Digitale Transformation der Schulen: Eine Chance für mehr Bildungsgerechtigkeit

Von Christoph Meinel

Wir alle kennen die Situation: Bis zu dreißig Schüler_innen aus unterschiedlichen Milieus, wirtschaftlichen und kulturellen Hintergründen werden in einem Klassenverband von einem Lehrer, einer Lehrerin nach einem für alle einheitlichen Plan unterrichtet. Viele werden meine Erfahrung teilen, dass diese althergebrachte „One size fits all“-Lösung nicht optimal für den Bildungserfolg jedes Schülers, jeder Schülerin in der Klasse ist. Von dieser Frontalschul-Institution profitieren privilegierte und durchschnittliche Schüler_innen mehr als solche mit besonderen Lebensumständen oder Begabungen. Meine Vision ist daher, daran mitzuwirken einen Unterricht zu ermöglichen, der allen gerecht wird. Ich glaube, dass hier der Einsatz von digitalen Systemen und künstlicher Intelligenz zu mehr Bildungsgerechtigkeit in Deutschland führen kann – wenn wir es richtig anpacken.

Voraussetzungen in Deutschland für bildungsgerechten Unterricht kaum gegeben

Bevor ich aber einen Unterricht skizziere, den ich mir vorstelle, müssen wir die Ausgangslage festhalten. Wo stehen wir aktuell, wenn es darum geht, die Chancen, die uns die Digitalisierung zum Lernen und Lehren  in den Schulen bietet, zu ergreifen? Schon fast über zwei Jahrzehnte wurde lange, klug und lebensfremd debattiert und gestritten, was da möglich oder unmöglich sei. Und wie so oft in Deutschland, insbesondere eben auch bei Debatten um öffentliche Belange, haben viele kluge Leute dabei so viele Risiken gesehen und zusammengetragen, dass jeder, der sich daranmacht, überhaupt erst einmal die Grundlagen zu schaffen, dass digitale Werkzeuge und Lernprogramme im Unterricht praktisch erprobt und in ihrer Wirkung untersucht werden können, unter den Verdacht gerät, hoch Gefährliches in die vermeintlich so gut funktionierenden Schulen einzuschleppen.

Digitalpakt Schule schafft Aufbruch

2016, im Kontext des Digitalpakts Schule und angestoßen durch den Nationalen IT-Gipfel, wurde am Hasso-Plattner-Institut (HPI) der Aufbau einer performanten, leicht zu bedienenden und vor allem datensicheren digitalen Infrastruktur für Deutschlands Schulen, der HPI Schul-Cloud, durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Bei dem Projekt ging es darum, die Türen für den digitalen Wandel aufzustoßen, der trotz aller Diskussionen in den Feuilletons in der Praxis völlig verschlafen war. Praktisch keine Schule verfügte über die notwendige Breitbandanbindung, geschweige denn über (eigentlich benötigte) Glasfaseranschlüsse (<10 % der Pilotschulen des MINT EC Exzellenzclusters hatten 2016 einen Bandbreitanschluss von >16 Mbit!), digitale Endgeräte waren lediglich in schlecht gewarteten Computerkabinetten verfügbar, Smartboards – lange als Inbegriff der Digitalisierung des Unterrichts verstanden – hingen in ihrer Smart-Funktion ungenutzt im Klassenzimmer, Zugriff auf interaktive Lernsoftware war praktisch unmöglich. Ganz wenige einzelne digitale Eliteschulen wurden in den Medien und Ministerien hochgehalten, um zu zeigen, dass es um die digitale Transformation in deutschen Schulen nicht so schlecht steht.

