„Können Maschinen denken?“, „Sind Menschen Maschinen?“, „Ist künstliches Leben möglich?“ sind grundlegende Fragen, die Menschen schon immer interessiert haben. In diesem Vertiefungsgebiet können solche Fragen auf dem Hintergrund der Ergebnisse der Forschung zur künstlichen Intelligenz (KI) und zum künstlichen Leben (KL) reflektiert werden. KI/KL ist ein wichtiges Teilgebiet der Informatik, deren Vertreter in den letzten Jahrzehnten häufig durch übertriebene Ankündigungen und Fehlschläge in der praktischen Umsetzung auf sich aufmerksam gemacht haben. Trotzdem finden sich Forschungsergebnisse aus KI/KL schon heute in vielen Systemen wieder: sprachverarbeitende Computer („Chatbots“), Expertensysteme z. B. in der Medizin, fußballspielende Roboter, neuronale Netze zur Mustererkennung usw.

Weitere interessante Themen im Bereich KI/KL sind möglich und sinnvoll, z. B.

• Viren, Würmer und andere „Lebewesen“ in Computern und Netzen
• Evolution und Selbstreproduktion im Computer
• Künstliches Leben und Robotik
• Computer und Gehirn: Von-Neumann-Rechner vs. Neuronales Netz

Themen aus dem Gebiet KI/KL haben zahlreiche Verbindungen zum Unterricht anderer Fächer (Biologie, insbes. Hirnforschung und Bioinformatik, Religion und Ethik, Literatur und Sprachwissenschaft) und bieten sich daher in besonderer Weise für fächerübergreifenden und fächerverbindenden Unterricht, z.B. in einem Seminarkurs, an.

• Programmieren mit KI im Informatikunterricht(WorkShop von Alexander Dietz und Alexander Schindler)
  In diesem Workshop werden die theoretischen Grundlagen von künstlichen neuronalen Netzen erläutert. Dabei werden vorgefertigte Anwendungen (z. B. Google Teachable Machine) genutzt, mit vorhandenen Plattformen (z. B. Cognimates) programmiert und eigene kleine neuronale Netze entwickelt (z. B. mit TensorFlow). Anhand praktischer Beispiele wird das Thema KI für Schüler/-innen zugänglich machen und es ihnen so ermöglichen, KI selbst einzusetzen und auch Nutzen und Risiken dieser Technik abzuschätzen. Als Programmiersprache wird Python verwendet. Vorkenntnisse sind hilfreich, aber nicht notwendig.
   
• Künstliche Intelligenz- Eine Einführung für den Schulunterricht mit Programmbeispielen. (Link zur Seite von Walter Stein)
  Walter Stein hat dieses Buch unter Mitwirkung von Lena Maxine Lenkeit verfasst und stellt es unter der Lizenz (Creative Commons Namensnennung – Nicht-kommerziell – Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Deutschland Lizenz) zum freien Download als PDF zur Verfügung. 45 Seiten mit zahlreichen Links. Als Lehrer oder Schüler können Sie dieses Buch privat und für den Unterricht kostenlos nutzen.
   
• Machine Learning in der Schule - Unterrichtsmaterial
  Eine praxisorientierte Einführung in künstliche neuronale Netze, Gesichtserkennung und Co.
  In „Machine Learning in der Schule“ lernen Jugendliche einfache Modelle künstlicher neuronaler Netze kennen und mit dem Modellierungswerkzeug MemBrain zu konstruieren. Anschließend entwerfen sie ein Gesichtsmodell, das sie per Lernalgorithmus darauf trainieren, Gesichter wiederzuerkennen.
  Die Unterrichtseinheit aus der science-on-stage-Reihe ist für den Informatikunterricht der Mittel- und Oberstufe geeignet. 
  Die Broschüre kann kostenlos als PDF heruntergeladen werden.
  „Machine Learning in der Schule“ ist in Kooperation mit der Vector Stiftung entstanden.
  Mit der verwendeten Software MemBrain lassen sich künstliche neuronale Netze am Bildschirm nachbauen und simulieren. Für nicht-kommerzielle Zwecke ist die Software kostenlos. Sie lässt sich allerdings nur auf einem Windows-Betriebssystem installieren.
   
