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UM – (Dis)Like
Unterrichtsmaterial: (Dis)Like
Wie willst du in Zukunft mit KI-Systemen leben?
Man braucht kein/-e Hellseher/-in mehr sein: KI-Systeme haben bereits und werden noch weiter unser alltägliches Leben verändern. So finden KI-gestützte Lernapps genauso Anwendung wie Bildbearbeitungs- und Bilderkennungsprogramme mit KI-Funktionen oder Routenplaner, die KI Algorithmen benutzen. Darüber hinaus unterstützen uns Sprachmodelle wie ChatGPT beim Verfassen von Texten. Gleichzeitig finden wir viele Fake-News oder Fake-Profile auf Social-Media-Plattformen, die nur noch schwierig als solche zu erkennen sind.
In dieser Aktivität sollen sich die Schülerinnen und Schüler über verschiedene Einsatzszenarien von KI-Systemen Gedanken machen. Welche finden sie gut, welche nicht? In einem zweiten Schritt sollen sie sich überlegen, ob sie sich in 15 Jahren genauso entscheiden würden und wie sie die Situation aus einem anderen Blickwinkel beurteilen würden.
Benötigtes Material pro Schülerpaar:
- Kartenset
- Spielfläche (evtl. die Segmente ausschneiden und auf zwei Tische verteilen)
Das Material entstand aus der KIKi-Box 22:
Zu Station 22UM – Orakel-Cops
Unterrichtsmaterial: Orakel-Cops
KI-Systeme, die die Verbrechensbekämpfung unterstützen sollen, befinden sich in vielen Städten bereits seit einigen Jahren im Praxiseinsatz. Die Systeme werten unterschiedliche demographische Faktoren sowie Polizeidaten aus und geben Empfehlungen, an welchen Orten eine verstärkte Polizeipräsenz zur Verhinderung von Verbrechen sinnvoll ist.
Die Schülerinnen und Schüler arbeiten in dieser Aktivität paarweise oder in Kleingruppen. Entsprechend der Aufgabenstellung diskutieren die Schülerinnen und Schüler alle Ereigniskarten, werten diese aus und verteilen farbige Chips auf dem Stadtplan.
Nachdem alle Ereigniskarten abgearbeitet wurden, werden die Chips ausgewertet und die Route der Polizeistreife bestimmt.
Die Verteilung der Chips auf die Orte und die finale Route der Polizeistreife wird voraussichtlich bei den Gruppen leicht unterschiedlich sein, da die Bewertung der Ereignisse auf subjektivem Empfinden beruht. Die Ergebnisse der einzelnen Gruppen können im Anschluss an das Spiel dokumentiert und im Plenum diskutiert werden. Den Schülerinnen und Schülern wird dadurch bewusst, dass auch scheinbar objektive KI-Systeme ihre Entscheidungen auf Grundlage von Daten fällen, die durch die subjektiven Entscheidungen von Menschen kreiert wurden. Die Schülerinnen und Schüler können nun weitere Kontexte suchen, in denen dies problematisch sein kann und die Rolle von Vorurteilen kann diskutiert werden.
Für jedes Paar wird folgendes Material benötigt:
- einen Satz Ereigniskarten
- eine Stadtkarte
- farbige Coins in zwei unterschiedlichen Farben
Informationstext Anleitung & Material
Das Material entstand aus der KIKi-Box 23:
Zu Station 23
UM- Pandemie
Unterrichtsmaterial: Pandemie
Diese Station stellt einen Anwendungsbereich von KI-Systemen vor. In Forschung und Wissenschaft wird daran gearbeitet, KI-Systeme für die gezielte Vorhersage von Pandemien einzusetzen.
Diese Aktivität zeigt fiktiv und in sehr vereinfachter Form die Arbeit von KI-Systemen zur Vorhersage von Seuchen bzw. Pandemien. Dazu wurde die Arbeitsweise internationaler KI-Projekte mit einer Afrika-Karte verknüpft, die das US-Verteidigungsministerium 2020 zu den zentralen, Covid-19 auslösenden Faktoren erstellt hat.
Die Schülerinnen und Schüler werten in Partnerarbeit verschiedene Faktoren aus, um den Ausbrauch einer neuen Pandemie voraussagen zu können. Dazu legen sie farblich passende Coins auf die jeweiligen Länder. Sie erkennen dabei, dass beeinflussende Faktoren nur begrenzt erhebbar sind und dass für eine Vorhersage eine ausreichende Anzahl von Faktoren notwendig ist.
