KI in projektbasiertem Lernen integrieren

Projektbasiertes Lernen (PBL) ist eine Lehrmethode, bei der Schüler in Gruppen an realen Problemen arbeiten. Dieser Ansatz fördert Kreativität, da die Schüler bei der Lösung komplexer Probleme beteiligt sind. Studien haben gezeigt, dass PBL das Interesse der Schüler am Lernen steigern, ihre Kreativität verbessern und die aktive Teilnahme an ihren Studien fördern kann. Allerdings kann PBL auch herausfordernd sein. Schüler könnten Schwierigkeiten haben, ihre Zeit und Projekte zu managen, besonders wenn es darum geht, detaillierte Erkundungen mit Fristen zu balancieren. Lehrer müssen die Beziehungen zwischen den Schülern navigieren und die Aufgaben innerhalb der Projekte sorgfältig managen.

#Die Rolle von KI im Lernen

Mit den Fortschritten in der Technologie sind Werkzeuge wie Grosse Sprachmodelle (LLMs) aufgetaucht, die Schüler und Lehrer unterstützen. Beispiele sind Tools wie ChatGPT und Bard, die dafür entwickelt wurden, bei kreativen Aufgaben zu helfen. Diese Modelle können mit den Schülern interagieren, ähnlich wie Mensch-zu-Mensch-Interaktionen, und ihnen beim Brainstorming helfen und Informationen bereitstellen. Einige Pädagogen glauben, dass diese KI-Tools die Kreativität und Problemlösungsfähigkeiten der Schüler, besonders in PBL-Umgebungen, steigern können.

#Forschungsziele

Diese Arbeit zielt darauf ab, zu untersuchen, wie LLMs die Kreativität im projektbasierten Lernen unterstützen können. Wir erkunden folgende Fragen:

• Wie können LLMs in den verschiedenen Phasen von PBL helfen?
• Was denken Schüler und Mentoren über die Nutzung von LLMs in ihren Projekten?
• Welche Herausforderungen haben LLMs bei der Unterstützung von PBL?
• Welche Designüberlegungen sollten bei der Verwendung von LLMs in PBL angestellt werden?

#Erste Studie und Ergebnisse

Um zu verstehen, wie LLMs in PBL integriert werden können, starteten wir mit einer kleinen Studie, die 12 Schüler der Mittelstufe einbezog. Wir identifizierten fünf wichtige Überlegungen für den effektiven Einsatz dieser KI-Tools in PBL. Danach entwickelten wir ein 48-stündiges PBL-Programm, an dem 31 Schüler der Mittelstufe teilnahmen. Unsere Ergebnisse zeigten, dass LLMs jede Phase von PBL erheblich unterstützen können, obwohl Schüler und Mentoren gemischte Gefühle über deren Einsatz hatten. Wir reflektierten über die Designherausforderungen und die Auswirkungen der Einführung von LLMs in die Bildung.

#Verständnis des projektbasierten Lernens

PBL ist ein aktiver Lernansatz, bei dem Schüler gemeinsam an bedeutungsvollen Aufgaben arbeiten. Diese Methode fördert Zusammenarbeit und Kommunikation und integriert dabei verschiedene Fächer. Obwohl PBL viele Vorteile hat, stellt es auch Hürden dar. Schüler müssen Fähigkeiten wie Teamarbeit und kritisches Denken entwickeln. Lehrer müssen Anleitung und Unterstützung bieten, um das Projekt auf Kurs zu halten und dabei die Notwendigkeit von Kreativität mit den Zeitbeschränkungen der Projekte in Einklang zu bringen.

#Die Bedeutung von Kreativitätsunterstützungswerkzeugen

Kreativitätsunterstützungswerkzeuge (CSTs) spielen eine wichtige Rolle bei der Verbesserung kreativer Prozesse. Diese Werkzeuge arbeiten auf digitalen Systemen und inspirieren die Nutzer, während verschiedener Phasen ihrer Arbeit kreativ zu denken. Beispiele für CSTs sind Roboter, die für Kinder entwickelt wurden, und digitale Erzählplattformen. Viele Studien heben die positiven Effekte dieser Werkzeuge hervor, die kreatives Denken bei Schülern fördern. LLMs sind eine Art von CST, die Schülern beim Brainstorming und Ideen generieren helfen können.

#Herausforderungen mit LLMs in der Bildung

Obwohl LLMs potenzielle Vorteile in der Bildung haben, gibt es auch Bedenken. Einige Forschungen deuten darauf hin, dass die Abhängigkeit von LLMs das kreative Denken der Schüler beeinträchtigen könnte. Die Sorge ist, dass Schüler zu abhängig von diesen Tools werden könnten, was zu einem Mangel an tieferem Verständnis für die Themen führen könnte. Da LLMs schnelle Antworten liefern, könnten Schüler das Bedürfnis nicht verspüren, tiefer in Themen einzutauchen.