Digitale Transformation wird nur länderübergreifend gelingen

Die föderale Verfassung Deutschlands erwies sich hier wie auch in anderen Bereichen staatlichen Handels als nicht geeignet, den Anforderungen der Digitalisierung nach großen Skalen und zügigen Entscheidungen auch nur annähernd zu entsprechen. Kommunen und Schulträger, die für die sächliche Ausstattung der Schulen zuständig sind, wurden als die für die Bereitstellung von digitalen Lernprogrammen und Werkzeugen Verantwortlichen angesehen, nicht verstehend, dass es für deren effiziente und datenschutzkonforme Bereitstellung grundlegender digitaler Infrastrukturen bedarf, die kaum auf Landesebene leistungsfähig entwickelt und betrieben werden können.

Digitale Infrastrukturen: Die Autobahnen der neuen Zeit

So blieben digitale Bildungsstrategien im föderalen Dschungel über 15 Jahre Stückwerk, obwohl sie in den Sonntagsreden und politischen Debatten immer wieder beschworen wurden. Erst mit dem Digitalpakt Schule ist es gelungen, eine engere Kooperation von Bund, Länder und Kommunen zu organisieren. Mit der HPI Schul-Cloud ist es darüber hinaus gelungen, einen entscheidenden Schritt im Hinblick auf eine länderübergreifende Zusammenarbeit voranzukommen. Digitalisierung kann nur gelingen, wenn über alle Ebenen des staatlichen Handelns hinweg alle bei der Bereitstellung von geeigneten leistungsfähigen digitalen Infrastrukturen zusammenarbeiten, denn das sind die Autobahnen der neuen Zeit. Und gerade bei der Nutzung von digitalen Lehrprogrammen und –werkzeugen braucht es solche Infrastrukturen, in denen die anfallenden und hoch sensiblen Bildungsdaten unserer Kinder verlässlich und datenschutzkonform bearbeitet werden können. Bei einem ungeschützten Zugriff über das Internet auf ein interaktives Lernprogramm oder ein Videokonferenzsystem kann das nämlich nicht gewährleistet werden.

Potentiale der neuen Digitaltechnologien können nur mit leistungsfähigen und sicheren digitalen Infrastrukturen erschlossen werden

Ideen zur Nutzung künstlicher Intelligenz (KI) im Alltag deutscher Schulen – KI steht dabei in den öffentlichen Diskussionen für alle modernen Digitaltechnologien – können ohne die beherzte Einführung leistungsfähiger digitaler Infrastrukturen nicht verwirklicht und erprobt werden. Wann immer es Lehrer_innen und Schüler_innen im Unterricht sinnvoll erscheint, digitale Medien zu nutzen, müssen ihnen diese performant und startklar in der Cloud zur Verfügung stehen, müssen ihre dabei anfallenden Daten DSGVO-konform in der Cloud abgelegt und geteilt werden können, sowie integrierte Messenger, Videokonferenztools und Office-Systeme (auf Open Source-Basis) verfügbar sein. Die HPI Schul-Cloud hat die Bereitstellung einer solchen Infrastruktur im Visier und es sieht gut aus, dass es gelingt, Deutschland hier endlich vorzubringen. Brandenburg, Thüringen, Niedersachsen, Bayern und Sachsen-Anhalt organisieren schon einen länderübergreifenden Einsatz.

Ich bin fest überzeugt, dass der Einsatz von modernen digitalen Systemen und künstlicher Intelligenz zu verbesserten Lernergebnissen und zu mehr Bildungsgerechtigkeit in Deutschland führen kann – wenn wir es richtig anpacken.

Wir könnten aber noch viel mehr!

Allein die Befähigung zum Einsatz digitaler Lernprogramme und Werkzeuge im Bildungswesen macht noch keine Bildungsrevolution aus und ändert auch wenig an den allerorten festzustellenden Ungerechtigkeiten im Bildungswesen. Solange alle Schüler_innen einen „one size fits all“ Unterricht erhalten, kann nicht auf spezifische Bildungsunterschiede reagiert, Binnendifferenzierung ermöglicht und echte Inklusion geschaffen werden. Letztlich ist das eine Ressourcenfrage: Wir haben zu wenige Lehrer_innen, zu wenige Fortbildungsangebote, zu wenig erprobte digitale Lernmaterialien,  keine didaktischen Erfahrungen zum Einsatz moderner digitaler Lern-Technologien und Erkenntnis zu deren Gelingensbedingungen. Weiterhin versperrt uns auch der (zu) oft vorurteilsbeladene und wenig fachkundige öffentliche Diskurs über den Einsatz neuer Digitaltechnologien und KI zur Schaffung eines verbesserten Unterrichts und gerechteren Zugangs zu Bildung die Sicht.

