Lehr- und Lernumgebungen

Arbeitsgruppe Sprache und KI in der Bildung

Laufzeit 11/2025 - 10/2028

Jedes vierte Kind in Deutschland erreicht am Ende der Grundschule nicht die Mindeststandards im Lesen (IGLU 2021). Diese Kinder können nicht gut genug lesen, um sich Wissen anzueignen – eine dramatische Einschränkung, da Bildung entscheidend von dieser Fähigkeit abhängt. Außerdem gibt es erhebliche Unterschiede zwischen den Kindern, was für Lehrer eine große Herausforderung darstellt. Der soziale Status hat einen starken Einfluss, sodass das Thema auch eng mit der Bildungsgerechtigkeit verbunden ist. Zwar wurden Maßnahmen entwickelt, um diesen Herausforderungen zu begegnen, doch ihre Umsetzung stellt hohe Anforderungen an die Pädagoginnen und Pädagogen, und eine Ausweitung ist aufgrund des dafür erforderlichen Personalaufwands nicht realisierbar.

Arbeitsgruppe Realitätsnahe Darstellungen

Laufzeit 04/2025 - 03/2028

In Bezug auf das Vermitteln und Lernen von wissenschaftlichen Informationen ist im formellen und informellen Lernbereich in den vergangenen Jahren ein zunehmendes Bewusstsein dafür gewachsen, die Unsicherheiten mit denen wissenschaftliche Informationen grundsätzlich behaftet sind, an die Lernenden zu vermitteln. Dies wird besonders deutlich im Geschichtsunterricht, in dem der Konstrukt-Charakter von Geschichte vermittelt werden soll. Aber auch im Internet, wo wir es mit einem Informationsangebot zu tun haben, das durch eine große Vielfalt an mehr oder weniger fundierten wissenschaftlichen Informationen und eine Vielzahl an mehr oder weniger verlässlichen Informationsquellen geprägt ist, kommt dem Bedeutung zu. Um wissenschaftliche Informationen angemessen zu verstehen, sich an informierten Diskussionen zu beteiligen, sich eine Meinung zu bilden und Entscheidungen auf der Grundlage der gegebenen Informationen zu treffen, müssen die Art und der Grad der Unsicherheit der Informationen dargestellt, kognitiv verarbeitet und beim weiteren Vorgehen berücksichtigt werden. Es ist daher zunehmend wichtig zu verstehen, wie Menschen unsichere Informationen und Informationsquellen kognitiv verarbeiten und wie daraus im Zusammenspiel mit anderen Faktoren Wissen entsteht. Glaser et al. (2022) haben bereits ein theoretisches Modell zur kognitiven Verarbeitung unsicherer Informationen aufgestellt und empirisch überprüft: das IMPEUV-Modell. Im Projekt soll dieses Modell um weitere Einflussfaktoren ergänzt und empirisch untermauert werden. Diese sind: die Vertrauenswürdigkeit und Expertise der Informationsquelle, wissenschaftliche Begründungen der Unsicherheiten, die Kongruenz der Informationen mit Vorwissensstrukturen sowie epistemische Rezeptionsziele. Mit diesem Projekt soll zudem die Anschlussfähigkeit des IMPEUV-Modells an bestehende ähnliche Forschungsbereiche und seine Eignung für die Anwendung auf konkrete Lernsituationen verbessert werden.

Arbeitsgruppe Sprache und KI in der Bildung

Laufzeit 01/2025 - 05/2028

In der ersten Projektphase von ALEE haben wir uns der Herausforderung gestellt, eine adaptive KI-basierte Lernplattform für die individuelle Unterstützung im Wirtschaftsunterricht zu konzipieren und entwickeln. Wir haben eine prototypische Lernplattform für einen ausgewählten Themenbereich mit über 700 verschiedenen Aufgaben unterschiedlicher Komplexität erstellt und in einer Pilotstudie in der Bildungsrealität empirisch evaluiert. Auch nach 3 Jahren Projektlaufzeit steht die digitale Unterstützung des Lehrens und Lernens in Schulen, Hochschulen und anderen Bildungskontexten nachwievor ganz oben auf der politischen Agenda, da sie die großen Herausforderungen des Bildungssystems aufgrund der substanziellen Heterogenität der Lernenden konkret adressieren kann und neue Potenziale für Lehr-Lern-Prozesse auf allen Ebenen des Bildungssystems eröffnet (u.a. KMK 2021). Adaptive Lernsysteme sind ein wichtiger Baustein für eine erfolgreiche Digitalisierung in der Bildung. Digitale adaptive Lernplattformen ermöglichen eine Personalisierung des Lernens, die Lehrkräfte in der Praxis kaum leisten können. Sie können individuelle Lernpfade mit Aufgaben anbieten, die dem individuellen Leistungsstand entsprechen und so auch die Lehrpersonen bei der Gestaltung eines binnendifferenzierten Unterrichts unterstützen. Allerdings wurden solche Systeme bislang vor allem für mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer entwickelt, nicht für geistes- oder sozialwissenschaftliche. Wir haben begonnen, diese Lücke mit der Forschung und Entwicklung von Adaptivität an der Schnittstelle von MINT- und Gesellschaftswissenschaften zu adressieren, konkret in der ökonomischen Bildung. Eine Weiterentwicklung des Prototypen unserer Lernplattform in einer 2. Projektphase hin zu einem anwendbaren adaptiven KI-basierten System in der ökonomischen Bildung ist daher sehr vielversprechend und nötig, um das adaptive Lernen in der Schule in der großen Breite zu fördern. Der innovative Charakter dieses Forschungsprojekts liegt insbesondere in der interdisziplinären Zusammenarbeit und der speziellen Inhaltsdomäne, die weiterführende Anforderungen an das KI-System stellt. Daher verspricht das Forschungsprojekt einen Erkenntnisgewinn, der auf ähnliche Inhaltsdomänen übertragen werden kann und insgesamt weit über die geleistete Forschung hinaus in der Zukunft anwendbar ist.

