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Potenziale und Grenzen von Künstlicher Intelligenz im Unterrichtsfach Mathematik
eine Analyse und ein Praxistest von ChatGPT
Daniel Leeb
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Mathematik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Lehramt Sek (AB) Unterrichtsfach Mathematik Unterrichtsfach Physik
Betreuer*in
Christoph Ableitinger
DOI
10.25365/thesis.77787
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16550.32749.367219-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die fortschreitende Digitalisierung beeinflusst immer mehr Aspekte des Lebens und Arbeitens, insbesondere auch das Bildungswesen und die Schule. In den letzten drei Jahren hat die Künstliche Intelligenz (KI) zunehmend an Bedeutung gewonnen und rückt verstärkt in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses. KI-gestützte Sprachmodelle bieten dabei neue Möglichkeiten für Lehr- und Lernprozesse. Im Mathematikunterricht könnte das Sprachmodell ChatGPT als digitaler Lernbegleiter dienen, der Schüler*innen individuelle Hilfestellungen bietet und Lösungswege erklärt. Dabei stellt sich jedoch die Frage, inwieweit KI mathematische Aufgaben korrekt lösen kann und welche Auswirkungen ihr Einsatz haben könnte. Auch für Lehrpersonen eröffnen sich neue Möglichkeiten in Bezug auf die Planung von Unterrichtseinheiten und die Aufgabenerstellung. Die vorliegende Arbeit analysiert, inwiefern ChatGPT in der Lage ist, mathematische Aufgaben auf Schulniveau zu lösen. Im Fokus der Untersuchung steht die Leistungsfähigkeit von ChatGPT bei der Bearbeitung der österreichischen AHS-Matura, die sich aus Aufgaben mit unterschiedlichen Antwortformaten und Inhalten verschiedener Themengebiete zusammensetzt. Zudem wird getestet, wie die Formulierung von Eingabeaufforderungen die Qualität der Ausgaben beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass ChatGPT in der Lage ist, mathematische Aufgaben korrekt zu lösen und die Prüfungen positiv zu absolvieren. Bei komplexeren Aufgabenstellungen, bei denen visuelle Analysefähigkeiten gefragt sind, stößt das Modell jedoch (vorerst) an seine Grenzen. Der Einsatz von KI im Mathematikunterricht hat Potenzial für die individuelle Unterstützung von Lernenden, Lösungswege können detailliert aufgeschlüsselt werden und Sachverhalte in einfachen Worten erklärt werden. Gleichzeitig stellt dies aber auch eine Gefahr für das eigenständige Denken von Schüler*innen dar. Lehrpersonen können bei versierter Anwendung der KI mit Zeitersparnissen in der Vor- und Nachbereitung des Unterrichts und der Prüfungserstellung und -bewertung rechnen. Die Geschwindigkeit des technologischen Fortschritts erfordert eine ständige Reevaluierung des KI-Einsatzes, um das Lehren und Lernen von Mathematik in Zukunft noch kreativer und effizienter zu gestalten.
Abstract
(Englisch)
Digitalization is increasingly influencing all areas of life and work. School and education are no exception of this trend. In recent years, the use of Artificial Intelligence (AI) has come into focus. AI-powered language models offer new possibilities for teaching and learning processes. In mathematics education, the language model ChatGPT could serve as a digital learning companion, providing students with individual assistance and explaining solutions. However, the question arises as to what extent AI can solve mathematical tasks correctly and what impact its use could have. For teachers, there are also new opportunities regarding lesson planning and task creation. This study analyzes the capabilities of ChatGPT in solving mathematical tasks at school level. For this investigation ChatGPT was confronted with the Austrian AHS-Matura, which consists of tasks with different formats and covers a variety of topics. Additionally, the study tests how the phrasing of prompts affects the quality of the outputs. The results show that ChatGPT is capable of solving mathematical tasks correctly and passing all tested exams. However, when faced with more complex tasks that require visual analysis skills, the model reaches its limits (for now). The use of AI in mathematics education has the potential to provide individualized support for learners, allowing solutions to be broken down in detail and concepts explained in simple terms. But at the same time, it also poses a risk to students’ independent thinking. Teachers, when using AI proficiently, can expect saving time in the preparation and follow up work of lessons, as well as in the creation and evaluation of exams. The speed of technological progress requires continuous reevaluation of AI to make the teaching and learning of mathematics even more creative and efficient in the future.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Künstliche Intelligenz KI ChatGPT Mathematik Unterricht Schule Matura Aufgabenlösung
Schlagwörter
(Englisch)
Artificial Intelligence AI ChatGPT mathematics education school exam problem solving
Autor*innen
Daniel Leeb
Haupttitel (Deutsch)
Potenziale und Grenzen von Künstlicher Intelligenz im Unterrichtsfach Mathematik
Hauptuntertitel (Deutsch)
eine Analyse und ein Praxistest von ChatGPT
Paralleltitel (Englisch)
Potentials and limitations of artificial intelligence in mathematics education
Paralleluntertitel (Englisch)
an analysis and a practical test of chatgpt
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
95 Seiten : Illustrationen
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Christoph Ableitinger
AC Nummer
AC17448849
Utheses ID
74549
Studienkennzahl
UA | 199 | 520 | 523 | 02