Was ist künstliche Intelligenz und wie funktioniert sie? (Oberstufe)

Zielsetzung: Dieses Arbeitsblatt vermittelt ein vertieftes Verständnis der technischen Grundlagen und ethischen Implikationen von künstlicher Intelligenz auf dem Niveau der Sekundarstufe II. Ziel ist es, über die bloße Anwendung hinaus die zugrunde liegenden Mechanismen (wie neuronale Netze und maschinelles Lernen) zu begreifen und deren gesellschaftliche Tragweite kritisch zu reflektieren.

Inhalte und Methoden: Die Inhalte sind grundlegende technische Konzepte der künstlichen Intelligenz wie maschinelles Lernen, Deep Learning und neuronale Netze, die Unterscheidung zwischen schwacher und starker KI sowie die Analyse alltäglicher digitaler Anwendungen nach Kriterien wie Datenmenge, Algorithmus und Lernfähigkeit. Ergänzt wird dies durch praxisnahe Fallstudien zu personalisierten Lernsystemen sowie ethische und gesellschaftliche Fragestellungen wie Bias, Verantwortung und Auswirkungen auf Lernen und Kreativität. Die Methoden umfassen fachliche Begriffsklärungen, vergleichende Klassifizierungsaufgaben, szenariobasierte Fallanalysen, multiperspektivische Rollenspiele aus verschiedenen Interessenslagen sowie aktivierende Diskussions- und Positionsübungen im Raum, bei denen Lernende ihre Haltung begründen und reflektieren.

Kompetenzen:

Fachkompetenz: Sicherer Umgang mit Fachbegriffen wie Algorithmus, Trainingsdaten und künstliche Neuronen
Analysekompetenz: Fähigkeit, die Rolle von Trainingsdaten und Bias (Voreingenommenheit) in KI-Modellen zu identifizieren
Ethische Urteilskompetenz: Reflexion über Datenschutz und Diskriminierungsrisiken
Diskussions- und Argumentationsfähigkeit: Vertreten komplexer Positionen innerhalb eines Rollenspiels und in der Plenumsdiskussion

Zielgruppe und Niveau: Ab Klasse 10

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Target group and level

ab Klasse 10

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Was ist künstliche Intelligenz und wie funktioniert sie? (Oberstufe)

Begriffsklärung

Künstliche Intelligenz (KI) bezeichnet Systeme, die mithilfe von Algorithmen und großen Datenmengen Aufgaben ausführen können, die normalerweise menschliche kognitive Fähigkeiten erfordern z. B. Lernen, Problemlösen, Mustererkennung oder Sprachverarbeitung.

Was ist künstliche Intelligenz und ist das überhaupt künstliche Intelligenz?

Lies dir den Informationstext durch und entscheide in der Tabelle, ob es sich um künstliche Intelligenz handelt.

Begründe deine Antwort mit Fachbegriffen aus dem Text.

Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (KI) bezeichnet die Fähigkeit von Maschinen, Aufgaben zu übernehmen, die normalerweise menschliche Intelligenz erfordern. Dazu gehören das Lernen, Problemlösen, Wahrnehmen und sogar das Treffen von Entscheidungen. KI-Systeme funktionieren durch die Kombination von Datenverarbeitung, Algorithmen und Modellen, die es ihnen ermöglichen, Muster zu erkennen und darauf basierend zu agieren. Ein zentrales Element der KI ist das maschinelle Lernen, bei dem Computer durch Erfahrungen und Daten ihre Fähigkeiten verbessern. Algorithmen analysieren große Mengen an Informationen, um Muster und Zusammenhänge zu identifizieren. Diese Erkenntnisse werden genutzt, um Vorhersagen zu treffen oder komplexe Aufgaben zu lösen.

Es gibt verschiedene Arten von KI. Eine schwache KI ist darauf spezialisiert, spezifische Aufgaben zu erledigen, wie beispielsweise Sprachübersetzungen oder das Spielen von Schach. Starke KI hingegen strebt danach, menschenähnliche Intelligenz zu erreichen, indem sie flexibel auf verschiedene Herausforderungen reagieren kann. Ein weiteres wichtiges Konzept ist das Deep Learning, eine Methode des maschinellen Lernens, die neuronale Netze verwendet. Diese Netze sind inspiriert von der Struktur des menschlichen Gehirns und bestehen aus Schichten von künstlichen Neuronen, die miteinander verbunden sind. Durch das Training dieser Netze mit großen Datenmengen können KI-Systeme lernen, komplexe Muster zu erkennen, wie etwa Gesichter oder gesprochene Sprache.