Arbeitsgruppe Entwicklung und Adaptives Lernen - Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion

Laufzeit 10/2024 - offen

Das Lernen in dreidimensionalen, virtuellen Realitäten (z. B. virtuelle oder augmentierte Realität; VR, AR) gewinnt in Lehr-Lernkontexten wie beispielsweise der Schule zunehmend an Bedeutung. Noch ist jedoch wenig darüber bekannt, wie Lernende in diesen Umgebungen gezielt dabei unterstützt werden können, Lerninhalte effektiv zu verarbeiten. Das Projekt untersucht, ob die bewährte Lernstrategie des „Tracing“ – das Nachfahren von Formen mit dem Finger – auch in dreidimensionalen virtuellen Lernwelten Lernen befördern kann und welche Aspekte des Tracings dabei eine Rolle spielen.

Laufzeit 06/2024 - 06/2025

Research on multimedia testing showed beneficial effects of (adding) pictures in test items. This research, how-ever, mainly focused on the item stem. Effects of multimedia in the response options has scarcely been exam-ined. Using a concept inventory on ray optics, we will examine the effect of presentation formats in item re-sponse options. Eye movement data will provide insight into underlying mechanisms of such effects.

Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion

Laufzeit 01/2024 - offen

Im Kontext dieses Projekts wird ein kollaboratives Multi-Touch-Tisch-Spiel für Schule und Museumspädagogik entwickelt. Lernende navigieren dabei durch virtuelle Räume, indem sie GPT-erstellte Sätze oder Originalsätze eines Autors, z.B. Kafka, als „literarischen Fingerabdruck“ zum Vorankommen nutzen und dadurch etwas über den Schreibstil eines Autors lernen. Im Rahmen einer Dissertation wird untersucht, mit welchen Mitteln ein solches Spiel Neugier erzeugen kann und ob sich diese lernförderlich auswirkt. In einem ersten Schritt soll untersucht werden, inwieweit die Spielenden durch das Spiel sowohl explizites (deklaratives) als auch implizites Wissen über den literarischen Stil eines Autors erwerben. Ferner wird analysiert, ob und in welchem Maße das Spiel Neugier weckt – konkret, ob ein authentisches Interesse an den Lerninhalten geweckt wird oder ob diese lediglich als Mittel zum Zweck – dem Sieg im Spiel – dienen. Anschließende Studien werden untersuchen, durch welche spezifischen Merkmale oder Spielelemente – beispielsweise ein Narrativ oder die Option des Gruppenspiels gegenüber dem Solospiel – Neugier erzeugt oder intensiviert wird und welche Auswirkungen dies auf den Lernprozess hat. Die pädagogischen Inhalte des Spiels werden in Kooperation mit dem Zentrum für didaktische Computerspielforschung der PH Freiburg und dem Deutschen Literaturarchiv Marbach entwickelt.

Arbeitsgruppe Sprache und KI in der Bildung

Laufzeit 01/2024 - 12/2029

PostdocTEIFUN ist ein interdisziplinäres Postdoc-Kolleg zum Themenfeld Bildung und KI. Erforscht und praxistauglich gestaltet werden technologiegestützte Innovationen in fachspezifischen Unterrichtssettings. Extended-Reality- (XR) und Künstliche Intelligenz-Anwendungen (KI) durchdringen nahezu sämtliche Bereiche gesellschaftlichen Lebens. Wie sich Bildung und Unterricht dazu verhalten, wird intensiv diskutiert. Entsprechend hoch ist die aktuell zu beobachtende Dynamik: Forschungsarbeiten zum Verhältnis zwischen Schulbildung und den neuen XR- und KI-Technologien sind bereits vorhanden oder befinden sich im Entstehen. Nach wie vor ist der Forschungsstand jedoch nicht ausreichend genug, um evidente Aussagen darüber treffen zu können, wie technologiegestützte Innovationen bestmöglich zu einer tatsächlichen und nachhaltigen Verbesserung des fachspezifischen Unterrichts beitragen können. Genau dieser Frage widmet sich das kooperative Postdoc-Kolleg TEIFUN, das gemeinsam von der Professional School of Education Stuttgart-Ludwigsburg (PSE) und der Tübingen School of Education (TüSE) von 2024 bis 2029 durchgeführt wird.

