Üben mit Lernprogrammen

von Anna Hilz

Digitale, adaptive Mathematiklernprogramme bieten eine vielversprechende Möglichkeit, um die unterschiedlichen Leistungsniveaus von Schülerinnen und Schülern im Mathematikunterricht gezielt zu fördern. Doch wie beeinflussen individuelle Merkmale der Schülerinnen und Schüler deren Nutzung mit diesen Programmen? Und inwieweit hängt die regelmäßige Nutzung mit verbesserten Lernergebnissen zusammen? Eine IPN-Studie untersuchte diese Fragen und gibt erste Hinweise darauf, wie Lehrkräfte den Einsatz von Mathematiklernprogrammen im Unterricht erfolgreicher gestalten können.

Abbildung 1: Nutzeroberfläche des Lernprogramms Prowise Learn©. Die im Programm enthaltenen Aufgaben fördern hauptsächlich schnelles Kopfrechnen. Der adaptiv arbeitende Algorithmus des Programms stellt den Lernenden die Aufgaben dabei so zur Verfügung, dass die Lösungswahrscheinlichkeit bei 75% liegt.

Mathematische Kompetenzen sind eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche Teilhabe an der modernen Gesellschaft. Die zuletzt in großen Schulleistungsstudien gemessenen rückläufigen Kompetenzniveaus sowie die zunehmende Leistungsheterogenität sind daher besorgniserregend und stellen Lehrkräfte vor die Herausforderung, Lernende mit unterschiedlichen Voraussetzungen effektiv zu fördern.

Digitale, adaptive Mathematiklernprogramme bieten hier eine vielversprechende Lösung. Sie passen die Aufgaben automatisch an das jeweilige Leistungsniveau der Lernenden an und ermöglichen somit eine gezielte Differenzierung. Die Forschung legt nahe, dass solche Programme positive Effekte auf die Mathematikleistungen haben können, wobei die Effekte jedoch in vielen Fällen geringer ausfallen als erhofft. Eine zentrale Frage ist daher, welche Faktoren den Lernerfolg mit solchen Programmen beeinflussen.

Die hier vorgestellte IPN-Studie untersucht deshalb den Einfluss des adaptiven Mathematiklernprogramms Prowise Learn© hinsichtlich des Nutzungsverhaltens und der Lernergebnisse von Schüler*innen zu Beginn der Sekundarstufe (Jahrgangsstufe 5, Gemeinschaftsschulen). Ein besonderer Fokus lag auf der Frage, wie individuelle Merkmale der Schüler*innen das Nutzungsverhalten beeinflussen und inwieweit das Nutzungsverhalten mit der Mathematikleistung und motivationalen Merkmalen, wie dem Mathematikselbstkonzept, zusammenhängt.

Um diesen Fragen nachzugehen, haben die Schülerinnen und Schüler bis zu einem Schuljahr im Mathematikunterricht und zu Hause mit Prowise Learn© geübt.

Individuelle Merkmale und ihr Einfluss auf das Nutzungsverhalten

Abbildung 2: Darstellung der statistisch signifikanten Zusammenhänge zwischen den individuellen Merkmalen der Lernenden und deren Nutzungsverhalten mit Prowise Learn©. Unstandardisierte Regressionskoeffizienten. * = p≤ .05. Kontrolliert für Geschlecht, Programmeinführung und technische Probleme.

Ein zentrales Ergebnis der Studie ist, dass nicht alle Schüler*innen das bereitgestellte Mathematiklernprogramm in gleichem Maße nutzten. Vor allem Schüler*innen mit höherer Mathematikangst oder einem Migrationshintergrund wiesen eine geringere Nutzung auf. Diese Lernenden bearbeiteten im Vergleich zu ihren Mitschüler*innen weniger Aufgaben, was nahelegt, dass zusätzliche Unterstützung hilfreich sein könnte, um regelmäßiges Üben zu fördern. Das Nutzungsverhalten nahm außerdem über die Zeit hinweg ab, insbesondere in Ferienzeiten. Dies zeigt, dass es nicht nur entscheidend ist, das Programm bereitzustellen, sondern dass die Nutzung kontinuierlich gefördert und begleitet werden muss.

Andere individuelle Merkmale wie das mathematische Vorwissen, die Gewissenhaftigkeit, das Mathematikselbstkonzept oder der sozioökonomische Status hatten dagegen keinen signifikanten Einfluss auf das Nutzungsverhalten. Das bedeutet, dass diese Merkmale zumindest in dieser Studie keine Rolle dabei zu spielen schienen, wie intensiv die Lernenden das Programm nutzten. Diese Ergebnisse sind insofern ermutigend, als leistungsschwächere und somit potenziell benachteiligte Schüler*innen – gekennzeichnet durch weniger Vorwissen, ein geringeres Mathematikselbstkonzept oder einen niedrigeren sozioökonomischen Status – das Programm nicht grundsätzlich zu meiden schienen.

Abbildung 3: Nutzeroberfläche des Lernprogramms Prowise Learn©. Nach jeder Aufgabe erhalten die Lernenden ein Feedback, wobei Falschantworten direkt korrigiert werden. Durch die angestrebte Lösungswahrscheinlichkeit von 75% sollten die Lernenden durchschnittlich aber mehr positives als korrigierendes Feedback erhalten.

Effekte des Lernpgrogramms auf die Leistung und das Selbstkonzept

Die IPN-Studie zeigt außerdem, dass das Nutzungsverhalten eine zentrale Rolle für den Lernerfolg spielt. Schüler*innen, die das Mathematiklernprogramm häufiger nutzten, zeigten tendenziell bessere Leistungen, insbesondere in schwierigeren Aufgabenbereichen z.B. bei der Subtraktion. Dies unterstreicht die Bedeutung der regelmäßigen Nutzung solcher Programme, um Lernerfolge zu erzielen, da eine bloße Bereitstellung des Programms nicht ausreichend zu sein scheint.

