Von der kognitiven Architektur zum KI-gestützten Scaffolding

KI in der Lehre: Refresher

2026-03-12

Drei Kurse, drei Perspektiven

Wir bieten drei aufbauende Kurse zu KI in der Lehre an:


Beginner

Was ist KI?

  • Ein Sprachmodell ist eine Textvorhersagemaschine
  • Es kann jeden Dialog simulieren, auch Expertendialoge

Intermediate

Wie funktioniert Lernen?

  • Wir können nur wenig gleichzeitig im Arbeitsgedächtnis behalten
  • Lernen heisst: Wissen selbst aufbauen und vernetzen
  • Gutes Aufgabendesign unterstützt diesen Prozess

Advanced

Wie gestalten wir Aufgaben?

  • KI-Tools lassen sich lernwissenschaftlich fundiert gestalten
  • Das Ziel: die kognitive Arbeit bleibt bei den Lernenden


Diese Präsentation führt durch alle drei Perspektiven: Technologie, Lernwissenschaft, Werkzeugdesign.

Was ist ein Sprachmodell?


Der Mechanismus ist einfach: ein Sprachmodell sagt das Text vorher, Wort für Wort.


Klinischer Bericht

“Schreibe eine Differentialdiagnose für…”

→ ein strukturierter Bericht mit Fachterminologie

Musterlösung

“Löse diese Gleichung Schritt für Schritt”

→ eine detaillierte Lösung


Um solche Texte zu erzeugen, muss das Modell enormes Wissen erworben haben.

Der Output ist aber oft schwer zu beurteilen und erfordert Fachwissen.

Vertiefte Einführung: BFH Beginner-Kurs

Cognitive Load Theory in 60 Sekunden

Die Cognitive Load Theory (Sweller 2025) erklärt, wie das Arbeitsgedächtnis beim Lernen beansprucht wird.





Extrinsische Belastung

Unnötige Belastung durch schlechtes Design.

→ Reduzieren!

Intrinsische Belastung

Bestimmt durch Material und Vorwissen.

→ Steuern durch Aufgabendesign

Lernrelevante Verarbeitung

Produktive Denkarbeit, die Schemata aufbaut.

→ Maximieren!

Expertise = vernetzte Schemata

Wie überwindet man den Engpass? Durch Vorwissen.

Wissen wird im Langzeitgedächtnis zu Schemata organisiert: Einzelelemente werden zu einer Einheit komprimieren.


Extrinsische Last senken = Kapazität für Lernen

Weniger unnötige Belastung bedeutet mehr Platz für lernrelevante Verarbeitung.



Extrinsische Last reduzieren

Extrinsische Last entsteht durch unnötige Komplexität im Aufgabendesign.


Typische Quellen extrinsischer Last

  • Information auf mehrere Quellen verteilt (Split-Attention)
  • Unklare oder mehrdeutige Aufgabenstellungen
  • Irrelevante Zusatzinformationen

Gegenstrategien

  • Zusammengehörige Information integrieren
  • Aufgaben klar und eindeutig formulieren
  • Nur zeigen, was gerade gebraucht wird


Jede Reduktion extrinsischer Last schafft Kapazität für lernrelevante Verarbeitung.

Vorwissen bestimmt das Aufgabendesign

Dieselbe Aufgabe hat unterschiedliche intrinsische Last für verschiedene Lernende.


Aufgabe: Löse nach \(x\) auf: \[-1(-x - 7) = 14x - 6\]

Für Anfänger:innen

Hohe Komplexität:

  • Was bedeutet das Minuszeichen vor der Klammer?
  • Wie verteile ich?
  • Wie bringe ich \(x\) auf eine Seite?
  • Welche Rechenregeln gelten?

Für Fortgeschrittene

Niedrige Komplexität:

  • “Klammer auflösen” → ein Schema
  • “Terme zusammenfassen” → ein Schema
  • “Nach \(x\) auflösen” → ein Schema


Dieselbe Aufgabe, aber verschiedene kognitive Kosten.