Arbeitsgruppe Sprache und KI in der Bildung

Laufzeit 01/2024 - 12/2029

Es ist bekannt, dass das Hörverstehen für viele Sprachlernende eine große Herausforderung darstellt, da ihre Entwicklung einen intensiven Umgang mit der gesprochenen Sprache erfordert, die in vielerlei Hinsicht weniger zugänglich ist als die geschriebene Sprache. Authentische gesprochene Sprache liegt oft deutlich über dem Verständnisniveau der Lernenden und ist im Vergleich zur geschriebenen Sprache schwieriger zu adaptieren. Darüber hinaus sind sich die Lernenden (und oft auch die Lehrkräfte) der Bausteine eines erfolgreichen Hörverstehens kaum bewusst, z. B. der Fähigkeit, bestimmte phonemische Kontraste zu erkennen oder einen kontinuierlichen Sprachstrom in Wörter zu zerlegen. Wenn diese Fähigkeiten nicht gut entwickelt sind, wird dies zu einem Engpass bei der Anwendung von Top-down-Zuhörstrategien, wie z. B. der Nutzung von Kontextinformationen oder der Intonation des Sprechers, die sehr wichtig ist, um auf die Absichten und Einstellungen des Sprechers zu schließen. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass das erfolgreiche Hörverstehen weitgehend von den Wortschatzkenntnissen der Lernenden abhängt und vor allem von ihrer Fähigkeit, die ihnen bekannten Wörter in kontinuierlicher Sprache zu erkennen. Der Großteil des Vokabellernens findet jedoch im schriftlichen Modus statt, und selbst wenn die Aussprache von Wörtern gehört wird, werden die Wörter in der Regel isoliert präsentiert und sehr deutlich ausgesprochen.

Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion - Arbeitsgruppe Wissenskonstruktion

Laufzeit 01/2024 - 12/2026

Im WR-AI-TING werden Potenziale und Risiken Künstlicher Intelligenz (KI) in der kulturellen Bildung untersucht, und dabei exemplarisch auf KI unterstütze Szenarien kreativ literarischen Schreibens bei Jugendlichen in Schulen und Museen fokussiert. Zentral sind für das Projekt die Fragen, wie die sprachliche und ästhetisch-literarische Qualität von Werken, die mit und ohne KI produziert wurden, wahrgenommen werden, wie KI unser Verständnis von Kreativität und Autorschaft verändert, wie sie sinnvoll und ohne ethische Risiken in Bildungskontexte integriert werden kann. An diese Fragen wird mit qualitativer und quantitativer Forschungsansätzen aus der Psychologie, Computerlinguistik, Deutsch- und Schreibdidaktik, Literaturwissenschaft sowie Museumspädagogik herangegangen.

Arbeitsgruppe Sprache und KI in der Bildung

Laufzeit 12/2023 - 11/2026

Im Projekt WoLKE, das vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK) finanziert wird, werden KI-Methoden gezielt analysiert, um fachlich und didaktisch geeignete Lehr-Lernformate für den Einsatz im Lehramtsstudium zu entwickeln. Die zunehmende Verbreitung von KI in Bildung und Gesellschaft erfordert, dass Lehrkräfte nicht nur technische Kompetenzen, sondern auch ein tiefes Verständnis für die ethischen und didaktischen Implikationen von KI-Tools entwickeln. Ohne fundierte Schulung besteht die Gefahr, dass KI unreflektiert eingesetzt wird, was zu unvorhersehbaren Konsequenzen im Unterricht führen kann. Ziel des Projekts ist die Schaffung neuer, curricular verankerter Lehrveranstaltungen, die zukünftigen Lehrkräften die notwendigen Kenntnisse und Kompetenzen für den reflektierten Einsatz von KI-Tools im Sprach- und MINT-Unterricht vermitteln. Ein interdisziplinäres Team aus Computerlinguistik, Informatik und Fachdidaktiken, das in Zusammenarbeit mit den Pädagogischen Hochschulen Ludwigsburg (verantwortlich für die Sprachdidaktik) und Schwäbisch Gmünd (verantwortlich für die MINT-Didaktik) agiert, entwickelt diese Formate auf Basis internationaler Forschungsergebnisse. Im Fokus stehen dabei der Praxisbezug und das Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen von KI in der Bildung. Nach erfolgreicher Entwicklung sollen die Lehrveranstaltungen zunächst an den Verbundhochschulen implementiert werden. Im Anschluss ist eine breitere Dissemination der Ergebnisse geplant, um die Konzepte durch Multiplikationsveranstaltungen auch an andere Hochschulen zu übertragen und somit den Transfer der Projektergebnisse nachhaltig zu sichern.

