Digitale Bildung : Künstliche Intelligenz im Klassenraum

Systeme, die sich auf künstliche Intelligenz (KI) stützen, kommen an Schulen in Deutschland bislang noch kaum zum Einsatz. Das könnte sich bald ändern. Das KI-System „Area9“ wurde im Sommer an mehreren Schulen erprobt. Nun berät die Kultusministerkonferenz, ob diese Technologie bundesweit eingesetzt werden soll. Ziel dabei ist es, Lernprozesse zu individualisieren und Lehrkräfte zu entlasten. Das Schulportal hat an einer Schule nachgefragt, inwieweit das gelingen kann.

Annette Kuhn 15. Oktober 2021 Aktualisiert am 19. Oktober 2021
Künstliche Intelligenz Mädchen vor Computer
Ziel von Lernsystemen, die auf künstlicher Intelligenz basieren, ist, dass die Schülerinnen und Schüler in ihrem eigenen Tempo und angepasst an ihren Leistungsstand lernen können.
©Maskot/Getty Images

„Schule und Digitalisierung“ ist nicht erst seit der Corona-Pandemie ein Dauerthema. Mal geht es um die Infrastruktur an Schulen, mal um den Einsatz digitaler Medien im Unterricht. Selten geht es dabei um KI, um künstliche Intelligenz. Die Skepsis bezüglich möglicher negativer Auswirkungen von KI ist groß: Gibt es bald „den gläsernen Schüler“? Steuern bald nicht mehr Menschen, sondern Maschinen den Unterricht? Bislang nutzen Schulen kaum KI-Angebote – und wenn, eher noch für die Steuerung der Haustechnik als für den Unterricht.

Doch mittlerweile scheint sich die Erkenntnis durchzusetzen, dass künstliche Intelligenz nicht in Konkurrenz zum Unterricht der Lehrkräfte stehen muss, sondern ihn ergänzen und unterstützen und somit auch die Lehrerinnen und Lehrer entlasten könnte. Diese Sichtweise gibt es inzwischen auch in der Bildungspolitik. Bei einem Bildungsgipfel im Herbst 2020 hat der Bund zugesagt, im Bereich qualitativ hochwertiger digitaler Bildungsmedien, insbesondere bei der Entwicklung intelligenter tutorieller Systeme (ITS), die Länder zu unterstützen.

Was sind intelligente tutorielle Systeme (ITS)?

ITS sind Lernsysteme, die sich den Nutzerinnen und Nutzern anpassen, die also den jeweiligen Lernstand und das Lerntempo berücksichtigen und die jeweiligen Präferenzen, was die Lernweise anbelangt. ITS ist nicht neu – allerdings gingen die Systeme lange nicht darüber hinaus, den Lernenden verschiedene Inhalte und Schwierigkeitsgrade anzubieten. Anpassungen an das individuelle Lernverhalten ermöglichen die neuen Systeme erst durch aufwendige intelligente Algorithmen.

Nach dem Bildungsgipfel hat sich die Kultusministerkonferenz verschiedene intelligente tutorielle Systeme angeschaut und sich entschieden, für ein Pilotprojekt in Sachsen und Mecklenburg-Vorpommern „Area9 Rhapsode“ an mehreren Schulen zu erproben. Hinter „Area9“ steht das dänische Unternehmen Area9 Lyceum, das Standorte in Kopenhagen, Boston und Leipzig hat. In Dänemark und Großbritannien kommt „Area9“ schon länger in Schulen zum Einsatz. Nach Unternehmensangaben gibt es mehr als 1,5 Millionen Nutzerinnen und Nutzer – nicht nur in der Schule, auch in der Erwachsenenbildung.

Das KI-System passt sich dem Lerntempo und der Lernweise an

Die Plattform „Area9“ stellt adaptive Lernkurse zur Verfügung. Das heißt, das System erhebt Daten der Schülerinnen und Schüler, während sie die Aufgaben bearbeiten, und passt die Aufgaben bezüglich des Niveaus und Lernwegs über einen speziell auf das individuelle Lernverhalten ausgerichteten Algorithmus an. So will „Area9“ auch Lehrkräfte dabei unterstützen, herauszufinden, auf welchem Lernstand jede oder jeder Lernende ist. Das System analysiert dabei, wie und in welchem Tempo die Schülerinnen und Schüler die Aufgaben lösen, und erkennt, wann sie das Lernziel erreicht haben und wo es Lücken gibt. Um diese zu schließen, bietet das System dann Lernhilfen in Form von Erklärvideos, anderen Tutorials und weiteren Übungen an. Ist jemand sehr schnell beim Bearbeiten, kann das System auch Aufgaben überspringen.

Ziel ist es, dass alle Schülerinnen und Schüler einer Lerngruppe am Ende des jeweiligen Moduls auf den gleichen Kompetenzstand gelangen und sich nur mit den Aufgaben beschäftigt haben, die für sie auf dem Weg dahin relevant sind.

