KI in der Hochschullehre: Erstellung und Evaluation eines Chatbots zur Empfehlung von individualisierten digitalen Lernressourcen innerhalb der digitalen Lehre

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erstellung und Evaluation eines E-Mentoring Systems auf Basis eines Chatbots in der Hochschullehre. Innerhalb des Verbundprojekts tech4comp und dessen zugrundeliegender technischer Infrastruktur ist ein erster Chatbot zur Unterstützung der digitalen Lehre implementiert worden. Dieser Bot hat die Aufgabe, anhand von Aufgabenempfehlungen den Lernerfolg zu steigern. In einer Studie mit Lernenden eines Mathematikmoduls an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK) hat eine erste Evaluation stattgefunden. Mit den gesammelten Erfahrungswerten und dem detektierten Verbesserungspotenzial ist daraufhin ein Expertensystem mit auf Lerndaten basierenden Empfehlungsfunktionen realisiert worden. Die Arbeit zeigt das erfolgreiche Zusammenspiel verschiedener Komponenten innerhalb des Verbundprojekts. Gleichzeitig wird damit die Grundlage für weitere Entwicklungen innerhalb des E-Mentorings gelegt. Ergänzend dazu sind die Entwicklungspotenziale und die nächsten Schritte aufgezeigt, welche notwendig sind, um in Zukunft die Hochschullehre mittels selbstlernender künstlicher Intelligenz zu unterstützen.:1 Einleitung 2 Wissenschaftliche Grundlagen 2.1 Mentoring 2.1.1 Allgemein-pädagogische Perspektive 2.1.2 Inhaltliche Perspektive 2.1.3 Systemische Perspektive 2.1.4 E-Mentoring 2.2 Einordnung des Projekts 2.2.1 Verbundprojekt tech4comp 2.2.2 Bestehende Projekte 2.3 Chatbots 2.3.1 Historische Entwicklung 2.3.2 Chatbots in der Hochschullehre 2.4 Grundlagenmodellierung 2.4.1 Domänenmodellierung mittels einer Ontologie 2.4.2 Lernendenmodellierung 3 Technische Analyse der bestehenden Infrastruktur 3.1 Technische Gesamtinfrastruktur des Bildungsnetzwerks 3.2 Social Bot Framework 3.3 Rocket.Chat 3.4 Datenspeicher - Learning Record Store 3.5 Mentoring Workbench 3.6 KI-Infrastruktur 3.7 Lernmanagementsystem OPAL 3.8 ONYX-Aufgabeneditor 3.9 Authentifizierung 4 Umsetzung 4.1 Vorgehensweise 4.2 Aufbereitung der Lerninhalte 4.3 Erstellung der Ontologie 4.3.1 Überblick 4.3.2 Modellierung der Lernobjekte 4.4 Entwicklung des Chatbots und Durchführung der Studie 4.4.1 Entwicklung des Chatbots 4.4.2 Vorbereitungen im OPAL-Kurs 4.4.3 Datenschutzerklärung 4.4.4 Anleitung für die Studierenden 4.4.5 Auswertung der Studie 4.5 Entwicklung des dynamischen Expertensystems 4.5.1 Aufbereitung der Daten zur weiteren Nutzung 4.5.2 Entwicklung des KI-Service 5 Schlussbetrachtungen 5.1 Ausblick 5.1.1 Entwicklungen außerhalb der Chat-Interaktionen 5.1.2 Entwicklungen innerhalb der Chat-Interaktionen 5.1.3 Anpassungen der Aufgaben 5.2 Fazit Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Quelltextverzeichnis Literaturverzeichnis Eidesstattliche Erklärung AnhangThis master thesis is about the creation and evaluation of an e-mentoring system based on a chatbot in higher education. In a first approach, a chatbot was used to support the students. The entire technical infrastructure and knowledge was shared as part of the tech4comp joint project. The primary objective is the recommendation of tasks for an increased learning experience. To get first feedback on the system, a study with students in a math class at the HTWK is conducted. Based on the results, an expert system got implemented and developed. In addition, the recommendation functions work with newly generated data from the students. This thesis shows the cooperation between different parts of the joint project. Moreover, it serves as a basis for further developments and studies in the field of e-mentoring. With the help of the implemented system, it is possible to gain insights into further potentials. The next iteration should include self-learning artificial intelligence to improve the bot’s suggestions.:1 Einleitung 2 Wissenschaftliche Grundlagen 2.1 Mentoring 2.1.1 Allgemein-pädagogische Perspektive 2.1.2 Inhaltliche Perspektive 2.1.3 Systemische Perspektive 2.1.4 E-Mentoring 2.2 Einordnung des Projekts 2.2.1 Verbundprojekt tech4comp 2.2.2 Bestehende Projekte 2.3 Chatbots 2.3.1 Historische Entwicklung 2.3.2 Chatbots in der Hochschullehre 2.4 Grundlagenmodellierung 2.4.1 Domänenmodellierung mittels einer Ontologie 2.4.2 Lernendenmodellierung 3 Technische Analyse der bestehenden Infrastruktur 3.1 Technische Gesamtinfrastruktur des Bildungsnetzwerks 3.2 Social Bot Framework 3.3 Rocket.Chat 3.4 Datenspeicher - Learning Record Store 3.5 Mentoring Workbench 3.6 KI-Infrastruktur 3.7 Lernmanagementsystem OPAL 3.8 ONYX-Aufgabeneditor 3.9 Authentifizierung 4 Umsetzung 4.1 Vorgehensweise 4.2 Aufbereitung der Lerninhalte 4.3 Erstellung der Ontologie 4.3.1 Überblick 4.3.2 Modellierung der Lernobjekte 4.4 Entwicklung des Chatbots und Durchführung der Studie 4.4.1 Entwicklung des Chatbots 4.4.2 Vorbereitungen im OPAL-Kurs 4.4.3 Datenschutzerklärung 4.4.4 Anleitung für die Studierenden 4.4.5 Auswertung der Studie 4.5 Entwicklung des dynamischen Expertensystems 4.5.1 Aufbereitung der Daten zur weiteren Nutzung 4.5.2 Entwicklung des KI-Service 5 Schlussbetrachtungen 5.1 Ausblick 5.1.1 Entwicklungen außerhalb der Chat-Interaktionen 5.1.2 Entwicklungen innerhalb der Chat-Interaktionen 5.1.3 Anpassungen der Aufgaben 5.2 Fazit Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Quelltextverzeichnis Literaturverzeichnis Eidesstattliche Erklärung Anhan