Mit KI und Eye Tracking die Alphabetisierungslücke schließen

Eine Erfolgsgeschichte von Lexplore und Tobii

Ich finde es erstaunlich, dass selbst einige der reichsten Länder der Welt nicht in der Lage sind, das Problem der Kinder zu lösen, die die Grundschule mit geringen Lesefähigkeiten verlassen. Trotz des Wissens, der Materialien und der Ressourcen, zu denen wir Zugang haben, fallen immer noch einige Kinder durch das Netz. Kinder, die ihr ganzes Leben lang mit Lernschwierigkeiten zu kämpfen haben werden, was zu einem geringen Selbstwertgefühl und einem unterdurchschnittlichen Wohlbefinden führt. Doch mit dem richtigen Eingreifen zum richtigen Zeitpunkt kann das Problem gelöst werden.

Eine der Hauptursachen ist das Fehlen eines systematischen Ansatzes für die Leseförderung und gemeinsamer Ziele - Probleme, die sich nicht dadurch lösen lassen, dass man mehr Ressourcen in den Mix wirft, sondern wo die digitale Transformation ideal ist. Lexplore, einer unserer Partner, hat es sich zur Aufgabe gemacht, mithilfe von KI und Eye Tracking die Routinearbeit des Screenings und der Analyse zu übernehmen, die Lesebewertung zu systematisieren und gemeinsame Ziele zu schaffen, damit sich die Lehrer auf die Förderung und Nachbereitung konzentrieren können.

Ihre Geschichte hat viele Seiten. Zunächst einmal zeigt sie, wie KI-Technologien die manuelle Bewertung im Bildungswesen - und auch in anderen Bereichen - verändern können. Es ist eine Tech-for-Good-Geschichte wie aus dem Lehrbuch - eine klassische Geschichte darüber, wie Start-ups Forschung nutzen, um ein Problem zu lösen, wie sie durch Prototyping und viel Geduld die Kommerzialisierung erreichen und dabei Erkenntnisse gewinnen. Und als ob das noch nicht genug wäre, wird auch noch gezeigt, wie KI und Cloud Computing Erkenntnisse nutzen, um tiefere Einsichten zu gewinnen - indem sie die Datenerfassung aus dem Forschungslabor in die Live-Erfassung verlagern.

Auch wenn die Technologie von Tobii der Grundstein für diese Geschichte ist, ist es nicht unser Verdienst, was Lexplore erreicht hat, aber ohne Eye Tracking könnte es diese Lösung nicht geben. Und obwohl ich seit mehr als einem Jahrzehnt bei Tobii arbeite, bin ich immer noch überwältigt von den Dingen, die unsere Partner mit einem Messgerät machen, das im Grunde ein Messgerät ist - wenn auch ein besonderes.

Damit werde ich also beginnen - mit der Messung.

Sachen messen

Wahrscheinlich kennen Sie Ihre Herzfrequenz, Ihren Maximalpuls, wie dieser mit dem Alter abnimmt, und haben eine ungefähre Vorstellung davon, wie Ihre Werte für Ihre Altersgruppe sein sollten. Die Herzfrequenz ist ein einfaches, aber sehr aussagekräftiges Maß dafür, was in Ihrem Körper vor sich geht. Wenn ein Sportler keine Höchstleistung erbringen kann, kämpft er möglicherweise mit einer Infektion oder steht unter Stress. Weitere nützliche Messwerte sind Körpertemperatur, Gewicht, Blutdruck, BMI und so weiter. Für sich genommen geben uns diese Messwerte einen momentanen Einblick in unser Wohlbefinden. Wir wissen das, weil viele Menschen viele Stunden mit der Forschung verbracht haben - mit der Messung von Menschen, der Beobachtung von Ergebnissen und der Bereitstellung von Beweisen.