Arbeitsgruppe Wahrnehmung und Handlung

Laufzeit 10/2023 - 09/2026

Theorien zur Ereigniswahrnehmung und -kognition gehen davon aus, dass dynamische Ereignisse in sinnvolle Abschnitte von Teilhandlungen mit partonomischen Beziehungen unterteilt sind. Dies ermöglicht es dem Betrachter, strömende Informationen in Einheiten zu verarbeiten und zukünftige Handlungszustände auf der Grundlage seiner Erwartungen und seines Wissens über das Ereignis vorherzusagen. Ereignismodelle speichern relevante Informationen für Ereignisse und leiten die Wahrnehmung durch Schemata (oder Skripte). Während Ereignismodelle im Langzeitgedächtnis gespeicherte, sofort zugängliche Repräsentationen enthalten, verarbeiten funktionierende Ereignismodelle Wahrnehmungsrepräsentationen der sich entfaltenden Aktivität während des gesamten Ereignisses. Die Untersuchungen in diesem Projekt könnten Aufschluss darüber geben, ob die Ereignisverarbeitung in Arbeits-Ereignismodellen und Langzeit-Ereignisschemata modalitätsabhängig ist. In Anbetracht der Tatsache, dass die Körnung von Handlungen zu unterschiedlichen Verarbeitungsebenen führt - wobei feinkörnige Ereignisse zu grobkörnigen Ereignissen aggregiert werden - wird das Verständnis modaler und amodaler Repräsentationen von feinem und grobem Kontext wichtig für die wahrnehmungsbezogene und konzeptuelle Organisation des Ereignisverständnisses sein. Darüber hinaus wird dieses Projekt die Rolle des Vertrauens und der metakognitiven Sensibilität bei der Ereigniskognition untersuchen. Da sensorische Informationen kontinuierlich in funktionierenden Ereignismodellen verarbeitet werden, um vorherzusagen, was als Nächstes passieren wird, ist es wichtig zu wissen, ob die eigene Kognition auf der Wahrnehmung von Ereignisgrenzen beruht. Die Ergebnisse der Messungen der metakognitiven Sensitivität werden weitere Belege für die Ereignismodelle und ihre Wechselwirkungen mit Ereignisschemata liefern. Schließlich soll in diesem Projekt untersucht werden, ob Ereignisschemata die Verarbeitung von Ereignissen im Allgemeinen beeinflussen und ob wiederholte Exposition gegenüber neuen Ereignissen ihre Kognition verändert. Die Prüfung dieser Fragen wird jedoch anhand von visuellen und verbalen Ereignissen erfolgen, um modalitätsspezifische Auswirkungen verschiedener Kontextkörner (fein und grob) zu beobachten.

Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion - Arbeitsgruppe e-teaching-Transfer

Laufzeit 07/2023 - 02/2026

Digitale Technologien bieten Möglichkeiten, Kunst-, Musik- und Sportunterricht (KuMuS) neu zu denken und zu gestalten. Insbesondere für die gezielte Förderung individueller Lernvoraussetzungen der Schüler*innen stellen digitale Technologien ein vielversprechendes Medium dar. Um sie innovativ und erfolgreich in den Schulalltag zu integrieren, hat sich das Projekt „KuMuS-ProNeD“ zum Ziel gesetzt, ein integratives Gesamtkonzept für die Lehrkräftebildung in Kunst, Musik und Sport zu entwickeln und ergänzt damit das Projekt „MINT-ProNeD“.

Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion - Arbeitsgruppe e-teaching-Transfer

Laufzeit 04/2023 - 09/2025

Schüler*innen nehmen mit sehr unterschiedlichen Lernvoraussetzungen am Unterricht in den MINT-Fächern teil. Adaptiver Unterricht, welcher explizit individuelle Voraussetzungen berücksichtigt und personalisierte Lernmöglichkeiten bietet, gilt als vielversprechendes didaktisches Konzept, um produktiv mit Heterogenität umzugehen. Im Projekt MINT-ProNeD werden forschungsbasierte Fortbildungs- und Beratungskonzepte entwickelt, die MINT-Lehrkräfte darin unterstützen, digitale Technologien für adaptive Unterrichtsszenarien zu nutzen und sich auf Technologien der Zukunft vorzubereiten.

Arbeitsgruppe e-teaching-Transfer

Laufzeit 02/2023 - 06/2026

Schülerinnen und Schüler wachsen in eine Kultur der Digitalität hinein. Um ihre Zukunft selbstbestimmt mitzugestalten, brauchen sie digitalisierungsbezogenes Handlungs- und Orientierungswissen. Eine hochwertige Lehrkräftebildung ist die Voraussetzung für eine gelingende digitale Transformation von Schule und Bildung. Der Kompetenzverbund lernen:digital setzt sich für dieses Ziel ein. Das IWM beteiligt sich an dessen Wissenschaftskommunikation, indem es den Zukunftsraum gestaltet.

Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion - Arbeitsgruppe Wahrnehmung und Handlung

Laufzeit 01/2023 - 08/2026

Video-SRS ist ein interdisziplinäres Projekt, das sich mit der Unterstützung von Videolernen im Bereich Mathematik durch die Untersuchung und Verbesserung der Selbstregulation konzentriert. Es kombiniert Erkenntnisse aus der Kognitions- und Bildungspsychologie, der Mathematikdidaktik und der Informatik, um innovative Ansätze für diese Art des Lernens zu entwickeln. Dabei spielt die Verwendung verantwortungsbewusster maschineller Lernalgorithmen eine wichtige Rolle. Konkret zielt das Kooperationsprojekt darauf ab, Selbstregulierungsprobleme im Videolernen zu erkennen und anzugehen, indem automatisch erkannt wird, wenn solche auftreten und angemessen und – ebenfalls automatisiert – Hilfestellung geleistet wird. Ebenso zielt das Projekt darauf ab, suboptimale Eigenschaften von Lehrvideos zu erkennen, die den Lernenden bei der Auswahl und den Erstellenden bei der Produktion von besseren Videos helfen könnten. Auf didaktischer Seite fokussiert sich das Projekt auf die Untersuchung von Lernen zur Ableitung, da hier bei deutschen Schülern ein großer Lernbedarf besteht. Methodisch setzt das Projekt neben der Nutzung von Techniken maschinellen Lernens, auf die Analyse von Videomaterialien, Logfile-Daten von Videoplattformen und multimodalen Sensordaten von individuellen Videolernenden wie beispielsweise Blickbewegungsdaten. Wo möglich, werden diese Analysen trianguliert, um bestmögliche Aussagen über Selbstregulationsprobleme und deren Lösungen zu treffen. Ziel des Projekts ist es sowohl theoretische Erkenntnisse über die Rolle von Selbstregulation bei Videolernen zu vertiefen, als auch praktische Ansätze zur Optimierung von Lernvideos und ihrer Produktion für die Didaktik zu erhalten. Dadurch wird zu neue Lösungsansätze beigetragen, mit denen viele Lernende und Lehrende im digitalen Zeitalter konfrontiert sind aufgezeigt.

