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Advancing intuitive human-machine interaction with human-like social capabilities for education in schools

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Roboter für Klassenzimmer

Eine Gruppe Nachwuchsforschender hat der Verwendung von Robotern zur Betreuung einzelner Schülerinnen und Schüler und zur Erleichterung von Gruppenaktivitäten den Weg geebnet.

Digitale Wirtschaft

Inzwischen sind Roboter nicht mehr nur Science-Fiction. Heute arbeiten sie bereits in Fabriken, sie liefern uns Essen an die Haustür und helfen Reisenden an Flughäfen. Schon bald könnten sie auch in Klassenzimmern zu finden sein. „Roboter haben das Potenzial, eine erhebliche Rolle in der Bildung zu spielen“, erklärt Mohamed Chetouani, Professor an der Sorbonne. „Sie können nicht nur Lehrkräfte unterstützen, sondern auch den Schülerinnen und Schülern dabei helfen, wichtige Kompetenzen wie Teamarbeit, Kommunikation, Führungsstärke und soziales Verhalten zu erwerben.“ Aber bevor Roboter und Schülerinnen und Schüler gemeinsam lernen können, müssen sie erst einmal lernen, miteinander zu interagieren – genau darum geht es beim EU-finanzierten Projekt ANIMATAS. „Das Ziel des Projekts bestand darin, Methoden und Modelle der Mensch-Maschine-Interaktion für die Bildung zu untersuchen“, so Chetouani, der Koordinator des Projekts. Zu diesem Zweck bildete das Projekt eine neue Generation Nachwuchsforschender mit verschiedenen akademischen Hintergründen aus, darunter Informatik, Robotertechnik, Erziehungswissenschaften und Psychologie. Alle 15 Nachwuchsforschenden, darunter viele Frauen, konzentrierten sich im Rahmen ihrer Doktorarbeiten auf ein spezifisches Projekt im Fachbereich der Mensch-Maschine-Interaktion für die Bildung. „Das Engagement dieser jungen Forschenden dafür, Frauen in den MINT-Fächern zu fördern, war sehr beeindruckend“, fügt Chetouani hinzu.

Embodiment, soziales Lernen und personalisierte Anpassung

Das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierte Projekt baute auf intensiven Diskussionen mit Lehr- und Fachkräften aus dem Bildungswesen, Experimenten in Schulen und der Organisation von Besuchen sowie Veranstaltungen auf. „Lehrkräfte waren von Anfang an beteiligt und lieferten unseren Forschenden in jeder Phase wertvolle Beiträge, vom Design über die Interaktion bis hin zu Anwendungsbereichen“, merkt Chetouani an. „Diese ersten Aktivitäten bildeten dann die Grundlage für unsere Forschung und trugen dazu bei, den Projekten der einzelnen Nachwuchsforschenden ihr Profil zu verleihen.“ Laut Chetouani konzentrierten sich diese Projekte auf drei zentrale Themen: Embodiment (zu Deutsch: „Verkörperung“), soziales Lernen und personalisierte Anpassung. „Im Rahmen des Projekts erforschten wir, wie Menschen das Zusammenspiel zwischen dem Aussehen und dem Verhalten von Robotern und virtuellen Figuren wahrnehmen“, erklärt er. „Wir arbeiteten auch daran, sicherzustellen, dass die Roboter sich den Bedürfnissen einzelner Anwendenden anpassen können – eine Eigenschaft, die sich als besonders nützlich erweisen könnte, um die individuellen Lernbedürfnisse verschiedener Schülerinnen und Schüler zu erfüllen.“ Die Nachwuchsforschenden entwickelten neue Mechanismen des sozialen Lernens, die mit verschiedenen Arten menschlichen Eingreifens umgehen können. Diese Mechanismen stellten außerdem sicher, dass die Roboter selbst ohne Einschränkungen lernen konnten. „Unsere künstlichen sozialen Akteure sind an mehreren Arten von Interaktionen mit den Kindern beteiligt, vor allem in Form von Lernaktivitäten“, merkt Chetouani an. „Beispielsweise können Lehrkräfte diese Mechanismen einsetzen, um einzelne Schülerinnen und Schüler zu unterrichten oder Gruppenaktivitäten zu unterstützen.“

Ausbildung der nächsten Generation Nachwuchsforschender

Als die COVID19-Pandemie ihren Lauf nahm, wurden die meisten Klassenzimmer in die Online-Welt verlegt, sodass es den Forschenden nahezu unmöglich war, ihre geplanten Experimente in herkömmlichen Klassenzimmern durchzuführen. „Wir mussten neue Experimente entwickeln, die auf die neue Realität zugeschnitten waren“, fügt er hinzu. Trotz dieser Herausforderungen konnten die Nachwuchsforschenden die gemeinsame Gestaltung, Umsetzung und Optimierung von Lernaktivitäten und Mensch-Maschine-Mechanismen, die den Kindern zugutekommen werden, erfolgreich abschließen. „Die Ausbildung der nächsten Generation Nachwuchsforschender ist meiner Meinung nach das bedeutendste Ergebnis des Projekts“, so Chetouani abschließend. Die Nachwuchsforschenden werden ihre neu gewonnenen Kenntnisse und Fertigkeiten nun als Promovierte oder Forschende in Labors und Unternehmen zum Einsatz bringen, um die Verwendung von Robotertechnik im Klassenzimmer weiter voranzutreiben.

Schlüsselbegriffe

ANIMATAS, Roboter, Bildung, Lernen, Mensch-Maschine-Interaktion, Nachwuchsforschende, Robotertechnik

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