Die Aktivität kann in den Bereichen „Ethik und Gesellschaft“ oder „Anwendungsfelder“ eingesetzt werden.
Für jedes Paar wird folgendes Material benötigt:
- ein Satz Faktor-Karten
- sechs Sets Coins
- Kartenausschnitt Nordafrika
Das Material entstand aus der KIKi-Box 12:
Zu Station 12UM – Künstler:in unbekannt
Unterrichtsmaterial: Künstler:in unbekannt
Mit Dall-E 2 (https://labs.openai.com/), Craiyon 1 (https://www.craiyon.com) oder andern KI-gestützten Bildgeneratoren können mittlerweile täuschend echte Bilder von Gegenständen, Landschaften, aber auch von Personen erzeugt werden. Diese Aktivität zeigt den Schülerinnen und Schüler die Gefahr, dass Darstellungen von generativen KI-System nicht mehr augenscheinlich sofort von realen Darstellungen unterschieden werden können. Hierauf aufbauend können Problematiken, wie Deepfakes oder nichtexistierende Personen, deren Bilder und Lebensläufe Social Media Profile zieren, diskutiert werden. Zudem können KI-generierte Bilder genauer untersucht werden: Welche Merkmale lassen sich finden, anhand derer z. B. ein generiertes von einem echten Gesicht unterschieden werden kann? (vgl. West und Bergstrom (2019)). Auch die Funktionsweise der Technologie, die zur Erzeugung derartiger KI-Artefakte genutzt wird, nämlich GANs (engl. Generative Adversarial Network), kann im Anschluss erläutert werden.
Die Aktivität findet im Klassenplenum als Ampelabfrage statt. Als Vorbereitung erstellt die Lehrkraft eine Präsentation und füllt diese mit KI-generierten und realen Bildern oder Videos. Da in Bezug auf KI-generierte Artefakte noch Unsicherheiten bezüglich des Urheberrechts bestehen, kann hierzu aktuell kein Material mit KI-Artefakten veröffentlicht werden, sondern nur eine Liste von Quellen für diese angegeben werden. Unter jeder Darstellung befindet sich ein grüner Button für reale Darstellung sowie ein roter Button für KI-generierte Darstellung. Im Unterricht benötigt nun jeder Lernende zwei verschiedenfarbige Stifte, die er/sie entsprechend seiner/ihrer Einschätzung hinsichtlich der Darstellung in die Höhe hält. Die einzelnen Entscheidungen und die tatsächlich richtige Zuordnung werden anschließend gemeinsam diskutiert.
Informationstext Unplugged-Version: Anleitung & Material
Das Material stammt aus der KIKi-Box 10:
Zur Station 10
UM – Gewimmel
Unterrichtsmaterial: Gewimmel²
Behältst du die Übersicht im Festival-Chaos?
Big Data und KI-Systeme stehen in einem engen Zusammenhang. Einerseits werden zum Training von KI-Algorithmen große Datenmengen benötigt, andererseits sind die Datenmengen, die der Begriff Big Data beschreibt, nicht mehr mit herkömmlichen Methoden der Datenverarbeitung verarbeitbar. Zur Analyse kommen vielmehr Algorithmen aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz zum Einsatz. Um Big Data greifbar zu machen, nutzt diese Aktivität ein Wimmelbild, in dem sich viele unterschiedliche Geschichten verbergen.
Gemeinsam mit einem Partner oder in einer Kleingruppe haben die Lernenden die Aufgabe, die im Wimmelbild erzählten Geschichten zu rekonstruieren, indem sie die Daten im Bild analysieren. Dazu suchen sie die gesuchten Personen im Bild und erleben so die Bedeutung von Informationsfiltern, um alle Zusammenhänge klar erkennen zu können.
Das zugehörige Informationsmaterial zeigt den Zusammenhang zwischen den Darstellungen im Wimmelbild und großen Datenmengen auf und erläutert ihrer Wichtigkeit für KI-Systeme.
Die Aktivität wird in Partnerarbeit oder Kleingruppen durchgeführt. Jedes Paar / jede Gruppe benötigt dazu:
- einen DIN A3-Ausdruck des Wimmelbilds und Buntstifte oder eine laminierte DIN A3-Vorlage des Wimmelbilds und wasserlösliche Folienstifte
- einen Satz Ereigniskarten
Zudem wird mindestens ein Lösungsplakat pro Level als Tafelplakat benötigt.