Arbeitsgruppe Wissenskonstruktion

Laufzeit 01/2023 - 12/2025

Zahlreiche Studien belegen, dass Doktoranden Schwierigkeiten haben, ihre Dissertationen abzuschließen. Zu den Faktoren, die die Anfertigung der Vor- oder Abschlussarbeit erschweren, gehören die Schwierigkeiten der Studierenden bei der Lese- und Schreibpraxis und der eigenständigen Bewältigung der Aufgabe, die in der Regel isoliert und ohne didaktische Unterstützung durchgeführt wird. In diesem Projekt soll in diesem Kontext der Einsatz digitaler Technologien bei der Erstellung von Dissertationen untersucht werden.

Arbeitsgruppe Wissenskonstruktion - Arbeitsgruppe e-teaching-Transfer

Laufzeit 01/2022 - 12/2024

Ziel des Projekts ist es für Studierende der Medizin und der medizinnahen lebenswissenschaftlichen Studiengänge nachhaltige effektive Curriculums-begleitende innovative Lehrformate mit dynamisch an unterschiedliche Bedingungen und Entwicklungen anpassbaren Inhalten zu entwickeln, die der Vermittlung von theoretischen und praktischen KI-Kenntnissen auf verschiedenen Ebenen (Grundlagen, Vertiefungen, Anwendungen) mit gesellschaftlich relevanten Fragen zu Ethik, Recht, Privatsphäre, Transparenz etc. dienen. Das Projekt TüKITZ Med soll KI-fachfremden Studierenden auf verschiedenen Ebenen Grundkonzepte und Methoden der künstlichen Intelligenz kompetent und effektiv vermitteln.

Arbeitsgruppe Sprache und KI in der Bildung

Laufzeit 11/2021 - 03/2025

Fremdsprachliche Lesekompetenzen sind für junge Europäeri*nnen unerlässlich, um Zugang zu Informationen in anderen Ländern zu erhalten, unterschiedliche Sichtweisen auf komplexe Themen zu vergleichen und bei der Lösung von Problemen in internationalen Kontexten zusammenzuarbeiten.Die Vermittlung dieser entscheidenden Kompetenzen kann sich nicht auf vorgefertigte Materialien in Lehrbüchern und Lesebüchern stützen, sondern muss Lesematerialien verwenden, die (1) aktuelle Themen aufgreifen, um die Lesemotivation aufzubauen und aufrechtzuerhalten, und die (2) dem Sprachniveau der Schüler*innen entsprechen, um ihre Lesekompetenz zu entwickeln.

Arbeitsgruppe Wissenskonstruktion

Laufzeit 07/2021 - 12/2024

Wissenschaftliche Erkenntnisse gewinnen zunehmend an Bedeutung. Allerdings ist es für viele Menschen oft schwierig, diese Erkenntnisse zu interpretieren und zu verstehen. Das liegt auch daran, dass der wissenschaftliche Erkenntnisprozess bisher nur wenig Beachtung findet. Daher ist das Ziel des Projekts VideT, ein videobasiertes Transferinstrument zu entwickeln, um damit den empirischen wissenschaftlichen Forschungsprozess zu vermitteln und in Schulen zu testen.

Arbeitsgruppe Wissenskonstruktion

Laufzeit 05/2021 - 04/2024

Die Coronavirus-Krise hat noch einmal gezeigt wie wichtig es ist, Lernen in Schulen durch digitale Technologien zu unterstützen. Weit über die Nutzung digitaler Plattformen für die Verteilung von Aufgaben an die Schüler*innen hinaus, ermöglichen digitale Technologien die Verfolgung des Lernprozesses einzelner Schüler*innen sowie die Bereitstellung gezielter Unterstützung, die auf die jeweiligen individuellen Bedürfnisse zugeschnitten ist. Dieses Forschungsprojekt untersucht, inwieweit Daten, die aus der Interaktion von Schüler*innen mit digitalen Technologien im mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht stammen, genutzt werden können, um 1) das Lernen einzelner Schüler*innen kontinuierlich zu evaluieren, 2) Lernpfade über Sequenzen von Lernaktivitäten zu rekonstruieren und 3) diejenigen Pfade zu identifizieren, die mit der Entwicklung von Kompetenzen in Mathematik und Naturwissenschaften einhergehen.