An welchen Schulen wurde „Area9“ bereits erprobt?

Um herauszufinden, ob dies in der Praxis tatsächlich gelingt, wurde „Area9“ im Auftrag der Kultusministerkonferenz vor den Sommerferien an mehreren Schulen in Sachsen und Mecklenburg-Vorpommern getestet. In Mecklenburg-Vorpommern waren bei dem Pilotprojekt drei Schulen dabei. In einer beruflichen Schule, einer Regionalen Schule und einer Integrierten Gesamtschule wurden in fünf Klassen der Stufen 6 und 11 adaptive Lernkurse erprobt. In Sachsen waren es sechs Schulen: drei Grundschulen, zwei Oberschulen und ein Gymnasium.

Eine der sechs Schulen in Sachsen ist die Marie-Curie-Oberschule Dohna, südöstlich von Dresden. Die Schule gehört zum Netzwerk der M.I.T.-Schulen. Die Buchstaben stehen für digitale Medien, Informatik und digitale Technologien. Die Schulen im Netzwerk bieten eine vertiefende Ausbildung in diesem Themenfeld an. An der Oberschule Dohna heißt das konkret, dass es ab der Klasse 5 das Fach M.I.T. bzw. das Fach Informatik gibt.

Die Schule hat „Area9“ im Juli 2021 für jeweils eine Woche in der 9. Klasse in Geografie und in der 6. Klasse in Mathematik erprobt. In Mathe ging es um eine Unterrichtseinheit zur Wahrscheinlichkeitsrechnung, in Geografie um das Thema Ökologie und Klima. „Die Schülerinnen und Schüler haben sich die Unterrichtseinheit selbst erschlossen und wurden in Schleifen durch das Programm geführt“, erklärt Schulleiterin Antje Ambos.

Vergleichbar mit dem Prinzip „Flipped Classroom“

Je nachdem wie sie einzelne Aufgaben gelöst haben, bekamen die Schülerinnen und Schüler auf sie abgestimmte weitere Übungen und Lerninhalte und Wahlmöglichkeiten für ihren Lernweg. Die Schulleiterin vergleicht das System mit der Methode „Flipped Classroom“, bei der das gewohnte Unterrichtsprinzip umgekehrt wird: Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich Unterrichtseinheiten selbst, um dann in der Gruppe das Thema zu vertiefen.

In der Testwoche gab es nach jeder Aufgabe vom System ein Feedback zu den Lernergebnissen und Lernschritten, das auch die Lehrkräfte einsehen konnten. „Das System hat uns sehr überzeugt“, sagt die Schulleiterin, „vor allem weil die Lerninhalte differenziert aufbereitet sind und die Schülerinnen und Schüler selbstständig ihren individuellen Lernweg bestimmen können.“

Die Kinder werden nach jeder Aufgabe gefragt, ob sie sich sicher bei der Lösung gefühlt haben oder eher nicht – das nervt sie mit der Zeit.
Antje Ambos, Schulleiterin der Marie-Curie-Oberschule Dohna

Die Lehrerinnen und Lehrer hätten dadurch mehr Möglichkeiten, sich denjenigen Kindern und Jugendlichen zuzuwenden, die mit dem System weniger gut arbeiten können oder die besondere Unterstützung brauchen. Gerade mit Blick auf die inklusive Arbeit ihrer Schule sieht Antje Ambos hier eine große Chance.

Allerdings gebe es auch noch Verbesserungsbedarf: Zum einen sei die  Auswertung für die Lehrkräfte noch recht aufwendig. Zum anderen sollte das System stärker auf das Alter der Kinder ausgerichtet sein: „Es trifft oft noch nicht ihre Sprache.“ Und auch das Feedbacksystem habe eine Schattenseite: „Die Schülerinnen und Schüler werden nach jeder Aufgabe gefragt, ob sie sich sicher bei der Lösung gefühlt haben oder eher nicht – das nervt sie mit der Zeit.“

Welche offenen Fragen gibt es beim Einsatz von KI an Schulen?

Außerdem ist eine wichtige Frage aus Sicht der Schulleiterin noch nicht geklärt: „Woher kommen die Inhalte, und wie lassen sie sich anpassen?“ Es ergibt aus ihrer Sicht wenig Sinn, wenn sich jedes Bundesland selbst Inhalte für KI-Systeme überlege. Soll „Area9“ aber länderübergreifend genutzt werden, müsse es auch Anpassungsmöglichkeiten für jedes Bundesland und auch für die Schulen selbst geben.

