Ein KI-gestützter MatheBot der FHV begleitet Schüler Schritt für Schritt beim Lösen mathematischer Aufgaben. Das BORG Schoren in Dornbirn unterstützte in der Entwicklung und startete einen Pilotversuch im Unterricht.
Kaum ein Schulfach polarisiert so stark wie Mathematik. Für die einen ist sie logisch, klar und berechenbar – für die anderen ein Buch mit sieben Siegeln. Viele Schüler geben früh auf, verlieren den Anschluss. Ein Projekt des Forschungszentrums Human-Centred Technologies (HCT) der FHV – Vorarlberg University of Applied Sciences will diese Dynamik nun verändern und die Neugier und Freude am Problemlösen fördern. Im Rahmen des Cooperation & Innovation Forschungsprojekts SimLern der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) ist der MatheBot entstanden. Ein KI-gestütztes Werkzeug, das Lernende schrittweise beim Verstehen mathematischer Aufgaben unterstützt.
Begleiter statt Antwortmaschine
Das Besondere am gemeinsam mit dem BORG Schoren entwickelten innovativen MatheBot ist die Kombination aus einer stabilen mathematischen Prüflogik und KI-generierten Erklärtexten. Während im Hintergrund ein fest definiertes Regelwerk jeden Rechenschritt überprüft, formuliert die KI die passenden Hinweise und Erklärungen. Dabei wird die Lösung bewusst nicht sofort angezeigt. Der Bot liefert zunächst leichte Denkanstöße, anschließend konkretere Hilfen und erst am Ende eine vollständige, nachvollziehbare Lösung.
„Damit unterscheidet sich das System deutlich von klassischen KI-Chatbots, die oft fertige Ergebnisse liefern, ohne die Denkwege offen zu legen“, so Elias Berchtold, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Forschungszentrums HCT. „Unser Ziel war nie, Mathematik automatisiert zu lösen. Wir wollen Denkprozesse begleiten und nicht ersetzen.“ Der entwickelte MatheBot zeigt, dass KI Lernende stärkt, wenn sie nicht die Antwort liefert, sondern den Weg zur Antwort sichtbar macht.
Pilotversuch mit BORG Schoren
Das BORG Schoren in Dornbirn testete den MatheBot erstmals im vergangenen Dezember im Mathematikunterricht. Zehn Schüler:innen der Unterstufe bearbeiteten dabei Mathematikaufgaben und nutzten den Bot immer dann, wenn sie nicht weiterkamen. Ziel war es, die Schüler beim Verstehen und Üben von algebraischen Operationen zu unterstützen. Der Chatbot erkennt äquivalente Gleichungen zu 100 Prozent und liefert im Falle eines gemachten Fehlers passende Erklärungen, die individuell auf die Eingaben der Lernenden zugeschnitten sind.Trotz einiger technischer Startschwierigkeiten fiel das Feedback der Pilotgruppe überwiegend positiv aus. Lehrpersonen berichteten von höherer Motivation, weil die Lernenden sofort Rückmeldungen erhielten und nicht lange im Ungewissen blieben.
„Die Ergebnisse des Pilotversuchs sind äußerst vielversprechend. Der Chatbot zeigt ein hohes Potenzial, mathematische Inhalte verständlicher und individueller zugänglich zu machen. Die Zusammenarbeit mit der FHV war dabei äußerst zielführend. Wir werden die Entwicklung daher aufmerksam weiterverfolgen und freuen uns auf die nächsten Schritte“, erläutert Pablo Zuder, Lehrer für Mathematik und Informatik, BORG Schoren. Auch die Schüler:innen selbst reagierten interessiert: Viele wollten die Aufgaben bewusst korrekt lösen, um ein „positives Feedback des Bots“ zu erhalten. Für das Projektteam ist das ein Hinweis darauf, dass adaptives Feedback das Engagement erhöhen und Frustration verringern kann.
„Gerade in der Unterstufe ist Mathe oft ein Knackpunkt. Wenn wir hier Frust reduzieren und Neugier fördern können, gewinnen alle: Schüler, Lehrkräfte und die Bildungsregion Vorarlberg. Die Pilotgruppe bestätigt, dass wir auf dem richtigen Weg sind“, so Aydin Cengizhan, der als wissenschaftliche Mitarbeiter am Forschungszentrum HCT den MatheBot mitentwickelt hat.
Lehrkräfte entlastet
Der MatheBot liefert, im Gegensatz zu klassischen Übungsformaten, unmittelbare und individuell abgestimmte Hinweise. Dies ermöglicht mehr Übung in kürzerer Zeit, stärkt das selbstständige Arbeiten und entlastet Lehrkräfte, die sich stärker auf anspruchsvollere Fragestellungen konzentrieren können. Die Anwendung läuft webbasiert und ist daher unabhängig vom Gerät nutzbar.
Das Entwicklerteam hat großen Wert auf eine verantwortungsvolle Implementierung gelegt. Die mathematischen Berechnungen laufen lokal auf den Geräten der Nutzer:innen. Die KI wiederum wird lokal am jeweiligen Institut betrieben. Dadurch verlassen keine personenbezogenen Daten das System. Zusätzlich sorgen technische Absicherungen und Systemprompts dafür, dass der MatheBot nicht missbräuchlich verwendet wird. Das Projekt reiht sich damit in aktuelle Initiativen der FHV ein, KI-Lernsysteme verantwortungsvoll, sicher und transparent zu gestalten.
Teil des größeren Projekts SimLern
Der MatheBot entstand im Umfeld des FFG geförderten Projekts SimLern. Das Ziel ist es, KI-gestützte Lernumgebungen für die Wirtschaftsregion Bodensee zu entwickeln. Dabei werden reale Arbeits- und Lernsituationen in simulationsbasierten Szenarien nachgebildet, die KI dynamisch anpasst, erklärt und begleitet. Unternehmen können diese Infrastruktur künftig nutzen, um eigene Lernprozesse zu entwickeln. Aktuell wertet das Team das Feedback aus dem Pilotversuch aus. Geplant sind eine Ausweitung der Funktionen, darunter Mehrsprachigkeit, unterschiedliche Detailstufen der Erklärungen und mögliche Erweiterungen auf weitere Schulfächer sowie Nutzung in weiteren Vorarlberger Schulen.