Individualisiertes Lernen mit KI
Ein Beitrag von Greta Lührs
Wer berufsbegleitend studiert, steht ganz besonders vor der Herausforderung, Lernzeiten in den Alltag mit Vollzeitjob zu integrieren. In dem von uns geförderten Projekt AI@ProSuccess am Campus für Weiterbildung der Technischen Hochschule Ingolstadt (THI) werden deshalb mit sogenannten „Learning Nuggets“ individualisierte Lernformate entwickelt, die das selbstständige Lernen unterstützen sollen. „Gerade berufsbegleitend Studierende benötigen flexible und effiziente Lernformate“, erzählt Andrea Zott, Referentin für digitale Lehre und Projektkoordinatorin. Eine niedrigschwellige, zeit- und ortsunabhängige Nutzbarkeit der Lerneinheiten war dem Projektteam besonders wichtig.
Interaktive Mikrolerneinheiten
Learning Nuggets sind kurze digitale Lerneinheiten, die auf Vorlesungsskripten basieren. Sie sind als ergänzende Übungseinheiten zu den Vorlesungen gedacht. Die Learning Nuggets sind interaktiv aufbereitet und funktionieren über ein KI-System: Je nachdem, was Studierende bei der Bearbeitung der Aufgaben angeben, empfiehlt die KI nachfolgende Aufgaben. So entstehen individualisierte Lernpfade, die auf den Lernstand der lernenden Person zugeschnitten sind. „Ein großer Vorteil der Mikrolerneinheiten ist, dass Studierende dort gezielt nachsteuern können, wo es nötig ist. Das ist in einer Vorlesung so nicht möglich“, sagt Zott.
„Die Lerneinheiten sind leichter zu verstehen als das Skript. Vorlesungsskripte sind sehr dicht, sehr textlastig, sehr komplex. Die Learning Nuggets brechen das auf“, erklärt Sebastian Vauth, Wissenschaftlicher Mitarbeiter und im Projekt zuständig für die Erstellung der Learning Nuggets. In den Lerneinheiten stehen verschiedene Formate zur Verfügung, es gibt Theorielektionen, in denen die Studierenden vorrangig lesen und zwischendrin immer wieder Fragen zum Stoff beantworten müssen. Außerdem tauchen kleine Quizzes, Podcasts, Videos und aktive Übungen auf, in denen das Gelernte angewendet werden muss. „Die Studierenden sollen immer wieder aktiviert werden, über den Stoff zu reflektieren, um das Wissen zu verfestigen. Dazu soll es auch ein bisschen Spaß machen. Man soll Lust auf die nächste Einheit bekommen,“ so Vauth. Über ein Dashboard können die Studierenden ihren Lernfortschritt einsehen und sich einen Überblick über die Lektionen verschaffen.
KI extrahiert Lernziele
Die Lerneinheiten werden auf Basis des Vorlesungsskriptes durch KI generiert. Vauth erklärt: „Wir laden ein Skript hoch oder auch eine Audioaufnahme der Vorlesung und die KI extrahiert daraus erst einzelne Kapitel und Lernziele. Daraus entstehen dann die Learning Nuggets, die das Lernziel bedienen.“ Zur technischen Umsetzung hat sich das Projekt selbst eine Plattform gebaut, in der die einzelnen KI-Workflows aneinandergekoppelt sind. Vauth zufolge ist das Fehlerrisiko bei der Generierung der Learning Nuggets gering, vor allem, weil die Datengrundlage auf Basis der Skripte sehr gut sei. Dennoch werden die Lerneinheiten am Ende noch einmal durch die Lehrperson überprüft.
Obwohl das Projekt vorrangig das Lernerlebnis von berufsbegleitend Studierenden verbessern soll, ist die Art des Lernens durch interaktive Mikrolerneinheiten auch für grundständig Studierende attraktiv, meint Zott. Des Weiteren hat sich im Laufe des Projektes gezeigt, dass die Arbeit mit den Learning Nuggets auch für Lehrende einen hohen Mehrwert bietet: „Lehrende können mit dem Verfahren schnell und einfach Zusatzmaterial für ihre Lehrveranstaltungen generieren“, so Zott. Perspektivisch sollen auch andere Lehrende der Hochschule diese Technik für sich nutzen können.
Zur Person
Andrea Zott
Referentin für digitale Lehre, Projektkoordinatorin AI@ProSuccess
Zur Person
Sebastian Vauth
Wissenschaftlicher Mitarbeiter AI@ProSuccess
Die Projekte
AI@ProSuccess an der Technischen Hochschule Ingolstadt und ViRTu an der Hochschule Coburg werden von uns im Rahmen von „Freiraum 2023“ gefördert.
Virtuelles Tutoring
Auch das Projekt ViRTu an der Hochschule Coburg befasst sich mit der Frage, wie KI das individuelle Lernen unterstützen kann. „Wir wissen aus der Forschung, dass Studierende besser lernen, wenn sie von Tutor:innen begleitet werden“, sagt Dr. María Alejandra Quirós Ramírez, Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Projekt. Da das Hochschulpersonal nicht ausreicht, um allen Studierenden ein 1-zu-1-Mentoring anzubieten, wird bei ViRTu der Einsatz von KI-Agenten erprobt, um die Studierenden individuell beim Lernen zu unterstützen.
