Künstliche Intelligenz, echtes Klima – Gletscher im digitalen Klassenzimmer

Die Klimakrise zählt zu den größten Herausforderungen unserer Zeit und eine ihrer sichtbarsten Folgen ist die beschleunigte Gletscherschmelze. Dies ist jedoch kein neues Phänomen, denn bereits in den vergangenen 150 Jahren stiegen die Temperaturen weltweit deutlich an und bedrohen seitdem die Gletscher als wichtige Süßwasserspeicher. Ein anhaltendes Schmelzen der Gletscher kann kurzfristig Überschwemmungen auslösen sowie langfristig zu Wassermangel führen. Zudem verstärkt der Rückgang heller Eisflächen durch die sinkende Albedo den globalen Temperaturanstieg. Um Schüler:innen frühzeitig für diese Zusammenhänge zu sensibilisieren, wurde ein digitales Lerncomic für die Klassenstufe 5/6 entwickelt.

Ein Beitrag von Katharina Burger, Dr. Martina Graichen und Prof. Dr. Silke Mikelskis-Seifert

Es bildet die Grundlage durch eine alltagsnahe Einbettung aus dem möglichen Erfahrungsraum der Kinder (Schneemann mit schwarzem Hut) und wird durch Erklärvideos, gestufte Lernhilfen sowie Hands-on-Experimente unterstützt. Zu Beginn der Lernumgebung bauen die beiden Comicfiguren Caro und Linus gemeinsam mit ihrer Pinguin-Freundin Penny einen Schneemann namens Frosti. In der Nacht erwacht Frosti zum Leben und steht fortan symbolisch für die Problematik der Gletscherschmelze. Am nächsten Tag bemerken Caro und Linus nämlich, dass Frosti zu schmelzen beginnt – vor allem der Kopf des Schneemanns unter dem schwarzen Hut ist betroffen, dort perlen Wassertropfen.

Physikalischer Hintergrund zur Gletscherschmelze

Der Schneemann mit schwarzem Hut veranschaulicht eindrucksvoll, wie unterschiedlich helle und dunkle Oberflächen auf Sonnenlicht reagieren: Während der weiße Schnee weitgehend kalt bleibt, erwärmt sich der schwarze Hut spürbar schneller. Dies lässt sich physikalisch mit den Konzepten der Reflexion und Absorption erklären.

Ein Maß für das Zusammenspiel beider Konzepte ist die Albedo. Sie gibt auf einer Skala von 0 bis 1 an, welcher Anteil des einfallenden Lichts reflektiert (hohe Albedo, d. h. eher 1) bzw. absorbiert (niedrige Albedo, d. h. eher 0) wird. Weiße Gletscherflächen besitzen eine hohe Albedo und reflektieren einen großen Teil der Sonnenstrahlung. Dunkle Flächen wie Gestein oder Asphalt weisen dagegen eine niedrige Albedo auf und tragen durch ihre höhere Wärmeaufnahme zur lokalen und globalen Erwärmung bei.

Die Experimentierumgebung: Lerncomic und gestufte Lernhilfen

Im begleitenden Experiment wird dieser Effekt auf einfache Weise nachvollziehbar: Eiswürfel werden auf je einem schwarzen und weißen Untergrund platziert und liegen in der Sonne bzw. unter einem Baustrahler, der die Sonne simuliert. Während der Eiswürfel auf der hellen Fläche langsamer schmilzt, beginnt der Eiswürfel auf der dunklen Unterlage deutlich schneller zu schmelzen.

Auch Caro, Linus und Penny starten im Labor von Linus’ Vater ein Experiment nach dem Prinzip des Forschungskreises. Pinguin Penny, die ursprünglich vom Südpol stammt und selbst von Gletscherschmelze betroffen ist, unterstützt dabei die Menschenkinder mit ihren eigenen Erfahrungen und einem Lernvideo. Am Ende überlegen sich die drei Protagonist:innen einfache Maßnahmen zum Klimaschutz und ermutigen auch die Lernenden, aktiv zu werden – etwa durch Baumpflanzungen oder bewussten Umgang mit Energie und Oberflächen.

Chancen und Herausforderungen der KI-Bildgenerierung im digitalen Lerncomic

Für die Erstellung der Comic-Bilder wurde das KI-Tool DALL·E 4 verwendet. Um passende Illustrationen der Figuren und Szenen zu erstellen, wurden die Prompts mehrfach überarbeitet und gezielt angepasst, bis das fertige Bild entstand.

Da Bilder in Lernumgebungen eine zentrale Rolle bei der Vermittlung von Inhalten spielen, stellt sich die Frage, wie KI-generierte Visualisierungen so gestaltet werden können, dass sie den Lernprozess wirksam unterstützen. So wurde in der hier vorgestellten Lernumgebung unter anderem auf den Signaling-Effekt geachtet, indem zentrale Inhalte durch konsistente Farbgebung hervorgehoben wurden, um die Aufmerksamkeit der Lernenden gezielt zu lenken.

Auch dem Split-Attention-Effekt wurde entgegengewirkt, indem Texte und Bildelemente räumlich so angeordnet wurden, dass sie direkt miteinander in Verbindung stehen.

Ein besonderer Vorteil der KI-Bildgenerierung liegt in ihrer gestalterischen Anpassbarkeit: Bilder können passgenau auf den Lernkontext, die Altersgruppe und den benötigten Schwierigkeitsgrad abgestimmt werden. Unterschiedliche Varianten eines Sachverhalts lassen sich schnell erstellen und didaktisch differenziert einsetzen.

Im Entwicklungsprozess zeigte sich jedoch auch, dass die Umsetzung konkreter Stilvorgaben nicht immer zuverlässig gelang. Änderungen an Gesichtsausdrücken führten häufig zu einer unerwünschten Veränderung des gesamten Bildes oder des Stils. Deshalb wurde eine zentrale Darstellung der Hauptfiguren Caro und Linus beibehalten und über die Editierfunktion von DALL·E (z. B. Kleidung, Haltung) angepasst.

Szenen mit Tageszeitwechsel konnten durch die Verwendung einer sogenannten gen_id identisch aufgebaut, aber visuell variiert dargestellt werden. Einschränkungen ergaben sich hingegen bei der Formatwahl: Hochformate konnten nicht zuverlässig generiert werden. Um die Szenen dennoch sinnvoll aufzubauen, wurden Hintergründe separat erstellt und in Canva manuell mit den Figuren kombiniert sowie mit Licht- und Schatteneffekten ergänzt.

Hier geht’s zum Lerncomic

Das zugehörige Buch ist zu finden unter:

Fazit

Mit KI-Tools bieten sich viele neue Möglichkeiten, Lerninhalte anschaulich und differenziert zu visualisieren – vor allem, wenn die Erstellung der Inhalte zielgerichtet und reflektiert erfolgt. Trotz technischer Grenzen wie nicht ausgeführten Prompts oder ungewollten Stilwechseln gelang es durch die Kombination aus KI-Bildgenerierung und der gezielten Nachbearbeitung, eine optisch konsistente und didaktisch stimmige Bildsprache im begleitenden Comic der Lernumgebung zu entwickeln.

Es ist zu bedenken, dass die aus der Forschung bekannten Kriterien für lernwirksame digitale Lernumgebungen auch für KI gelten. So sollten die Bilder kein Selbstzweck sein, sondern müssen sinnvoll eingebettet, inhaltlich überprüft und im Dialog mit den Tools immer angepasst werden. Wenn das gelingt, können KI-Tools ein wertvolles Werkzeug sein, um Lernen im digitalen Raum wirksamer und motivierender zu gestalten.

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