Derzeit werden die ersten Erfahrungen mit „Area9“ ausgewertet. Das sächsische Kultusministerium hält den Einsatz nach den Befragungen der beteiligten Schulen durchaus für sinnvoll. „Das System betreut Schülerinnen und Schüler sehr individuell und entlastet den Lehrer“, heißt es aus dem Ministerium. Auch aus Mecklenburg-Vorpommern kommen positive Signale. Es könnte sich durchaus lohnen, „den ,Werkzeugkoffer’ unserer Lehrerinnen und Lehrer für die Gestaltung eines zeitgemäßen Unterrichts durch adaptive Lernkurse zu ergänzen”, stellt das Bildungsministerium in Mecklenburg-Vorpommern fest.

Allerdings seien zum Einsatz von KI-Systemen an Schulen noch viele Fragen offen. Neben der Frage der Inhalte und der Anpassung an die Rahmenpläne des jeweiligen Bundeslandes müsste auch geklärt werden, welche Fortbildungen Lehrkräfte bräuchten, um mit „Area9“ und anderen Systemen, die auf künstlicher Intelligenz basieren, überhaupt im Unterricht gewinnbringend umgehen zu können. Außerdem gebe es noch offene Punkte bei den technischen Rahmenbedingungen und dem Datenschutz.

Die Länder der Pilotphase konzipieren derzeit ein länderübergreifendes Projekt zum Einsatz von „Area9“ und stimmen sich derzeit mit den anderen Ländern dazu ab, inwieweit sie sich an der Nutzung von „Area9“ beteiligen wollen. Das Kultusministerium in Sachsen ist in diesem Prozess federführend. Die ersten Erkenntnisse zum Pilotprojekt sollen auch mit Unterstützung von Hochschulen evaluiert werden. Noch in diesem Jahr will die Kultusministerkonferenz über eine Nutzung in allen Ländern beraten. Finanziert werden soll das Projekt über den Digitalpakt Schule.

Vertragen sich künstliche Intelligenz an Schulen und Datenschutz?

Bislang beschränkt sich künstliche Intelligenz an Schulen auf einzelne regional begrenzte Projekte. Im Vergleich zu anderen Ländern geht Deutschland beim Thema künstliche Intelligenz sehr zurückhaltend vor. In Nordamerika und vielen asiatischen Ländern gehören KI-Systeme, die die Lernaktivitäten der Schülerinnen und Schüler erfassen und auf dieser Basis individuell zugeschnittene Aufgaben bieten, längst zum Schulalltag und sind fester Bestandteil des Unterrichts. Allerdings sind dort auch die Voraussetzungen andere: Die Schulen sind digital meist besser aufgestellt, die Skepsis gegenüber KI-Systemen im Unterricht ist weniger ausgeprägt und die Bestimmungen zum Datenschutz sind lockerer. In Deutschland sind die rechtlichen Rahmenbedingungen beim Sammeln von Schülerdaten hingegen enger.

Das hat sich auch bei der Erprobung von „Area9“ gezeigt. Sachsens Datenschutzbeauftragter Andreas Schurig hat schon während des Testbetriebs massive Zweifel angemeldet. Für die Erhebung der Daten gebe es keine Rechtsgrundlage. Und das dänische Unternehmen greife auf US-Server zurück. Voraussetzung für eine datenschutzkonforme Nutzung sei jedoch, dass das System über deutsche Server laufe. „Dies werden wir im Falle einer weiteren Nutzung umsetzen“, versichert aber das sächsische Kultusministerium.

Mehr zum Thema

Die Möglichkeiten von künstlicher Intelligenz für den Unterricht hat eine im Sommer 2021 veröffentliche Trendstudie aufgezeigt. „KI-gestützte Technologien bieten erhebliche Potenziale für alle Bereiche der schulischen Bildung“, heißt es in der Analyse, die das mmb Institut, Gesellschaft für Medien- und Kompetenzforschung, unter Mitarbeit u. a. des „Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz“ im Auftrag der Deutschen Telekom Stiftung erstellt hat.

Die Studie gibt einen Überblick über bereits verfügbare KI-Angebote und hat wissenschaftliche Studien zum Thema ausgewertet. Dabei leitet sie folgende Beobachtungen und Empfehlungen ab:

  • Die meisten Produkte konzentrieren sich bislang auf die Bereiche Nachhilfe und Selbstlernen, für den schulischen Einsatz gibt es bislang nur wenige Angebote.
  • Besonders profitieren könnten von KI-Systemen Schülerinnen und Schüler mit Förderbedarf, weil die Programme differenzierte Unterstützungsangebote geben können.
  • Auch bei Klausuren kann KI-Software ein wichtiges Hilfsmittel sein. Entsprechende Software erkennt nicht nur Fehler, sondern auch Fehlermuster.
  • Es sollte mehr Raum zum Experimentieren mit KI in der Schule geben, möglicherweise in speziellen KI-Innovationsschulen.
  • Künstliche Intelligenz sollte in Bildungspläne einfließen, und Lehrkräfte sollten in der Aus- und Weiterbildung für den Umgang mit KI-Technologien befähigt werden.