Lernnavi ist ein Instrument zur Förderung eines Teils der basalen fachlichen Studierkompetenzen in Deutsch und Mathematik. Die Entwicklungsteams erstellten auf Basis des Anhangs zum Rahmenlehrplan die Referenzrahmen für Deutsch und Mathematik. Zu diesen konnten sich die kantonalen Fachschaften sowie der VSDL (Verein Schweizerischer Deutschlehrerinnen und Deutschlehrer) beziehungsweise die DMK (Deutschschweizerische Mathematikkommission) und die Kerngruppe Kanon Mathematik im Vernehmlassungsverfahren äussern. Dank diesem Vorgehen und der breiten Abstützung ist eine gute Passung zum Rahmenlehrplan sichergestellt.

Im Fach Deutsch werden die folgenden Themengebiete abgedeckt:

1. Orthografie
2. Interpunktion
3. Wortarten
4. Satzglieder
5. Satzgefüge
6. Stilistik
7. Textrezeption
8. Textproduktion

Im Fach Mathematik werden in einem ersten Schritt schwerpunktmässig die Themen der ersten beiden Jahre des Kurzzeitgymnasiums abgedeckt, namentlich die folgenden Teilbereiche:

1. Zahlen und Zahlenmengen
2. Term und Termumformungen
3. Gleichungen
4. Funktionen
5. Elementargeometrie
6. Ähnlichkeitsgeometrie
7. Trigonometrie

Die Erweiterung auf die Themen des dritten und vierten Jahres ist in Entwicklung.

Lernnavi stellt Aufgaben aus Teilbereichen der Fächer Deutsch und Mathematik bereit, die in drei verschiedenen Modi bearbeitet werden können.

Im Modus «Lernen» kann der Themenbereich gewählt werden und es werden einem passend zu den eigenen Fähigkeiten Aufgaben zugewiesen. Die Aufgaben werden dabei so ausgewählt, dass der Zuwachs des Könnens maximiert wird, dass die Schülerinnen und Schüler also gefordert, aber nicht überfordert werden. Im Lernmodus stehen verschiedene Hilfsmittel zur Verfügung: Man kann auf einen Theorieteil zugreifen und hat die Möglichkeit, im Forum anderen Nutzerinnen und Nutzern Fragen zu stellen. Zu gewissen Aufgaben gibt es Hilfestellungen und Tipps und man erhält nach jeder gelösten Aufgabe ein Feedback.

Im Modus «Level Check» hat man die Möglichkeit, zu überprüfen, wo man in Bezug auf seine Kompetenz in einem Thema ungefähr steht. Auch im Level Check kann man den Teilbereich auswählen. Hier werden die Aufgaben so ausgewählt, dass in kleinstmöglicher Zeit die grösstmögliche Sicherheit über den Wissensstand der Schülerinnen und Schüler gewonnen werden kann. Die Hilfsmittel des Lernmodus stehen im Testmodus nicht zu Verfügung und ein Feedback erhält man erst nach Abschluss der Testsession.

Den Lehrpersonen steht der Modus «Lehren» zur Verfügung: Sie erhalten Zugriff auf den Aufgabenpool von Lernnavi und können Aufgabenpakete („Lektionen“) zusammenstellen. Damit entscheidet die Lehrperson, welche Aufgaben in welcher Reihenfolge bearbeitet werden und die adaptive, personalisierte Aufgabenzuweisung wird ausgeschaltet. Lehrpersonen haben die Möglichkeit, Lektionen miteinander zu teilen.

Selbstverständlich ist es jederzeit möglich, die Schülerinnen und Schüler im Unterricht oder als Hausaufgaben zum selbständigen Arbeiten in Lernnavi anzuhalten.

Durch den Einsatz von Lernnavi bei leistungsschwächeren Schülerinnen und Schülern können die Lehrpersonen davon entlastet werden, für diese zusätzliche Materialien zur Verfügung stellen zu müssen.

Lernnavi führt neuartige Aufgabentypen in einer Lernsoftware ein. Zum Beispiel:

Deutsch:

• Freie Text-Eingabe. Die Antworten werden mit Algorithmen aus dem Natural Language Processing auf ihre Richtigkeit geprüft.
• Texte mit Fehlern korrigieren
• Kommas in einem Text frei setzen
• Satzteile mit verschiedenen Farben markieren

Mathematik:

• Freie Algebra-Eingabe in der Mathematik. Die Antworten werden mit einem Computer-Algebra-System auf ihre Richtigkeit geprüft
• Funktionsgraphen werden als Lösung akzeptiert
• Algebraische Aufgaben können Schritt für Schritt gelöst werden
• Lernnavi erkennt handschriftlich geschriebene Formeln in nie dagewesener Zuverlässigkeit

Wer in Lernnavi Aufgaben löst, erfährt nicht nur, ob die Aufgabe richtig oder falsch war. Lernnavi gibt genau an, was falsch war und gibt Tipps, wie man den Fehler das nächste Mal vermeiden kann. So erkennt Lernnavi unter anderem, wenn die Schülerinnen und Schüler bei einer Mathematik-Aufgabe «nur» einen Vorzeichenfehler gemacht oder nicht gekürzt haben. In Deutsch kann es beispielsweise unterscheiden zwischen grammatikalischen und orthografischen Fehlern und macht die Schülerinnen und Schüler auf den Fehlertyp aufmerksam.
Am Ende jeder Lernsession listet Lernnavi die häufigsten Fehler auf und gibt an, in welchen Kompetenzen die Schülerinnen und Schüler richtig gut waren.

Lernnavi reagiert auf die Eingaben der Schülerinnen und Schüler. Wer Aufgaben richtig löst, bekommt stets schwierigere Aufgaben vorgeschlagen. Wer dagegen Mühe hat mit einer Aufgabe, erhält als nächstes eine Aufgabe, die ungefähr gleich schwierig ist.
Diese System-Architektur ermöglicht kurze, intensive Übungssessions mit grossem Lernzuwachs und sorgt beim Level Check dafür, dass die Schülerinnen und Schüler schon nach kurzer Zeit wissen, auf welchem Level sie stehen.

Das Herzstück von Lernnavi ist das Recommender System. Dieses schlägt den Schülerinnen und Schülern aufgrund ihrer bisherigen Antworten eine nächste Aufgabe vor. Das Ziel dabei ist den grösstmöglichen Lernzuwachs bei den Schülerinnen und Schülern zu erzielen. So erhält man nie eine zu einfache oder viel zu schwierige Aufgabe vorgeschlagen.
Die Algorithmen für das Recommender System werden von Taskbase in Zusammenarbeit mit der EPFL in Lausanne entwickelt.