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

Zielsetzung: Das Arbeitsblatt vermittelt ein grundlegendes Verständnis für die Funktionsweise von künstlicher Intelligenz (KI) auf Mittelstufenniveau. Die Lernenden sollen befähigt werden, KI-Anwendungen von klassischen Programmen zu unterscheiden, den technischen Lernprozess zu verstehen und Algorithmen im Alltag kritisch zu hinterfragen.

Inhalte und Methoden: Die Inhalte sind die grundlegende Definition von künstlicher Intelligenz, die Unterscheidung zwischen statischen Programmen und lernfähigen Systemen, das Drei-Schritt-Modell der Funktionsweise (Datensammlung, Mustererkennung, Anwendung) sowie Chancen und Risiken von Empfehlungsalgorithmen wie Filterblasen und Datenverzerrungen. Ergänzt wird dies durch praxisnahe Fallstudien und die Übertragung des Wissens auf schulische Anwendungsszenarien. Die Methoden umfassen erklärende Textarbeit, tabellarische Klassifizierungen, visuelle Prozessdiagramme zur Veranschaulichung technischer Abläufe, analysierende Fallbeispiele sowie kreative Transferaufgaben, in denen Lernende in Entwicklerrollen eigene KI-Ideen für den Alltag konzipieren.

Kompetenzen:

Technisches Verständnis: Verständnis der Logik von Algorithmen und des maschinellen Lernens
Urteilskompetenz: Reflexion über die Grenzen und Fehleranfälligkeit von KI-Systemen
Gestaltungskompetenz: Entwicklung innovativer Lösungsansätze für den eigenen Lebensraum (Schule)
Analysefähigkeit: Unterscheidung verschiedener Phasen des Lernprozesses anhand von Praxisbeispielen

Zielgruppe und Niveau: Ab Klasse 8

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Target group and level

ab Klasse 8

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

Was ist künstliche Intelligenz?

Künstliche Intelligenz (KI) bedeutet, dass Computerprogramme Aufgaben erledigen können, für die normalerweise menschliche Intelligenz nötig ist, zum Beispiel Sprache verstehen, Bilder erkennen oder Entscheidungen treffen.

Klassifizierung von Anwendungen

Analysiere die aufgeführten digitalen Anwendungen in der Tabelle. Begründe, ob es sich um eine lernfähige künstliche Intelligenz oder um ein klassisches Computerprogramm handelt.

Anwendung	KI? Ja	KI? Nein	Begründung
Taschenrechner
Musikempfehlungen auf Spotify
Autokorrektur beim Tippen
Wetter-App
Google Maps Navigation

Visualisierung der Funktionsweise

Stelle den im Text beschriebenen dreistufigen Prozess der künstlichen Intelligenz (Datensammlung, Mustererkennung, Anwendung) grafisch in Form eines Ablaufdiagramms dar.

Wie funktioniert künstliche Intelligenz?

Künstliche Intelligenz funktioniert vereinfacht in drei Schritten. Erstens, Daten sammeln: Die KI erhält zahlreiche Informationen, beispielsweise Bilder, Texte oder Zahlen, die als Trainingsdaten bezeichnet werden. Zweitens, Lernen und Muster erkennen: Die KI analysiert diese Daten auf Gemeinsamkeiten und Unterschiede. Dabei identifiziert sie etwa, dass Katzen oft Schnurrhaare und spitze Ohren haben. Drittens, Anwenden und Entscheiden: Bei neuen Daten nutzt die KI ihr zuvor erlerntes Wissen, um Entscheidungen zu treffen. So kann sie beispielsweise feststellen: „Dieses Bild zeigt wahrscheinlich eine Katze.“ Durch diesen Prozess kann die KI zunehmend komplexere Aufgaben bewältigen und ihre Fähigkeiten kontinuierlich verbessern. Dies geschieht durch Algorithmen, die darauf ausgelegt sind, aus Erfahrungen zu lernen und sich an neue Informationen anzupassen. So wird die künstliche Intelligenz zu einem wertvollen Werkzeug in verschiedenen Bereichen wie Medizin, Verkehr und Unterhaltung.

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Anwendung des Drei-Schritt-Modells

Ordne die untenstehenden Praxisbeispiele den entsprechenden Phasen des KI-Lernprozesses zu.

Beschreibung	Schritt
Die KI bekommt tausende Bilder von Hunden und Katzen.
Ein neues Bild wird hochgeladen und die KI sagt: „Das ist eine Katze.“
Die KI bemerkt, dass Katzen oft Schnurrhaare und spitze Ohren haben.
Nach dem Lernen gibt die KI eine Antwort oder Empfehlung aus.
Ein Computer speichert viele Texte, Fotos oder Zahlen.
Die KI vergleicht Merkmale und sucht Unterschiede zwischen Tieren.

Analyse des Fallbeispiels

Werte das Fallbeispiel aus.

