Kognitive Aktivierung im adaptiven Unterricht mit KI-gestützten Lehr-Lern-Systemen

• Antragsteller: Dr. Daniel Then
• Fachliche Zuordnung: Allgemeines und fachbezogenes Lehren und Lernen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 579379340

Kognitive Aktivierung ist eine zentrale Qualitätsdimension im Mathematikunterricht: Prozesse zur kognitiven Aktivierung gelten als Schlüssel, um SchülerInnen zur vertieften Verarbeitung eines Lerngegenstandes anzuregen. Von Bedeutung ist dabei, dass die individuellen Lernvoraussetzungen der SchülerInnen adressiert und Unterrichtsprozesse adaptiv gestaltet werden. Die adaptive Gestaltung des Unterrichts stellt Lehrkräfte jedoch vor Herausforderungen. An dieser Stelle wird KI-gestützten Lehr-Lern-Systemen Potenzial zugeschrieben, v.a. intelligenten tutoriellen Systemen (ITS), die SchülerInnen adaptiv Feedback im Lernprozess geben. Gleichzeitig ist nachgewiesen, dass die Arbeit mit ITS nicht grundsätzlich lernförderlich ist. Entscheidend ist vielmehr, wie das System in den Unterricht eingebunden wird. In den Fokus rücken somit die Interaktionen zwischen der Lehrkraft und den SchülerInnen, in der Prozesse zur kognitiven Aktivierung stattfinden können. Wie solche Prozesse zur kognitiven Aktivierung speziell im Unterricht mit ITS aussehen, ist bislang aber ungeklärt. Hier setzt das vorliegende Projekt an. Das Ziel ist es, Prozesse zur individuellen kognitiven Aktivierung der SchülerInnen im adaptiven, ITS-gestützten Mathematikunterricht der Grundschule zu identifizieren. Das Augenmerk gilt Prozessen zur kognitiven Aktivierung in einer Unterrichtsstunde zum Bruchrechnen, da der Erwerb von Kompetenzen zum Bruchrechnen in der Grundschule mathematische Einsichten ermöglicht, die für die weitere mathematische Entwicklung der SchülerInnen elementar sind. Das Projekt ist explorativ angelegt und nutzt ein qualitatives Forschungsdesign. So wird eine Mathematikstunde in der vierten Jahrgangsstufe videografiert, in der die SchülerInnen (n=ca. 20) in Einzelarbeit mit einem ITS (bettermarks) arbeiten und die Lehrkraft (n=1) diesen Prozess begleitet. Das Augenmerk liegt auf Prozessen zur kognitiven Aktivierung in den Interaktionen zwischen Lehrkraft und SchülerIn während der Arbeit mit dem ITS. Für das Projekt wird das Verfahren des Purposive Sampling genutzt. Die Stichprobe wird folglich so ausgewählt, dass spezifische Fälle darin vertreten sind. So ist angedacht, den Unterricht einer Lehrkraft mit Kompetenzen zur kognitiv aktivierenden Unterrichtsgestaltung zu videografieren („best-practice“-Beispiel). Dies soll die Wahrscheinlichkeit maximieren, einen tatsächlich kognitiv aktivierenden Unterricht beobachten und auf dieser Grundlage herausarbeiten zu können, wie sich die Besonderheiten eines ITS-gestützten Unterrichts in Prozessen zur kognitiven Aktivierung niederschlagen. Zur Datenauswertung werden Verfahren der qualitativen Inhaltsanalyse genutzt. Das Projekt soll Einblicke bieten, wie kognitiv aktivierende Prozesse im Mathematikunterricht mit einem adaptiven, KI-gestützten Lehr-Lern-System (ITS) gestaltet sein können. Auf dieser Grundlage soll es möglich werden, Implikationen für eine kognitiv aktivierende Unterrichtsgestaltung im Unterricht mit ITS abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeberin: Professorin Dr. Anna-Katharina Praetorius