Künstliche Intelligenz

Mit KI unsere Umwelt kennenlernen

In diesem Projekt werden Tier- und Pflanzenbestimmungsapps genutzt, um Schüler*innen zu zeigen, wie Maschinen lernen. Außerdem wird dabei ein Bewusstsein für unsere Umwelt geschaffen. 

1. Einheit: Erste Stunde

2. Einheit: Zweite Stunde

3. Einheit: Dritte und vierte Stunde

4. Einheit: Fünfte und sechste Stunde

Flaschengarten Grafik
So geht's

1. Einheit: Erste Stunde

Vorbereitung

  • Installiere die Apps Seek und Flora Incognita auf den Tablets
  • Drucke die Bildkarten „KI Erkennung“ farbig und in hoher Qualität aus. Für eine bessere Haltbarkeit kannst du die Bildkarten laminieren. Jede Gruppe benötigt einen vollständigen Satz Bildkarten.
  • Verteile die Bildkarten mit Tieren und Pflanzen im Klassenraum. Verstecke ggf. einige Karten, um die Schüler*innen auf die spätere Suche nach eigenen Pflanzen und Tieren vorzubereiten.
  • Drucke die leeren Vorlagen aus dem Arbeitsblatt Tier- und Pflanzensteckbriefe für jede Gruppe 3 – 4 mal aus, je nachdem wie viele Bildkarten identifiziert werden sollen.
  • Stelle für jede Gruppe (3-5 Kinder) ein Tablet mit den installierten Apps bereit.

Einführung (ca. 5 Minuten)

  1. Erkläre deinen Schüler*innen das heutige Ziel:
    Mit Hilfe einer auf KI basierten App sollen Pflanzen und Tiere identifiziert werden.
  2. Teile die Klasse in Kleingruppen mit jeweils 3-5 Kindern ein und verteile die Arbeitsblätter Tier- und Pflanzensteckbriefe an die Gruppen.
  3. Gib den Schüler*innen eine kurze Einführung in beide Apps. Wenn du das Gefühl hast, die Schüler*innen können die Apps bedienen, dürfen sie mit der Suche nach den Bildkarten beginnen.

Übung (ca. 30 Minuten)

  1. Teile den Gruppen die Aufgabenstellung mit:

Macht euch im Klassenraum auf die Suche nach den Bildkarten mit den Tieren und Pflanzen. Wenn jemand aus eurer Gruppe eine Karte gefunden hat, geht ihr gemeinsam zu eurem Tisch und identifiziert das Tier oder die Pflanze. Haltet dann eure gefundenen Informationen in einem Steckbrief fest. Wenn ihr alle nötigen Informationen gefunden habt, könnt ihr euch wieder auf die Suche begeben.

Pro Gruppe gibt es jede Bildkarte nur ein Mal. Wenn eine Gruppe eine bereits bekannte Pflanzen-/Insektenkarte findet, legt sie sie zurück und sucht weiter. Achte darauf, dass sich die Kinder beim Suchen, Scannen und Notieren abwechseln. Die Schüler*innen können bei der Bestimmung beide Apps nutzen, um herauszufinden, ob beide auf die gleichen Ergebnisse kommen.

Nicht alle Pflanzen und Tiere werden hundertprozentig erkannt. Das bietet die Gelegenheit, mit den Schüler*innen über die Zuverlässigkeit von KI gestützten Systemen zu reflektieren

Abschluss (ca. 10 Minuten)

  1. Wenn alle Bildkarten gefunden und bestimmt wurden, sammeln sich die Schüler*innen wieder in einem Stuhlkreis, um über ihre Erfahrungen und die Herausforderungen der Aufgabe zu sprechen.

 

Kläre z.B. wie die Gruppendynamik funktioniert hat:

  • „Wie hat es in eurer Gruppe funktioniert?“
  • „Warum hat es gut/schlecht funktioniert?“

 

Kläre vor allem Fragen wie:

  • „Wie erkennt die KI, welche Pflanze oder welches Tier abgebildet ist?“
  • „Wie lernen Maschinen eigentlich?“

 

Diese Fragen sind die Überleitung zur nächsten Stunde. Falls ihr eine Doppelstunde habt, könnt ihr nahtlos weiter machen.