„Unser Ziel war es herauszufinden, ob die Studierenden von virtuellem Tutoring profitieren und ob es einen Unterschied macht, ob sie mit einem Chatbot interagieren oder mit einem virtuellen Avatar“, erklärt Prof. Dr. Stephan Streuber, Projektleiter bei ViRTu und Leiter des Labors „Social Environments and Social Cognition“ an der Hochschule Coburg. Die virtuellen Tutoren sind so gestaltet, dass sie ausschließlich über das jeweilige Fachthema sprechen und simulieren eine individuelle Lernbetreuung. Studierende können intuitiv mit den KI-Agenten interagieren, Fragen stellen, Inhalte wiederholen oder sich abfragen lassen.
KI-Agent erleichtert das Lernen
Das Projektteam führte mehrere Studien zur Nutzbarkeit der virtuellen Tutoren durch Studierende durch. In einem Versuch wurde die Wirksamkeit der digitalen Unterstützung untersucht: Eine Testgruppe lernte mit einem rein schriftlichen Chatbot, eine andere mit einem verkörperten Avatar wie in einem Videocall und eine dritte mit einem Avatar in einer virtuellen Umgebung mittels VR-Brille. Die Testgruppe bestand aus Informatikstudierenden, die fachfremden Stoff (Biologie) lernen sollten. Erst lernten alle klassisch aus dem Buch und einige Zeit später erfolgten die digitalen Tutorien. Das Ergebnis: Alle drei virtuellen Lernhilfen brachten einen zusätzlichen Lerneffekt. Die Lernerfahrung wurde positiv bewertet und der Stoff wurde zudem als leichter zu lernen empfunden als mit dem Buch.
Bei der Frage, welche Form des virtuellen Tutorings am besten bei den Studierenden ankam, stellten die Forschenden Korrelationen zwischen der Persönlichkeit der Studierenden – welche anhand der „Big Five“ schematisiert miterhoben wurde – und der bevorzugten Lernhilfe fest: „Je offener und verträglicher die Testperson ist, desto mehr tendiert sie zu dem verkörperten Tutor“, so Quirós Ramírez. Der verkörperte Tutor kommt also nicht immer besser an – einige Studierende bevorzugen den textbasierten Bot. Personen, die weniger offen und verträglich sind, arbeiten lieber mit dem schriftlichen Tutor. „Es lässt sich anhand der Persönlichkeit relativ gut hervorsagen, welchen KI-Agenten jemand präferiert“, so Streuber.
Zur Person
Prof. Dr. Stephan Streuber
Professor für Usability Engineering and Interaction Desing in Visual Computing, Projektleiter ViRTu
Zur Person
Dr. María Alejandra Quirós Ramírez
Wissenschaftliche Mitarbeiterin ViRTu
Kulturelle Unterschiede?
Streuber und Quirós Ramírez sehen in diesem Feld noch sehr viel Potential für folgende Forschung. Einerseits wäre es spannend, zu untersuchen, wie Studierende anderer Fächer auf die verschiedenen Tutoren reagieren. Die Gruppe aus Informatikstudierenden sei nicht für alle Studierenden repräsentativ. Und andererseits könnten sich auch im Vergleich mit anderen Kulturen Unterschiede zeigen. „Einige Studierende haben die Rückmeldung gegeben, der Tutor sei zu freundlich. Das fand ich etwas lustig. Wir planen, das Experiment an einer Hochschule in Costa Rica zu wiederholen und ich denke, dort wird sich ein anderes Ergebnis zeigen“, meint Quirós Ramírez. Aktuell läuft noch eine Studie, die untersucht, wie die Studierenden die Nutzbarkeit der KI-Tutoren in der Lehrveranstaltung bewerten.
Die virtuellen KI-Tutoren stehen den Studierenden der Hochschule Coburg bereits zur Verfügung. Streuber und Quirós Ramírez werden außerdem Richtlinien für Lehrende veröffentlichen, die virtuelle Tutoren für ihre Lehre adaptieren und den Studierenden anbieten möchten. „Die Zusammenarbeit mit KI-Agenten wird in allen Fachbereichen Normalität werden“, so Streuber.
Sowohl AI@ProSuccess als auch ViRTu zeigen Wege auf, wie KI Studierende beim Lernen individuell unterstützen kann. Die Technik erlaubt in beiden Projekten eine vertiefende Auseinandersetzung mit dem Lernstoff, die auf den individuellen Lernstand zugeschnitten ist und die sich leichter anfühlt als klassische Lernmethoden. Dabei geht es beiden Projekten nicht darum, die Lehrperson zu ersetzen, sondern vielmehr darum, personelle Engpässe abzufedern. „KI kann dabei helfen, dass das Lernen leichter von der Hand geht“, meint Sebastian Vauth, „aber die Richtung vorgeben müssen weiterhin die Lehrenden.“
Zur Autorin
Greta Lührs
Kommunikationsmanagerin
Greta Lührs ist Kommunikationsmanagerin der Stiftung Innovation in der Hochschullehre.