Informationstext Anleitung & Material
Das Material entstand aus der KIKi-Box 6:
Zu Station 6
UM – Realitätstabu
Unterrichtsmaterial: Realitätstabu
Um zu verstehen, wie ein KI-System die Welt „sieht” und verarbeitet, ist die aktive Erfahrung im Rahmen der Aktivität Realitäts-Tabu gut geeignet.
Paarweise beschreiben Schülerinnen und Schüler vorgegebene Bilder, indem sie ausschließlich Begriffe aus den Bereichen geometrische Formen, Linienarten, Farben sowie Richtungs- und
Positionsangaben verwenden. Durch diese Beschränkung ist es nicht möglich, zur Beschreibung komplexe, abstrakte Begriffe zu verwenden, über welche auch Computersysteme nicht verfügen. Dadurch erleben die Lernenden aktiv, welche Hindernisse bei der Verarbeitung und Interpretation von sensorischen Daten, wie z.B. Bild- und Videoaufnahmen, durch Computersysteme auftreten: Derartige Aufnahmen bestehen für Computersysteme aus einzelnen, farbigen Pixeln. Abstrakte Konzepte, wie Gegenstände oder Personen, erscheinen nicht als Ganzes, sondern setzen sich
aus veränderlichen Pixelmustern zusammen und haben für das System keine Bedeutung. Die Schülerinnen und Schüler erkennen in dieser Aktivität, dass die Realität entsprechend durch maschinell verarbeitbare Informationen repräsentiert werden muss und das dies nicht immer eindeutig und sinnvoll möglich ist. Mit diesen Erkenntnissen können anschließend moderne Ansätze zur Bilderkennung mit Hilfe von maschinellem Lernen und die Funktionsweise von generativen Netzen thematisiert werden. Auch die Repräsentation von Wissen über die Welt und die Realität durch KI-Systeme kann im Anschluss an die Aktivität ganz allgemein diskutiert werden.
Die Aktivität wird in Partnerarbeit durchgeführt. Jedes Paar benötigt dabei einen Satz Bildkarten, Papier und Stifte.
Informationstext Anleitung & Material
Das Material entstand aus der KIKi-Box 9:
Zu Station 9UM – Es war einmal …
Unterrichtsmaterial: Es war einmal …
Die Schülerinnen und Schüler lösen in dieser Aktivität Bandolinos zu historischen Fakten im Bereich Künstliche Intelligenz.
Die Bandolinos werden ausgedruckt, wie angezeichnet gefaltet und zusammengeklebt. Anschließend werden die Bandolinos ausgeschnitten, die Einkerbungen bei Fakten und Fragen können gut mit einem Locher erzeugt werden. Nutzen Sie zum Druck dickes Papier (200g) oder kleben Sie einen dünnen Karton zwischen Vorder- und Rückseite des Bandolinos, damit die Materialien die notwendige Stabilität erhalten. Auch Laminieren ist möglich. Anschließend wird oben in jedem Bandolino eine Schnur befestigt, die lang genug ist, um das gesamte Bandolino zu wickeln. Lochen Sie dazu das Bandolino oben mittig. Es können alternativ auch alle 4 Seiten zu einem Bandolino mit einer Schnur zusammengefasst werden.
Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Bandolinos entweder allein oder in kleinen Gruppen. Die zum Lösen erforderlichen Informationen können Sie anhand des Übersichtsplakats kompakt darstellen. Es empfiehlt sich, diesen möglichst groß auszudrucken. Alternativ kann auch der detailliertere Informationstext als Informationsquelle zum Lösen herangezogen werden. Sie können die Seiten mit den einzelnen Fakten an verschiedenen Orten im Klassenzimmer oder auf dem Schulgang aufhängen, sodass die Lernenden einen Informationswalk (angelehnt an einen Cartoonwalk aus den sprach- und geisteswissenschaftlichen Fächern) ablaufen, bei dem sich verschiedene Gesprächs- und Diskussionsgruppen ergeben.
Im Anschluss an die Aktivität können einzelne Ereignisse herausgegriffen und vertieft werden. Sie eigenen sich auch, um technische Funktionsweisen einzuführen.