Wenn Datenpunkte über einen längeren Zeitraum hinweg konsistent gemessen werden, zeigen sie einen Trend - der oft eine interessantere Geschichte erzählt. Spitzen und Talsohlen können die Auswirkungen unserer Handlungen, unserer Ernährung, unserer sportlichen Betätigung und unseres Stressniveaus aufzeigen. Kaum berichtenswert, ich weiß. Aber es gibt ein wichtiges Detail, das man leicht übersieht, überfliegt oder sogar ignoriert, weil es so alltäglich erscheint. Und das ist das Konzept der Konsistenz - konsistente Messungen über einen längeren Zeitraum.

Im Extremfall ist eine konsistente Messung nicht durchführbar, weil sich - wenn überhaupt - die Zeit ändert, so dass sich zwei Messungen zumindest durch diesen Faktor unterscheiden. Aber es gibt noch viele andere Einflüsse, die sich auf eine Messung auswirken können: das Messverfahren, die Person, die die Messung durchführt, die verwendeten Werkzeuge, die Ablenkung einer Person, ihr Stressniveau, die Tageszeit, die Umgebungsbeleuchtung, die Raum- oder Lufttemperatur - ich denke, Sie verstehen, worauf ich hinaus will. Damit die Analyse genaue Ergebnisse liefern kann, müssen die Daten wissenschaftlich erhoben werden.

Der beste Weg, einheitliche Datenpunkte zu erzeugen, ist eine Maschine. Maschinen - selbst wenn sie mit Verzerrungen programmiert sind - messen immer auf die gleiche Weise, sie haben keine Stimmungsschwankungen, und wenn man sie so konstruiert, dass sie den Schwankungen der Betriebsumgebung standhalten, werden sie konsistente Datensätze liefern.

Wenn man diese Maschine leicht reproduzieren kann, hat man ein universelles Messgerät geschaffen, das objektive Daten über Grenzen, Klassen und menschliche Voreingenommenheit hinweg erzeugen kann.

Und genau das haben wir für Lexplore getan. Wir haben ihnen ein universelles Messgerät zur Verfügung gestellt - ein Gerät, das sie in die ganze Welt verschicken können, das sie einfach einstecken und loslegen können.

Woher wissen Sie, was Sie messen sollen?

Aber woher weiß man, was man messen soll? Wie haben wir herausgefunden, dass die Herzfrequenz ein Lebenszeichen ist? Die einfache Antwort ist Forschung. Natürlich muss man eine Idee haben, neugierig sein und bereit sein, sich die Mühe zu machen. Viele unserer Partner haben ihre Wurzeln in der wissenschaftlichen Forschung, insbesondere in Studien über Augenbewegungen, und Lexplore ist da keine Ausnahme.

Die Geschichte beginnt in den Tiefen der umfangreichsten Forschung über die Lese- und Schreibfähigkeiten von Kindern. Die in den achtziger Jahren in Schweden durchgeführte Studie zielte darauf ab, Legasthenie besser zu verstehen, und verfolgte etwa 200 Kinder vom Alter von etwa zehn Jahren bis ins frühe Erwachsenenalter. Das Ergebnis war eine Reihe statistischer Modelle, mit denen anhand der Augenbewegungsmuster, die sie beim Lesen erzeugten, genau festgestellt werden konnte, welche Schüler am Ende eine geringe Lesefähigkeit haben würden.

In einer neueren Studie (2007) bauten die Wissenschaftler Gustav Öqvist Seimyr und Mattias Nilsson Benfatto einen Prototyp eines Bewertungssystems, das die in der ersten Studie entwickelten statistischen Modelle verwendet. Die beiden Wissenschaftler erkannten das Potenzial ihrer Arbeit zur Schließung der Alphabetisierungslücke - und damit war Lexplore geboren.

