„Uns ist in den Matheübungen aufgefallen, dass viele Studierenden immer wieder die gleichen Fehler in ihren Aufgaben machen. Vielleicht liegt es daran, dass sie Rechenregel oder -schritte irgendwann falsch verinnerlicht haben. Und da kam uns die Idee: Was wäre, wenn es einen Stift oder ein System gäbe, das beim Schreiben in Echtzeit merkt, wenn ein Fehler gemacht wurde und es direkt mitteilt. So weiß der Studierende sofort, was und wo etwas falsch gemacht wurde“, sagt Mikolaj Ambrozkiewicz, Lehrkraft für Mathematik an der Hochschule und Projektleiter von SmartPen über die Entstehung des Projektes.

Zunächst haben die Forschenden damit begonnen Daten zu sammeln. Dazu wurde eine App entwickelt, in der die Studierenden ihre Mathematikaufgaben handschriftlich bearbeiten und direkt abgeben können. Im aktuellen Semester wurde die App erstmals im Lehrbetrieb eingesetzt. So wurden bisher über 6.000 handschriftliche Aufgaben und Lösungen gesammelt: Ein wertvoller Datensatz, den das Projektteam auswertet. „Wir erfassen dabei jeder Strich der Handschrift einzeln“, sagt Mikolaj Ambrozkiewicz. „Dies ermöglicht nicht nur die Erkennung des Geschriebenen, sondern auch die Analyse der gedanklichen Schritte, die zu einer Lösung führen – der sogenannte „Chain of Thought“.“

Input-Tools für komplexe Rechenstrukturen
Aktuell werden die in der Anwendung abgegebenen Aufgaben noch händisch korrigiert. Im nächsten Schritt soll diese Korrektur automatisiert und in Echtzeit erfolgen. Dadurch erhalten die Nutzer*innen direkt im Rechenprozess Feedback. Für komplexe Strukturen wie Brüche, Matrizen oder Schemata können die Studierenden speziell entwickelte Input-Tools nutzen, die während des Schreibprozesses die Korrektheit der Lösung prüfen. So erhalten sie direkte Rückmeldung. „Quasi eine Autokorrektur für Matheaufgaben“, so der Projektleiter.

Neben den bisher eingesetzten Algorithmen zur Handschrifterkennung und Aufgabenanalyse wird außerdem untersucht, wie künstliche Intelligenz die Korrektur komplexer Rechenwege zusätzlich unterstützen kann, etwa bei der Analyse komplexer Gleichungen oder mehrschrittiger Rechenwege.

Mehrwert für Studierende und Lehre
„Wir wollen unseren Studierenden mit dem System einen echten Mehrwert bieten – so bliebt in den Übungen mehr Zeit, die Lösungswege detailliert zu besprechen“, so Ambrozkiewicz. „Die meisten machen ihre Aufgaben sowieso schon auf dem Tablet. Es ist also keine große Umstellung, sondern mit der neu entwickelten App eine deutliche Vereinfachung“. Von der Anzeige der Aufgabenstellungen, der Bearbeitung der Aufgaben bis zur Rückgabe der Korrekturen wird alles in einer Anwendung gebündelt. Außerdem bietet sie zusätzliche Funktionen wie die Trennung von Rechnung und Anmerkungen, damit man zum Beispiel offene Fragen in der Übung zielgerichtet klären kann.

Die App ist derzeit für iOS und Windows verfügbar, eine plattformunabhängige Web-App ist in Entwicklung.

Hintergrund
Das Projekt SmartPen wird von der Stiftung Innovation in der Hochschullehre über eine Laufzeit von zwei Jahren mit 428.152,80 Euro gefördert.