In den Mathematikübungen der Hochschule Osnabrück fiel den Dozenten ein wiederkehrendes Muster auf: Viele Studentinnen und Studenten scheiterten nicht an der Komplexität der Themen, sondern an Flüchtigkeitsfehlern oder falsch verinnerlichten Rechenschritten, die sich durch die gesamte Aufgabe zogen. Um dieses Problem zu lösen, rief Mikolaj Ambrozkiewicz, Lehrkraft für Mathematik, das Projekt "SmartPen" ins Leben.

Die Grundidee ist simpel, aber technisch anspruchsvoll: Ein System soll beim Schreiben in Echtzeit erkennen, wenn ein Fehler gemacht wird, und dies sofort mitteilen. Das Ziel ist eine Art Autokorrektur für die Mathematik, die die gedanklichen Schritte bis zur Lösung nachvollzieht. Dadurch sollen sich falsche Rechenwege gar nicht erst im Gedächtnis festsetzen.

Datenschatz aus der App-Nutzung

Momentan befindet sich das Projekt in einer intensiven Lernphase. Um eine künstliche Intelligenz darauf zu trainieren, menschliche Handschrift und komplexe mathematische Logik zu verstehen, benötigen die Forscher eine enorme Menge an Daten. Dafür wurde eine App für iOS und Windows entwickelt (siehe Projektseite unter dem Artikel), die bereits im regulären Lehrbetrieb eingesetzt wird. Studentinnen und Studenten bearbeiten ihre Aufgaben dort digital mit einem Stift auf dem Tablet.

Im Projekt SmartPen der Hochschule Osnabrück arbeitet ein interdisziplinäres Team aus Mathematik und Informatik zusammen.Bildrechte: Hochschule Osnabrück

Bisher hat die Forschungsgruppe auf diese Weise über 6.000 handschriftliche Lösungen gesammelt. Diese Daten sind die Basis für die Entwicklung der Algorithmen. Aktuell werden die Aufgaben in der Anwendung zwar noch händisch durch Korrektoren geprüft, doch jeder einzelne Strich der Handschrift wird bereits digital erfasst und ausgewertet. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass das System später selbstständig erkennen kann, an welcher Stelle eine Rechnung in die falsche Richtung läuft.

Von der App zum intelligenten Stift

Obwohl der Fokus derzeit auf der Nutzung von Tablets liegt, ist die langfristige Vision des Projekts noch ambitionierter. Das System soll idealerweise ohne Medienbruch funktionieren. Das bedeutet, dass die Unterstützung künftig nicht nur auf digitalen Geräten, sondern auch beim ganz normalen Schreiben auf Papier möglich sein soll. Die nötigen Daten müssten dafür direkt "am Stift" erfasst werden, was den Einsatz spezieller Hardware-Lösungen in der Zukunft nahelegt.

In der aktuellen App-Version helfen bereits speziell entwickelte Input-Tools dabei, komplexe Strukturen wie Matrizen oder Brüche korrekt darzustellen und zu überprüfen. Die künstliche Intelligenz soll künftig vor allem bei mehrschrittigen Rechenwegen und komplizierten Gleichungen unterstützen, wo herkömmliche Algorithmen oft an ihre Grenzen stoßen.

Mehr Zeit für den Kern der Lehre

Für die Studentinnen und Studenten bietet das System schon jetzt praktische Vorteile. Da die meisten ihre Aufgaben ohnehin auf dem Tablet bearbeiten, ist die Umstellung auf die SmartPen-App gering. Die Anwendung bündelt alles von der Aufgabenstellung bis zur Rückgabe der korrigierten Arbeit. Zudem gibt es Funktionen, die es erlauben, eigene Anmerkungen von der eigentlichen Rechnung zu trennen, um gezielt Fragen für die nächste Übung vorzubereiten.

"So bleibt in den Übungen mehr Zeit, die Lösungswege detailliert zu besprechen", betont Mikolaj Ambrozkiewicz. Wenn die KI künftig die Routinekorrekturen übernimmt und sofortiges Feedback gibt, können die Dozenten die wertvolle Präsenzzeit nutzen, um tiefere mathematische Konzepte zu erklären, statt Zeit mit der Suche nach einfachen Vorzeichenfehlern zu verlieren.

Links / Studien

Projekt "SmartPen" der Hochschule Osnabrück

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