Arbeitsgruppe Entwicklung und Adaptives Lernen

Laufzeit 01/2021 - offen

Das Lernen mit Texten und Bildern, sogenanntem Multimediamaterial, spielt in vielen Lernkontexten (z. B. Schule) eine zentrale Rolle. Während die positive Wirkung von Text-Bild-Kombinationen auf den Lernerfolg bereits häufig gezeigt wurde, fanden die zugrundeliegenden kognitiven Prozesse bisher weniger Beachtung. Daher stehen die kognitiven Prozesse beim Lernen mit Text-Bild-Kombinationen im Fokus des Projektes. Ziel ist es, bestehende Theorien weiterzuentwickeln und unterstützende Maßnahmen für Lernende abzuleiten.

Laufzeit 01/2021 - 12/2024

Informationen werden häufig in Form von illustrierten Texten vermittelt. Während es viele Modelle zu den beim Lesen stattfindenden kognitiven Prozessen gibt, gibt es noch wenig Forschung dazu, wie sich Bilder auf diese Prozesse auswirken. Durch ein besseres Verständnis der ablaufenden kognitiven Prozesse beim Lesen illustrierte Texte ist es möglich, bestehende Theorien zu erweitern. Dieses Wissen ist überall dort relevant, wo Lernen mittels illustrierter Texte stattfindet wie beispielsweise (Hoch)schulen.

Arbeitsgruppe Realitätsnahe Darstellungen

Laufzeit 10/2020 - 09/2023

Auf künstlicher Intelligenz basierende Anwendungen, insbesondere Deep Learning Techniken, erlauben die Manipulation visueller und auditiver Informationen. Im Kontext von Wissenserwerb bieten diese technischen Entwicklungen aber das Potential Lernmaterialien zu personalisieren und deren Nutzen zu optimieren. In diesem Projekt wird untersucht, inwieweit eine Angleichung des Tutors an die lernende Person den Lernprozess beeinflusst.

Arbeitsgruppe Entwicklung und Adaptives Lernen

Laufzeit 08/2020 - offen

Adaptive Lernsysteme sollen Lernende durch z.B. personalisiertes Feedback unterstützen. In diesem Dissertationsprojekt wird ein Werkzeug entwickelt, das die schriftlichen Antworten der Lernenden auf Basis von Natural Language Processing Methoden automatisch analysiert. Dieses Tool wird dann in eine Lernumgebung implementiert, die automatisches, an die Antworten der Lernenden angepasstes Feedback liefert. Anschließend wird untersucht, welche Auswirkungen dieses Feedback auf die Performanz und die Akzeptanz der Nutzer*innen hat.

Arbeitsgruppe Sprache und KI in der Bildung

Laufzeit 06/2020 - 05/2026

Nach einer vor allem auf die schulische Infrastruktur fokussierten Debatte zum DigitalPakt Schule stellt das Projekt die für eine effektive Digitalisierung der schulischen Bildung zentrale Frage, wie die prinzipiellen Möglichkeiten digitaler Lernkontexte im realen Schulkontext realisiert werden können. Einerseits ermöglichen KI-basierte adaptive, interaktive Systeme eine genuine Verbesserung des Lernens durch passgenaue Förderung, was sie attraktiv für die oft angemahnte Binnendifferenzierung in der Schule macht. Andererseits wird bislang kaum diskutiert, wie eine individuelle digitale Förderung mit dem schulischen Unterricht sinnvoll zu integrieren ist. Hierfür spielen die Lehrenden eine zentrale Rolle, da sie auf Grundlage der individuellen Learning Analytics durch digitale Systeme einerseits wichtige diagnostische Informationen erhalten können, andererseits auch die für die Interpretation und den daraus erwachsenden methodisch-didaktischen Handlungsoptionen substantielle Kompetenzen für die leitende Gestaltung des Lerngeschehens benötigen. Das Projekt bietet hierfür sowohl die notwendige technische Erweiterung als auch eine systematische Weiterbildung zum digital unterstützten Lehren und Lernen im Fach Englisch. Die geplante Erweiterung des schulerprobten intelligenten Tutorsystems FeedBook um eine Lehrerschnittstelle wird die vielfältigen Informationen zu den Lernprozessen und individuellen Kompetenzen der SchülerInnen einer Klasse so aufbereiten, dass Lehrende mit geringem Zeitaufwand die für eine lernförderliche Gestaltung des Unterrichts benötigten Informationen erhalten. Die Fortbildung der Lehrkräfte unterstützt sowohl die konkrete Nutzung einer solchen Schnittstelle in der Schulpraxis, als auch die für eine eigenständige Interpretation benötigten lernpsychologischen und methodisch-didaktischen Grundlagen. Das Projekt wird in Kooperation mit dem Zentrum für Schulqualität und Lehrerbildung durchgeführt; die Effektivität wird in mehreren Schritten nach dem wissenschaftlichen State-of-the-Art evaluiert.

Arbeitsgruppe Wahrnehmung und Handlung

Laufzeit 01/2020 - offen

Narrationen kommunizieren Informationen auf vielfältige Art, beispielsweise in Büchern, Hörspielen, Filmen oder visuellen Erzählungen wie Comics. Während es umfangreiche Forschung zum Text- oder Filmverständnis gibt, ist über Comicverständnis noch wenig bekannt. Doch genau die visuellen Erzählungen bieten vielfältige Möglichkeiten zur Wissensvermittlung in formellen und informellen Bildungskontexten. Das Projekt widmet sich daher der Frage, wie visuelle Erzählungen wie Comics verstanden und verarbeitet werden.

