Sprache und KI in der Bildung

Sprache und KI in der Bildung

Laufzeit 12/2023 - 11/2026

Im Projekt WoLKE, das vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK) finanziert wird, werden KI-Methoden gezielt analysiert, um fachlich und didaktisch geeignete Lehr-Lernformate für den Einsatz im Lehramtsstudium zu entwickeln. Die zunehmende Verbreitung von KI in Bildung und Gesellschaft erfordert, dass Lehrkräfte nicht nur technische Kompetenzen, sondern auch ein tiefes Verständnis für die ethischen und didaktischen Implikationen von KI-Tools entwickeln. Ohne fundierte Schulung besteht die Gefahr, dass KI unreflektiert eingesetzt wird, was zu unvorhersehbaren Konsequenzen im Unterricht führen kann. Ziel des Projekts ist die Schaffung neuer, curricular verankerter Lehrveranstaltungen, die zukünftigen Lehrkräften die notwendigen Kenntnisse und Kompetenzen für den reflektierten Einsatz von KI-Tools im Sprach- und MINT-Unterricht vermitteln. Ein interdisziplinäres Team aus Computerlinguistik, Informatik und Fachdidaktiken, das in Zusammenarbeit mit den Pädagogischen Hochschulen Ludwigsburg (verantwortlich für die Sprachdidaktik) und Schwäbisch Gmünd (verantwortlich für die MINT-Didaktik) agiert, entwickelt diese Formate auf Basis internationaler Forschungsergebnisse. Im Fokus stehen dabei der Praxisbezug und das Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen von KI in der Bildung. Nach erfolgreicher Entwicklung sollen die Lehrveranstaltungen zunächst an den Verbundhochschulen implementiert werden. Im Anschluss ist eine breitere Dissemination der Ergebnisse geplant, um die Konzepte durch Multiplikationsveranstaltungen auch an andere Hochschulen zu übertragen und somit den Transfer der Projektergebnisse nachhaltig zu sichern.

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Laufzeit 06/2020 - 05/2026

Nach einer vor allem auf die schulische Infrastruktur fokussierten Debatte zum DigitalPakt Schule stellt das Projekt die für eine effektive Digitalisierung der schulischen Bildung zentrale Frage, wie die prinzipiellen Möglichkeiten digitaler Lernkontexte im realen Schulkontext realisiert werden können. Einerseits ermöglichen KI-basierte adaptive, interaktive Systeme eine genuine Verbesserung des Lernens durch passgenaue Förderung, was sie attraktiv für die oft angemahnte Binnendifferenzierung in der Schule macht. Andererseits wird bislang kaum diskutiert, wie eine individuelle digitale Förderung mit dem schulischen Unterricht sinnvoll zu integrieren ist. Hierfür spielen die Lehrenden eine zentrale Rolle, da sie auf Grundlage der individuellen Learning Analytics durch digitale Systeme einerseits wichtige diagnostische Informationen erhalten können, andererseits auch die für die Interpretation und den daraus erwachsenden methodisch-didaktischen Handlungsoptionen substantielle Kompetenzen für die leitende Gestaltung des Lerngeschehens benötigen. Das Projekt bietet hierfür sowohl die notwendige technische Erweiterung als auch eine systematische Weiterbildung zum digital unterstützten Lehren und Lernen im Fach Englisch. Die geplante Erweiterung des schulerprobten intelligenten Tutorsystems FeedBook um eine Lehrerschnittstelle wird die vielfältigen Informationen zu den Lernprozessen und individuellen Kompetenzen der SchülerInnen einer Klasse so aufbereiten, dass Lehrende mit geringem Zeitaufwand die für eine lernförderliche Gestaltung des Unterrichts benötigten Informationen erhalten. Die Fortbildung der Lehrkräfte unterstützt sowohl die konkrete Nutzung einer solchen Schnittstelle in der Schulpraxis, als auch die für eine eigenständige Interpretation benötigten lernpsychologischen und methodisch-didaktischen Grundlagen. Das Projekt wird in Kooperation mit dem Zentrum für Schulqualität und Lehrerbildung durchgeführt; die Effektivität wird in mehreren Schritten nach dem wissenschaftlichen State-of-the-Art evaluiert.

