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Didaktik der Informatik entwickelt Experimentiersatz für Schulen

05.12.2023

Künstliche Intelligenz verstehen: Mit einem an der Universität Würzburg entwickelten KI-Experimentiersatz gelingt das Schülerinnen und Schülern „spielend einfach“.

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Dr. Silvia Joachim hat an der Universität Würzburg einen KI-Experimentiersatz für den Einsatz an Schulen entwickelt. (Bild: Foto Hemmerich)

„Viele Menschen nutzen Apps, um Pflanzen auf Fotos zu identifizieren“, sagt Dr. Silvia Joachim, Informatik-Didaktikerin von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. „Aber würden wir den Apps auch so weit trauen, dass wir sie zum Sammeln von Pilzen für den Verzehr einsetzen?“

Um diese Frage beantworten zu können, ist es hilfreich, die Funktion von Bilderkennungs-Apps zu verstehen. Hier setzt der neu entwickelte Experimentiersatz „Künstliche Intelligenz“ an. Er vermittelt Schülerinnen und Schülern anhand verschiedener Experimente die Funktionsweise und die Grenzen wichtiger Algorithmen der Künstlichen Intelligenz (KI).

Mit Holzpilzen die Ideen des Supervised Learning erarbeiten

Mit dem Experimentiersatz können Schulklassen anhand von Holzpilzen die Ideen des Supervised Learning erarbeiten, einem Bereich des maschinellen Lernens. Insbesondere können damit die an Gymnasien in Bayern verpflichtend von allen Schülerinnen und Schüler zu erlernenden Algorithmen behandelt werden.

Der Experimentiersatz wurde an der JMU-Professur für Didaktik der Informatik in Kooperation mit dem JMU-Lehrstuhl für Pädagogik bei Sehbeeinträchtigungen entwickelt. Für die Umsetzung der Idee konnte mit der MEKRUPHY GmbH (Pfaffenhofen) ein renommierter Partner gewonnen werden. Das Servicezentrum für Forschung und Technologietransfer (SFT) der Universität hat das Team bei der wirtschaftlichen Verwertung unterstützt.

KI-Gewinnt: Spielerisch das Reinforcement Learning verstehen

Neben den Pilzen ist das KI-Gewinnt-Spiel eine weitere Komponente des Experimentiersatzes. Es ermöglicht einen spielerischen Weg zum Verständnis des Reinforcement Learning. Die Schülerinnen und Schüler erfahren damit, wie ein Computer durch einfachste Mechanismen lernen kann, bis er das Spiel schließlich immer gewinnt. Die Umsetzung mit Spielsteinen ermöglicht es, dem KI-System beim Lernen zuzuschauen.

„Wir hoffen und wünschen uns, dass dieser Experimentiersatz dazu beiträgt, ein Grundverständnis für das Thema Künstliche Intelligenz zu vermitteln und durch den praktischen Ansatz für das Fach Informatik zu begeistern“, erläutert Dr. Silvia Joachim, die den Experimentiersatz entwickelt hat. Dabei erhielt sie fachkundige Beratung und Unterstützung von verschiedenen Seiten, für die sie sehr dankbar ist: „Die optisch und haptisch ansprechenden Materialien sollen zum praktischen Nachvollziehen und Ausprobieren auffordern und inklusiven Unterricht für blinde und sehbeeinträchtigte Menschen ermöglichen.“

Experimentiersatz kommt sehr gut an

Die Verfügbarkeit immenser Datenmengen und immer leistungsfähigerer Rechner haben bislang ungeahnte Entwicklungen im KI-Bereich ermöglicht. KI-Systeme bieten sowohl erstaunliche Möglichkeiten, bergen aber auch erhebliche Risiken. „In jedem Fall werden sie den Alltag der Schülerinnen und Schüler in zunehmendem Umfang beeinflussen. Deshalb ist es wichtig, dass sie zumindest in den Grundzügen verstehen, wie derartige Systeme funktionieren. Und da ist der neue Experimentiersatz ein motivierendes Medium“, erläutert Martin Hennecke, JMU-Professor für Didaktik der Informatik. Das finden auch die Lehrkräfte, nicht nur in Bayern: Sie haben die in Würzburg entwickelten Materialien in den ersten zwei Monaten nach der Markteinführung bereits rege bestellt.

Der Experimentiersatz kann bei der Firma MEKRUPHY bestellt werden.

Fortbildungsreihe für bayerische Lehrkräfte

Das Themenfeld KI ist an Gymnasien in Bayern seit dem Schuljahr 2023/24 ein neues Pflichtthema im Informatikunterricht. Um bayerische Lehrkräfte bei der Umsetzung zu unterstützen, bietet die Didaktik der Informatik die Fortbildungsreihe „Künstliche Intelligenz verstehen“ an.

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Von Robert Emmerich

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