Laufzeit 12/2019 - 06/2025

In diesem Projekt werden metakognitive Prozesse beim Lernen und Problemlösen untersucht. Lernende müssen ihren Lernprozess ständig regulieren, das heißt, sie müssen ihre kognitiven Ressourcen überwachen und kontrollieren, wie sie diese einsetzen, um die (Lern-)Aufgabe zu erfüllen. Die adäquate Regulation kognitiver Ressourcen spielt beim Lernen eine zentrale Rolle, weswegen die Ergebnisse aus diesem Projekt beispielsweise im Schul- oder Hochschulkontext von Relevanz sind.

Arbeitsgruppe Wissenskonstruktion

Laufzeit 09/2018 - 12/2023

Die Gestaltung und Nutzung technologischer Entwicklungen und die Förderung digitaler Kompetenzen sind zentrale Handlungsfelder im Bildungsbereich. Im Metavorhaben „Digitalisierung im Bildungsbereich” (Digi-EBF) werden die Projekte der gleichnamigen BMBF-Förderlinie im Rahmenprogramm Empirische Bildungsforschung begleitet.

Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion

Laufzeit 01/2018 - offen

Die technische Entwicklung im Bereich der Virtual Reality weist derzeit eine starke Dynamik auf. Der hohe Immersionsgrad dieser Technologie ermöglicht es, im Benutzer ein intensives Gefühl der Präsenz in der virtuellen Welt zu erzeugen. Es wird angenommen, dass kognitive Prozesse ein mentales Modell des eigenen Selbst in der virtuellen Welt kreieren, welches ein Gefühl des „in der virtuellen Welt sein“ erzeugt. Es ist jedoch aus kognitionswissenschaftlicher und lernpsychologischer Sicht unklar, in welcher Hinsicht diese Form der Immersion dem Benutzer in Wissenskontexten nützen kann.

Arbeitsgruppe Entwicklung und Adaptives Lernen

Laufzeit 01/2018 - offen

Viele Menschen haben Fehlvorstellungen bezüglich naturwissenschaftlicher Phänomene. Die Forschung zeigt, dass Texte, in denen diese Fehlvorstellungen explizit adressiert werden (Refutational Text), eine Möglichkeit darstellen, Fehlvorstellungen langfristig zu revidieren. In dem vorliegenden Projekt wird untersucht, ob bildhafte Darstellungen (selbstgenerierte Zeichnungen, Bilder, Videos) diesen positiven Effekt noch verstärken können. Die Ergebnisse aus diesem Projekt sind überall dort von Relevanz, wo Fehlvorstellungen eine Rolle spielen (z.B. Schule oder Hochschule).

Arbeitsgruppe Entwicklung und Adaptives Lernen

Laufzeit 08/2017 - offen

Recherchiert man im Internet nach Informationen, so stößt man häufig auf verschiedene, oftmals widersprüchliche Erklärungen für ein und dasselbe Phänomen. In diesem Projekt wird untersucht, wie sich das Lesen verschiedener Erklärungen für dasselbe Naturphänomen auf die Erinnerungsleistung auswirkt und inwiefern Reihenfolgeeffekte die Erinnerungsleistung beeinflussen. Die Ergebnisse aus diesem Projekt sind überall dort von Relevanz, wo die Informationssuche eine Rolle spielt, beispielsweise in Schule oder Hochschule.

Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion

Laufzeit 07/2017 - offen

Aufmerksamkeit ist eine zentrale Grundvoraussetzung für den Lernerfolg. Nach aktuellem Forschungsstand gibt es substantielle Unterschiede zwischen Lehrkräften, wie erfolgreich sie die Aufmerksamkeit ihrer Schülerinnen und Schüler fördern und lenken. Hierauf wird oft mit den Begriffen “Classroom Management” und “Kognitive Aktivierung” Bezug genommen. Es ist davon auszugehen, dass Lehrkräfte nicht immer über den Aufmerksamkeitsfokus ihrer Schülerinnen und Schüler im Bilde sind, was insbesondere für angehende, noch unerfahrene Lehrkräfte (z. B. im bzw. kurz nach dem Referendariat) gilt.

Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion

Laufzeit 01/2017 - offen

Die Forschung im Projekt verknüpft die Disziplinen Neuro- und Instruktionspsychologie und Informatik. Ziel ist es, die Methoden der Brain-Computer Interface (BCI) Technologien für Forschung im instruktionspsychologischen Kontext nutzbar zu machen (z.B. individuelle Klassifikation von Arbeitsgedächtnisbelastung in Echtzeit). Als langfristiges Ziel soll die Entwicklung einer adaptiven Lernumgebung ausgelotet werden, die mit BCI-Methoden unterschiedliche Signaturen kognitiver Prozesse im Lernprozess nachweist und online angemessen darauf reagiert.

Arbeitsgruppe Entwicklung und Adaptives Lernen

Laufzeit 07/2016 - offen

Das Tübingen Digital Teaching Lab (TüDiLab) simuliert ein Klassenzimmer, das mit aktuellen digitalen Medien und Erhebungsinstrumenten ausgestattet ist. Mit dem TüDiLab werden zwei Ziele verfolgt: (1) die praxisorientierte Professionalisierung von Lehrkräften hinsichtlich ihrer Kompetenzen für die Gestaltung medienbasierten Unterrichts im Rahmen der Tübingen School of Education (TüSe) sowie (2) Forschung zur Wirkung von Unterricht unter Berücksichtigung digitaler Medien.

