Adaptive Lernsysteme: Ein Werkzeug zum Verstehensaufbau
Die Digitalisierung im Bildungsbereich verändert zunehmend die Art und Weise, wie wir lernen. Digitale Lernmedien bieten zahlreiche Vorteile gegenüber gedruckten Materialien. Das war auch das Thema der Fachtagung »Digitale Lernmittel für den cloudbasierten Unterricht: Entwicklungslinien und Herausforderungen«, die von der Initiative der Wirtschaftsförderung Brandenburg (WFBB), der Universität Potsdam sowie der DigitalAgentur Brandenburg am 16. Februar 2023 veranstaltet wurde.
Der Einsatz von digitalen Lernmedien birgt jedoch auch Herausforderungen. Diese gilt es zu verstehen und zu meistern, um die vollen Potenziale in Lernprozessen ausschöpfen zu können. Wie also kann im Fach Mathematik ein adaptives Lernsystem einen spürbaren Lerneffekt erzeugen und gleichzeitig die Lehrkraft unterstützend entlasten?
Die Ergebnisse der Online-Horizont-Fachtagung zeigen: Digitales Lernen im Unterricht gelingt durch den gezielten Einsatz von qualitätsgesicherten Inhalten – ausgewählt von geschulten Lehrkräften, bereitgestellt von adaptiven Lernanbietern wie bettermarks.
Kognitive Überforderung büßt Lerneffekt ein
Zum Auftakt beleuchtet Frau Prof. Dr. Katharina Scheiter die lernwirksame Gestaltung fachbezogener Lern- und Verstehensprozesse digitaler Lernmedien. Frau Prof. Dr. Scheiter ist Psychologin und Professorin für Digitale Bildung an der Universität Potsdam.
Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von Vimeo.
Mehr erfahren
Der Impulsvortrag behandelt den Zusammenhang von digitalen Lernmedien und Lernen. Prof. Dr. Scheiter betont, dass die Wirksamkeit von digitalen Lernmedien variabel ist: Entscheidend ist bei ihrer Gestaltung, die zugrunde liegenden Lernprozesse und -ziele zu berücksichtigen. Scheiter stellt die Vorteile von dynamischen Visualisierungen und interaktiven virtuellen Experimenten dar. Gleichzeitig betont sie, dass digitale Medieneigenschaften nicht dazu führen sollten, Lernende kognitiv zu überlasten.
Die Herausforderung besteht darin, die richtige Balance zu finden: Ein begrenzter Handlungsspielraum bei den Eingabemöglichkeiten büße den Lerneffekt erheblich ein. Denn geschlossene Aufgabenformate wie Single-Choice erlauben nicht das Anwenden von Kompetenzen und dienen der Abfrage von Faktenwissen. Ein hoher Freiheitsgrad, der zulasten der Benutzbarkeit geht, kann zur Frustration und im schlimmsten Fall zu Fehlvorstellungen führen.
Scheiter empfiehlt, explorative Lernformate mit gezielten Arbeitsaufträgen zu kombinieren und KI-basierte Hilfen automatisch und adaptiv zu integrieren. Lernende sollten Fehler machen dürfen und eine passende, personalisierte Rückmeldung erhalten. Nur so ergänzen sich Entdecken und Lernen – und es entstehen Aha-Momente.
Eine KI ersetze hier nicht die menschliche Intelligenz, weder im Design- noch Lernprozess. Vielmehr benötige es zur Entwicklung digitaler Lernmittel eine menschliche Vorstrukturierung von Lerninhalten durch multiprofessionelle Experten-Teams aus Psychologie, Fachdidaktik, Mediendidaktik und -informatik, Computerlinguistik und Erziehungswissenschaft.
Erwähnte Studien
Clark-Studie (1983): Clark untersuchte die Bedeutung von Kommunikationsmedien in der Zusammenarbeit von Arbeitsgruppen. Dabei stellte sich heraus, dass die Wahl des Mediums Einfluss auf die Effektivität der Zusammenarbeit hat. Insbesondere zeigte sich, dass Face-to-Face-Kommunikation in der Regel am effektivsten ist. Sie ermöglicht eine schnelle und reibungslose Interaktion. Bei der Arbeit mit komplexen Informationen und bei der Koordination von Aktivitäten ist die Nutzung von Computerunterstützung jedoch sinnvoll. Die Studie betont auch, dass die Medienwahl von anderen Faktoren wie der Aufgabe, der Art der Gruppenzusammensetzung und den Arbeitsbedingungen abhängt. Clark stellte fest, dass ein Medienvergleich nicht sinnvoll ist, da nicht das Medium den Lerneffekt bewirkt. Dieser entsteht durch die inhaltlichen Instruktionen.
Kozma-Studie (1994): Die Kozma-Studie untersuchte den Einfluss von Technologie auf das Lernen. Dabei wurde gezeigt, dass Technologie dazu beitragen kann, das Lernen zu verbessern. Vorwiegend durch die Verwendung von Multimedia-Inhalten wie Text, Bildern und Audio. Weiterhin ergab die Studie, dass die Integration von Technologie in den Unterricht effektiver ist, wenn die Lernenden aktiv in den Lernprozess einbezogen werden und die Technologie sinnvoll in die Lernziele integriert wird. Wichtig ist der Zusammenhang zwischen Medium und inhaltlichen Lerninstruktionen. Erst durch das jeweilige Medium besteht die Möglichkeit, bestimmte Instruktionen umzusetzen, die sonst nicht realisiert werden könnten. Die Ergebnisse deuten also darauf hin, dass die sorgfältige Integration von Technologie in den Unterricht das Lernen verbessern kann und dass Lehrkräfte und Lehrplanentwicklung Technologie als Unterstützungsinstrument für das Lernen nutzen sollten.