Was macht KI überhaupt?

Oft wird behauptet, KI-Technologien seien ein Mittel zur Entmenschlichung, schaffe Ungerechtigkeit und führe zu Diskriminierung. Das halte ich für falsch und plädiere für ein instrumentelles Verständnis von KI. Künstliche Intelligenz tut, was wir ihr auftragen. Wenn wir ihr beibringen, Katzen von Hunden von Pferden zu unterscheiden, dann tut sie das. Wir Menschen bestimmen, was eine KI macht oder nicht macht, und wir bestimmen, wo sie eingesetzt wird, und wo nicht. Da wo Menschen Entscheidungen an Maschinen aus Unkenntnis, Bequemlichkeit oder Mangel an Verantwortungsbewusstsein abgeben, muss regulatorisch eingegriffen werden. Genau wie wissenschaftliche Expert_innen kann und soll KI dem souveränen Bürger mit Rat zur Seite stehen – am Ende muss dieser den Rat selbst einordnen und entscheiden, inwieweit er diesem Rat folgt und nicht technokratisch einfach den Vorschlag der Expertenmaschine umsetzen.

Wir brauchen KI, um die digitale Welt besser zu verstehen

Genau in diesem Sinne wird KI unverzichtbar, und das nicht erst in weiter Zukunft, sondern schon heute. Ein wesentlicher Grund liegt in der unermesslichen Datenflut, die mit der digitalen Welt über uns „hereingebrochen“ ist. Das Internet ist zum global größten Repositorium für Medien und Inhalte aller Art geworden, die globale Vernetzung der Menschen (> 5 Mrd. Menschen nutzen das Internet) und Maschinen (aktuell ca. 50 Mrd. „smart Devices“ weltweit aktiv) kreiert einen unermesslichen und beständig weiter anschwellenden Datenstrom. Jede einzelne digitale Interaktion muss, damit das System funktioniert, protokolliert werden. Und es ist schlicht unmöglich, die mit diesen unermesslichen Datenstrom transportierten Informationen „händisch“ zu sichten, einzusortieren und zu nutzen. Auf den einschlägigen Onlinemarktplätzen werden Milliarden von Produkten angeboten von Millionen von Anbietern. Gleiches gilt beim Websurfing: Inzwischen existieren fast zwei Milliarden Webseiten. Ohne KI – hier ohne Suchmaschinen – ist es uns unmöglich, die Informationen zu finden, die wir brauchen.

Die beste Bildung für alle

Zurück zumBildungsbereich. Auch in der Bildung kann KI sowohl zum Nutzen der Schüler_innen und des Lernens als auch zur Unterstützung der Lehrer_innen eingesetzt werden. Wir erinnern uns: Aktuell ist Differenzierung im Klassenzimmer kaum möglich, Schüler_innen mit ihren unterschiedlichen Voraussetzungen und Talenten werden von einer Person entlang eines einheitlichen Plans unterrichtet. Das ist für manche über- für andere unterfordernd. Ein bestimmter Aufgabentyp spricht die einen Schüler_innen an, während er andere ratlos zurücklässt, die über andere Aufgaben besser hätten erreicht werden können. In dieser Weise zu differenzieren, ist für Lehrer_innen im heutigen Setting kaum machbar. Stünden ihnen allerdings entsprechende KI-Werkzeuge als Assistenz hilfreich zur Seite, würde das ganz anders aussehen.

