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Künstliche Intelligenz fachfremd unterrichten

Informatik wird als Schulfach in immer mehr Bundesländern verpflichtend eingeführt. Daneben erhält das Thema künstliche Intelligenz (KI) immer mehr Bedeutung. Für beides sind die meisten MINT-Lehrkräfte jedoch nicht grundständig ausgebildet. Das frei verfügbare Unterrichtsmaterialpaket IT2School war schon immer auf Fachfremde ausgerichtet. Jetzt hat es mit dem Modulcluster zu künstlicher Intelligenz ein Update erhalten.

Ein Beitrag von Prof. Dr. Ira Diethelm, Department für Informatik an der Universität Oldenburg

Künstliche Intelligenz ist für große Teile der Gesellschaft ein neues Thema, geschichtlich ist es aber untrennbar mit der Informatik verbunden. Schon 1950 hat eine der wichtigsten Persönlichkeiten der Informatik, Alan Turing, die Frage gestellt, ob Maschinen denken können. Er erfand das sogenannte Imitationsspiel (Imitation Game), das heute als Turing-Test bekannt ist, um festzustellen, ob eine Maschine intelligent ist oder nicht. Seither versuchen Forscher*innen Maschinen zu konstruieren, die diesen Test bestehen und den Menschen behilflich sind. Während viele dieser Überlegungen früher durch die begrenzte Rechenkapazität normaler Computer eher theoretisch blieben oder in Spezial-Laboren umgesetzt wurden, nehmen (vermeintlich) intelligente Sprachassistenten inzwischen die Rolle von Familienmitgliedern ein.

Der Film „Imitation Game“

Imitation Game ist – irreführend – auch der Name eines Films über Alan Turing und seine Rolle bei der Entschlüsselung der Enigma sowie die damit einhergehende Beendigung des 2. Weltkriegs und hat nichts mit künstlicher Intelligenz zu tun. Ein weiterer Fehler des Films ist, dass Alan Turing nicht – wie im Film dargestellt – für Spionage, sondern aufgrund seiner Homosexualität zu chemischer Kastration verurteilt wurde und sich deshalb 1954 das Leben nahm.

IT2School

Die Wissensfabrik – Unternehmen für Deutschland e. V. ist ein gemeinnütziger Verein, der sich mithilfe handlungsorientierter MINT-Projekte für Kita, Grund- und weiterführende Schule für die Zukunft einsetzt. Getragen wird der Verein von deutschen Unternehmen, Stiftungen und engagierten Individuen. Im Jahr 2016 veröffentlichte die Wissensfabrik das Unterrichtsmaterialpaket IT2School, das vielfältige Zugänge bietet, um die Grundlagen der Informatik zu verstehen und IT selbst mitzugestalten. Hierzu enthält IT2School u. a. acht Basismodule, einschließlich des bekannten Unplugged-Rollenspiels „Internetversteher“, die die grundlegenden Themen der Informatik wie Kommunikation, Programmierung, Verständnis von Netzwerken, Zusammenspiel von Hard- und Softwarekomponenten und Darstellung von Informationen in den Blick nehmen.

Aufteilung und Module des Themenkomplexes KI
© Katharina Missing

Schüler*innen über KI informieren

Die neuen KI-Module sind für alle geeignet, die sich selbst oder ihre Schüler*innen über die Zukunftstechnologie aufklären wollen, um ihr Leben mündig und selbstbestimmt zu gestalten. Denn dies geht nur, wenn wir die Technologie um uns herum verstehen. Die neuen Module werden in Zusammenarbeit von der Freien Universität Berlin, der Computing Education Research Group, der Universität Oldenburg, OFFIS und der Wissensfabrik entwickelt. Die Module können ab Herbst 2021 als OER-Material auf www.wissensfabrik.de heruntergeladen werden. Schulen, die sich in einer Bildungspartnerschaft befinden, können haptisches Material, wie Brettspiele, über die Wissensfabrik kostenfrei beziehen.