Vom Prototyp zur Anwendung

Sobald Sie herausgefunden haben, was Sie messen wollen, und vielleicht ein paar Prototypen gebaut haben, ist der nächste Schritt die Kommerzialisierung - die Entwicklung einer Anwendung, die auf jedem Rechner läuft, mit so wenig zusätzlicher Hardware wie möglich, auf eine Art und Weise, die Sicherheitsstandards und moderne Designprinzipien erfüllt. Als Lexplore mit der Kommerzialisierung begann, war die Technologie von Tobii noch nicht so Plug-and-Play-fähig wie heute, aber ihr Genauigkeitsgrad war ideal für Lexplore, um seine Prototypen auf die nächste Stufe zu bringen.

Ich denke, es ist erwähnenswert, dass Lexplore zu Beginn der Entwicklung seiner Lösung einige grundlegende Beobachtungen gemacht hat, die für den Gesamterfolg entscheidend waren. Der erste Punkt war die Benutzerfreundlichkeit. Wie in so vielen anderen Bereichen ist auch im Bildungswesen Zeit ein kostbares Gut. Zeit, die mit Verwaltungsaufgaben verbracht wird, ist Zeit, die nicht mit dem Unterrichten von Kindern verbracht wird. Lexplore wusste also, dass sie, egal welche Lösung sie entwickeln würden, etwas mit einer niedrigen Einstiegshürde entwickeln mussten, aber auch etwas, das einen größeren Nutzen als die bestehenden bewährten Methoden bieten würde.

Die zweite Entscheidung, die sie getroffen haben, betrifft die Systemarchitektur: Sie haben sich für eine zweigeteilte Konstruktion entschieden, bei der ein Teil der Verarbeitung und Speicherung auf einem lokalen PC erfolgt, während der größte Teil der schweren Arbeiten und Analysen in einer sicheren Cloud durchgeführt wird, so dass die Lösung auf jedem PC ausgeführt werden kann.

Diese beiden Entscheidungen führten dazu, dass Lexplore einen erheblichen Betrag in das UX-Design und die Prozessoptimierung investierte und Farbkodierungen und ein einzigartiges Benotungssystem einsetzte, um Lehrern eine sofortige und leicht verständliche Analyse der Lesefähigkeit eines Schülers zu ermöglichen.

Die Daten verstehen

Ich bin kein Lehrer, aber ich kann sagen, dass die Ergebnisse, die Lexplore liefert, so einfach zu verstehen sind, dass man weder ein Lehrer noch ein Wissenschaftler sein muss - ein Grundverständnis von Statistik ist jedoch hilfreich.

Dieses Diagramm zeigt, wie Lexplore die mikroskopischen Augenbewegungen in ein Lesemuster aus Fixierungen (Blasen) und Sakkaden (Linien) übersetzt. Die Größe der Fixation zeigt an, wie lange ein Schüler bei einem Wort verweilt. Je größer die Blase ist, desto länger braucht die Schülerin oder der Schüler, um zu verstehen, was sie oder er vor sich hat. Die Sakkaden zeigen, wie eine Person in einem Text vor und zurück springt. Mit einem Blick können Sie erkennen, ob ein Schüler Schwierigkeiten hat.

Auf der Grundlage des stillen Lesens eines Textes und des lauten Lesens eines anderen Textes misst die Lösung die Lesegeschwindigkeit und weist eine eindeutige Lexplore-Punktzahl zu, die auf der Note des Schülers basiert.

Die Schülerinnen und Schüler sind je nach der von ihnen erreichten Stufe farblich gekennzeichnet. So erhalten die Lehrkräfte sofort einen visuellen Anhaltspunkt für die Fähigkeiten des Kindes. Mit einem Ergebnis von 390 fällt dieser Schüler in die Stufe 5, was auf eine durchschnittliche Lesefähigkeit für sein Alter hinweist.

Es können Vergleiche angestellt werden. Sie können z. B. sehen, wie eine Klasse im Laufe der Zeit abschneidet und wie sie im Vergleich zum nationalen Durchschnitt abschneidet.

