AI4Schools – KI-Bildung für Schüler*innen der Oberstufe

AI4Schools
|Aufbau des zweitägigen AI4Students-Workshops © Fraunhofer IAIS|Aufbau des zweitägigen AI4Teachers-Workshops © Fraunhofer IAIS

In einer Welt, in der die Technologie die Art und Weise, wie wir leben, arbeiten und kommunizieren, weitreichend beeinflusst, ist die Vorbereitung von Schüler*innen auf diese Entwicklung zu einer zwingenden Aufgabe geworden. Da sich die Bereiche Künstliche Intelligenz (KI) und Maschinelles Lernen (ML) immer weiter ausbreiten, ist und bleibt die Integration der Wissensvermittlung zu diesen Spitzentechnologien in die Bildung von immenser Bedeutung. Ein Pionierprojekt, dass sich dieses Anliegen zur Aufgabe gemacht hat, ist AI4Schools. Es zielt darauf ab, Schüler*innen mit dem Wissen und den Fähigkeiten auszustatten, die sie benötigen, um sich in der KI-getriebenen Welt von heute und morgen zurechtzufinden. Zielgruppe des Projekts und dessen Angebot sind jedoch nicht nur die Jugendlichen selbst, sondern auch ihre Lehrkräfte. Im Modul AI4Teachers werden Lehrkräfte (unabhängig von ihrer Fachrichtung) ausgebildet, um das Wissen langfristig in die Schule zu tragen. Das Modul AI4Students richtet sich hingegen direkt an die Schüler*innen.   

In diesem Blogbeitrag stellen wir das Projekt und seine Ziele vor und erklären, warum es so wichtig ist, KI in die Schulen zu bringen.  

Die Notwendigkeit und Vision von AI4Schools 

Ohne geht es nicht: Wer in unserer digitalgetriebenen Gesellschaft mündige Bürger und Bürgerinnen ausbilden will, braucht das Fach Informatik. Und ist es nicht die Aufgabe der Schule, genau das zu tun – Menschen umfassend auf das Leben vorzubereiten?  

So bringt es die Gesellschaft für Informatik e.V. (GI) in ihrem aktuellen Informatik-Monitor (2023/2024) auf den Punkt. Derzeit gibt es allerdings nur in fünf Bundesländern, darunter Nordrhein-Westfalen (neben Mecklenburg-Vorpommern, Sachsen, Baden-Württemberg, Bayern), verpflichtenden Informatikunterricht für alle Schüler*innen. In sechs Bundesländern wird Informatik nur als Wahlfach angeboten und in Bremen und Hessen gibt es überhaupt keinen Informatikunterricht in der Sekundarstufe I (Lesen Sie hier, warum eine noch frühere Förderung in MINT-Fächern von immenser Bedeutung ist).  

Obwohl das Angebot an Informatikkursen in den Schulen bundesweit zunimmt, wächst gleichzeitig der Mangel an qualifizierten Lehrkräften weiter. Zusätzliche Angebote für den Informatikunterricht sind und bleiben daher unabdingbar. Doch ein grundlegender Informatikunterricht allein reicht nicht aus. 

Warum mit der KI-Ausbildung schon in der Schule beginnen? 

Wir erleben derzeit, wie KI das Gesundheitswesen, Finanzwesen, Transportwesen und viele andere Bereiche revolutioniert. Wir sind daher überzeugt, dass es von entscheidender Bedeutung ist, nicht nur grundlegendes Informatikwissen, sondern KI-Kenntnisse im Speziellen bei der jungen Generation zu fördern. Durch die Vermittlung dieser Kenntnisse werden Schüler*innen befähigt, die Auswirkungen von KI zu verstehen und ihre ethische und verantwortungsvolle Umsetzung mitzugestalten. 

Fünf Aspekte unterstreichen deutlich die Wichtigkeit, KI-Wissen in die Schulen zu bringen. Sie reichen von Vorteilen für die einzelnen Schüler*innen bis zum Anstoßen notwendiger zukünftiger Transformationsprozesse auf gesellschaftlicher Ebene: 

1. Zukunftsfähige Skills und Kompetenzen: Die Einführung von KI-Wissen in der Schule bereitet die Schüler*innen auf Berufe in einer Welt vor, in der KI eine immer wichtigere Rolle spielt. Entsprechende Skills und Kompetenzen werden in diversen Berufsfeldern zunehmend gefragt. Wird bereits in der Schule der Grundstein für eine KI-Bildung gelegt, so steigen die Schüler*innen schon mit wertvollen Kompetenzen und fundiertem Wissen in den Arbeitsmarkt ein.  

