Computational Empowerment Lab

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Thomas Schobesberger

Entwickeln eines Leitfadens für Mathematiklehrkräfte zur Erstellung differenzierter und verständlicher Textaufgaben mithilfe von generativer KI, um den Unterricht inklusiver und an die Lebenswelten der Schüler:innen angepasst zu gestalten.

Konzept und Ziel des Projekts

Die gewählte Rolle der künstlichen Intelligenz ist jene zur Unterrichtsgestaltung, da in unserer Gruppe die nur aus Mathematik-Lehrkräften besteht, die Problematik vorherrscht, dass es äußerst kompliziert sein kann differenzierte Aufgaben zu stellen und so auch Rücksicht auf unterschiedliche Bildungsherkünfte nehmen zu können. Ein Nebeneffekt könnte hier auch sein, das die KI an bestimmten Stellen im Unterricht auch thematisiert werden kann, jedoch bilden die allgemein bekannten generativen KI’s leider nicht jenen mathematischen Support, wie ihn sich die Schüler:innen wünschen.

Ziel dieser Arbeit ist somit eine diverse Unterrichtsgestaltung in Bezug auf die gewählten Themen bei Textaufgaben, die im besten Fall auch an die Lebenswelten der Schüler:innen knüpfen sollte, sowie eine Unterstützung bei der Erstellung von Aufgaben für Mitarbeitsüberprüfungen und Schularbeiten. Diese Hilfe durch KI soll dazu beitragen, dass mehr Arbeitszeit der Mathematiklehrkraft für die Unterstützung der Schüler:innen bei Schwierigkeiten mit diversen Themen und Aufgaben bleibt.

Im Rahmen der Arbeit ist vorwiegend generative künstliche Intelligenz (GKI) verwendet worden, im speziellen der Microsoft Copilot, um anhand bestehender Textaufgaben neue zu erstellen. (differenzierte, leichter verständlichere Textaufgaben für Schularbeiten und Wiederholungen)

Es gibt einige Best Practise – Beispiele, an denen sich die Lehrkräfte orientieren können und lernen bessere Aufgaben zu schreiben. Ebenfalls kann es im speziellen in Hinblick auf die Sek I das Ziel sein, die Aufgaben in einfacher Sprache zu verfassen, da der Wortschatz dieser Schüler:innen noch nicht so umfangreich ist.

Herausforderungen dieses Anliegens sind die immer größer werdenden Schwierigkeiten von Schüler:innen im Umgang mit Text- und innermathematischen Aufgaben, bei denen es den Schüler:innen schwer fällt herauszufinden was sie machen müssen. Mithilfe von KI können die Schüler:innen lernen wie sie diese Aufgaben angehen, sowie Lehrkräfte Tipps und Hilfe bei der Erstellung dieser Aufgaben erhalten, damit Schüler:innen die oftmals bereits Angst vor dem Unterrichtsfach haben, selbstbewusster an die Aufgaben gehen können.

Wie bereits zuvor die möglichen KI-Tools vorgestellt wurden, macht es hier vornehmlich Sinn mit GKIs zu arbeiten, im speziellen der Microsoft Copilot. Es könnte im Rahmen der Ausarbeitungen aber auch möglich sein die Optionen von Photomath mitanzuwenden, damit die zeitlichen Ressourcen der Lehrkräfte geschont werden können.

Beide KI-Tools ergänzen sich durch ihre Stärken und könnten eventuelle Schwächen der jeweils anderen gut abfedern und so ein gutes Paket zur Unterrichtsgestaltung für Mathematiker:innen werden.

Allgemeine Rahmenbedingungen

Der fachliche Rahmen unseres Projektes bezieht sich auf den gesamten Mathematikunterricht in allen Schulstufen, sofern Textaufgaben vorhanden sind. Lehrpersonen benötigen einen Computer mit Internetzugriff, sowie ein aufrechtes Dienstverhältnis, um Zugriff auf das Geschäftskonto von Microsoft CoPilot zu haben. Ein Drucker zum Austeilen der Arbeitsblätter ist von Vorteil, eine Präsentation mittels Projektor ist auch möglich. Die Schüler:innen benötigen kein spezifisches Vorwissen oder andere Ressourcen.

Vorwissen im Umgang mit GKI ist praktisch, aber nicht verpflichtend, da die vorgestellten Beispiele leicht auf die individuellen Bedürfnisse angepasst werden können sollten.

Allgemeine Informationen

Lehrveranstaltung

SE Gestaltung inklusiver Bildungsprozesse – Spielerisch inklusive digitale Bildung gestalten

Semester

Wintersemester 2024/25

Lehrender

Mag. Dr. Elisabeth Anna Günther

Projektbeteiligten

Thomas Schobesberger, Bernhard Mühlbacher, Dino Mesanovic, Florian Kunrath

Datenschutz

Der Beitrag wurde zur Veröffentlichung freigegeben:  JA

Die Multimedialeninhalte (Fotos, Videos,…) dürfen ohne weiterer Rückfrage und MIT Namensnennung für nicht kommerzielle Zwecke durch den Arbeitsbereich Digitalisierung im Bildungsbereich weiterverwendet werden.

JA

Die Multimedialeninhalte (Fotos, Videos,…) dürfen ohne weiterer Rückfrage und OHNE Namensnennung für nicht kommerzielle Zwecke durch den Arbeitsbereich Digitalisierung im Bildungsbereich weiterverwendet werden.