Optimale Hausaufgabe

Solltest du die erste und zweite Stunde teilen, kannst du den Kindern die Hausaufgabe geben, dass sie mit ihren Eltern Fotos von Pflanzen und Tieren machen und in der nächsten Stunde mitbringen. Außerdem können sich die Schüler*innen Gedanken darüber machen, anhand welcher Merkmalen sie unterscheiden können, um welche Pflanze / welches Tier es sich auf einem Foto handelt und wie ein Computer wohl diese Entscheidung trifft.
Viel Spaß beim Ausprobieren
So geht's

2. Einheit: Zweite Stunde

Vorbereitung

  • Ähnliche Kräuterpaare wie z.B. Zitronenmelisse und Minze bereitstellen. So können die Kinder mit allen Sinnen die Pflanzen erforschen und sich versch. Merkmale zur Unterscheidung ausdenken.
  • Für jede Gruppe werden die unausgefüllten Arbeitsblätter zu Entscheidungsbäumen benötigt. Die Arbeitsblätter können gedruckt oder als PDF in der App „Bookcreator“ eingelesen werden, damit die Kinder sie in digitaler Form ausfüllen können.

Einführung (ca. 5 Minuten)

  1. Erkläre der Klasse das Ziel der Unterrichtseinheit:
    Verstehen, wie eine Maschine lernt und was maschinelles Lernen in seinen Grundzügen bedeutet.
  2. Greife nochmal die Reflexionsfragen der letzten Stunde auf:
    • „Wie erkennt die KI, welche Pflanze oder welches Tier abgebildet ist?“
    • „Wie lernen Maschinen eigentlich?“

Übung (ca. 30 Minuten)

  1. Teile die Schüler*innen wieder in Kleingruppen ein und verteile die unausgefüllten Arbeitsblätter zu Entscheidungsbäumen. Jede Gruppe benötigt 3 Exemplare, damit die Schüler*innen mehrere Optionen zur Bestimmung von Pflanzen testen können.
  2. Zeige der Klasse die mitgebrachten Kräuter, ohne ihnen zu verraten, um welche Pflanze es sich handelt.

An dieser Stelle kannst du auch mit Fotos arbeiten, wenn es dir nicht möglich ist, Kräuter mitzubringen. Dann entscheiden die Schüler*innen nur nach optischen Merkmalen.

  1. Erkläre deinen Schüler*innen die Funktionsweise von Entscheidungsbäumen. Dabei kannst du wie folgt vorgehen:

“Stell dir einen Entscheidungsbaum als Spiel vor, bei dem du nur mit “Ja” oder “Nein” antworten darfst. Am Anfang stellst du eine Frage und je nachdem, ob du mit “Ja” oder “Nein” antwortest, gehst du zum nächsten Zweig des Baumes. Das ist wie ein Abenteuerweg, bei dem jede Wahl dich zu einer neuen Frage führt. Am Ende des Weges findest du die Antwort auf deine anfängliche Frage. Es ist ein bisschen wie ein Pfad im Wald, der sich immer wieder teilt und du entscheidest, welchen Weg du nimmst, indem du “Ja” oder “Nein” sagst, bis du am Ziel ankommst.”

  1. Zur Verdeutlichung kannst du ein Beispiel aus dem AB Entscheidungsbaum nehmen und das Prinzip, gemeinsam mit den Kindern, noch einmal durchgehen.

 

Schaubild, das einen Entscheidungsbild zu der Frage "Was soll ich in der Pause essen" zeigt.

  1. Wenn du das Gefühl hast, deine Schüler*innen haben das Prinzip verstanden, dürfen sie selbst versuchen, einen Entscheidungsbaum, zur Erkennung der von dir mitgebrachten Pflanzen, zu erstellen. Dabei dürfen die Schüler*innen die Pflanzen mit ihren Sinnen erkunden. Du kannst sie mit folgenden Leitfragen animieren: 

  • Welche Farbe und Form haben die Blätter der Pflanze?
  • Wie fühlen sich die Blätter der Pflanze an?
  • Wie riechen die Blätter der Pflanze?

  1. Wenn die Schüler*innen genug an der Pflanze geforscht haben, sollen sie mit Hilfe der Arbeitsblätter einen Entscheidungsbaum erstellen, der zwischen den beiden Pflanzen unterscheidet.

Erstellt einen Entscheidungsbaum zu den beiden Pflanzen. Überlegt euch anhand welcher Merkmale sich die beiden Pflanzen unterscheiden. Wie und wo konntet ihr Unterschiede erkennen?