• Plattform Lernende Systeme (Link zur Webseite)
  Die Plattform Lernende Systeme ist ein vom BMBF initiiertes und bei acatech (Deutsche Akademie der Technikwissenschaften) angesiedeltes bundesweites ExpertInnen-Netzwerk zum Thema KI mit knapp 200 hochrangigen und ehrenamtlich tätigen Mitgliedern aus Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft. Ziel der Plattform ist es, den interdisziplinären Austausch sowie den gesellschaftlichen Dialog zu Entwicklung und Einsatz von KI-Systemen zu fördern. Dies erfolgt über die Erstellung von Publikationen zu Chancen und Herausforderungen von KI (Zielgruppe: Fachöffentlichkeit) sowie anschaulichen Formaten, die das komplexe Thema KI für eine breite Öffentlichkeit verständlich machen wollen.
  Aktuelle Materialien sind u.a.:
  • Video-Tutorials zu den Grundlagen des maschinellen Lernens: „So lernen Maschinen“ 
    Acht Clips à ca. fünf Minuten, Inhalte anschaulich erklärt von Studierenden (supervidiert von ihrem Informatik-Professor)
  • Erklärfilm „Eine kurze Geschichte der Künstlichen Intelligenz“ (Link zum youtube-Kanal)
    Scribblefilm zur Entwicklung der KI von ihren Anfängen bis heute (Dauer: ca. 6 Minuten)
  • Die von ExpertInnen der Plattform Lernende Systeme entwickelten interaktiven KI-Anwendungsszenarien. Sie zeigen auf, was in den kommenden Jahren technisch möglich ist und welche Herausforderungen für die Realisierung ganzheitlicher Lösungen zu bewältigen sind. Veröffentlicht wurden bislang u.a. folgende Anwendungsszenarien:
    • KI zur Unterstützung in der Pflege
    • Mit Künstlicher Intelligenz gegen Krebs
    • Schnelle Hilfe beim Rettungseinsatz
       
• Künstliche Intelligenz mit scratch (Link zum scratch-Wiki)
  Künstliche Intelligenz (kurz KI, oder auf englisch AI für Artificial Intelligence) beschreibt ein Programm in einem Projekt, das dynamisch und eigenständig auf Probleme reagieren kann.
   
• Weitere Informationen zur KI im Material von Jürgen Frank (ehemals WvS)

Literaturempfehlung

• Künstliche Intelligenz in der Schule (Link zur PDF-Datei), Vorlesung an der Technischen Universität Chemnitz, Wintersemester 2004/2005, Prof. Dr. Werner Dilger
• Maren Franziska Kuschay: „Können Computer denken?“ Ein handlungsorientiertes InfoSphereModul zum Thema künstliche Intelligenz. Staatsexamensarbeit.  2013. (Link zur PDF-Datei)
• Chatbots. Teil 1: Einführung in eine Unterrichtsreihe zu ,,Informatik im Kontext“ (IniK) von Helmut Witten und Malte Hornung. (Link zur PDF-Datei)

Möglicher Unterrichtsverlauf

Im Folgenden wird exemplarisch ein Unterrichtsgang beschrieben, der sich auf ein Problem der „klassischen“ KI konzentriert: die „Unterhaltung“ mit einem Computer. Diese Idee ist Grundlage des Turing-Tests zur Definition von Maschinen-Intelligenz. Da heutzutage die meisten Anrufe bei Firmen durch „Chatbots“ beantwortet werden ist dieses Thema aber nicht nur von philosophischem sondern auch von praktischem Interesse.

Linkliste:

• Die Materialien aus Fortbildungen von H. Witten finden sich z. Zt. auf dem BSCW-Server.
• unterrichtsbegleitendes Material 2008/2009 (in Ausarbeitung)