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Laufzeit 11/2021 - 03/2025

Fremdsprachliche Lesekompetenzen sind für junge Europäerinnen und Europäer unerlässlich, um Zugang zu Informationen in anderen Ländern zu erhalten, unterschiedliche Sichtweisen auf komplexe Themen zu vergleichen und bei der Lösung von Problemen in internationalen Kontexten zusammenzuarbeiten. Die Vermittlung dieser entscheidenden Kompetenzen kann sich nicht auf vorgefertigte Materialien in Lehrbüchern und Lesebüchern stützen, sondern muss Lesematerialien verwenden, die (1) aktuelle Themen aufgreifen, um die Lesemotivation aufzubauen und aufrechtzuerhalten, und die (2) dem Sprachniveau der Schüler entsprechen, um ihre Lesekompetenz zu entwickeln. Um den Lesefluss zu verbessern, ist es besonders wichtig, dass die sprachlichen Merkmale der Texte dem individuellen Niveau des Zweitspracherwerbs der Lernenden entsprechen. Die meisten Lernumgebungen erfordern eine Individualisierung, und im Bereich des Lesens in einer Fremdsprache bedeutet dies, dass die Lehrkräfte in der Lage sein müssen, einer Gruppe von Schülern Texte mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad zur Verfügung zu stellen, um die individuelle Entwicklung wirksam zu fördern. Daher unterstützt das LATILL-Projekt FremdsprachenlehrerInnen durch die Entwicklung digitaler Hilfsmittel, die es ihnen ermöglichen, die für ihre verschiedenen Klassen und individuellen Lernenden interessanten Texte zu identifizieren, die für das jeweilige Niveau geeignet sind. Konkret soll das LATILL-Team eine frei zugängliche Plattform für europäische - und weltweite - Lehrerinnen und Lehrer von Deutsch als Fremd- und Zweitsprache schaffen, die eine Such- und Analysefunktion für deutsche Texte zu einem bestimmten Thema und CEFR-Niveau bietet und unterstützende Werkzeuge und Materialien für die Arbeit mit authentischen Texten bereitstellt. Die technischen Fortschritte im Bereich der Computerlinguistik ermöglichen es, ein digitales Werkzeug zu entwickeln, das es Fremdsprachenlehrern ermöglicht, Texte zu identifizieren, die in Bezug auf Morphologie, Syntax, Lexik und Genre niveaugerecht sind. Die Verwendung solcher niveauadäquaten Texte in Kombination mit einem selbstregulierenden Ansatz für das Lesen von Fremdsprachen und das implizite lexikogrammatische Lernen ermöglicht eine wesentliche Qualitätsverbesserung des Fremdsprachenunterrichts.

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Laufzeit 01/2024 - 12/2029

PostdocTEIFUN ist ein interdisziplinäres Postdoc-Kolleg zum Themenfeld Bildung und KI. Erforscht und praxistauglich gestaltet werden technologiegestützte Innovationen in fachspezifischen Unterrichtssettings. Extended-Reality- (XR) und Künstliche Intelligenz-Anwendungen (KI) durchdringen nahezu sämtliche Bereiche gesellschaftlichen Lebens. Wie sich Bildung und Unterricht dazu verhalten, wird intensiv diskutiert. Entsprechend hoch ist die aktuell zu beobachtende Dynamik: Forschungsarbeiten zum Verhältnis zwischen Schulbildung und den neuen XR- und KI-Technologien sind bereits vorhanden oder befinden sich im Entstehen. Nach wie vor ist der Forschungsstand jedoch nicht ausreichend genug, um evidente Aussagen darüber treffen zu können, wie technologiegestützte Innovationen bestmöglich zu einer tatsächlichen und nachhaltigen Verbesserung des fachspezifischen Unterrichts beitragen können. Genau dieser Frage widmet sich das kooperative Postdoc-Kolleg TEIFUN, das gemeinsam von der Professional School of Education Stuttgart-Ludwigsburg (PSE) und der Tübingen School of Education (TüSE) von 2024 bis 2029 durchgeführt wird.