Hattie-Studie (2009): Die Hattie-Studie untersuchte die Wirksamkeit von verschiedenen Lehrmethoden und -praktiken. Dabei wurden mehr als 250 Studien mit insgesamt über 300 Millionen Lernenden ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die effektivsten Lehrmethoden das Denken der Schülerinnen und Schüler anregen und sie dazu bringen, ihre eigenen Lernprozesse zu steuern. Dazu gehören unter anderem Feedback, Metakognition, Lernstrategien und das Setzen von Lernzielen. Außerdem wurde gezeigt, dass das Verhältnis zwischen Lehrkraft und Lernenden sowie das Klassenmanagement entscheidende Faktoren für den Lernerfolg sind. Die Studie betont auch, dass die Lehrmethoden und -praktiken in Bezug auf die Bedürfnisse und das Niveau der Schülerinnen und Schülern angepasst werden sollten. Die Ergebnisse der Hattie-Studie haben das Verständnis für die wirksamsten Lehrmethoden verbessert.
Konstruktive Rückmeldungen motivieren
Im adaptiven Lernsystem von bettermarks sind zum Fehlermuster passende Rückmeldungen der entscheidende Impuls, damit Schülerinnen und Schüler ihre Eingaben reflektieren.
Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von Vimeo.
Mehr erfahren
Die Eingabewerkzeuge sind so konzipiert, dass Lernende den Freiheitsgrad haben, Fehler machen zu können. Kompetenzen, die zum Lösen einer Aufgabe benötigt werden, können angewandt und geübt werden. Die Rückmeldungen gehen über »richtig« und »falsch« hinaus: Die Rückmeldungen sind personalisiert. Sie greifen das erkannte Fehlermuster auf und regen damit zur Reflektion an. Die Lernenden setzen sich mit ihrer Eingabe auseinander und können weiterführende Hilfestellungen und Erläuterungen nutzen. Die interaktiven Eingabewerkzeuge fördern somit die Kompetenzen der Lernenden und vereinfachen den Verstehensaufbau.
Lehrkräfte können Lernziele vorgeben und im Rahmen der Binnendifferenzierung passende Übungen austeilen. Alle Ergebnisse werden automatisch und detailliert ausgewertet. Lehrkräften können auf einen Blick den Lernfortschritt der Schülerinnen und Schüler verfolgen und überblicken. Makro-Adaptive Technologien erkennen Lernrückstände und machen individuellen Unterstützungsbedarf in Form von »offenen Wissenslücken« sichtbar. Dem liegt ein Lernzielnetz zugrunde, das Fehlermuster mit entsprechenden Kompetenzen verbindet und damit individuelle Lernrückstände erkennen kann. Die hohe Anzahl der gemessenen »Aha-Momente« im vergangenen Schuljahr zeigt die Effektivität des adaptiven Lernsystems.
Lernerfolg durch interaktive Eingabewerkzeuge und adaptives Feedback
Interaktive Eingabewerkzeuge in Verbindung mit einem personalisierten Feedback sind wirkungsvoll, weil sich das adaptive Lernsystem von bettermarks auf jeden Rechenschritt individuell einstellt. Auf falsche Eingaben folgen Hilfestellungen (»Scaffolding«). Somit ist das Lernangebot kognitiv unterstützend und motiviert zum Ausprobieren und Reflektieren. Damit es keine Sackgassen gibt, unterstützen erläuterte Lösungswege das Verständnis mathematischer Zusammenhänge.
Interaktive Visualisierungen sind nicht nur in der Einzelarbeit, also beim Üben wichtig. Sie sind zentral für Unterrichtsgespräche: Lehrkräfte können mit interaktiven Tafelbildern am Whiteboard wichtige Impulse setzen und zur Reflektion anregen. Gleichzeitig fördert das die prozessbezogenen Kompetenzen wie das Kommunizieren und Argumentieren.
Hier hat die Lehrkraft die Wahlmöglichkeit zwischen symbolischer und bildlicher Darstellung, um die Inhalte entsprechend an das Lernniveau der Klasse anzupassen. Gleichzeitig eignen sich interaktive Tafelbilder als Einstieg in ein neues Thema. Lehrkräfte können komplexe Sachverhalte in einer vereinfachten, dynamischen Darstellung visualisieren. Das bietet neue Anlässe zur Kommunikation, Reflexion und zum Problemlösen. Lehrkräften, die zunehmend fachfremd oder in Vertretung unterrichten, ermöglichen sie eine zusätzliche Orientierung.
Die automatische Auswertung jeder Eingabe führt zu einer spürbaren Entlastung und Zeitersparnis bei den Korrekturen. Ein umfangreiches Angebot an apdativem und interaktivem Lehrmaterial erleichtert die Integration digitaler Medien im Unterricht. Das System unterstützt Lehrkräfte zusätzlich mit einem roten Faden sowie didaktischen Hinweisen. Das schafft weiter zeitliche Entlastung bei der Vorbereitung sowie -durchführung des Mathematikunterrichts und schafft Freiräume für mehr verstehensorientierte Aktivitäten in der Klasse.
Christophe Speroni