Der Themenkomplex künstliche Intelligenz ist in zwei Teil-Gruppen aufgeteilt: „KI erkunden“ sowie „Mit KI gestalten“. Die Basis- und Aufbaumodule (für KI ebenso wie die klassischen) enthalten eine ausführliche Modulbeschreibung, Arbeitsblätter und Zusatzmaterial. Außerdem nutzen sie meist haptische Materialien wie bspw. Pappfiguren zum Nachspielen eines Alexa-Aufrufs (siehe Foto), Brettspiele (Schlag den Roboter) und andere Gegenstände, um die Funktionsweise möglichst plastisch und sowohl niederschwellig als auch kurzweilig darzustellen. So setzt beispielsweise das erste KI-Modul bei der Lebenswelt und den Vorstellungen der Schüler*innen an, um zunächst Gedanken und Ängsten einen Raum zu geben (siehe Concept Cartoon).

Concept Cartoon zum Thema KI
© Nils Pancratz

Auch werden die Grundzüge von maschinellem Lernen beleuchtet, indem die Kinder beim Äffchen-Spiel selbst in die Rolle der KI schlüpfen und auf der Basis von wenigen Daten entscheiden müssen, ob ein Tier beißt oder nicht, siehe unten. Es stehen sowohl Module bereit, die weitgehend ohne technischen Einsatz durchführbar sind, als auch solche, die Software nutzen oder selbst gestalten. In einzelnen Modulen (bspw. KI-B1 und KI-B2) sind auch Verläufe mit oder ohne Technik möglich. Aufbaumodule erfordern ein oder mehrere Basismodule als Voraussetzung und sind insgesamt anspruchsvoller und thematisch vertiefend.

Basismodule

Nr.
Titel
Thema/Begriff
Klassenstufe

KI-B1

Finde die KI – KI im Alltag auf der Spur

In diesem Modul lernen die Schüler*innen, Phänomene aus ihrer alltäglichen Lebenswelt im Zusammenhang mit künstlicher Intelligenz (KI) zu erkennen. Dazu lernen sie, künstliche Intelligenz als Automatisierung von Prozessen, die von Informatiksystemen ausgeführt werden, zu begreifen.

4.–10. Klasse

KI-B2

Im Dialog mit KI – von Turing-Tests und Sprachassistenten

Hier entdecken die Schüler*innen eine erklärbare Seite von künstlicher Intelligenz und befassen sich mit der Funktionsweise von smarten Sprachassistenzsystemen und Chatbots, indem das Rollenspiel „Die Internetversteher“ (aus IT2School B2) um weitere Rollen ergänzt wird. Mit dem Turing-Test im Unterricht werden die operativen Grenzen von Sprachassistenten und Chatbots erkundet. In Gruppen werden Strategien erprobt, die es ermöglichen, die Maschinen als solche zu enttarnen, mit denen auch Chatbots auf die Probe gestellt werden.

(4.) 6.–10. Klasse

KI-B3

Schlag den Roboter – spielerisch KI entdecken

Die Schüler*innen sammeln an niederschwelligen Beispielen spielerisch Erfahrungen mit der Funktionsweise und Wirkung von KI-Systemen. Sie schlüpfen dafür in die Rolle einer KI und erfahren mithilfe von Brettspielen und dem Äffchen-Spiel, wie KI-Systeme „lernen“. Die Schüler*innen können anschließend die grundlegenden Prinzipien von überwachtem, unüberwachtem und verstärkendem Lernen erläutern und vorgegebenen Problemstellungen passende Ansätze zuordnen.

4.–13. Klasse

KI-B4

Von Daten und Bäumen – Daten mit KI selbst auswerten

Dieses Modul beschäftigt sich mit der Analyse großer Datenmengen mithilfe von Verfahren des maschinellen Lernens und der Software Orange. So erleben die Schüler*innen selbst, wie Datenmodelle entstehen und welchen Beschränkungen in der Aussagekraft sie ggf. unterliegen.

8.–13. Klasse

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