#Gestaltung eines LLM-unterstützten PBL-Programms

Um die Integration von LLMs in PBL effektiv zu erkunden, haben wir ein spezifisches Programm gestaltet:

1. PBL-Prozessdesign: Wir verwendeten einen strukturierten Ansatz für PBL, der vier Phasen umfasste: entdecken, definieren, entwickeln und liefern. Jede Phase war so gestaltet, dass sie LLM-Interaktionen einbezieht.
2. Einbindung von Denkwerkzeugen: Wir führten sechs Denkhüte ein, um die Schüler bei der Erkundung verschiedener Perspektiven während ihrer Projekte zu unterstützen.
3. Schulung für Schüler: Vor Beginn des Programms boten wir Schulungen an, um den Schülern zu helfen, den effektiven Einsatz von LLMs zu lernen.
4. Mentorschulung: Wir richteten Schulungssitzungen für Mentoren ein, um sicherzustellen, dass sie die Schüler richtig im Umgang mit den LLM-Tools anleiten konnten.
5. Kollaborative Nutzung von LLMs: Jede Schülergruppe arbeitete gemeinsam an einem Gerät, das Zugriff auf LLM-Tools hatte, um Zusammenarbeit und Teamarbeit zu fördern.

#Durchführung des Programms

In unserer schulischen Studie arbeiteten 31 Schüler der Mittelstufe eine Woche lang daran, einen CO2-armen Campus zu erstellen. Jede Gruppe wurde damit beauftragt, Probleme im Zusammenhang mit Kohlenstoffemissionen zu identifizieren und Lösungen unter Verwendung von LLMs zu entwickeln. Während des Programms arbeiteten die Schüler zusammen und kommunizierten, um ihre Ziele zu erreichen. Forscher und Mentoren beobachteten die Schüler und gaben nach Bedarf Anleitung.

#Datenerhebung und Analyse

Wir sammelten Daten durch Beobachtungen und Interviews mit Schülern und Mentoren. Gespräche wurden aufgezeichnet und analysiert, um Muster und Themen bezüglich der Nutzung von LLMs zu identifizieren. Dieser Mixed-Method-Ansatz gab einen umfassenden Überblick über die Interaktion der Schüler mit den Tools und ihre Erfahrungen während des Prozesses.

#Vorteile von LLMs in PBL

Die Ergebnisse des Programms zeigten, dass LLMs in verschiedenen Phasen von PBL vorteilhaft waren.

• Während der Entdeckungsphase nutzten die Schüler LLMs, um strukturierte Informationen über Kohlenstoffemissionen zu sammeln, was ihnen ein tieferes Verständnis des Themas ermöglichte.
• In der Definitionsphase halfen LLMs den Schülern, ihre Projektideen zu bewerten und zu verfeinern, sodass sie bedeutungsvolle Probleme auswählten, die es zu lösen galt.
• In der Entwicklungsphase regten die KI-Tools kreatives Brainstorming an, was zu einer Vielzahl potenzieller Lösungen führte.
• In der Lieferphase nutzten die Schüler LLMs, um technisches Feedback zu erhalten und ihre Präsentationen zu verfeinern.

#Gemischte Perspektiven zu LLMs

Während viele Schüler positiv über die Nutzung von LLMs dachten, äusserten einige Bedenken. Sie schätzten die neuen Ideen und Perspektiven, die LLMs boten, jedoch hatten andere das Gefühl, dass diese Tools ihre eigene Kreativität einschränken könnten. Einige Schüler zogen es vor, unabhängig zu arbeiten, anstatt sich auf KI-Vorschläge zu verlassen, aus Angst, dass dies ihr Denken einengen könnte.

#Herausforderungen bei der Nutzung von LLMs

Trotz der Vorteile von LLMs standen die Schüler vor Herausforderungen, als sie diese Tools in ihre Projekte integrierten. Oft hatten sie Schwierigkeiten, effektive Fragen zu formulieren, was zu unzufriedenstellenden Antworten führte. Ausserdem gab es Probleme mit Mentoren, die entweder zu viel eingriffen oder nicht genügend Anleitung gaben, was die Fähigkeit der Schüler beeinträchtigte, LLMs effektiv zu nutzen.

#Reflexionen zum Programmdesign

Das Feedback zum Programm wurde von Schülern und Mentoren gesammelt. Sie hoben die Wichtigkeit der Schulung im Umgang mit LLMs und den strukturierten Ansatz der PBL-Phasen hervor. Einige Mentoren schlugen vor, dass mehr praktische Beispiele und Simulationen die Schulungseffektivität sowohl für sie als auch für die Schüler verbessern könnten.

#Abschliessende Gedanken zur Integration von LLMs

Die Nutzung von LLMs in Bildungseinrichtungen birgt grosses Potenzial, da sie das Lernen verbessern können, indem sie unmittelbaren Zugang zu Informationen bieten und Kreativität fördern. Es ist jedoch wichtig, den Einsatz dieser Tools mit der Förderung von unabhängigem Denken und Problemlösungsfähigkeiten in Einklang zu bringen.

#Zukünftige Richtungen

Um die Vorteile von LLMs in der Bildung zu maximieren, sollte die zukünftige Forschung darauf abzielen, zu erkunden, wie diese Tools in verschiedenen Bildungssettings effektiv integriert werden können. Indem die Bedürfnisse und Herausforderungen verschiedener Schülerpopulationen verstanden werden, können Pädagogen ihre Ansätze so anpassen, dass sie LLMs in einer Weise nutzen, die das Lernen bereichert, ohne kritisches Denken zu gefährden.