Intelligente Tutorensysteme – Messbarer Leistungszuwachs in MINT-Fächern

Immer wieder wird in Bezug auf digitale Lernmedien die Frage gestellt, wie wirksam sie im Unterrichtseinsatz sind. Einige Erkenntnisse aus der Wissenschaft geben dazu Aufschluss.

Eine Metastudie der TU München im Auftrag der Kultusministerkonferenz (KMK) kommt zu dem Schluss, dass intelligente Tutorensysteme die größte positive Wirkung auf die Lernergebnisse in MINT-Fächern haben. Untersucht wurden 80 Einzelstudien zum Einsatz von digitalen Medien in der Schule. Dabei wurden nicht nur Erkenntnisse darüber gewonnen, wie diese Medien im Unterricht eingesetzt werden sollten, um die größte Wirkung zu erzielen, sondern auch, welche Typen digitaler Medien den größten Erfolg versprechen. Intelligente Tutorensysteme stechen dabei positiv hervor. Im Vergleich sind Hypermediasysteme, in denen Audio-, Video- und Textmaterial kombiniert wird, und die auf freies Erkunden ausgelegt sind, wenig wirksam.

Bildungsforscher Professor Köller (Leibniz Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik sowie Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina) erklärt in einem Interview mit der FAZ ausführlich die Bedeutung von intelligenten Tutorensystemen (oder auch adaptiven Lernsystemen) für die Qualität des Mathematik-Unterrichts und welche Rolle bettermarks in Deutschland dabei einnimmt.

Die Auszüge aus dem Interview geben einen guten Einblick:

In welchen Ländern sind solche intelligenten Systeme an den Schulen schon im Einsatz?

Die meisten in den Vereinigten Staaten. Dort gibt es Standorte wie Pittsburgh mit der Carnegie Mellon University, die eine lange Tradition bei der Entwicklung solcher Systeme haben und oft mit Softwareriesen zusammenarbeiten. Denn die Entwicklung solcher Systeme ist teuer. Wenn Sie sich den deutschen Markt anschauen, gibt es nur ein Produkt, das in diese Richtung geht, das Bettermarks-System. Damit kann man im Bereich Mathematik durchaus etwas anfangen: Es erkennt Fehler, lenkt die Schülerin, den Schüler, zu vertiefenden Lektionen und ist für alle Schulstufen geeignet. Unseren Schulbuchverlagen hingegen, die im Grunde ja für die Entwicklung digitaler Lernsoftware zuständig wären, fehlt das notwendige Finanzvolumen. Man bräuchte Kooperationen zwischen Schulbuchverlagen, Softwareriesen – und auch die Länder müssten Geld in die Hand nehmen. Schon das Bettermarks-System hat Millionen verschlungen, […]

Beim lesenden Verstehen kann die Arbeit am Bildschirm ein Nachteil sein – ist es beim Rechnen anders? Kann man davon sicher ausgehen?

Dafür, dass am Bildschirm nicht mehr so vertieft gelesen wird wie analog, gibt es tatsächlich Evidenz. Wovon man in jedem Fach ausgehen kann, ist, dass das digitale Medium die Lehrkraft nicht vollständig ersetzen, sondern nur ergänzen wird. Was das digitale Medium inzwischen kann, ist spezifische Fehler, die Schülerinnen und Schüler machen, nicht nur zu erkennen, sondern auch zu wissen, warum diese Fehler gemacht wurden. Das digitale System kann dann, ausgehend von den zugrundeliegenden Fehlvorstellungen, den Kindern gezielt Förderung anbieten, damit diese Fehler überwunden werden. Was die digitalen Systeme noch nicht hinreichend gut können, ist, neues Wissen aufzubauen, beispielsweise den Satz des Pythagoras besser einzuführen als der Mathematiklehrer.

Sie halten es aber nicht für ausgeschlossen, dass es Programme geben wird, die besser sind als ein schlechter Lehrer?

Besser als ein schlechter Lehrer auf jeden Fall. Unser Ziel wäre aber immer, Software zu entwickeln, die die Lehrkraft ergänzt, am Nachmittag beispielsweise, oder eine, die intelligente Hausaufgaben vorgibt und gleichzeitig deren Ausführung kontrolliert sowie Rückmeldung gibt. Das ist ja das Problem beim häuslichen Arbeiten, dass die Schülerinnen und Schüler häufig ganz auf sich alleine gestellt sind und kein Feedback bekommen. Im Idealfall, das kann Bettermarks übrigens schon, geht diese Rückmeldung dann gleich auch an die Lehrkraft, die somit über die Arbeitsergebnisse der Schülerinnen und Schüler informiert ist.

Durch die Corona-Krise und die notwendigen Schulschließungen wurde die Digitalisierung im Bildungsbereich in den Fokus gerückt. Gerade für intelligente Tutorensysteme haben sich Chancen eröffnet, da sie besonderes Potenzial in der Unterstützung der Lehrerinnen und Lehrer bieten. Im diesjährigen Bericht Bildung in Deutschland 2020 wird jedoch festgestellt, dass es weiterhin erhebliche Unterschiede im Einsatz digitaler Lehrmittel zwischen den Einrichtungen gibt. Es gaben in einer Befragung aus dem Frühjahr 2020 nur 33% der Lehrkräfte an, dass ihre Schulen gut auf die neue Situation vorbereitet waren, weil bereits vor den Schulschließungen digitale Medien in umfassenden Maße eingesetzt wurden. Es bleibt daher abzuwarten, ob die sichtbar gewordenen Chancen genutzt und nachhaltig umgesetzt werden.

Bereits im Mai hat Professor Köller in einem Gespräch mit der Körber Stiftung ein Bild aufgezeigt, wie nach den Sommerferien ein Betrieb der Schulen aussehen könnte, um nochmalige Schulschließungen zu verhindern. In dem Kontext erklärt er auch, welche Rolle intelligente tutorielle Systeme dabei spielen können. bettermarks wird hier als Beispiel für ein sehr gut einsetzbares System vorgestellt, was bereits viele Funktionen abbildet, mit denen Lehrerinnen und Lehrer ihren Unterricht bzw. ihre Klasse unterstützen können. Professor Köller erklärt, dass es nicht das Ziel sein sollte, bisherigen analogen Unterricht auf eine digitale Umgebung zu übertragen, indem man sich in digitalen Klassenräumen trifft und die Lehrkraft dort den Unterrichtsstoff behandelt. Vielmehr sei es wünschenswert, intelligente Lernmaterialien einzusetzen, die zeitweise ohne die Lehrerinnen und Lehrer auskommen. Die intelligenten tutoriellen Systeme übernehmen die Fehlerdiagnostik und geben Lernhinweise für Schülerinnen und Schüler. Zusätzlich geben sie diese Informationen an die Lehrkräfte weiter, sodass im Unterricht darauf reagiert werden kann. Professor Köller sieht hier auf dem deutschen Markt bereits bettermarks, welches diese intelligenten Funktionen im Fach Mathematik anbietet.

Aus wissenschaftlicher Sicht gibt es Bestätigung, dass digitale Medien als intelligente Tutorensysteme (bzw. adaptive Lernsysteme) zumindest für MINT-Fächer die beste Wahl für Lehrerinnen und Lehrer sind, um eine individuelle Förderung ihrer Schülerinnen und Schüler im Klassenverbund wirksam zu unterstützen. Was ohnehin in Phasen des Präsenzunterrichts und bei der Bearbeitung von Hausaufgaben gilt, gewinnt zusätzliche Bedeutung in schulischen Sondersituationen wie zum Beispiel Hybridunterricht während einer weltweiten Pandemie.