Praxisbeispiel

KI-Lernkarteikasten für IT-Sicherheit: Förderung selbstständigen Lernens

Lehrende
Prof. Ralf C. Staudemeyer, PhD
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Die Lehrveranstaltung IT-Sicherheit wird durch einen digitalen, Künstliche Intelligenz (KI)-gestützten Lernkarteikasten ergänzt. Dieser enthält Fragen zu in den Vorlesungen behandelten Themengebieten. Die von Studierenden formulierten Lösungen werden semantisch mittels SentenceTransformers (Algorithmen zum Inhaltsvergleich von Sätzen) mit der vorgegebenen Musterlösung verglichen. Ein LLM (Large Language Model; Sprachmodell zur maschinellen Texterstellung) gibt darüber hinaus konkrete Rückmeldung zu den Lösungsvorschlägen. In den Karteikasten eingebundene Gamification-Elemente (z.B. Badges und Highscore-Listen) steigern die Motivation und so den Lernerfolg der Studierenden. Die Verfügbarkeit des Karteikastens als Webanwendung ermöglicht ortsunabhängiges Lernen zu einem selbst gewählten Zeitpunkt, ohne auf sofortiges, individuelles Feedback verzichten zu müssen.
Dank leichtgewichtiger KI-Algorithmen kann der Karteikasten ohne spezielle Hardware selbst betrieben werden. Der Quelltext ist unter einer Open-Source-Lizenz frei verfügbar, die Fragen werden in einem leicht verständlichen, strukturierten Format gespeichert. Dadurch kann der Karteikasten leicht an andere Fachgebiete angepasst werden.

Herausforderung in der Lehre

Die Kenntnis von Fachterminologie ist im Bereich der IT-Sicherheit eine Grundvoraussetzung, um ein tiefgreifendes fachliches Verständnis entwickeln zu können. Da viele Studierende Schwierigkeiten haben, komplexere Begriffe eigenständig zu durchdringen, bietet der KI-Karteikasten eine effektive Lösung: Er ermöglicht es Studierenden, sich Fachbegriffe gezielt anzueignen und bei Fehlern direkt Rückmeldung zu erhalten.

Ziele Ihres Praxisbeispiels

Wesentliches Ziel ist die Verbesserung des selbstständigen Kompetenzerwerbs im Bereich der IT-Sicherheit. Der Karteikasten fördert dies, indem Studierende zu offen formulierten Fragen eigene Lösungen in einem Freitextfeld formulieren. Dazu erhalten sie direkte, individuelle Rückmeldung anhand eines inhaltlichen Vergleichs mit der Musterlösung. Dies stärkt das Verständnis und die Anwendung der Lerninhalte. Gamification-Elemente erhöhen die Motivation und den Lernerfolg. Die digitale Verfügbarkeit als Webanwendung erhöht die Zugänglichkeit zur Lehrveranstaltung und ermöglicht flexibleres Lernen.

Voraussetzungen für die Umsetzung

Der Betrieb des KI-Karteikasten erfordert Zugriff auf einen Webserver. Da zum Inhaltsvergleich leichtgewichtige KI-Algorithmen zum Einsatz kommen, bestehen keine besonderen Hardwareanforderungen. Als LLM kann das Open Model Lab des e-Teach-Netzwerkes eingebunden werden.

Vorgehensweise

Zunächst wurde der Karteikasten als Webanwendung entwickelt. Im Anschluss wurden die KI-Algorithmen eingebettet und der Karteikasten testweise in einer Lehrveranstaltung genutzt. Bei der statistischen Auswertung der Klausurergebnisse zeigte sich, dass Studierende, die den Lernkarteikasten nutzten, im Durchschnitt etwa zehn Punkte mehr erreichten als Kommilitonen, die ihn nicht benutzten.

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