18.12.2023

Herausforderungen in Sprach- und MINT-Didaktik mit Methoden der KI lösen

Forschungsprojekt „WoLKE“ erhält Förderung des Landes

Für ein gemeinsames Forschungsvorhaben zum Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) im Unterricht erhalten die Universität Tübingen sowie die Pädagogischen Hochschulen Ludwigsburg und Schwäbisch Gmünd eine Förderung von knapp 700.000 Euro vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg. Im Projekt „WoLKE“ werden Lehrveranstaltungen entwickelt, in denen angehende Lehrkräfte den didaktisch sinnvollen Einsatz von KI-Methoden und -Werkzeugen im Unterricht erlernen und den Umgang damit reflektieren können. Den zukünftigen Lehrerinnen und Lehrern sollen methodische Kompetenzen vermittelt werden, wie sie mithilfe KI-basierter Werkzeuge konkreten schulischen Herausforderungen begegnen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf den Sprachen und den MINT-Fächern (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). Der Name „WoLKE“ steht als Akronym für die zentrale Fragestellung des Projekts: „Wo bieten KI-Methoden Lösungen für fachdidaktische Herausforderungen? Computerlinguistisch fundierte Konzeption und Evaluation curricular verankerter Lehrveranstaltungen für die Sprach- und MINT-Didaktik“.

Wissenschaftsministerin Petra Olschowski: „Angehende Lehrkräfte müssen Künstliche Intelligenz sinnvoll im Unterricht anwenden können. Sie sollten Chancen und Risiken sowie Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von KI vermitteln können. Mit der Förderung des Projekts wollen wir eine möglichst beispielgebende Einbindung in das Lehramtsstudium ermöglichen.“

Geleitet wird der Forschungsverbund von Professor Dr. Detmar Meurers vom Seminar für Sprachwissenschaft der Universität Tübingen sowie Juniorprofessor Dr. Heiko Holz, PH Ludwigsburg, und Juniorprofessorin Dr. Luzia Leifheit und Juniorprofessor Dr. Jan Winkelmann, beide PH Schwäbisch Gmünd. Das Projektteam setzt sich aus Expertinnen und Experten aus den Bereichen Informatik und Informatikdidaktik, Computerlinguistik, Sprach- und MINT-Didaktik, Empirische Bildungsforschung sowie Lehrkräftefortbildung zusammen.

Seit Jahren wird eine effektive Digitalisierung in der Bildung gefordert und die COVID-19-Pandemie hat eindrücklich den Bedarf an binnendifferenzierter Förderung innerhalb und außerhalb des Unterrichts verdeutlicht. Auch die jüngsten Ergebnisse der IGLU-Studie zur Leseleistung von Grundschulkindern und der IQB-Bildungstrends zu Sprachkompetenzen in der Sekundarstufe I zeigen: Zwischen 25% und 32,5% der Schülerinnen und Schüler der Klassenstufen 4 und 9 verfehlen das Mindestniveau beim Textverständnis, im Lesen oder auch in Orthografie. Digitale Werkzeuge können unter Einsatz von KI-Methoden einen substanziellen Beitrag bei der Förderung leisten und bieten insbesondere bei der Anpassung an individuelle Bedürfnisse der Lernenden enorme Potenziale.

Spätestens seit der Veröffentlichung des textgenerierenden KI-Tools „ChatGPT“ der Firma OpenAI im November 2022 ist KI in aller Munde, auch im Bildungskontext. Solche textgenerierenden KI-Tools basieren auf Large Language Models (LLMs). Auf Basis dieser großen Sprachmodelle können sie sprachlich attraktive, aber inhaltlich nicht weiter in Welt- oder Fachwissen verankerte, letztlich fiktionale Texte erzeugen. Damit können zum Beispiel schnell Texte zu unterschiedlichen Themen verfasst, Antworten auf Fragen generiert oder Dialoge unterstützt werden. Da die von LLMs generierten Texte allerdings immer eine Aneinanderreihung von wahrscheinlichen, aber nicht notwendigerweise inhaltlich korrekten Wortfolgen sind, benötigt ein Einsatz grundsätzlich einen reflektierten Umgang und entsprechende Sachkenntnis, der somit den Lehramtsstudierenden für einen professionellen Umgang mit (text-)generierender KI vermittelt werden soll.

Nicht nur diese aktuellste Form der KI ist im Bildungskontext vielversprechend. So existieren schon länger etablierte KI-Methoden, die das Lehren und Lernen nachweislich effektiv unterstützen können. Hier sind insbesondere Intelligente Tutorsysteme (ITS) zu nennen, die explizit den Wissensstand der Lernenden modellieren, um eine individuelle, passgenaue Lernunterstützung zu bieten. Hier kann das Projektteam bereits auf zahlreiche eigene Systeme und Forschungsarbeiten zurückgreifen, wie das digitale Rechtschreibtraining für Grundschulkinder „Prosodiya“ oder das interaktive Englischübungsheft „FeedBook“.

Das Projekt „WoLKE“ analysiert zunächst systematisch, wie gut bewährte und generative KI-Tools im Hinblick auf verschiedene Anforderungen und Bedürfnisse für den fachdidaktischen Einsatz geeignet sind, und bewertet ihren jeweiligen Entwicklungsstand. Es wird dabei auch untersucht, wie bereits bewährte KI-Tools mit textgenerierender KI kombiniert werden können, um bisherige Schwächen der jeweiligen Ansätze auszugleichen und neue Synergieeffekte zu erzeugen. Die entwickelten Lehrveranstaltungen werden mit Lehramtsstudierenden der Pädagogischen Hochschulen erprobt und wissenschaftlich untersucht, bevor sie als Open Educational Ressource (OER) frei zur Verfügung gestellt werden.

Nach einem Pressetext des WoLKE-Projekts

Weitere Informationen

Webseite des WoLKE-Projekts 
Kontakt: infospam prevention@wolke.schule