KI hat das Potenzial, viele Bereiche unseres Lebens zu beeinflussen, von der Medizin über die Automobilindustrie bis hin zur Unterhaltung. Sie kann Prozesse optimieren, neue Erkenntnisse liefern und die Effizienz steigern. Dennoch ist es wichtig, ethische und gesellschaftliche Aspekte zu berücksichtigen, da die zunehmende Automatisierung und Datenverarbeitung auch Herausforderungen mit sich bringen, die es zu bewältigen gilt.

Anwendung	KI? Ja	KI? Nein	Begründung (Algorithmus? Daten? Lernen?)
Navigationssystem mit Stauprognose
Taschenrechner
Musik-Streaming-Empfehlungen
Gesichtserkennung am Smartphone

Fallbeispiel

Lies dir die Fallstudie sorgfältig durch und beantworte die folgenden Fragen anhand deines erworbenen Wissens und deiner eigenen Einschätzung.

Einführung der KI-Anwendung in Schulen

In einer modernen Berliner Schule wird eine KI-basierte Anwendung eingesetzt, um Lehrer beim Erstellen maßgeschneiderter Aufgaben für Schüler zu entlasten. Entwickelt von der KI-Expertin Sarah Kim, analysiert die Technologie die Lernfortschritte und Interessen der Schüler, um personalisierte und motivierende Aufgaben zu erstellen. Durch den Einsatz von Algorithmen und maschinellem Lernen erkennt die KI Muster im Lernverhalten der Schüler und passt die Aufgaben entsprechend ihrem Niveau an.

Während die Anwendung den Lehrkräften, wie dem Lehrer Tomás García, mehr Zeit für persönliche Interaktionen mit den Schülern bietet, weist sie gelegentlich Aufgaben zu, die nicht immer mit dem Lehrplan übereinstimmen. Die ethische Überwachung durch Dr. Maria Santos stellt sicher, dass alle Schüler fair behandelt werden. Herausforderungen wie fehlerhafte Daten oder Vorurteile im Algorithmus erfordern kontinuierliche Anpassungen, um Über- oder Unterforderungen zu vermeiden.

Das Bild zeigt eine moderne Berliner Klassenzimmer-Szene. In der Mitte des Raumes steht ein Lehrer, der motiviert vor einer großen interaktiven Tafel steht und diese präsentiert. Auf dem Display sind farbenfrohe Diagramme, Grafiken und modulare Aufgabenkarten zu sehen – dies symbolisiert die Auswertung und Personalisierung von Aufgaben durch eine KI-Anwendung. Die Schüler sitzen an einzelnen Gruppentischen (Teambildung wird gefördert), arbeiten konzentriert an ihren Laptops/Tablets und beschäftigen sich offensichtlich mit individuell zugewiesenen Aufgaben.

Die Lernenden sind sowohl Jungen als auch Mädchen: Die Diversität symbolisiert Chancengleichheit. Im Hintergrund sieht man eine Lehrkraft oder Expertin an einem eigenen Schreibtisch sitzen, eventuell handelt es sich hier um die KI-Expertin oder die Ethikbeauftragte. Auch auf ihrem Bildschirm sind komplexe Diagramme und Verknüpfungen zwischen Daten zu erkennen, was auf die Überprüfung und Anpassung von Aufgaben hindeuten könnte.

Das Klassenzimmer wirkt sehr hell und freundlich, mit großen Fenstern, Pflanzen und viel Tageslicht – diese Details vermitteln einen modernen, förderlichen Lernraum. Die Schüler sind aktiv eingebunden, der Lehrer ist Ansprechpartner und Moderator, während die Technologie unterstützend im Hintergrund arbeitet.

Das Zusammenspiel aus menschlicher und künstlicher Intelligenz steht im Zentrum: Lehrer werden entlastet, Schüler erhalten personalisierte Aufgaben und die Überwachung ethischer Aspekte wird sichtbar integriert. Das Bild zeigt vorbildlich die digitale Transformation des Bildungswesens.