2. Demokratisierung der Technologie: Durch die Integration von Künstlicher Intelligenz in die Bildungscurricula wird eine gleichberechtigte Teilhabe gefördert, indem KI-Wissen für alle Schüler*innen zugänglich gemacht wird – unabhängig von ihrem Hintergrund. Diese Demokratisierung der Technologie hilft, die digitale Kluft zu überbrücken und eine gerechtere Gesellschaft zu fördern. 

3. Förderung von Innovation: Die frühzeitige Auseinandersetzung mit KI-Konzepten weckt die Neugierde, fördert innovatives Denken und das Verständnis von komplexen (mathematischen) Zusammenhängen. Die Schüler*innen werden ermutigt, KI-Anwendungen zu erforschen und damit zu experimentieren, was zur Förderung und Entwicklung der nächsten Generation von Vordenker*innen beiträgt. 

4. Ethische Überlegungen: Die Auseinandersetzung mit den ethischen Dimensionen von Künstlicher Intelligenz ist essenziell. Durch die Bereitstellung einer KI-Bildung an Schulen können Diskussionen über die Auswirkungen von KI-Technologien auf Datenschutz, Sicherheit, Voreingenommenheit (Bias) und dem verantwortungsbewussten Umgang angeregt werden und so von Anfang an ethische Überlegungen anknüpfen. Außerdem erhalten die Schüler*innen das notwendige Wissen über die Technologie, um die Chancen und Risiken von Anwendungen besser einschätzen zu können. 

5. Verbesserung der Problemlösungsfähigkeiten: KI und ML sind leistungsstarke Problemlösungswerkzeuge. Indem wir Schüler*innen mit KI-Anwendungen vertraut machen, befähigen wir sie, reale Herausforderungen mit analytischen und datengesteuerten Methoden anzugehen und so auch komplexe Sachverhalte einfacher lösen zu können. 

Stärkung der KI-Kompetenz in Schulen – Die AI4Schools-Workshops schulen Lehrkräfte und Jugendliche  

Hier setzt das Konzept AI4Schools an. Dabei handelt es sich um ein zukunftsweisendes Bildungsprojekt, das darauf abzielt, Schüler*innen in der Oberstufe (im Alter von ca. 15 bis 19 Jahren) ebenso wie ihren Lehrkräften KI- und ML-Konzepte und entsprechende praktische Kompetenzen nahezubringen. Die Vision des Projekts geht jedoch über die bloße Vermittlung der technischen Aspekte der KI hinaus; sie zielt darauf ab, kritisches Denken, Kreativität, Problemlösefähigkeiten und ethische Überlegungen zu den Auswirkungen Künstlicher Intelligenz auf die Gesellschaft zu fördern.  

Die AI4Schools-Inhalte werden in einer zweitägigen Schulung, jeweils für Schüler*innen und Lehrkräfte der Oberstufe, von KI-Expert*innen der der Fraunhofer-Allianz Big Data AI sowie der Roberta®-Initiative des Fraunhofer IAIS vermittelt. Die Module bestehen aus Workshops mit Praxisbezug und Diskussionen, in denen der technische Hintergrund intelligenter Systeme erklärt wird. Ein zentraler Bestandteil ist zudem das Open Roberta Lab.  

Diese benutzerfreundliche und spielerische Programmierumgebung ermöglicht Schüler*innen und Lehrkräften einen einfachen Zugang zur Welt der Künstlichen Neuronalen Netze. Mithilfe der grafischen Programmiersprache „NEPO“ können Programme erstellt werden, ohne dass umfangreiche Programmierkenntnisse vorausgesetzt werden. Das Open Roberta Lab bietet eine Vielzahl von Lernmaterialien, Tutorials und Beispielprojekten, um das Wissen und die Fähigkeiten in der KI-Programmierung kontinuierlich zu erweitern – während der Workshops und danach. 

