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Professor Jochen Kuhn und Carina Heisel arbeiten an HyperMind, einem digitalen Schulbuch.

Eine Nasenlänge voraus

In Kaiserslautern wird mit künstlicher Intelligenz an der Zukunft des Unterrichtens geforscht.

Kann ein Lehrer seinen Schülern an der Nasenspitze ansehen, ob sie den Unterrichtsstoff verstanden haben? Carina Heisel (Foto oben) arbeitet daran, dass genau das bald Realität wird. Die promovierte Physikerin sitzt am Schreibtisch und beobachtet auf ihrem Tablet, wie der Proband im Nebenraum eine Aufgabe am Rechner bearbeitet. Allerdings fängt keine normale Kamera den jungen Mann dabei ein; auf Carina Heisels Display strahlen die Haare der Testperson gelb, das Gesicht in Rottönen, der Oberkörper grünlich-blau. Ein Wärmebild. „Er scheint bisher keine Schwierigkeiten zu haben“, stellt Heisel zufrieden fest. Wäre es anders, sie könnte es tatsächlich an seiner Nase erkennen. Deren Temperatur sinkt nämlich mit zunehmender geistiger Anstrengung, während die der Stirn steigt. Entsprechend ändern sich auch die Farben des Wärmebildes. „Als Lehrerin wüsste ich dann, dass der Schüler wahrscheinlich eine Hilfestellung braucht“, erklärt Heisel.

Die Wärmebildkamera ist nur eine der Funktionen von HyperMind, einem digitalen Physikschulbuch, das derzeit von der Technischen Universität Kaiserslautern zusammen mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz entwickelt wird. Das System passt sich dem Schüler individuell an und unterstützt ihn so beim Lernen – und die Lehrkraft beim Unterrichten. Dazu sind in HyperMind die verschiedensten Sensoren verbaut: Per Infrarot wertet es beispielsweise die Blickbewegungen der Schüler aus und erkennt, an welcher Stelle deren Lesefluss stockt – ein Hinweis auf ein Verständnisproblem. Das System blendet dann zur Unterstützung automatisch Schaubilder oder ein Erklärvideo ein. Ein smartes Armband misst zudem den Puls des Lernenden. Über Sensoren im Sitzkissen wird dem Lehrer sogar gemeldet, wenn der Schüler zu unruhig auf seinem Stuhl hin und her rutscht.

Dass HyperMind ausgerechnet in Kaiserslautern entwickelt wird, ist kein Zufall. Die Universität nimmt national wie international eine Vorreiterrolle bei der Gestaltung des digitalen Wandels in der Bildung ein. Und sie richtet den Fokus insbesondere darauf, die Lehrkräfte fit für den Unterricht von morgen zu machen. Gebündelt sind sämtliche Maßnahmen im fächerübergreifenden Projekt „Unified Education“ (U.EDU). „Unser Ziel ist es, angehenden und praktizierenden Lehrkräften zu verdeutlichen, wie das Digitale einen Mehrwert für ihren Unterricht schaffen kann“, sagt der Physikdidaktiker Jochen Kuhn (Foto oben), der U.EDU wissenschaftlich leitet. Dazu gehöre aber auch, die Sorgen der Pädagogen ernst zu nehmen. „Schließlich ändert sich deren Rolle im Klassenzimmer künftig massiv.“

Eine Studentin arbeitet mit dem digitalen Physik-Schulbuch.
Physik – ganz smart: Das digitale Physik-Schulbuch HyperMind passt sich dem Lernstand der Schüler an.

Vom Wissensvermittler zum datengestützten Lernbegleiter – so lässt sich dieser Rollenwandel vielleicht am besten beschreiben. Wobei, wenn es nach Kuhn geht, das letzte Wort auch weiterhin der Lehrer und nicht die Technik haben soll. „Systeme wie HyperMind liefern ihm zwar Informationen über die Lernprozesse seiner Schülerinnen und Schüler. Aber die pädagogische Entscheidung, wie er darauf reagiert, muss letztlich er allein treffen“, erklärt der Professor. Dazu braucht es spezielle Kompetenzen – und viel Übung. Aus diesem Grund wird im Projekt U.EDU nicht nur an technologischen Innovationen wie dem smarten Schulbuch geforscht. Es entstehen genauso neue Konzepte für die Aus- und Weiterbildung von Lehrkräften. Daran mangelt es nämlich in Deutschland nach wie vor. Auch deshalb, so legen es Studien nahe, ist die Neigung von Pädagogen, digitale Medien im Schulunterricht zu verwenden, bislang geringer als anderswo.

In Kaiserslautern wollen sie das nun nachhaltig ändern. Mit HyperMind. Und mit Augmented-Reality-Anwendungen, die künftig das Experimentieren im Physikunterricht unterstützen sollen. Beide Technologien stecken derzeit in der Erprobungsphase. Die Schüler werden sie begeistert annehmen, so viel ist sicher. „Genauso wichtig ist aber, dass wir die Lehrerinnen und Lehrer mitnehmen“, sagt Jochen Kuhn. „Denn was nützt die schönste Technik, wenn es niemanden gibt, der sie im Klassenzimmer einsetzt?“

 

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Neue Denkfabrik
Die Technische Universität Kaiserslautern ist eine von fünf Universitäten, die seit Herbst 2018 im Stiftungsprojekt „Die Zukunft des MINT-Lernens“ gemeinsam digitale Konzepte für guten MINT-Unterricht erarbeiten und in die Lehrerbildung implementieren wollen. Erste Ergebnisse sollen 2020 vorliegen.

 

Diese und viele weitere spannende Geschichten über die Zukunft der Bildung lesen Sie in der aktuellen Ausgabe unseres Stiftungsmagazins "sonar".

Autor: Daniel Schwitzer
Foto: Daniel Schreiber