Laufzeit 06/2016 - 10/2023

Universitäten ebenso wie Organisationen allgemein kommunizieren häufig soziale Normen an ihre Mitglieder. Solche Normen beschreiben erwartete Verhaltensweisen, die Mitglieder zeigen sollten. In den letzten Jahren ist insbesondere die Bedeutung von ‘exzellenter‘ Leistung gewachsen: Zahlreiche Universitäten und Organisationen betonen z.B. auf ihren Webseiten oder internen Kommunikationsplattformen die Bedeutung von ‘Exzellenz‘ und die Premiumqualität ihrer Angebote. Wie reagieren Mitglieder auf solche Normen, die exzellente Leistung betonen?

Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion

Laufzeit 01/2013 - offen

Der Einsatz interaktiver Multi-Touch-Oberflächen nimmt kontinuierlich zu. Daher sind manuell bedienbare Benutzeroberflächen, wie Multi-Touch-Tische, Tablets oder Smartphones, heutzutage in vielen öffentlichen Einrichtungen und Privathaushalten zu finden. Diese Benutzeroberflächen ermöglichen eine direkte Manipulation externer Repräsentationen, ohne dass zusätzliche Eingabegeräte (z.B. Maus) benötigt werden. Daher stellt sich die Frage, wie manuelle Interaktionen gestaltet werden sollten, um Informationsverarbeitungsprozesse zu unterstützen.

Arbeitsgruppe Multimodale Interaktion

Laufzeit 08/2008 - offen

Die Vermittlung und der Austausch von Informationen finden oftmals über gewisse Hierarchien hinweg statt – sei es in Organisationen zwischen Führungskraft und Mitarbeitenden, oder in der Schule zwischen Lehrkraft und Schulleitung bzw. den Schüler*innen. Machtstrukturen wie diese bringen Freiräume mit sich, aber auch eine große Verantwortung für die mächtigeren Personen. Dieser Verantwortung gerecht zu werden, kann besonders bei der Zusammenarbeit über große Distanzen hinweg (z.B. in virtuellen Kontexten) schwerfallen.

Arbeitsgruppe e-teaching-Transfer

Laufzeit 01/2003 - offen

Mittlerweile scheint der Einsatz digitaler Medien in der Hochschullehre fast selbstverständlich geworden zu sein – doch ein näherer Blick zeigt, dass deren Potenzial oft bei weitem nicht ausgeschöpft wird. Das betrifft sowohl inzwischen bereits klassische Formen, etwa die Nutzung von Lernmanagementsystemen, als auch neue Entwicklungen, etwa die Gestaltung hybrider Lernräume oder den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) in der Lehre. Diese Beispiele zeigen, wie wichtig eine kontinuierliche niedrigschwellige und qualitätsgesicherte Unterstützung des Einsatzes digitaler Medien in der Lehre ist. Genau dieses Ziel verfolgt das Informations- und Qualifizierungsportal „e-teaching.org“ seit seinem Start im Jahr 2003. Das Portal richtet sich an Lehrende und E-Learning-Verantwortliche an Hochschulen im deutschsprachigen Raum und wurde mehrfach mit renommierten Preisen – etwa dem Comenius EduMediaAward – ausgezeichnet. Mit einem gemeinsam mit der Community entwickelten umfangreichen, wissenschaftlich fundierten Open-Access-Angebot will es dabei unterstützen, digitale Medien didaktisch sinnvoll in die Lehre einzubinden und dazu anregen, innovative Lehrszenarien zu erproben. „e-teaching.org“ trägt zur Vernetzung und zum Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis bei, indem es den Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis fördert und auf Basis praktischer Erfahrungen Impulse für weitere Forschung gibt. In seinen acht Rubriken deckt das Portal ein breites Spektrum von didaktischen, technischen und organisatorischen Themen ab. Die Inhalte werden laufend erweitert und aktualisiert. Zu den Darstellungsformaten gehören Texte ebenso wie Audio- und Videobeiträge, Online-Events mit Expertinnen und Experten im Bereich der Lehre mit digitalen Medien u.v.m. sowie mehrere Social-Media-Kanäle. Im Rahmen eines Partnerkonzepts kooperiert „e-teaching.org“ mit über 100 Hochschulen und weiteren Partnern im deutschsprachigen Raum. Im Community-Bereich des Portals stehen den über 8.900 individuellen Mitgliedern umfangreiche Funktionen zur Verfügung. Für das IWM erfüllt „e-teaching.org“ drei wesentliche Funktionen: Es ist Sensor für aktuelle E-Learning-Trends sowie Transfer- und Forschungswerkzeug. So gehört es zu den zentralen Aufgaben des Redaktionsteams, vielversprechende Nutzungsformen von Wissensmedien zu identifizieren. Diese Sensorfunktion ermöglicht es dem IWM, aktuelle Trends frühzeitig zur erkennen und relevante Themen in der Forschung aufzugreifen. Zugleich kann das Portal zur Datenerhebung im Feld genutzt werden. Außerdem diente „e-teaching.org“ von Beginn an dazu, Forschungsergebnisse des IWM in die Öffentlichkeit zu kommunizieren.