Inspiration und Quellen
Die nachfolgend beschriebene Unterrichtsstunde basiert auf dem Material des Teams des Projekts Data Science und Big Data in der Schule.
Außerdem wird die interaktive Ausarbeitung des Materials auf der Internetseite inf-schule genutzt.
Lehrplanbezug und Ziellerngruppe
Die Doppelstunde gehört zum Themenfeld der Einführung in das maschinelle Lernen der Klassenstufe 8 an saarländischen Gymnasien. Insbesondere werden folgende Aspekte durch die Doppelstunde angesprochen:
- Anwendung eines Klassifikators (KI, die Lebensmittel auf ihren Gesundheitsaspekt hin überprüft)
- Erstellung mithilfe von Trainingsdaten / Bewertung mithilfe von Testdaten (durch die entsprechenden Karten)
- Chancen und Risiken (Bewertung am Ende durch das Arbeitsblatt)
- Die Schülerinnen und Schüler erstellen mithilfe eines geeigneten digitalen Werkzeugs einen Klassifikator für eine gegebene Klassifikationsaufgabe (mittels des Onlinemoduls), analysieren mithilfe von Testdaten die Leistungsfähigkeit eines Klassifikators und bestimmen dessen Genauigkeit, erläutern mögliche, in den Trainingsdaten begründete Ursachen von Fehlklassifikationen (durch das Onlinemodul und die Karten zu Beginn) reflektieren Chancen (Leistungsfähigkeit) und Risiken (z.B. Konsequenzen von Fehlklassifikationen, Intransparenz) exemplarisch anhand eines Klassifikators (als Aufgabe des Arbeitsblattes).
Das Material wurde vom ProDaBi-Team für eine Unterrichtsreihe in der sechsten Klasse entwickelt, aber auf eine Doppelstunde komprimiert eignet es sich auch für höhere Klassenstufen.
Unterrichtsentwurf
Verlaufsplan_Lebensmittel-KIAktivierung von Vorwissen
In der heutigen Zeit ist „Künstliche Intelligenz“ kein Fremdwort mehr. Dies gilt auch für Schüler, die in der achten Klasse durchaus eine Vorstellung davon haben, was sich hinter dem Begriff verbirgt. Diese Vorstellungen gilt es abzufragen und eignen sich äußerst gut für eine Rückschau am Ende der Stunde, inwiefern diese Vorstellungen der Realität entsprachen.
Verteilung und Klassifikation der Karten
Die Karten des ProDaBi werden dann zunächst verteilt. Bei einem Klassensatz an Karten sollte jeder Schüler seinen eigenen Satz Karten bekommen können. Im Anschluss sollen sie eine Auswahl der blauen Trainingskarten und gelben Testkarten klassifizieren, indem sie bewerten, ob diese gesund oder ungesund sind (wobei in der Vorlage hier die Rede von „eher empfehlenswert“ und „eher nicht empfehlenswert“ ist).
Die Auswahl der Trainingskarten (Salatgurke, Apfel, Brot, Pommes, Popcorn und Schokolade) wird hier vorgegeben stellt hierbei sicher, dass eine eindeutige Klassifikation anhand des Merkmals Energie möglich ist und es zudem keine Diskrepanzen darüber geben sollte, ob die Lebensmittel jeweils gesund sind oder nicht. Die Auswahl der Testkarten ist beliebig.
Als Differenzierung bietet es sich hier an, dass schnelle Schüler noch mehr Testkarten klassifizieren dürfen.
Datenteilung
Im Anschluss sollen die Schüler eben genau das versuchen, was sichergestellt wurde: die Trainingskarten anhand eines Merkmals einteilen.
Einführung des Entscheidungsbaums
Nun wird dieser Entscheidungsbaum an der Tafel eingeführt:
Er klassifiziert alle Trainingskarten korrekt.
Test des Entscheidungsbaums
Nun sollen die Schüler den Entscheidungsbaum mit den von ihnen ausgewählten und klassifizierten Testkarten testen. Es mag an dieser Stelle vorkommen, dass es Schüler gibt, bei denen alle Testkarten korrekt klassifiziert werden, jedoch sollte im Gro herauskommen, dass diese simple KI schnell an ihre Grenzen stößt.
Einführung weiterer Entscheidungsebenen
Nun soll eine zweite Entscheidungsebene die KI verbessern. Den Schülern sollte an dieser Stelle vermittelt werden, dass der Baum nichts zwangsweise vollständig sein muss. Dies ist wichtig zu betonen, da inf-schule dies so handhabt.
Interaktives Onlinemodul
Nun, da die Grundlagen gelegt wurden, sollten die Schüler das entsprechende Modul auf inf-schule gut bearbeiten können. Sie sollen es bis Schritt sechs („Besser? Besser!„) selbstständig erledigen.
Zur Sicherung soll das folgende Arbeitsblatt mit den Ergebnissen des Moduls ausgefüllt werden:
AB_Lebensmittel-KIDie letzte Frage des Arbeitsblattes dient dabei der Differenzierung und Vorbereitung des abschließenden Unterrichtsgespräches.
Zusammenfassung
Das zusammenfassende Unterrichtsgespräch am Schluss dient vor allem zwei Aspekten:
- Vorgehensweise bei der Erstellung von Entscheidungsbäumen
- Vor- und Nachteile von KI-Systemen.
Der erste Aspekt trägt zusammen, was gelernt wurde und wie KI-Systeme funktionieren. Hier ist ein Rückgriff auf die Vorstellungen vom Beginn der Doppelstunde möglich, um die Veränderung der Vorstellung explizit zu machen.
Der zweite Aspekt bezieht sich auf den Alltagsaspekt von KI, insbesondere von Chatassistenten und ähnlichen Systemen, die durchaus hilfreich sein können, aber eben auch fehleranfällig sind. Da diese oftmals als Trainingsdatensatz „Das Internet“ haben, sind sie gut geeignet für hinreichend im Internat vorhandene Sachverhalte, jedoch nicht für spezielle Antworten.