Entscheidungsbaum Melisse oder Minze
  1. Die Lösungswege der Schüler*innen können unterschiedlich ausfallen. Zeige ggf. noch ein weiteres Beispiel mit dem AB zu Taub- oder Brennnessel, wenn die Kinder sich mit dem Erstellen ihres Baumes schwertun. Lasse verschiedene Lösungen im Plenum vorstellen und schaut sie euch gemeinsam an. Diskutiert, wo sich die Entscheidungsbäume unterscheiden oder ähneln.

Abschluss (ca. 10 Minuten)

  1. Nimm zum Abschluss nochmal die Eingangsfragen auf und erkläre den Kindern, dass Maschinen genauso lernen und Entscheidungen treffen wie wir.

Maschinen lernen, indem sie, wie wir, neue Dinge entdecken und üben. Sie schauen sich viele Beispiele an und merken sich, was funktioniert und was nicht. Basierend auf dem, was sie gelernt haben, können sie dann Entscheidungen treffen, um ein Problem zu lösen - wie bei unserem Spiel mit den Entscheidungsbäumen. Natürlich können sie sich, wie wir auch, irren und falsche Ergebnisse liefern. Maschinen sind eben nicht unfehlbar.

  1. Wenn noch Zeit bleibt, können die Schüler*innen die Pflanzen aus den Entscheidungsbäumen nochmal mit den Apps aus der letzten Stunde scannen und schauen, ob die KI die Pflanzen richtig bestimmt.

Optimale Hausaufgabe

Saubere Gläser mit Deckel, Lupen und Lineal mitbringen.  

Viel Spaß beim Ausprobieren
So geht's

3. Einheit: Dritte und vierte Stunde

Vorbereitung

  • In den nächsten beiden Stunden werden die Schüler*innen selbst zu Entdecker*innen ihrer Umwelt. Wähle dafür eine passende Umgebung aus: Neben dem Schulgelände funktionieren am besten der Schulgarten, Parkanlagen oder Wald- und Wiesengebiete.
  • Für die Exkursion benötigst du pro Gruppe ein Tablet zum Fotografieren und Dokumentieren der Funde. Im Klassenraum können die Funde mit den Apps Seek und Flora Incognita bestimmt werden. Dafür ist es ratsam, mehrere Fotos von den gefundenen Pflanzen zu machen.
  • Einen Beutel oder eine Kiste zum Sammeln verschiedener Objekte. Dies ist besonders wichtig, wenn die Schüler*innen zum Abschluss einen Flaschengarten bauen sollen.
  • Arbeitsblätter zur Insekten- und Pflanzenbestimmung ausdrucken, zum Nachbearbeiten und Katalogisieren der Funde
  • Ggf. Arbeitsblatt “Mein Flaschengarten” mit Regeln für den Umgang mit Pflanzen und Tieren, Arbeitsblatt zur Ausrüstung und Checkliste für den Flaschengarten ausdrucken

Einführung (ca. 5 Minuten)

  1. Erkläre den Schüler*innen das heutige Ziel:

Heute geht ihr auf kleine Exkursion und sucht Pflanzen und Tiere in eurer Umwelt, um sie zu identifizieren.

  1. Teile dafür die Klasse in Kleingruppen von 3 bis 5 Schüler*innen ein. Rekapituliert kurz das Wissen zu den Apps aus der vorherigen Einheit sowie zur Kamera-App. Wenn du das Gefühl hast, dass die Schüler*innen die Apps und die Kamera bedienen können, dürfen die Gruppen mit der kleinen Exkursion beginnen.

Damit die Übung sicher verläuft, ist es sinnvoll, vorab noch einige Regeln mit den Schüler*innen zu besprechen. Dafür kannst du das Regelblatt nutzen. Es ist wichtig, dass die Pflanzen und Tiere behutsam behandelt werden und die Schüler*innen vorsichtig vorgehen. Das dient ihrer eigenen Sicherheit, um mögliche Bisse oder Stiche von Insekten oder allergische Reaktionen durch Pflanzenkontakte zu vermeiden. Betone auch, dass die Schüler*innen eine Verantwortung für ihre Umwelt tragen, sodass ihnen bewusst ist, dass sie den Lebensraum vieler kleiner Tiere betreten und diese als schützenswert anzusehen sind. Tiere oder Pflanzen sollten nur unter Aufsicht einer Lehrperson angefasst werden.

