KI-basierte Adaptive Lernunterstützung zur Diagnostik und Förderung der mathematischen Basiskompetenzen im inklusiven Kontext

KI-ALF verfolgt das Ziel, ein adaptives, digitales KI-basiertes Lernsystem zur individuellen Diagnostik und Förderung der mathematischen Basiskompetenzen zu entwickeln, das für Lehrkräfte einsetz- und auswertbar ist und in inklusiven Schulen eingesetzt werden kann. Im Fokus stehen v. a. Kinder, die mathematischen Basiskompetenzen im Laufe der Grundschulzeit unzureichend erworben haben und zu Beginn der Sekundarstufe besonderer Unterstützung bedürfen. Dies betrifft Kinder mit Rechenstörung, Kinder mit sonderpädagogischen Unterstützungsbedarfen (z. B. im Lernen), wie auch Kinder, deren Schwierigkeiten in den mathematischen Basiskompetenzen im Laufe der Grundschulzeit unentdeckt blieben.

Das Projekt KI-ALF bearbeitet folgende Forschungsfragen:

• Wie können Kinder mit Schwierigkeiten in den mathematischen Basiskompetenzen mithilfe eines Systems aus Künstlicher Intelligenz (KI) und Eye-Tracking mit hoher Zuverlässigkeit identifiziert werden?
• Wie können individuellen Vorgehensweisen und Schwierigkeiten der Kinder in den mathematischen Basiskompetenzen mithilfe eines Systems aus KI und Eye-Tracking mit hoher Zuverlässigkeit diagnostiziert werden?
• Inwiefern können Kinder mit Schwierigkeiten in den mathematischen Basiskompetenzen mithilfe eines für den großflächigen Einsatz konzipierten KI-basierten adaptiven Lernsystems individuell gefördert werden?

Mixed-methods
qualitative und quantitative Methoden sowie Künstliche Intelligenz (KI)

Im Projekt KI-ALF wurde ein adaptives, digitales KI-basiertes Lernsystem zur individuellen Diagnostik und Förderung der mathematischen Basiskompetenzen entwickelt. Das Lernsystem kann in inklusiven Schulen im Übergang von der Primar- zur Sekundarstufe eingesetzt werden, um Kinder zu unterstützen, die die Grundschule mit unzureichenden mathematischen Basiskompetenzen verlassen.

Das adaptive, digitale KI-basierte Lernsystem besteht aus einem Diagnose- und Fördermodul.
Das Diagnosemodul identifiziert Kinder mit unzureichenden mathematischen Basiskompetenzen und diagnostiziert individuelle Vorgehensweisen und mögliche Schwierigkeiten. Dies geschieht auf Basis von Aufgabenbearbeitungen der Kinder in dem adaptiven Lernsystem am Computerbildschirm: Die Blickbewegungen der Kinder werden mithilfe von Webcam-Eye-Tracking erfasst und mittels KI automatisch analysiert. Die Umsetzung wurde in Zusammenarbeit mit Lehrkräften und Kindern in einer inklusiven Schule zu Beginn der Sekundarstufe erprobt. Die Ergebnisse zeigen, dass die KI-Analyse der Eye-Tracking-Daten erkennen kann, ob die Kinder über ausreichende mathematischen Basiskompetenzen verfügen, welche Vorgehensweisen sie anwenden und welche Schwierigkeiten sie haben.
Das Fördermodul stellt adaptiv, individuell Förderung bereit. Den Kindern werden – basierend auf den identifizierten Schwierigkeiten in den mathematischen Basiskompetenzen – verschiedene passende Fördersequenzen in Form von Erklärvideos und vielfältigen Übungsaufgaben zugewiesen. Bezüglich des Fördermoduls zeigte sich, dass das KI-ALF Lernsystem zuverlässig Fördersequenzen, die auf die individuellen Schwierigkeiten in den mathematischen Basiskompetenzen zugeschnitten sind, bereitstellt. Die Wirksamkeit der Förderung durch das KI-ALF Lernsystem wurde zudem in Studien mit Kindern nachgewiesen.

Status: abgeschlossen

Laufzeit des Projekts: September 2021 – August 2024

Universität zu Köln

Prof.Dr. Maike Schindler / Universität zu Köln / Humanwissenschaftliche Fakultät / Department Heilpädagogik und Rehabilitation / Lehrstuhl Sonderpädagogische Didaktik im Handlungsfeld Mathematik / Classen-Kappelmann-Str. 24 / 50931 Köln / maike.schindler(at)uni-koeln.de