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Laufzeit 01/2024 - 12/2029

Es ist bekannt, dass das Hörverstehen für viele Sprachlernende eine große Herausforderung darstellt, da ihre Entwicklung einen intensiven Umgang mit der gesprochenen Sprache erfordert, die in vielerlei Hinsicht weniger zugänglich ist als die geschriebene Sprache. Authentische gesprochene Sprache liegt oft deutlich über dem Verständnisniveau der Lernenden und ist im Vergleich zur geschriebenen Sprache schwieriger zu adaptieren. Darüber hinaus sind sich die Lernenden (und oft auch die Lehrkräfte) der Bausteine eines erfolgreichen Hörverstehens kaum bewusst, z. B. der Fähigkeit, bestimmte phonemische Kontraste zu erkennen oder einen kontinuierlichen Sprachstrom in Wörter zu zerlegen. Wenn diese Fähigkeiten nicht gut entwickelt sind, wird dies zu einem Engpass bei der Anwendung von Top-down-Zuhörstrategien, wie z. B. der Nutzung von Kontextinformationen oder der Intonation des Sprechers, die sehr wichtig ist, um auf die Absichten und Einstellungen des Sprechers zu schließen. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass das erfolgreiche Hörverstehen weitgehend von den Wortschatzkenntnissen der Lernenden abhängt und vor allem von ihrer Fähigkeit, die ihnen bekannten Wörter in kontinuierlicher Sprache zu erkennen. Der Großteil des Vokabellernens findet jedoch im schriftlichen Modus statt, und selbst wenn die Aussprache von Wörtern gehört wird, werden die Wörter in der Regel isoliert präsentiert und sehr deutlich ausgesprochen. Bis vor kurzem war es schwierig, diese Probleme zu lösen, da es sehr zeitaufwändig ist, Hörressourcen auf dem richtigen Niveau zu finden oder sie anzupassen, während die Verwendung authentischer Ressourcen viel individuelle Unterstützung durch die Lehrkräfte erfordert. Die Verbesserung des Hörverstehens und der individuellen Worterkennung im Sprachfluss ist ebenfalls sehr mühsam und erfordert viel individuelles Üben, und die Lernenden unterscheiden sich zwangsläufig in ihren Bedürfnissen und Problembereichen. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Nutzung von KI und digitalen Werkzeugen zur Unterstützung von Lehrern und Lernenden bei der Entwicklung von Hörverständnis. Auf der Grundlage unseres Fachwissens in den Bereichen Sprachunterricht, Hörverstehenstraining und technologiegestütztes Lernen wollen wir ein intelligentes adaptives Tutorensystem entwickeln, das ein umfangreiches und effektives Hörtraining bietet, das sich auf die individuellen Ziele und Schwächen der Lernenden konzentriert und den Unterricht im Klassenzimmer ergänzt.

Sprache und KI in der Bildung

Laufzeit 01/2025 - 05/2028

In der ersten Projektphase von ALEE haben wir uns der Herausforderung gestellt, eine adaptive KI-basierte Lernplattform für die individuelle Unterstützung im Wirtschaftsunterricht zu konzipieren und entwickeln. Wir haben eine prototypische Lernplattform für einen ausgewählten Themenbereich mit über 700 verschiedenen Aufgaben unterschiedlicher Komplexität erstellt und in einer Pilotstudie in der Bildungsrealität empirisch evaluiert. Auch nach 3 Jahren Projektlaufzeit steht die digitale Unterstützung des Lehrens und Lernens in Schulen, Hochschulen und anderen Bildungskontexten nachwievor ganz oben auf der politischen Agenda, da sie die großen Herausforderungen des Bildungssystems aufgrund der substanziellen Heterogenität der Lernenden konkret adressieren kann und neue Potenziale für Lehr-Lern-Prozesse auf allen Ebenen des Bildungssystems eröffnet (u.a. KMK 2021). Adaptive Lernsysteme sind ein wichtiger Baustein für eine erfolgreiche Digitalisierung in der Bildung. Digitale adaptive Lernplattformen ermöglichen eine Personalisierung des Lernens, die Lehrkräfte in der Praxis kaum leisten können. Sie können individuelle Lernpfade mit Aufgaben anbieten, die dem individuellen Leistungsstand entsprechen und so auch die Lehrpersonen bei der Gestaltung eines binnendifferenzierten Unterrichts unterstützen. Allerdings wurden solche Systeme bislang vor allem für mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer entwickelt, nicht für geistes- oder sozialwissenschaftliche. Wir haben begonnen, diese Lücke mit der Forschung und Entwicklung von Adaptivität an der Schnittstelle von MINT- und Gesellschaftswissenschaften zu adressieren, konkret in der ökonomischen Bildung. Eine Weiterentwicklung des Prototypen unserer Lernplattform in einer 2. Projektphase hin zu einem anwendbaren adaptiven KI-basierten System in der ökonomischen Bildung ist daher sehr vielversprechend und nötig, um das adaptive Lernen in der Schule in der großen Breite zu fördern. Der innovative Charakter dieses Forschungsprojekts liegt insbesondere in der interdisziplinären Zusammenarbeit und der speziellen Inhaltsdomäne, die weiterführende Anforderungen an das KI-System stellt. Daher verspricht das Forschungsprojekt einen Erkenntnisgewinn, der auf ähnliche Inhaltsdomänen übertragen werden kann und insgesamt weit über die geleistete Forschung hinaus in der Zukunft anwendbar ist.