterbildung in Zukunft leisten wird.
Vieles ist noch in der Entwicklung und in der Erprobung. Im internationalen Vergleich hinkt der Einsatz von KI an deutschen Schulen hinterher. Das hat verschiedene Gründe: Wer KI-Technologien einsetzen möchte, braucht eine sehr gute technische Infrastruktur und IT-Ausstattung und die ist an vielen deutschen Schulen immer noch unzureichend. Intelligente, lernfähige KI-Anwendungen, die Lernstandsanalysen durchführen, das Kompetenzniveau von Schülerinnen und Schülern ermitteln und dann eigenständig Empfehlungen für das Lernen ableiten, können nur funktionieren, wenn sie ausreichend mit Schülerdaten gefüttert werden – und dabei kommen häufig Bedenken des Datenschutzes ins Spiel. Viele KI-Anwendungen sind in der Schulpraxis noch gar nicht getestet und evaluiert, auch weil Zeit und geschulte Lehrkräfte fehlen. Und nicht zuletzt gibt es kaum belastbare Studien, die belegen, dass KI-Technologien das Lernen tatsächlich verbessern.
Umso wichtiger ist die Beantwortung folgender Fragen: Wie können KI-Systeme Lehrkräfte entlasten und eine sinnvolle Ergänzung für das schulische Lernen bieten? Welche KI-Anwendungen gibt es schon? Welche Potenziale bieten sie und mit welchen Herausforderungen und Risiken müssen Schulen rechnen? Hierzu beauftragte die Telekom-Stiftung das mmb Institut mit einer Markt- und Trendanalyse zum Thema: KI@Bildung – Lehren und Lernen mit Künstlicher Intelligenz. Bei der Erstellung wirkten außerdem 49 Expertinnen und Experten des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) und des Leibniz-Instituts für Bildungsforschung und Bildungsinformation (DIPF) mit.
Neben der Expertenbefragung untersuchte das Wissenschaftsteam 95 KI-Anwendungen aus den Technologiebereichen Learning Analytics, Educational Data Mining und Machine Learning. Mehr als die Hälfte der Anwendungen werden in den USA und in China eingesetzt, immerhin 13 Anwendungen kommen in deutschen Bildungseinrichtungen bereits zum Einsatz.
KI-Anwendungen im schulischen Bildungsbereich. | mmb Institut. KI@Bildung. Lehren und Lernen in der Schule mit Werkzeugen Künstlicher Intelligenz. Schlussbericht. Juni 2021.
Intelligente Lerntechnologien und KI in der Schule
Assistive Helfer
Bereits viele der heutigen Schulverwaltungs-, Planungs- und Lernsysteme verfügen über „smarte“ Features mit Assistenzfunktionen, z.B. Lernplattformen mit Profil- und Leistungsdaten der Schüler/-innen, Schulmanagementsysteme, die Daten zu Klassenräumen, Personalressourcen, Ausfallzeiten und Vertretungsplänen miteinander abgleichen und dann Planungsvorschläge generieren können. Außerdem gibt es Lernanwendungen, die aus der Bearbeitungszeit und einem Testergebnis individuelle Lernempfehlungen ableiten können.
Intelligente Helfer
KI-Systeme leisten mehr als rein assistierende Anwendungen. Hierbei handelt es sich um computergestützte Verfahren, die „ähnlich“ wie ein Mensch eigenständig Diagnosen erstellen und Entscheidungen treffen können (lernende Systeme). Der Schlussbericht der Studie nimmt Bezug auf ein Whitepaper der FernUniversität Hagen, das Prof. Dr. Claudia de Witt, Florian Rampelt und Prof. Dr. Niels Pinkwart zum Thema Künstliche Intelligenz in der Hochschulbildung 2020 herausgaben: „Zum intelligenten Verhalten von Maschinen gehören jedenfalls die Fähigkeit zur (visuellen) Wahrnehmung, zur Mustererkennung, zur Simulation selbstständigen Lernens, zum Treffen von Entscheidungen und Vorhersagen, zum eigenständigen Finden von Problemlösungen, zur Sprach- und Gesichtserkennung oder zum (logischen) Schlussfolgern“, so die Formulierung der jetzigen Studie.
Durch KI-Anwendungen können Verständnisprobleme beim Lösen von Aufgaben ermittelt und daraus individuelle Lernangebote generiert werden. | gorodenkoff via GettyImages
KI - Potenziale für die Schule
- Nach Ansicht der Expertinnen und Experten bieten KI-Technologien große Potenziale für die schulische Bildung und die Schulorganisation:
- KI-basierte Managementsysteme können Schulleitungen und Lehrkräfte bei organisatorischen und planerischen Aufgaben zeitlich entlasten (z.B. Dokumentation von Ausfall- und Fehlzeiten, Noten).
- Viele der untersuchten Anwendungen sind demnach geeignet, das individuelle Lernen (vor allem in den MINT-Fächern und im Fremdsprachenunterricht) zu unterstützen. Damit könnten sie eine gute Ergänzung zur klassischen Nachhilfe bieten.
- Durch Learning Analytics und Educational Data Mining (EDM) können Verständnisprobleme beim Lösen von Aufgaben ermittelt und daraus individuelle Lernangebote generiert werden. Bei diesen Verfahren werden kontinuierlich Daten der Lernenden gemessen, gesammelt, analysiert und ausgewertet. Immer dann, wenn Schüler/-innen auf Lernmanagementsystemen (LMS), MOOC-Plattformen und in Social Media aktiv sind oder digitale Tools nutzen, werden die entsprechenden Klicks, Navigationsmuster, Suchanfragen und Bearbeitungszeiten von Tests dokumentiert und ausgewertet. Mittels EDM werden Lernzeiten, Lerndauer sowie Leistungen gemessen und analysiert. Im Idealfall kann die KI dann ermitteln, mit welchen didaktischen Lernformaten eine Person am besten zurechtkommt und am leichtesten lernt (vgl. mmb Institut, KI@Bildung, Seite 12).
- Intelligente Prüfungssysteme (automatische Assessments) können helfen, den Aufwand bei der Bewertung und Benotung zu reduzieren (vgl. mmb Institut, KI@Bildung, Seite 17).
- Adaptive Selbstlernangebote (Lernsoftware, Prüfungstrainer, Apps, Lernspiele etc.) bieten eine unterrichtsbegleitende und -bereichernde Ergänzung.
Am Ende des Berichts leiten die Autorinnen und Autoren Handlungsempfehlungen ab. Man brauche vor allem KI-Innovationsschulen, um mehr ausprobieren zu können. Außerdem besteht wissenschaftlicher Konsens darüber, dass KI-gestützte Systeme nur eine Ergänzung zum Lernen darstellen. Sie könnten aber niemals Lehrkräfte ersetzen.
Hier finden Sie den Schlussbericht: KI@Bildung: Lehren und Lernen in der Schule mit Werkzeugen der Künstlicher Intelligenz. mmb Institut - Gesellschaft für Medien- und Kompetenzforschung mbH. Juni 2021.
KI@Bildung. Schlussbericht (PDF)
MINT-Portal: Künstliche Intelligenz