Daten als Störfaktor

Es geht nur um die Daten. Jemand sagte neulich bei der Arbeit: "Einsichten bringen Einsichten hervor", und obwohl das etwas vage klingen mag, denke ich, dass er damit meinte, dass, sobald man anfängt, in den Daten zu graben, Muster auftauchen. Aber man muss die Daten erst einmal generieren, und das muss man mit der Zeit tun.

Und genau das hat Lexplore getan. Durch Systematisierung und regelmäßige Überprüfungen erstellen sie für jeden Schüler eine Historie. Sobald diese Daten anonymisiert sind, können sie zu aggregierten Ansichten beitragen. So wie wir gesunde Herzfrequenzen für verschiedene Altersgruppen entwickelt haben, hat Lexplore Durchschnittswerte für die Lesefähigkeit von Kindern in verschiedenen Altersgruppen erstellt, sie können Schulen innerhalb derselben Region vergleichen und nationale Durchschnittswerte erstellen - und damit den systematischen Ansatz und die gemeinsamen Ziele liefern, die bei traditionellen Ansätzen fehlen.

Das bedeutet, dass wir durch das Screening von Kindern auch Statistiken darüber erstellen, wie sich die Lesefähigkeit entwickelt. Lexplore hat z. B. anhand von Live-Daten den tatsächlichen Rückgang der Lesefähigkeit infolge der Coronavirus-Pandemie aufgezeigt.

Diese Art von Live-Einblick liefert Schulen, Gemeinderäten und Regierungen die Daten, die sie benötigen, um Ressourcen dort hinzuzufügen, wo sie benötigt werden, und nicht dort, wo sie als notwendig erachtet werden.

Unbekannte Unbekannte aufdecken

Die Lexplore-Lösung bietet eine schnelle Möglichkeit, die Lesefähigkeit von Schulkindern zu überprüfen und zu analysieren. Bei der Verwendung herkömmlicher Methoden kann es Monate dauern, bis die Lehrkräfte eine Klasse von Kindern untersucht und analysiert haben. Mit Lexplore dauert es nur ein paar Stunden. Das wirklich Magische an dieser Lösung sind jedoch die unbekannten Dinge, die sie aufdeckt.

Sonderschullehrer sind gut darin, Kinder mit geringen Lesefähigkeiten (roter Bereich in den obigen Screenshots) und solche mit herausragenden Leistungen (dunkles Aqua) zu erkennen. Die Schwierigkeit liegt bei den Kindern, die dazwischen liegen (orange), vor allem wenn es sich um Kinder handelt, die Bewältigungsfähigkeiten entwickelt haben, die mit herkömmlichen Screening-Verfahren nicht erkannt werden können. Das Feedback der Schulen ist ermutigend, denn die Lehrer, die die Lösung einsetzen, sagen, dass sie eine Lesekultur schafft, die es vorher nicht gab.

Da sich Lexplore für Eye Tracking als grundlegendes Messinstrument entschieden hat und die Menschen die Bewegungen ihrer Augen nicht vollständig kontrollieren können, sind Bewertungen, die auf Augenbewegungen beruhen, nicht betrugsanfällig - das bedeutet, dass eine ganze Reihe von Kindern nicht mehr durch das Screening-Netz fällt.

Abschließend möchte ich den Forschern und allen Mitarbeitern von Lexplore, die diese Lösung realisiert haben, meinen Dank aussprechen. Mein einziger Wunsch ist, dass jede Schule überall Zugang zu solchen Lösungen hat, damit kein Kind durch das Netz fällt. Bis dahin ist es noch ein langer Weg und es müssen noch viele Sprachen hinzugefügt werden, aber zumindest wissen wir, dass es möglich ist.

Wenn Sie sich eingehender mit der Lexplore-Lösung befassen möchten, werfen Sie einen Blick auf unsere Lexplore-Fallstudie . Mehr über dieses erstaunliche Unternehmen erfahren Sie unter Lexplore.com .