Welche Aufgaben übernimmt die KI und welche spezifischen Merkmale muss sie erkennen?
Erkläre zudem, welche Nutzerdaten das System benötigt, um die Antworten stetig zu verbessern.
Erörtere die im Text genannten Grenzen der KI-Technologie.

Sprachassistenten im Alltag

Anna nutzt in ihrem Zuhause einen Sprachassistenten, um ihren Alltag zu erleichtern. Der Assistent hilft ihr dabei, Musik abzuspielen, Wetterinformationen abzurufen und Erinnerungen zu erstellen. Die künstliche Intelligenz des Sprachassistenten versteht Annas gesprochene Sprache und führt daraufhin die gewünschten Aktionen aus. Die KI erkennt Muster in der Sprache, indem sie große Mengen an Sprachdaten analysiert und lernt, Wörter und Phrasen zu verstehen. Dies erfolgt meist durch ein neuronales Netzwerk, das darauf trainiert ist, Sprachmuster zu identifizieren und in Kontext zu setzen. Der Sprachassistent lernt ständig dazu, indem er Annas Befehle und deren Ergebnisse speichert, um zukünftige Interaktionen zu verbessern. Allerdings ist die KI nicht perfekt. Manchmal versteht der Assistent Annas Akzent oder bestimmte Ausdrücke falsch, was zu Missverständnissen führen kann. Auch kann es vorkommen, dass die KI Vorurteile aus den Trainingsdaten übernimmt und dadurch bestimmte Nutzer:innen benachteiligt. Diese Fehler zeigen die Grenzen der KI und die Notwendigkeit ständiger Verbesserung und Anpassung an die Vielseitigkeit menschlicher Sprache.

Entwicklung von Optimierungsvorschlägen

Erstelle ein kurzes Optimierungskonzept. Schlage mindestens zwei konkrete Maßnahmen vor, mit denen die KI Missverständnisse im Alltag reduzieren und die Erkennungsrate steigern könnte.

Wie könnte man die KI verbessern? Nenne mindestens zwei Ideen.

Erfindet eure eigene Schul-KI

Stellt euch vor, ihr seid ein Entwickler-Team und sollt eine künstliche Intelligenz für eure Schule erfinden. Diese KI soll Schüler:innen oder Lehrkräften im Alltag helfen. Bildet Gruppen von bis zu 4 Personen.

1. Die Idee entwickeln

Überlegt gemeinsam, welches Problem im Schulalltag eure KI lösen soll.

Denkt an Situationen wie Hausaufgaben, Stundenplan, Lernen, Organisation oder Kommunikation.

2. Funktionsweise planen

Nun überlegt ihr, wie eure KI arbeiten würde.

Jede KI braucht Daten und muss etwas erkennen oder entscheiden können.

3. Probleme & Verbesserungen bedenken

KI ist nicht perfekt. Gute Entwickler:innen überlegen immer auch, was schiefgehen könnte und wie man es besser macht.

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Lösung für die Lehrkraft

Anwendung	KI? Ja	KI? Nein	Begründung
Taschenrechner	☐	☑	Ein Taschenrechner führt nur vorgegebene Berechnungen aus, ohne dazuzulernen.
Musikempfehlungen auf Spotify	☑	☐	Die Musikempfehlungen basieren auf dem Nutzerverhalten und passen sich an, was eine lernfähige KI ist.
Autokorrektur beim Tippen	☑	☐	Die Autokorrektur lernt aus häufigen Fehlern und passt sich daran an.
Wetter-App	☐	☑	Eine Wetter-App zeigt nur vorhersagende Daten, ohne aus Nutzerverhalten zu lernen.
Google Maps Navigation	☑	☐	Google Maps passt Routen basierend auf Verkehrsdaten und Nutzerverhalten an, was eine lernfähige KI ist.

Beschreibung	Schritt
Die KI bekommt tausende Bilder von Hunden und Katzen.	Daten sammeln
Ein neues Bild wird hochgeladen und die KI sagt: „Das ist eine Katze.“	Anwenden und Entscheiden
Die KI bemerkt, dass Katzen oft Schnurrhaare und spitze Ohren haben.	Lernen und Muster erkennen
Nach dem Lernen gibt die KI eine Antwort oder Empfehlung aus	Anwenden und Entscheiden
Ein Computer speichert viele Texte, Fotos oder Zahlen.	Daten sammeln
Die KI vergleicht Merkmale und sucht Unterschiede zwischen Tieren.	Lernen und Muster erkennen

Um die KI des Sprachassistenten zu verbessern, könnte man erstens die Datenmenge erhöhen, mit der die KI trainiert wird. Wenn mehr Sprachdaten vorhanden sind, kann die KI besser lernen, verschiedene Sprachmuster und Dialekte zu verstehen. Zweitens könnte man die Geräuscherkennung verbessern, damit der Sprachassistent die Anfragen auch bei Hintergrundgeräuschen besser erkennt. Das könnte durch spezielle Mikrofone oder durch Algorithmen geschehen, die Geräusche filtern.