Adaptives Lernen ist die Zukunft des Bildungswesens. Sind die Bildungsnetzwerke für den Wandel bereit?

Lehrkräfte und Mitarbeiter der Schulbehörden möchten die schulischen Leistungen der Schüler verbessern und die Anzahl derer, die einen Abschluss erreichen, erhöhen. Dafür setzen sie vermehrt neue Bildungstechnologien – auch unter dem Namen EdTech für Education Technology bekannt – ein, um die Qualität der Lernerfahrung zu steigern. Digitale Anwendungen wie Video-Streaming, Mixed Reality und Gamifizierungslösungen sowie Systeme für die weltweite Online-Zusammenarbeit von Schülern und Lehrkräften ermöglichen ein „Lernumfeld, das die Grenzen des Klassenraums sprengt“.

Lehrkräfte erkennen allerdings, dass der traditionelle Ansatz einer „für alle passenden Universallösung“ im Bildungsbereich selbst unter Zuhilfenahme von innovativen EdTech-Lösungen die Anforderungen nicht erfüllen kann. Die Schüler zeichnen sich im Hinblick auf ihren kulturellen Hintergrund, ihren Standort, ihre wirtschaftliche Situation und ihren Lernstil durch ein hohes Maß an Diversität aus. Den Lehrkräften wird immer deutlicher bewusst, dass nicht alle Schüler die Inhalte der Lehrpläne auf dieselbe Art und Weise verinnerlichen können und dass die Art der Wissensvermittlung stärker auf die einzelnen Schüler zugeschnitten werden muss. Um den Schülern bei gleichzeitiger Einhaltung der von den Behörden vorgegebenen Leistungsstandards eine individuelle Lernerfahrung zu ermöglichen, wenden sich die Lehrkräfte adaptiven Lernsystemen zu.

Was versteht man unter adaptivem Lernen?

Beim adaptiven Lernen werden die Unterrichtsinhalte mithilfe von Computeralgorithmen und künstlicher Intelligenz individuell an den Lernstil und das Lerntempo der einzelnen Schüler angepasst. Basierend auf der Reaktion der Schüler auf die Unterrichtsinhalte erkennen Algorithmen Muster und reagieren in Echtzeit mit Eingabeaufforderungen, Wiederholungen und anderen Interventionen, die jeweils spezifisch auf die Bedürfnisse und Fähigkeiten der einzelnen Schüler zugeschnitten sind. Die Kombination von adaptiven Lernplattformen mit prädiktiver Analytik und anderen EdTech-Anwendungen ermöglicht eine Transformation der Lernerfahrung für die Schüler wie auch für die Lehrkräfte.   

Auch wenn das adaptive Lernen eine Abkehr von traditionellen Lehrmethoden darstellt, gehen die Bildungsverantwortlichen davon aus, dass dieses Konzept mit Kursen, die spezifisch an die Bedürfnisse der einzelnen Schüler angepasst werden, schon bald zur Norm wird.  Nach einer Prognose von Markets and Markets wird der globale Marktfür EdTech-Anwendungen und Lösungen für das intelligente Klassenzimmer bis zum Jahr 2025 ein Volumen von 181 Milliarden USD und eine jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 16,1 % verzeichnen. 

Nach einer kürzlich vom Consortium of School Networks (CoSN) durchgeführten Umfrage befinden sich adaptive Technologien unter den Top 5 der im Jahr 2020 implementierten Technologien:

• Digitale Kooperationsplattformen
• Tools für den Schutz der Privatsphäre und die Sicherheit im Online-Umfeld
• Analytiklösungen sowie adaptive Technologien
• Cloud-Infrastruktur
• Mobile Geräte

Die entscheidende Rolle des Kommunikationsnetzwerks

Die Netzwerkkonnektivität sowie die Verfügbarkeit der Netzwerke gewinnt für die Lehrkräfte wie auch für die Mitarbeiter der Schulbehörden zunehmend an Bedeutung. Wenn Schüler ständig aus einer Anwendung herausfliegen oder wenn der Bildschirm einfriert oder das Netzwerk ausfällt, macht sich unter den Schülern schnell Frustration breit, da sie ihre Aufgaben nicht fristgerecht bearbeiten können und dem Zeitplan hinterherhinken. Technologiebedingte Störungen haben eine negative Wirkung auf die Leistung der Lehrkräfte, sodass es zu Beschwerden beim Schulrat kommt und die Lehrkräfte den Technologieeinsatz aufgrund ihrer negativen Erfahrungen in Zukunft vermeiden. 

Adaptive Lernplattformen und digitale EdTech-Anwendungen sind in der Regel bandbreitenintensiv und latenzzeitsensitiv. In Kombination mit anderen Anforderungen an das Netzwerk des Schulbezirks, beispielsweise aufgrund von Online-Lernzielkontrollen, Videoüberwachung und Schülerinformationssystemen, kann das Netzwerk schnell an seine Belastungsgrenze und darüber hinaus geführt werden. Da der Zugriff auf die Anwendungen von den Schulstandorten, dem Zuhause der Schüler und mobil „von unterwegs aus“ erfolgt, kann es zu Leistungseinbußen oder gar einem Totalausfall des Netzwerks kommen, was sich negativ auf die Verfügbarkeit des Netzes für die Schüler und Lehrkräfte auswirkt.

