Innovative Unterrichtsmaterialien mit KI
Die rasante Entwicklung Künstlicher Intelligenz verändert nicht nur die Wirtschaft, auch der Bildungssektor steht vor neuen Möglichkeiten und Herausforderungen. Im Rahmen des Innovationsnetzwerks KI.SH hat eine wegweisende Machbarkeitsstudie zwischen dem Unternehmen Astep Ahead UG und KI.SH gezeigt, wie generative KI und Large-Language-Models (LLMs) die Unterrichtsvorbereitung für Lehrkräfte unterstützten können. Die Ergebnisse der Machbarkeitsstudie konnten für die Weiterentwicklung des fertigen Produkts „TeachPie“ genutzt werden.
Large Language Models
Large Language Models (LLMs) sind KI-Sprachmodelle, die auf riesigen Textdatensätzen trainiert werden und dadurch menschliche Sprache verstehen sowie selbst Texte erzeugen können.
Sie basieren überwiegend auf der Transformer-Architektur und verfügen über Milliarden von Parametern, mit denen sie Muster in Wörtern und Sätzen erkennen.
Herausforderung: Heterogene Lernbedürfnisse und begrenzte Zeit
Der Alltag von Lehrkräften ist geprägt von einer doppelten Belastung: Neben der Vermittlung von Lerninhalten müssen zahlreiche administrative Aufgaben bewältigt werden. Gleichzeitig werden Schulklassen immer vielfältiger, weil die Schüler*innen mit unterschiedlichen Vorkenntnissen, Fähigkeiten und Lernstilen in die Klassenzimmer kommen. Die Folge: Individualisierte und adaptive Materialien sind gefragt, stoßen jedoch bei der herkömmlichen Erstellung schnell an zeitliche Grenzen.
Die Lösung: Automatisierte Materialerstellung durch generative KI
Hier setzt die Idee der Machbarkeitsstudie an. KI-gestützte Systeme sollen Lehrkräften die Möglichkeit geben, vollwertige und individuell zugeschnittene Unterrichtsmaterialien durch einfache Texteingabe zu erstellen. Egal ob Multiple-Choice-Aufgaben, Lückentexte, Diskussionsfragen oder kreative Illustrationen: die KI verarbeitet die Eingaben und generiert dynamische Materialien in modernen Dateiformaten wie HTML oder Markdown. So entstehen didaktisch sinnvolle und visuell ansprechende Arbeitsblätter, die direkt im Unterricht eingesetzt werden können.
Besonderes Augenmerk lag bei der Machbarkeitsstudie auf der Auswertung verschiedener Ausgabeformate. Während SVG-Grafiken für bildgestützte Aufgaben getestet wurden, erwies sich HTML als besonders geeignet, da es eine flexible, strukturierte und präzise Platzierung von Inhalten ermöglicht. Mit einer Rasterung im DIN-A4-Format lassen sich beispielsweise Arbeitsblätter punktgenau anfertigen und gestalten – ein echter Mehrwert für die Praxis.
Praktische Umsetzung und Ausblick
Lasse Bremer von KI.SH prüfte die Funktionen der Basismodelle und testete die Nutzung von KI zur Generierung von Icons, Grafiken und verschiedensten Materialstrukturen. Die Ergebnisse sind vielversprechend. Bereits jetzt können Arbeitsblätter für unterschiedliche Lernniveaus und -stile auf Knopfdruck erstellt werden. Für eine noch höhere Qualität empfehlen unsere Wissenschaftler das gezielte Finetuning spezialisierter Modelle, sodass künftig noch individuellere und passgenauere Unterrichtsmaterialien entstehen können.
Die Ergebnisse fließen direkt in die Weiterentwicklung von TeachPie ein, das System für die automatisierte Unterrichtsplanung soll kontinuierlich verbessert werden.
Auch das Unternehmen ist überzeugt. Daniel Wohlert, Gründer und Geschäftsführer der Astep Ahead UG, betont: Das Team vom Zukunftslabor Generative KI bei KI.SH war für uns eine große Unterstützung bei der Recherche und dem Testing für die erweiterte LLM-gestützte Unterrichtsplanung von TeachPie.
Die Zusammenarbeit zeigt eindrucksvoll, wie innovative KI-Lösungen die Herausforderungen des Schulalltags adressieren und Lehrkräfte nachhaltig unterstützen können.
Nach der Machbarkeitsstudie
Zum Ende des Jahres 2024 wurde „TeachPie“ mit dem Digitalisierungspreis Schleswig-Holstein, in der Kategorie Bildung ausgezeichnet. Seitdem hat das Team der Astep Ahead UG deutliche Fortschritte hinsichtlich der Material- und Arbeitsblatterstellung für den Unterricht gemacht, welche auf den Ergebnissen der Machbarkeitsstudie aufbauen. Der gezielte Einsatz von HTML-Formaten für einzelne kleinere Komponenten, aus denen sich ein Material zusammensetzt, brachte den Erfolg. Auf diese Weise entstehen Arbeitsblätter, die weit über das einfache textbasierte Arbeitsblatt hinausgehen. TeachPie beinhaltet einen umfangreichen Material- und Arbeitsblatteditor mit KI-Funktionen für effiziente und hochwertige Ausgestaltung.