JA

Anleitung

Um Aufgaben/Arbeitsblätter/Schularbeiten mit Copilot zu erstellen, sollte man mit einem möglichst präzisen Prompt beginnen, der folgende Punkte enthält:

Stelle klar, dass es aus der Sicht einer Lehrperson zu erstellen ist. (Beschreibe deinen Hintergrund sowie deine Absichten)Rahmenbedingungen: Schulstufe, Schulart, Standort (hier ist wichtig darauf zu achten Österreich anzugeben)Voraussetzungen: Aktuelles Thema, Wissensstand, Ziel der Aufgaben, Art der Aufgaben, Schwierigkeitsstufen, bestandene KompetenzenKontextangaben: Für Schüler*innen interessante Themen (Anwendungen aus Natur, Technik, etc.)Formatierung: Länge der Aufgaben, Anzahl der AufgabenErklärung von schwierigen Begriffen (mit Fokus auf bekannte Schwachstellen)(Lösungen)

Wenn der Prompt all diese Punkte enthält, ist das jedoch keine Garantie für eine vollständige und korrekte Ausgabe. Die Ausgabe muss von der Lehrperson kontrolliert und gegebenenfalls nachgebessert werden. Auch kann durch weitere Eingaben an Copilot die Ausgabe optimiert werden. Außerdem können auch nur einzelne Teile der Ausgabe übernommen werden.

Weiters sollte berücksichtigt werden, dass die selben Eingaben aufgrund der raschen Weiterentwicklung von GKIs auch unterschiedliche Ergebnisse liefern können. Ebenfalls ist es möglich, dass die Funktionen stark erweitert werden und bald weitere Möglichkeiten. (Erstellung von Graphen, Lösung mathematischer Aufgaben, etc.) bald weiter intergriert und genutzt werden können.

Anwendungsbeispiele

Hier folgen diverse Anwendungen für folgenden Themen/Schulstufenbereich:

Anwendungen zur sRDP

Fokus zur Anwendung im sRDP-Bereich ist, dass man Aufgaben für heterogene Schüler:innengruppen einerseits vereinfacht und somit auch sprachliche Hürden aufweichen kann. Zweiter Anwendungsbereich ist die Erstellung neuer sRDP-Aufgaben zu interessanten Themen für Schüler:innen, um so auch ihre eigenen Interessen mehr in den Unterrichtsalltag einzugliedern.

sRDP_in_einfacher_Sprache.pdf

sRDP_Aufgabenerstellung.pdf

Üben vom Bruchrechnen (2.Klasse)

Im folgenden Anwendungsbeispiel ist zu sehen, wie Arbeitsblätter zum Üben des Themas “Rationale Zahlen und rechnen mit Brüchen” in einfacher Sprache mit CoPilot erstellt werden können. Die Rahmenbedingungen (Schulstufe, Stoffgebiet, Schwerpunkte, …) können im Megaprompt leicht an andere Themengebiete angepasst werden.

AB_Brüche.pdf

Die erstellten Beispiele sind qualitativ sehr unterschiedlich. Als Lehrkraft müssen die ausgegebenen Arbeitsblätter im Nachhinein weiter überarbeitet werden. Hier können zum einen die Aufgabenstellungen direkt durch weitere Prompts abgeändert werden. Zum anderen können auch nur Teile der Arbeitsblätter zum Üben übernommen werden.

Weiters ist anzumerken, dass der Unterschied von “normaler” und einfacher Sprache manchmal sehr gering ausfällt, da die Aufgabenstellung oft aus Operatoren mit etwas Kontext zusammengesetzt ist. 

Dezimalzahlen (1. Klasse)

In diesem Anwendungsszenario werden zwei Arbeitsblätter erstellt, welche dazu dienen, Rechnungen mit Dezimalzahlen in Textbeispielen durchzuführen. Im Mega-Prompt wird die Rolle der KI in diesem Szenario beschrieben, der Wissensstand der Schüler*innen, Formatvorgaben und Änderungen auf einem der beiden Arbeitsblätter für Schüler*innen, die eventuell Probleme mit deutschen Wörtern und ihren Bedeutungen haben könnten, vorzunehmen sind. Die Ergebnisse mit Mega-Prompts nicht ideal, durch weitere Anweisungen können diese aber in der Zukunft hoffentlich verbessert werden. Die regelmäßige Anwendung führt wahrscheinlich zu besseren Ergebnissen.

AB_Dezimalzahlen.pdf

Prozentrechnung (3. Klasse)

In diesem Beispiel werden zwei Arbeitsblätter erstellt, die dazu dienen, Grundwert, Prozentsatz und Prozentanteil in verschiedenen Textaufgaben zu identifizieren und zu berechnen. Im Mega-Prompt wird die Rolle der KI in diesem Szenario beschrieben, der Wissensstand der Schüler*innen, Formatvorgaben und welche Änderungen am Arbeitsblatt für die Version für Schüler*innen, die eventuell Probleme mit den Angaben haben könnten, vorzunehmen sind. Die Ergebnisse sind meist auch mit Mega-Prompts nicht ideal, durch weitere Anweisungen können diese aber verbessert werden.

AB_Prozent.pdf

MS CoPilot ermöglicht sehr intuitives Arbeiten. Vor allem Lehrkräfte, die bereits mit KI gearbeitet haben, sollten damit keine Probleme haben. Die Prompt-Erstellung der Beispiele erfolgte in Einzelarbeit, um so möglichst viele verschiedene Eindrücke zu erhalten, wie in der kurzen Zeit möglich war. Ergebnis ist ein kurzer Leitfaden zum Mega-Prompting sowie einige Beispiele die Einsatzmöglichkeiten von MS Copilot aufzeigen.

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