KI-Demonstrator
Eine Erhebung fachlicher Anforderungen wurde mit den wichtigsten Rollenträgern und Stakeholdern des Heeres aus dem betreffenden Aufgabengebiet durchgeführt. Im Ergebnis wurden vier KI-Funktionalitäten (Lernempfehlungen, Chatbot, adaptive Aufgabenstellungen, Dashboard für Lehrende) identifiziert, in einem Demonstrator umgesetzt und mittels der innovativen, interoperablen Fraunhofer Common Learning Middleware (CLM), einer mobilen Lernapplikation und dem vorhandenen Lernmanagementsystem »Moodle« zu einer kleinen KI-gestützten Lernumgebung verknüpft.
Portal – Smart Learning App
Die Smart Learning App stellt den zentralen Einstiegspunkt für die Kursteilnehmenden dar und unterstützt sie aktiv beim Lernen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Präsenzunterrichts. Dabei bündelt die Smart Learning App mehrere Kern-Komponenten des KI-Demonstrators in einer intuitiven Benutzeroberfläche, welche im Rahmen der Studie an das Corporate Design der Bundeswehr angepasst wurde. Nach dem erfolgreichen Login haben die Teilnehmenden Zugriff auf didaktisch aufbereitete digitale Lernmaterialien zu verschiedenen Kursen, wie beispielsweise »Lösen von Gleichungen mit einer Variablen« sowie auf interaktive Übungsaufgaben.
Smart Learning Recommender
Das Kernstück der Smart Learning App stellt das sogenannte Lernempfehlungssystem dar, welches jedem Kursteilnehmenden basierend auf seinen Inhaltsabrufen, Selbsteinschätzungen und Übungserfolgen den persönlichen Lernfortschritt errechnet und individuelle Lernempfehlungen gibt.
Bei den Empfehlungen kann es sich beispielsweise um ganze Lerneinheiten handeln, die die Teilnehmenden noch nicht absolviert haben, oder um einzelne Lernobjekte, bei denen die Teilnehmenden noch einen erhöhten Lernbedarf aufweisen. Die Lernempfehlungen basieren auf der Interaktion mit der Smart Learning App.
Adaptive Trainingsaufgaben
Adaptivität regelt die Assistenzsysteme derart, dass sie sich an das Verhalten der Nutzenden anpassen. Die Mehrwerte ergeben sich aus einem personalisierten Nutzungserlebnis, was sich positiv auf die Nutzungsmotivation auswirken kann.
Eine Form der Anpassung ist die dynamische Schwierigkeitsadaption (DDA, Dynamic Difficulty Adjustment, auch Rubber Banding genannt). Die DDA KI wurde im Lernspiel SpotX zum gamifizierten Training von Matheaufgaben integriert und sie zeigt sich durch eine Regelung des verfügbaren Zeitbudgets und der Anzahl von Distraktoren.
Die KI-Funktionalität wurde mithilfe eines externen KI-Adaptivität-Framework realisiert, das als kybernetisches Regelkreissystem die dynamische Schwierigkeitsanpassung von Spot-X regelt. Als Eingaben (Ist-Werte) werden Informationen primär aus den xAPI-Beobachtungsdaten bei der Berechnung zukünftiger Schwierigkeitsgrade herangezogen. Dies beinhaltet speziell den gemessenen Performance-Wert, also wie gut individuelle Nutzende eine Aufgabe bearbeitet haben.
Als Zielgröße für den Regelkreis (Soll-Wert) wird implizit einhundert Prozent angenommen, wodurch eine kontinuierliche Verbesserung der Bearbeitungsleistung angestrebt wird. Technisch erfolgt die Berechnung basierend auf dem Trend der Performance-Messungen und mithilfe einer harmonischen Summe. Das KI-Adaptivität-Framework ist generisch konzipiert und realisiert und kann für unterschiedliche Assistenzsysteme eingesetzt werden. Als Eingaben dienen Aktivitätsdatenströme (W3C Activity Streams oder xAPI).
Chatbot
Die Chatbot-Komponente beantwortet häufig gestellte Fragen, die zuvor in das System eingegeben wurden. Die KI hat dabei die Aufgabe, aus einer Fragestellung des Nutzenden zu erkennen, welche Absicht (Intent) dieser mit seiner Frage verfolgt, um anschließend aus allen vorhandenen Antworten die am besten geeignete auszuwählen und dem Lernenden zu präsentieren.
Aktuell unterstützt der Chatbot mehr als 250 Themen zu häufig gestellten Fragen wie beispielsweise: Wie funktioniert die Multiplikation? – Was sind Primzahlen? – Wie löse ich Klammern auf? – Wie geht der Satz des Pythagoras? – Welche Prüfungsanforderungen gibt es? Dafür wurde ein Glossar der Bundeswehr angebunden, welches dem Chatbot ermöglicht, gängige Begrifflichkeiten zu erkennen und auf Anfrage zu definieren – von »Allgemeine Militärische Ausbildung« bis »Zwischenprüfungen«.
Learning Analytics Dashboard
Die Visualisierung der Leistungskennzahlen für die Lehrenden bietet durch Übersichtsdiagramme eine Unterstützung zur Bewertung, welche Aufgaben von den Lernenden gut bzw. weniger gut gelöst wurden, oder welche Bearbeitungsdauer die einzelnen Aufgaben beanspruchen. Bei Learning Analytics werden die beobachteten Interaktionsdaten mit dem Ziel einer Lernoptimierung ausgewertet.