Das AI4Students-Modul schult Schüler*innen im Umgang mit KI und zeigt KI-bezogene Berufsperspektiven auf 

Dieses Modul richtet sich ausschließlich an Schüler*innen der Oberstufe. Dabei werden Schlüsselbegriffe wie Künstliche Intelligenz, Maschinelles Lernen und Deep Learning anhand praxisrelevanter Beispiele erläutert und deren Zusammenhänge aufgezeigt. Im kostenfreien Open Roberta Lab (open Source) haben die Teilnehmer*innen die Möglichkeit, erste Programmiererfahrungen mit Künstlichen Neuronalen Netzen zu sammeln. Darüber hinaus werden „hands-on“ KI-Modelle mit Python programmiert. 

In verschiedenen Diskussionsrunden werden ethische Aspekte diskutiert, wie beispielsweise das Thema der vertrauenswürdigen Künstlichen Intelligenz.  

Abschließend werden Einblicke in KI-bezogene Berufsfelder gegeben, wodurch die Schüler*innen die Möglichkeit haben zu erfahren, welche Perspektiven sich ihnen mit ihren neu erworbenen Fähigkeiten und Kompetenzen eröffnen können. Erfahrene Data Scientists stehen den Schülerinnen und Schülern Rede und Antwort und berichten aus ihrem Arbeitsalltag. 

Module AI4Students c FraunhoferIAIS 1 - Lamarr Institute for Machine Learning (ML) and Artificial Intelligence (AI)
Aufbau des zweitägigen AI4Students-Workshops
© Fraunhofer IAIS

Das AI4Teacher-Modul schult Lehrkräfte im Umgang mit KI und ihrer Vermittlung  

Das AI4Teacher-Modul vermittelt Lehrkräften zum einen Basiswissen in den Bereichen Künstliche Intelligenz, Maschinelles Lernen und verschiedenen Themenfeldern, wie beispielsweise “Vertrauenswürdiger KI”. Zum anderen werden hands-on praktische Inhalte, wie das Programmieren mit Python, vermittelt. Zusätzlich zum nötigen Fachwissen erhalten Lehrkräfte auch das entsprechende Handwerkszeug, um KI-Bildung für Schüler*innen entsprechen didaktisch aufzubereiten.  

Mit dem AI4Teacher-Modul schult das Projekt Lehrer*innen, um als Multiplikator*innen KI-Wissen in der Schule zu vermitteln und dort langfristig in ihren Unterricht zu integrieren. 

Module AI4Teachers c FraunhoferIAIS 1 - Lamarr Institute for Machine Learning (ML) and Artificial Intelligence (AI)
Aufbau des zweitägigen AI4Teachers-Workshops
© Fraunhofer IAIS

Heute schon die Vordenker*innen von morgen befähigen 

Das Projekt AI4Schools stellt die Weichen für eine fundierte und adäquate KI-Bildung, die bereits in der Oberstufe beginnt. Schüler*innen werden so bereits vor dem Eintritt ins Berufsleben mit dem nötigen Wissen und Handwerkszeug ausgestattet, um souverän die Veränderungen in unserer zunehmend digitalisierten Welt zu meistern. Durch die frühzeitige Einführung von KI- und ML-Konzepten und dem korrekten Umgang mit diesen werden die Schüler*innen auf künftige Berufe vorbereitet, Innovation wird gefördert und ethische Überlegungen angeregt. Die nächste Generation mit KI-Kenntnissen zu befähigen, legt den Grundstein für eine vielversprechende Zukunft, in der Technologie als Wegbereiter für eine bessere Gesellschaft dient.  

Gut zu wissen: So funktioniert die Zusammenarbeit mit Schulen 

Das Projekt AI4Schools arbeitet eng mit Schulen zusammen, um KI-Bildung zu fördern. Data Scientists des Teams führen vor Ort die jeweils zweitägigen Workshops der Module AI4Students und AI4Teachers durch. 

Darüber hinaus bietet das Projekt Unterstützung bei der Implementierung von KI-Themen in den Lehrplan und steht den Schulen beratend zur Seite. Auch werden regelmäßig Veranstaltungen, wie z.B. KI-Wettbewerbe, organisiert, um das Interesse und die Begeisterung der Schüler*innen für KI zu wecken. Interessierte Schulen können ganz einfach über ein Kontaktformular auf der Website oder aber direkt per Mail ihr Interesse an der Durchführung von AI4Schools-Workshops bekunden. Das Projekt ist in Nordrhein-Westfalen angesiedelt, steht aber für Schulen in ganz Deutschland zur Verfügung. 

Weiterführende Informationen 

Redaktionsteam Lamarr-Blog,

23. August 2023

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