Neben der Mathematikleistung wurden auch Effekte auf das Mathematikselbstkonzept untersucht. Es deuteten sich Verbesserungen im Mathematikselbstkonzept an, die mit der Programmbereitstellung zusammenhängen, jedoch unabhängig von der Häufigkeit der Nutzung zu sein scheinen. Ausgehend davon, dass adaptive Lernprogramme motivationsförderliche Mechanismen wie eine erhöhte Häufigkeit positiven Feedbacks beinhalten, könnte dieses Ergebnis so interpretiert werden, dass diese Mechanismen zur Steigerung des Selbstkonzepts beitragen, wobei das Prinzip

„Je mehr desto besser“ nicht zwingend zu gelten scheint. Um diese Annahme zu belegen, bedarf es jedoch noch weiterer Forschung.

Praktische Implikationen für den Unterricht

Die Ergebnisse der Studie liefern wertvolle Hinweise für den schulischen Alltag. Erstens wird deutlich, dass die Wirksamkeit von Mathematiklernprogrammen hinsichtlich der Leistung von der Nutzungshäufigkeit abhängt. Um solche Programme möglichst effektiv einzusetzen, ist es also entscheidend, dass die Schüler*innen regelmäßig mit den Programmen üben. Lehrkräfte sollten das Programm dementsprechend kontinuierlich in den Unterricht integrieren, um eine regelmäßige Nutzung zu sichern und vor allem nach Ferienzeiten darauf achten, dass die Schüler*innen das Üben wieder aufnehmen.

Zweitens zeigen die Ergebnisse, dass bestimmte Schüler*innen, insbesondere solche mit hoher Mathematikangst oder einem Migrationshintergrund, zusätzliche Unterstützung benötigen. Ohne eine solche Unterstützung besteht die Gefahr, dass diese seltener mit dem Programm üben und somit nicht in vollem Umfang von den potenziellen Vorteilen profitieren können. Unterstützende Maßnahmen wie eine positive Fehlerkultur oder die Sicherstellung eines geeigneten digitalen Endgeräts zum Üben (z. B. mindestens ein Tablet statt nur einem Smartphone) könnten hilfreich sein, um diese Schüler*innen aktiv in den Übungsprozess einzubinden.

Abbildung 4: Darstellung der statistisch signifikanten Zusammenhänge der Programmbereitstellung sowie der Nutzungshäufigkeit auf die Leistung und das Mathematikselbstkonzept der Schülerinnen und Schüler. Die Effekte der Programmbereitstellung beziehen sich auf die Experimentalgruppe, die mit Prowise Learn© geübt hat, im Vergleich zur Kontrollgruppe ohne Nutzung eines Lernprogramms. Die Effekte der tatsächlichen Nutzung (d.h. Anzahl geübter Aufgaben) wurden hingegen nur innerhalb der Experimentalgruppe analysiert. Standardisierte Regressionskoeffizienten. * = p≤ .05. Kontrolliert für Ausgangsniveau aller Out-comes (T1) und Kovariaten. Type = complex

Fazit

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass digitale Mathematiklernprogramme ein vielversprechendes Werkzeug zur Förderung mathematischer Fähigkeiten sind, ihre Wirksamkeit jedoch vom tatsächlichen Nutzungsverhalten der Schüler*innen abzuhängen scheint. Vor diesem Hintergrund benötigen Gruppen wie Mathematikängstliche oder Schüler*innen mit einem Migrationshintergrund zusätzliche Unterstützung, um regelmäßig und effektiv mit dem Programm zu üben. Lehrkräfte müssen dabei eine aktive Rolle bei der Implementierung solcher Programme übernehmen. Sie sollten nicht nur die Bereitstellung sicherstellen, sondern auch darauf achten, dass das Programm regelmäßig und gezielt genutzt wird. Welche Maßnahmen sich hier am besten eignen, sind Fragen, die in der Forschung noch bearbeitet werden müssen.

Über die Autorin:

Dr. Anna Hilz hat Psychologie an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel studiert und arbeitet als wissenschaftliche Mitarbeiterin in der IPN-Abteilung Erziehungswissenschaft und Pädagogische Psychologie. Ihr Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Potenzial digitaler Lernprogramme, insbesondere für leistungsschwächere Schüler*innen. Ein besonderer Fokus ihrer Arbeit ist die Analyse von Prozessdaten, die während der Nutzung dieser Programme durch die Schüler*innen anfallen, um deren Übungsverhalten abzubilden. Die hier vorgestellten Ergebnisse sind Teil ihrer Dissertation. ahilz@leibniz-ipn.de

Weiterführende Quellen:

Hilz, A., Guill, K., Roloff, J., Aldrup, K., & Köller, O. (2023). The relationship between individual characteristics and practice behaviour within an adaptive arithmetic learning program. Journal of Computer Assisted Learning, 39(3), 970–983. https://doi.org/10.1111/jcal.12780

Hilz, A., Guill, K., Roloff, J., Sommerhoff, D., & Aldrup, K. (2023). How to continue? New approaches to investigating the effects of adaptive math learning programs on students’ performance, self-concept, and anxiety. Journal of Intelligence, 11(6), Article 108. https://doi.org/10.3390/jintelligence11060108

Hilz, A., Hofman, A., Jansen, B., & Aldrup, K. (2025). Tracing students’ practice behavior in an adaptive math learning program: Does it mediate the math anxiety–performance link?. Learning and Instruction, 98, Article 102113. https://doi.org/10.1016/j.learninstruc.2025.102113