Navigation im Dschungel der digitalen Lerninhalte

Eine typische Aufgabe, die KI in diversen Kontexten übernehmen kann, ist das Auffinden und Einordnen passender Lerninhalte aus vielen Millionen im Web zugänglichen digitalen Lernmedien und –pro­grammen. Eine auf die Suche und Einordnung von solchen Lernprogrammen spezialisierte Suchmaschine würde helfen, dass sich Lehrer_innen und Schüler_innen im Dschungel der digitalen Lernmedien besser zurechtfinden und die für die jeweils aktuelle Lernsituation passenden Vorschläge nutzen. Auf der Basis von Nutzererfahrungen und Expertenempfehlungen können solche Recommender-Systeme die Passgenauigkeit und Güte der Lernmedien im konkreten Bildungskontext „beurteilen lernen“ und sich automatisch immer weiter verbessern. Damit kann dann der Unterricht kinderleicht mit qualitativ hochwertigen und passgenauen Inhalten bereichert und vertieft werden.

Chatbots als digitale Helfer in digitalen Schul-Systemen

Ein weiterer sinnvoller Einsatz von KI-Systemen in der Schule betrifft den First-Level-Support für die genutzten digitalen Lernsysteme und -werkzeuge. Aktuell werden Lehrer_innen von Lehrdeputaten befreit, um sich in ihren Schulen um die Administration von Rechnersystemen zu kümmern, eine Verschwendung der knappen Lehrerressource. Sicher geben sich diese Lehrkräfte auch Mühe, aber sie sind keine Fachleute und so oft nicht in der Lage, die Systeme sicher zu konfigurieren. Deshalb wird die Digitalisierung der Schulen nur gelingen, wenn die genutzten Rechnersysteme in die Cloud verlagert werden und nicht vor Ort in der Schule stehen. Moderne Cloud-Systeme brauchen vor Ort keine Administratoren mehr, denken Sie doch nur an Ihr Handy. Dafür braucht es keinen Administrator, die Apps sind über das Netz erreichbar und werden in der Cloud von Profis technisch betreut und administriert. Bei 40.000 Schulen in Deutschland ist es einfach illusorisch, zu glauben, dass jede Schule einen professionellen Admin einstellen kann. Leistungsfähige digitale Lern- und Arbeitsumgebungen für Schulen wie die HPI Schul-Cloud müssen so gebaut sein (eben Cloud-basiert), dass sie keine technischen Administratoren vor Ort brauchen. Vor Ort müssen lediglich Supportanfragen für die Nutzung der Vielzahl von Lernprogrammen und –werk­zeugen beantwortet werden, die über eine Infrastruktur wie die HPI Schul-Cloud erreichbar sind. Auch hier kann KI einspringen, solche Supportanfragen zu beantworten und dabei helfen, dass alles rund läuft. Die Entwicklung sogenannter Chatbots – automatische Chatroboter – ist schon so weit fortgeschritten, dass viele einfache bis mittel-komplexe Supportanfragen von diesen KI-Helfern gut beantwortet werden können. Bei schwerwiegenderen Problemen können dann auch professionelle menschliche Administrator_innen in der Cloud zu Rate geziehen.

Automatische Übersetzer und Sprachassistenten unterstützen bei Integration und Inklusion