Phase 1 – Rollenspiel: Perspektiven verstehen

Die Klasse wird in Gruppen eingeteilt. Jede Gruppe vertritt eine Rolle.

Gruppe A – KI-Entwickler:in
Gruppe B – Ethikrat
Gruppe C – Nutzer:in / Schüler:in & Lehrer:in
Gruppe D – Unternehmen

Auftrag:

Diskutiert in eurer Gruppe 5–7 Minuten und notiert mindestens drei Argumente aus eurer Perspektive. Besprecht diese anschließend im Plenum und diskutiert eure Position.

Unterstützung: Jede Rollenkarte enthält außerdem drei zentrale Fragen, die euch helfen können.

KI-Entwicklerin

Name: Sarah Kim Rolle: KI-Entwicklerin Beschreibung: Sarah ist die Hauptentwicklerin der KI-Anwendung, die in der Berliner Schule eingesetzt wird. Ihr Ziel ist es, die Bildung durch Technologie zu revolutionieren und den Lehrer:innen zu helfen, indem sie personalisierte Lernaufgaben für Schüler:innen erstellt. Sie ist sich der technischen Herausforderungen bewusst und bemüht sich, die KI ständig zu verbessern.

Welche Interessen verfolgt Sarah bei der Weiterentwicklung der KI? Wie denkt Sarah über die ethischen Bedenken, die mit dem Einsatz von KI im Bildungsbereich verbunden sind? Welche technischen und kreativen Herausforderungen sieht sie in ihrer Arbeit?

Ethikrat-Mitglied

Name: Dr. Maria Santos Rolle: Ethikrat-Mitglied Beschreibung: Dr. Santos überwacht den Einsatz der KI in der Schule, um sicherzustellen, dass alle Schüler:innen fair und gleich behandelt werden. Sie ist besorgt über die möglichen Vorurteile im Algorithmus und die Auswirkungen auf die Schüler:innen. Ihr Ziel ist es, die ethischen Standards hochzuhalten und sicherzustellen, dass die Technologie zum Wohl der Schüler:innen eingesetzt wird.

Welche Interessen haben Dr. Santos bei der Überwachung der KI? Wie denkt Dr. Santos über die Herausforderungen der fairen Behandlung aller Schüler:innen? Welche ethischen Prinzipien sind für sie besonders wichtig?

Unternehmensmitarbeiter

Name: David Lee Rolle: Unternehmensmitarbeiter Beschreibung: David arbeitet bei dem Unternehmen, das die KI entwickelt hat und ist verantwortlich für die Sammlung von Rückmeldungen und die Feinabstimmung der Algorithmen. Er sieht die KI als eine wertvolle Ressource, die den Bildungsbereich verändern kann, ist jedoch offen für Kritik und arbeitet eng mit der Schule zusammen, um die Anwendung zu verbessern.

Welche Interessen verfolgt David bei der Zusammenarbeit mit der Schule? Wie denkt David über die Kritik, die die KI manchmal erhält? Welche Verbesserungsmöglichkeiten sieht er für die Zukunft der KI?

Lehrer:in

Name: Tomás García Rolle: Lehrer an der Schule Beschreibung: Tomás schätzt die Unterstützung durch die KI, da sie ihm mehr Zeit für persönliche Interaktionen mit den Schüler:innen ermöglicht. Er ist sich der Probleme bewusst, die manchmal auftreten, wenn die KI Aufgaben erstellt, die nicht vollständig mit dem Lehrplan übereinstimmen und sucht nach einer Balance zwischen Technologie und traditionellem Unterricht.

Welche Interessen hat Tomás bei der Nutzung der KI? Wie denkt Tomás über die Herausforderungen, die durch nicht lehrplankonforme Aufgaben entstehen? Welche Vorteile sieht er in der Verwendung der KI im Unterricht?

Eure 3 Argumente

Phase 2 – Positionslinie im Raum

Der Raum wird nun in drei Bereiche eingeteilt:

Linke Seite: Zustimmung („KI einführen“)
Rechte Seite: Ablehnung („KI nicht einführen“)
Mitte: Unentschlossen

Der Lehrer / die Lehrerin liest nacheinander Aussagen vor.