Informationstext Unterrichtsmaterial: Anleitung & Material
Das Material stammt aus der KIKi-Box 8:
Zur Station 8UM – Crypto-Battle
Unterrichtsmaterial: Crypto-Battle
Datenbasierte KI-Systeme haben eine andere Funktionsweise als „normale“ Algorithmen: Anstatt dass alle Elemente des Verhaltens von einem Programmierer fest vorgegeben werden, wird der Algorithmus eines datenbasierten KI-Systems anhand von großen Datenmengen trainiert. Dies bedeutet, dass der Algorithmus in den Daten Muster und Zusammenhänge analysiert und extrahiert. Im Anschluss an den Trainingsprozess dienen die identifizierten Zusammenhänge als Grundlage für das Verhalten des Algorithmus.
Unter dem Motto: Wer entschlüsselt schneller? KI- oder klassische Algorithmen? entschlüsseln die Schülerinnen und Schüler einen Text mit Hilfe von unterschiedlichen Methoden, die die Vorgehensweise im Rahmen eines regulären Algorithmus (fester, strikt vorprogrammierter Ablauf, der vom Programmierer entwickelt werden muss) und mit Hilfe eines lernenden KI-Systems (Lernen aus Beispieldaten) simulieren.
Die Aktivität wird in Partnerarbeit durchgeführt. Jedes Paar erhält folgendes Materialpaket:
- Aufgabe „Algo_Haltet den Dieb“,
- Aufgabe „KISys_Haltet den Dieb“,
- Satz Algorithmusbausteine für die Algorithmusvariante (am besten bereits ausgeschnitten) sowie
- Aufsteller mit der allgemeinen Aufgabenstellung
- Bleistift und Papier
- Trennwand (Spickwand)
- Begleittext
Ab der 7. Jahrgangsstufe empfehlen wir den Einsatz der leichten Version. Es ist zudem sinnvoll nur eine Auswahl der Algorithmusbausteine zur Verfügung zu stellen (z.B. je zwei Bausteine für Konsonant, Vokal und Buchstabe). Achten Sie dabei darauf, dass der Baustein „Wenn Buchstabe, dann gehe im Alphabet um 5 Buchstaben vor“ vorhanden ist.
Ab der 10. Jahrgangsstufe kann das mittlere Niveau eingesetzt werden. Es werden nun auch alle Algorithmusbausteine zur Verfügung gestellt. Ab der 11. Jahrgangsstufe ist der Einsatz des schweren Niveaus möglich.
Informationstext Unterrichtsmaterial: Anleitung & Material
Das Material entstand aus der KIKi-Box 7:
Zu Station 7UM – Vorsicht bissig! Entscheidungsbaum
Unterrichtsmaterial: Vorsicht bissig!
Welches Äffchen beißt, welches nicht?
Entscheidungsbäume stellen einen gut nachvollziehbaren und relativ einfachen Algorithmus des Maschinellen Lernens dar, anhand dessen sich Überwachtes Lernen auf großen Datenmengen illustrieren lässt. Die Schülerinnen und Schüler erstellen hier basierend auf Trainingsdaten selbst einen Entscheidungsbaum zur Unterscheidung von beißenden und nicht-beißenden Äffchen und werten anschließend die Güte ihres Modells aus.
Das Begleitmaterial erklärt den Prozess des Überwachten Lernens und des Erstellens von Entscheidungsmodellen. Das Material stammt aus AI Unplugged (www.aiunplugged.org), die KIKi-Box 2 wurde an dieses angelehnt. Anleitung und Unplugged-Spielmaterialien zur Nutzung im Unterricht finden Sie auf der genannten Website unter der Aktivität 1.
Informationstext Unplugged-Version: Anleitung & Material (unter Aktivität 1)
Das Material der KIKi-Station 2 ist angelehnt an das Gute-Äffchen-Böse-Äffchen-Spiel aus AI Unplugged angelehnt:
Zur Station 2
UM – Gesucht:KI
Unterrichtsmaterial: Gesucht: KI
Bei welchen der abgebildeten Geräte und Alltagsanwendungen sind KI-Systeme beteiligt? Die Schülerinnen und Schüler arbeiten an dieser Aktivität in Partnerarbeit. Für jedes Paar benötigen Sie ein Satz Bildkärtchen und ein Lösungsblatt. Die Aufgabe besteht darin, die Bildkarten in die Gruppen „KI-System“ und „Kein KI-System“ einzuordnen. Die Aufteilung kann anhand des Lösungsblatts überprüft und anschließend im Plenum diskutiert werden. Zudem können einzelne Anwendungen herausgegriffen und ihre Funktionsweise genauer analysiert werden. Weitere Erklärungen liefert der Informationstext zum Thema.
Dieses Material stammt aus der KIKi-Box 1.
Zur Station 1