Die State Education Technology Directors Association (SETDA) hat für den internet- bzw. cloudbasierten Zugriff und WAN-Netze auf Bezirksebene die folgenden Empfehlungen herausgegeben:

Bildungsnetzwerke müssen sich weiterentwickeln

Um die immer stärker digitalisierten Lernanwendungen besser unterstützen zu können, müssen sich Bildungsnetzwerke auf vielfältige Art und Weise weiterentwickeln:

• Bildungsnetzwerke verfügen tendenziell über eine feste, statische Kapazität, die für die Anpassung an schwankende Netzwerkanforderungen lange Zykluszeiten erfordert.
• Die Netzwerkkonfiguration sieht häufig eine Aggregation der Internet- und Cloud-Konnektivitätsanforderungen der einzelnen Schulstandorte über ein zentrales Bezirksrechenzentrum vor, statt die Direktverbindung der einzelnen Standorte zu ermöglichen.
• Das Netzwerkmanagement ist eher reaktiv ausgelegt und erfordert bei jedem einzelnen Schritt manuelle Benutzereingriffe.
• Die einzelnen Standorte verfügen in der Regel über jeweils eigene Geräte für das Switching und Routing, die Firewall und die Optimierung. Upgrades sowie der Austausch und die Störungsbeseitigung im Zusammenhang mit diesen Geräten erfordern entsprechende Außendiensteinsätze, was bedeutet, dass IT-Mitarbeiter des Schulbezirks oder des Servicebetreibers an die einzelnen Standorte entsendet werden müssen.

Das Zusammenspiel all dieser Probleme macht die Bildungsnetzwerke statisch, unflexibel, teuer und ineffizient. Zur Unterstützung von neuen EdTech-Anwendungen für das adaptive Lernen müssen sich die Bildungsnetzwerke weiterentwickeln und einen höheren Grad an Geschwindigkeit, Nähe, Intelligenz und Sicherheit bieten:

• Geschwindigkeit: sowohl in Bezug auf die Kapazität als auch im Hinblick auf die Datenübertragung
• Nähe: durch die Verschiebung cloudbasierter Computing-Funktionen näher an den Edge des Netzwerks
• Intelligenz: durch Automatisierung, Analytik, künstliche Intelligenz und Funktionen für die Virtualisierung
• Sicherheit: mithilfe von Technologien, die Einblicke in den Netzwerkzustand ermöglichen, damit Anwender Probleme proaktiv lösen können, bevor sie sich manifestieren

Kurz gesagt: Bildungsnetzwerke müssen adaptiver werden.

Das Adaptive Network

Ciena hat als erster Anbieter einen neuen Networking-Ansatz mit dem Namen Adaptive Network^TM ins Leben gerufen, der die folgenden Elemente umfasst:

Programmierbare Infrastruktur: Stark instrumentierte physische und virtuelle Netzwerkelemente in einer Multi-Domain- und Multi-Vendor-Umgebung mit Echtzeit-Netzwerktelemetrie.

Analytik und Intelligenz: Eine auf Machine Learning basierende Plattform, die Streaming-Telemetrie nutzt, um proaktiv vorherzusagen, wo und wann es zu einem Ereignis kommen kann, das die Anwendungsleistung negativ beeinträchtigen wird.

Softwaresteuerung und Automatisierung für die intelligente Orchestrierung von Multi-Vendor-Komponenten, die Automatisierung von manuellen Netzwerkprozessen und die aktive Verhinderung negativer Netzwerksituationen ganz ohne Benutzereingriff.

Services: Um Kunden beim Aufbau und Betrieb sowie bei der kontinuierlichen Verbesserung ihrer Netze zu unterstützen und ihnen bei der beschleunigten Umsetzung des Adaptive Network zu helfen, werden anspruchsvolle technische sowie fachliche Services mit einer bewährten Methodik benötigt.

Vorteile des Adaptive Network für den Bildungssektor

Das Adaptive Network ermöglicht die softwarebasierte Automatisierung und Steuerung zur Bereitstellung von flexibleren Services für die bedarfsgesteuerte Bandbreitenbereitstellung, um je nach Anforderungssituation die schnelle Auf- und Abskalierung der Bandbreite zu vereinfachen.

Prädiktive Analytik ermöglicht die proaktive Erkennung potenzieller Engpässe und Ausfälle, während die softwarebasierte Steuerung ganz ohne Benutzereingriff bei der Vermeidung derartiger Situationen hilft.

Der Austausch zahlreicher physischer Netzwerkgeräte gegen Universal Customer Premises Equipment (uCPE) für das Hosting virtualisierter Netzwerkfunktionen ermöglicht das Netzwerkmanagement und die Störungsbeseitigung aus der Ferne, was wiederum zu Kostensenkungen und einer Reduzierung der Komplexität führt.

Durch die Verschiebung adaptiver Lernanwendungen und anderer EdTech-Lösungen sowie der Rechenleistung näher in Richtung Edge, wo Inhalte erstellt und konsumiert werden, kommt es zu einer deutlichen Reduzierung der Latenzzeiten und potenzieller Engpässe. So lässt sich sowohl für die Schüler als auch für die Lehrkräfte eine qualitativ hochwertige Benutzererfahrung gewährleisten.   

Innovative Entwicklungen im Bereich adaptives Lernen und EdTech sind die Zukunft des Bildungswesens. Schüler und Lehrkräfte werden von der Möglichkeit einer individuellen Anpassung der Kurse und Module an die Präferenzen und Bedürfnisse der Schüler profitieren. Durch die Umsetzung des Adaptive Network-Ansatzes können Bildungsnetzwerke sämtliche Anforderungen und Anwendungen von heute unterstützen. Gleichzeitig verfügen sie über die erforderliche Bandbreitenskalierbarkeit, Agilität und Intelligenz, um auch für zukünftige innovative Anwendungen gewappnet zu sein.