MatheArena – die Handy-App als Matheprofessor:in

04.12.2023

Das Innviertler Lehrerehepaar Eva-Maria und Gerald Infanger wollen Mathematik den Schrecken nehmen und haben deshalb die Lern-App „MatheArena“ entwickelt. Die digitale Lernhilfe ermöglicht flexibles und mobiles Lernen, die es den Schüler:innen erlaubt sich das Wissen in kleinen "Häppchen" anzueignen. Im September wurden erste Ergebnisse der Kooperation mit dem Schulbuchverlag Veritas veröffentlicht, wodurch die Lern-App nun auch offiziell Einzug ins Klassenzimmer hält. Am 16. November wurde die Gründerin Eva-Maria Infanger mit dem Sonderpreis Digitalia ausgezeichnet. Das Software Competence Center Hagenberg (SCCH) hat dabei den adaptiven Algorithmus wissenschaftlich fundiert weiterentwickelt, der für die Schwierigkeitsbewertung der Mathematikaufgaben nötig ist. Gefördert wurde die Zusammenarbeit im Basisprogramm der FFG.

Berücksichtigung individueller Lernergebnisse

"Der Schwierigkeitsgrad der App passt sich automatisch an die jeweilige Wissensstufe der Lernenden an. Dadurch können die mathematischen Themen spielerisch und motivierend als kleine Häppchen in Form von MultipleChoice-Fragen und Minispielen trainiert werden. Unser Ziel ist es, durch angepasste Schwierigkeitsgrade die Lernenden gerade recht herauszufordern und damit ihre Motivation zu steigern, ohne Frust oder Überforderung", erklärt Eva-Maria Infanger. Der insgesamte Design-Fokus liegt auf den individuellen Bedürfnissen der Lernenden. „Im Besonderen berücksichtigen wir die Bedürfnisse von Mädchen und Frauen, um ihnen zu zeigen, dass alle Menschen in der Lage sind, mathematisch zu denken und ihr Interesse und Selbstvertrauen für MINT-Berufe zu stärken“, ergänzt Infanger.

Gamification auf Basis von Schach

Die Bewertung von Schwierigkeitsgraden von Aufgabentypen und somit die Bewertung der Mathematikkenntnisse der Schüler:innen ist ein fundamentaler Bestandteil der App. “Dafür haben wir uns an den Elo-Zahlen beim Schach und Computerspielen orientiert. Die Elo-Zahl ist eine Wertungszahl, welche die Spielstärke von Schachspieler:innen beschreibt. Sie wurde nach dem ungarischen Erfinder Arpad Elo benannt. Das Konzept wurde nun im Projekt so weiterentwickelt, dass eine Aufgabe wie ein Spielpartner bewertet wird. Das ermöglicht eine Einschätzung ihres Schwierigkeitsgrads. Elo-Zahlen werden mittlerweile bei verschiedenen Spielen und Sportarten angewendet", sagt Gerald Infanger. Spieler:innen (Lernende) und Aufgaben bekommen dabei eine faire Bewertung: Löse ich eine schwere Aufgabe, erhalte ich eine hohe Punktzahl, scheitere ich, verliere ich aufgrund des Schwierigkeitsgrades nur wenige Punkte. Florian Sobieczky, Senior Researcher Data Science, forscht zum Thema AI-Assisted Prescriptive Analytics am SCCH und erklärt: “Wir wollten eine effiziente, also schnelle Implementierung des Elo-Bewertungsschemas finden.“ Dieses Ziel wurde durch eine Beschleunigung der Konvergenz der Bewertungsfolge hin zur richtigen Einschätzung des Schwierigkeitsgrades erreicht: Damit können die Nutzer:innen und Aufgaben schon sehr gut nach 15 bis 20 Lösungsversuchen eingeschätzt werden. Unter anderem wurden dafür die thematischen Gemeinsamkeiten der einzelnen Disziplinen (Geometrie, Differentialrechnung, Algebra, …) genutzt. „Mit ähnlichen Problemen sind wir beim Trainieren von künstlicher Intelligenz konfrontiert. Zum Beispiel kann vorhandenes Expertenwissen (z.B. bei „Physics Informed Neural Networks“) in den Lernvorgang von künstlicher Intelligenz einfließen und diesen so beschleunigen“, so Sobieczky.

Spielerischer Zugang für MINT-Fächer

Im Unterricht braucht es geeignete Maßnahmen, um die Schüler:innen für die MINT-Fächer (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik) zu begeistern. „In der Schule wird Mathematik – die Grundlage der meisten MINT-Disziplinen – häufig als schwierig und realitätsfremd empfunden. Mit unserer App ermöglichen wir den spielerischen Zugang und einen nachhaltigen Nutzen“, sagt Eva-Maria Infanger. Die Mathe-Arena-Gründer überprüfen auch regelmäßig die lernpsychologischen Ansätze. „An der Pädagogischen Hochschule in Baden wurde der Lerninhalt Geometrie mit unserer App durchgenommen. Die Schüler:innen diskutieren plötzlich über Geometrie und sind viel motivierter sowie eigenständiger an das Lösen der Aufgabe herangegangen“, freut sich Eva-Maria Infanger, die die MatheArena auch zum Thema ihrer Doktorarbeit gemacht hat. "Unsere Vision ist es, Mathematik zu einer internationalen Sprache zu machen, die Jugendliche aus aller Welt miteinander verbindet. Mittlerweile nutzen unsere App schon sehr viele Schulen (also ganze Klassen und Institutionen) in ganz Österreich.“ erklärt Infanger.