Scaffolding steuert die intrinsische Last

Wenn die intrinsische Last zu hoch ist, brauchen Lernende Scaffolding.


Vom Beispiel zum Problem (Fading)

Schritt Format
1 Worked Example: Vollständig durchgearbeitet
2 Completion Problem: Teilweise gelöst, Lücken füllen
3 Hinweis-gestützt: Nur strategische Hinweise
4 Eigenständig: Ohne Unterstützung


Jede Stufe reduziert die Unterstützung und erhöht die kognitive Eigenleistung.

Beispiel: Gleichung lösen

Stufe 2 (Completion):

\(-1(-x - 7) = 14x - 6\)

Schritt 1: Klammer auflösen → \(\underline{\quad\quad\quad\quad}\)

Schritt 2: \(x\) isolieren → \(7 + 6 = 14x - x\)\(13 = 13x\)

Schritt 3: Vereinfachen → \(x = 1\)

Wie bringe ich ein KI-Tool dazu, pädagogisch sinnvoll zu helfen?


Was ein Chatbot ohne Anleitung tut

“Löse \(-1(-x - 7) = 14x - 6\)

→ Sofort die vollständige Lösung, korrekt formatiert, flüssig formuliert.

  • Keine Diagnose des Vorwissens
  • Keine angepasste Unterstützung
  • Keine Lücken zum Selbstdenken
  • Kein Fading

Eine korrekte Lösung ist noch kein pädagogisch gestaltetes Worked Example.

Was mit der richtigen Anleitung möglich ist

Ein Chatbot kann CLT-Prinzipien umsetzen:

  • Zuerst diagnostiziert, was Lernende schon können
  • Scaffolding ans Vorwissen anpasst
  • Lücken lässt, die zum Selbstdenken einladen
  • Unterstützung schrittweise ausblendet (Fading)

Die lernrelevante Verarbeitung bleibt bei den Lernenden.

Beispiel: Gleichungen lösen

Aufgabe: \(-1(-x - 7) = 14x - 6\)

Diese Aufgabe erfordert drei Teilkompetenzen:


Schritt 1

Distribuieren

\(-1 \cdot (-x) = x\)

\(-1 \cdot (-7) = 7\)

\(x + 7 = 14x - 6\)

Schritt 2

Terme zusammenfassen

\(7 + 6 = 14x - x\)

\(13 = 13x\)

Schritt 3

Variable isolieren

\(x = 1\)

Prüfung: \(-1(-1-7) = 14(1)-6\)

\(8 = 8\)


Ein CLT-informiertes Tool fragt: Welche dieser Teilkompetenzen beherrscht die Person bereits?


Diagnose Scaffolding
Schritt beherrscht Nur ein Hinweis, selbst lösen lassen
Schritt teilweise beherrscht Completion Problem (Lücken ausfüllen)
Schritt nicht beherrscht Worked Example, dann erneut versuchen

Erkenntnisse


1. Extrinsische Last reduzieren: Alles entfernen, was nicht zum Lernen beiträgt.


2. Intrinsische Last ans Vorwissen anpassen: Unterstützung dort geben, wo sie gebraucht wird, und dort zurücknehmen, wo sie überflüssig ist.


3. Lernrelevante Verarbeitung fördern: KI-Tools so gestalten, dass die Denkarbeit bei den Lernenden bleibt.

Diskussion

Mögliche Fragen als Einstieg:


  • Wo in deinem Kurs nutzen Studierende KI als Abkürzung, und was geht dabei verloren?

  • Welche deiner Aufgaben könnten mit besserem Scaffolding wirksamer werden?

  • Woher weisst du, was deine Studierenden bereits können?

  • Wie könnte ein KI-Tool aussehen, das auf dein Fach zugeschnitten ist?

Referenzen

Sweller, John. 2025. „An Integrated Human Cognitive Architecture. Educational Psychology Review 37 (4): 108. https://doi.org/10.1007/s10648-025-10089-1.