Nachdem alle Aussagen vorgelesen wurden, stellst du dich entsprechend deiner persönlichen Meinung im Raum auf – nicht nach deiner Rollenmeinung.

Regel:

Wer sich aufstellt, muss seine/ihre Position mit mindestens einem Argument begründen.

KI kann das Lernen individualisieren und Schüler:innen gezielt fördern.
Der Einsatz von KI im Unterricht könnte die Lehrer-Schüler-Interaktion beeinträchtigen.
KI könnte dazu führen, dass Schüler:innen weniger kreativ denken, da sie sich auf vorgegebene Lösungen verlassen.
Eine gut programmierte KI kann Vorurteile im Bildungssystem reduzieren.
Es besteht die Gefahr, dass KI Schüler:innen zu stark kategorisiert und stigmatisiert.
KI im Unterricht könnte den Zugang zu hochwertiger Bildung für alle erleichtern.
Die Abhängigkeit von KI in Schulen könnte die menschliche Intuition und Entscheidungsfähigkeit schwächen.
Schüler:innen könnten durch KI lernen, ihre eigenen Lernprozesse besser zu verstehen und zu optimieren.
Eine unzureichend überwachte KI könnte unfaire Lernbedingungen schaffen.
Durch den Einsatz von KI im Unterricht könnte die Rolle der Lehrer:innen neu definiert werden.

Phase 3 – Reflexion

Beantworte nun schriftlich die folgenden Fragen.

Lösung für die Lehrkräfte

Anwendung	KI? Ja	KI? Nein	Begründung (Algorithmus? Daten? Lernen?)
Navigationssystem mit Stauprognose	☑	☐	Verwendet Algorithmen zur Analyse von Verkehrsdaten und lernt aus Echtzeitdaten, um Vorhersagen zu treffen.
Taschenrechner	☐	☑	Führt einfache mathematische Berechnungen durch, ohne Algorithmen zum Lernen oder Datenanalyse.
Musik-Streaming-Empfehlungen	☑	☐	Nutzen Algorithmen und Datenanalysen, um aus Nutzerverhalten zu lernen und personalisierte Empfehlungen zu geben.
Gesichtserkennung am Smartphone	☑	☐	Verwendet Deep Learning und neuronale Netze, um aus Bilddaten zu lernen und Gesichter zu erkennen.

Gruppe A – KI-Entwickler:in

Die KI kann durch personalisierte Lernaufgaben den Bildungsprozess revolutionieren und den Lehrer:innen helfen, effizienter zu arbeiten.

Kontinuierliche Verbesserung der KI ist notwendig, um technische Herausforderungen wie fehlerhafte Daten zu meistern.

Die KI bietet die Möglichkeit, durch Mustererkennung im Lernverhalten der Schüler:innen deren individuelle Entwicklung besser zu unterstützen.

Gruppe B – Ethikrat

Es ist wichtig, die ethischen Standards hochzuhalten, um sicherzustellen, dass alle Schüler:innen fair behandelt werden.

Die Überwachung der KI-Systeme ist notwendig, um mögliche Vorurteile im Algorithmus zu identifizieren und zu korrigieren.

Transparenz bei den Entscheidungen der KI-Systeme ist entscheidend für die Nachvollziehbarkeit und Verantwortlichkeit.

Gruppe C – Nutzer:in / Schüler:in & Lehrer:in

Die KI entlastet Lehrer:innen und schafft mehr Zeit für persönliche Interaktion mit den Schüler:innen.

Nicht lehrplankonforme Aufgaben durch die KI können Probleme verursachen und erfordern eine Balance zwischen Technologie und traditionellem Unterricht.

Eine stärkere Abhängigkeit von der KI im Unterricht könnte die Selbstständigkeit und das kritische Denken der Schüler:innen beeinträchtigen.

Gruppe D – Unternehmen

Die KI-Anwendung kann den Bildungsbereich transformieren und als wertvolle Ressource dienen.

Unternehmen müssen offen für Kritik sein und eng mit Schulen zusammenarbeiten, um die Anwendung ständig zu verbessern.

Es besteht eine Verantwortung für Unternehmen, KI-Systeme ethisch und gesetzeskonform einzusetzen und zu überwachen.