Hector-Institut für Empirische Bildungsforschung

The Power of Feedback

Harnessing AI for Scalable, Evidence-Based Mathematics Instruction

Unsere Ziele

Das Forschungsprojekt verfolgt zwei zentrale Ziele: Erstens wird untersucht, wie sich der Einsatz generativer KI (GenAI) auf die Entwicklung der Schüler:innen auswirkt und inwieweit KI-generiertes Feedback zur Förderung mathematischer Kompetenzen beitragen kann. Zweitens wird der Einfluss auf die professionelle Arbeit von Lehrkräften analysiert – mit besonderem Augenmerk auf deren Bedürfnisse, Einstellungen und Praxiserfahrungen im Umgang mit GenAI im Mathematikunterricht. Auf dieser Grundlage sollen evidenzbasierte Empfehlungen für Bildungspolitik und -praxis abgeleitet und zur ko-konstruktiven Entwicklung skalierbarer, lehrkräftezentrierter KI-Lernsysteme beigetragen werden.

Die Herausforderung

Der Aufstieg KI-gestützter Bildungsplattformen eröffnet neue Möglichkeiten für personalisiertes Lernen und formatives Assessment. Belastbare empirische Evidenz zur Wirksamkeit und zu den Grenzen solcher Werkzeuge ist jedoch bislang begrenzt. Vor diesem Hintergrund verfolgt dieses internationale Forschungsprojekt – initiiert und international koordiniert durch die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) – das Ziel, den Einsatz generativer KI (GenAI) im Mathematikunterricht der Primarstufe zu evaluieren. Für Deutschland wird das Projekt von Dr. Tim Fütterer vom Hector-Institut für Empirische Bildungsforschung an der Universität Tübingen geleitet und durch die Akademie für Innovative Bildung und Management Heilbronn-Franken gemeinnützige GmbH (aim) gefördert.

Unsere Lösung

Unter Verwendung der Open-Source-Plattform der OECD für Innovative Lernstandserhebungen (PILA) werden wir in diesem Projekt untersuchen, ob und wie automatisiertes Feedback die mathematischen Kompetenzen von Schüler:innen verbessert. Darüber hinaus wird das Projekt die Bedürfnisse, Einstellungen und Praktiken von Lehrkräften in Bezug auf die Integration von GenAI im Unterricht erforschen und zur gemeinsamen Entwicklung skalierbarer, von Lehrkräften mitgestalteter KI-Lernsysteme beitragen.
 


Intervention Design

Die Intervention richtet sich an den Mathematikunterricht in der 4. und 5. Jahrgangsstufe (in Deutschland nur 4. Klasse) und nutzt ein KI-gestütztes Tutorielles System („Betty’s Brain Math“), das in PILA (eine Open-Source-Plattform für innovative Lernstandsdiagnostik) integriert ist. Kern des Studiendesigns ist eine randomisierte kontrollierte Studie (RCT) mit zwei Bedingungen:

  • Interventionsgruppe: Die Schüler:innen erhalten während der Aufgabenbearbeitung formatives Feedback vom KI-Tutor. Lehrkräfte sehen über ein Live-Dashboard in Echtzeit, welche Aufgaben die Schüler:innen aktuell bearbeiten, welche sie richtig oder falsch gelöst haben, sowie weitere Leistungsindikatoren. Ein zusammenfassendes Dashboard am Ende gibt einen Überblick über durchschnittliche Leistungen, häufige Fehler oder erfolgreich gemeisterte Aufgaben sowie zugrundeliegende konzeptuelle Schwierigkeiten – alles basierend auf KI-gestützter Analyse der Lerndaten.
  • Kontrollgruppe: Die Schüler:innen bearbeiten dieselben Aufgaben, jedoch ohne KI-basiertes Feedback. Lehrkräfte erhalten die gleichen Dashboards wie in der Interventionsgruppe – inklusive Live-Ansicht und Übersicht am Ende.

Lehrkräfte nehmen an einer zweistündigen Schulung teil, gefolgt von einer 6–8-wöchigen Umsetzungsphase im Unterricht (ca. 2×40 Minuten pro Woche). Prä- und Posttests (standardisierte Mathematiktests) sowie Schüler- und Lehrkräftebefragungen erheben zusätzliche Lern- und Prozessmerkmale (z. B. kognitive und behaviorale Beteiligung im Unterricht) sowie Einstellungen (z. B. Kompetenzüberzeugungen).
 

Ablauf

(Deutschland)

Q1–Q2 2026
Schulrekrutierung
Q3 2026
Lehrkräfteschulung
Q3–Q4 2026
Haupterhebung
Q4 2026–Q1 2027
Datenanalyse
Q4 2026–Q4 2028
Veröffentlichung

Projektkoordination & Partner

Internationale Initiative und Koordination
Projektleitung Deutschland

Dr. Tim Fütterer
Hector-Institut für Empirische Bildungsforschung, Universität Tübingen

 

Nationale Koordination Deutschland

Prof. Dr. Charlott Rubach & Henrike Kant, 
Institut für Schulpädagogik und Bildungsforschung, Universität Rostock

Forschungsteam Deutschland
Finanziert von

aim – Akademie für Innovative Bildung und Management 
Heilbronn-Franken gemeinnützige GmbH