Mit dem Durchbruch neuer KI-Architekturen, dem Machine Learning und tiefen neuronalen Netzen, haben Computer inzwischen auch gelernt, Texte gut zu verstehen, zu hören und zu sprechen. Jedem sind die einschlägigen Sprachassistenten von Google und Apple bekannt und automatische Übersetzungsprogramme wie von dem deutschen Unternehmen DeepL entwickelt sind ebenfalls keine Utopie mehr. Es braucht nicht viel Phantasie, um sich vorzustellen, wie solche Systeme den Schulalltag insbesondere bei den Themen Integration und Inklusion verbessern können. Schüler_innen mit Migrationshintergrund, die Schwierigkeiten haben, sich in der deutschen Sprache auszudrücken oder Aufgaben nicht verstehen, aber sehr wohl in der Lage wären, diese zu lösen, müssen nicht mehr als mangelhaft intelligent abgestempelt werden, sondern können aktiv und wertvoll am Unterrichtsgeschehen teilnehmen, wenn Verständigungsschwierigkeiten durch KI-Übersetzer überbrückt werden. Ähnliches gilt für das Thema Inklusion. Schüler_innen mit Behinderungen könnten von KI-Systemen profitieren, z.B. Blinde, denen mit Hilfe von Maschinen die Umwelt beschrieben und Texte vorgelesen werden, die den sehenden Schüler_innen vorliegen; Gehörlose, denen man akustische Sprachsignale in Texte umwandeln könnte und Stumme, die Texte tippen, die dann von einer KI für sie gesprochen werden.

Lernbuddys für alle

Meine Vision für den Unterricht der Zukunft ist die Zusammenführung der genannten KI-basierten Unterstützungsangebote in einer individualisierbaren KI, die jedem Schüler seinen persönlichen „Lernbuddy“ zur Seite stellt. Ausgehend von dessen Hintergrund, seinen Interessen und Vorleistungen, unterstützt der Lernbuddy den Schüler bei der Auswahl der für ihn richtigen Lernmedien, wandelt Aufgaben in für seinen Schüler passgenaue Aufgabenstellung um und spielt diese aus. Wenn ein Lernbuddy „weiß“, dass sein Schüler eher über visuelle Reize ansprechbar ist und lernt, kann der ihm die gestellte Klassenaufgabe in multimedialer Form ausspielen, während die gleiche Aufgabe einem anderen Schüler von dessen Lernbuddy in der von diesem bevorzugten eher abstrakten Darstellung vorgelegt werden. Weiterhin kann die KI erkennen, in welchen Bereichen Schüler_innen über besondere Schwächen oder ausbaufähige Talente verfügen, und diese gezielt fördern. Eltern, Schüler_innen und Lehrer_innen könnten gemeinsam Lernziele definieren, für die dann vom Lernbuddy ein geeigneter individueller Lernpfad vorgeschlagen wird. So könnte man sich auch den Lernzielen spielerisch nähern und diese permanent anpassen, falls sich die gewünschten Erfolge nicht einstellen. Lernbuddys können so die Schüler_innen wie individuelle Nachhilfelehrer fördern. Ganz unabhängig vom Geldbeutel der Eltern oder anderen familiärer Restriktionen könnten Schüler_innen individuell gefördert werden.

KI als Schlüssel zur Verringerung der Bildungsungerechtigkeit

Klar ist, dass wir die enormen Herausforderungen, die eine differenzierende Gesellschaft in einer zunehmenden digitalen Welt an uns stellt, nur lösen, wenn wir lernen, mit neuen digitalen Werkzeugen umzugehen. KI-Systeme sind solche Werkzeuge, mit einem besonderen Potential, uns zu helfen, die Herausforderungen dieser durch die Digitalisierung veränderten Welt zu meistern und in unserem Sinne zu gestalten. Wir brauchen daher in Deutschland endlich eine flächendeckende und länderübergreifende digitale Infrastruktur im Schulwesen, um auf breiter Front neue digitale Lernsysteme und Unterrichtswerkzeuge, wie eben auch pädagogische KI-Anwendungen einsetzen und erproben zu können. Das alte Paradigma des „one size fits all“ steht jedenfalls in Widerspruch zu den Erfordernissen der Binnendifferenzierung, Integration und Inklusion. Wir brauchen hier vorurteilsfreie und Chancen-orientierte öffentlich Diskussionen zum sinnvollen Einsatz neuer Technologien in deutschen Schulen.

Christoph Meinel ist Geschäftsführer und wissenschaftlicher Direktor des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering (HPI) sowie Dekan der Digital-Engineering-Fakultät an der Universität Potsdam