Übung (ca. 45 Minuten)

  1. Die Schüler*innen starten mit der Übung und erkunden die Umgebung. Gehe währenddessen von Gruppe zu Gruppe und beantworte Fragen der Schüler*innen oder beobachte ihr Vorgehen.

Übung (ca. 30 Minuten)

  1. Wenn die Schüler*innen genug Bilder gesammelt haben, kehren sie zurück in den Klassenraum, um dort mit der Bestimmung und Katalogisierung der gefundenen Pflanzen und Tiere zu beginnen. Dafür lesen sie die gesammelten Bilder in die Apps ein oder können mithilfe von Büchern selbst versuchen, die Pflanzen zu bestimmen. Die Erkenntnisse werden dabei auf den Arbeitsblättern für Pflanzen- und Tiersteckbriefe festgehalten. Das kann sowohl digital z.B. mit Book Creator als auch analog erfolgen.

Abschluss (ca. 10 Minuten)

  1. Schaut euch die Ergebnisse der Schüler*innen an und überprüft, ob die Pflanzen und Tiere richtig bestimmt werden konnten. Sprecht zum Abschluss über die Erfahrungen und Erkenntnisse aus der heutigen Exkursion.

Optimale Hausaufgabe

Unter Aufsicht können die Schüler*innen ihre Beobachtungen im eigenen Garten oder auf dem Schulweg fortführen. Dabei können sie schon Materialien für ihren Flaschengarten sammeln, wie Steine oder Holz, am besten schon etwas zersetzt. Auch Dekoartikel wie z.B. Spielfiguren können später in den Flaschengarten gesetzt werden. Es sollte darauf geachtet werden, dass die Materialien nicht giftig sind, sonst können sie dem Ökosystem im Flaschengarten Schaden zufügen.

Viel Spaß beim Ausprobieren
So geht's

4. Einheit: Fünfte und sechste Stunde

Einführung (ca. 5 Minuten)

  1. Erkläre den Schüler*innen das heutige Ziel: Ein eigenes Ökosystem in einem Glas bauen.
  2. Erläutere der Klasse dafür zunächst, was ein Ökosystem ist:

„Ein Ökosystem im Glas ist ein abgeschlossenes, künstlich geschaffenes System, das verschiedene Organismen wie Pflanzen und Tiere enthält. Viele der Organismen sind jedoch sehr klein, sodass sie nur mit Hilfe von Lupen oder Mikroskopen genau gesehen werden können. Diese winzig kleinen Organismen nennt man deshalb auch Mikroorganismen. Dein Ökosystem bauen wir innerhalb einer Flasche auf und nennen es Flaschengarten. Es bietet eine einzigartige Möglichkeit, zu verstehen, wie verschiedene Lebewesen miteinander interagieren und gemeinsam ein kleines, funktionierendes Ökosystem bilden. Da es in einem Glas ist, können wir alles genau beobachten.“

Übung (ca. 25 Minuten)

  1. Teile den Schüler*innen das Arbeitsblatt Bodenhorizont aus und lasse sie in Partnerarbeit entdecken, was darauf abgebildet ist.

Dazu kannst du folgende Leitfragen stellen:

  • Was könnt ihr alles auf dem Blatt entdecken?
  • Kennt ihr alle Begriffe?
  • Habt ihr eine Idee, woraus die Schichten bestehen?

Die Begriffe Mulchschicht, Humusschicht und Tonschicht kannst du den Schüler*innen wie folgt erklären:

Mulchschicht: Besteht aus organischen Materialien wie Blättern, Stroh oder Holzspänen. Sie bereichert den Boden, speichert Flüssigkeit und bietet Schutz und Nahrung für viele Insekten und andere Lebewesen.

Humusschicht: Bildet die oberste Schicht der Erde, die voll mit zerfallenen Blättern und Pflanzen ist. Dort leben viele kleine Tiere wie z.B. Regenwürmer. Regenwürmer spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Humus. Sie fressen organische Materialien wie Blätter und Pflanzenreste und verdauen sie. Dabei setzen sie Nährstoffe frei und zerbrechen das Material in kleinere Stücke. Diese von den Regenwürmern verarbeiteten Abfälle tragen zur Entstehung von Humus bei, indem sie von Mikroorganismen weiter zersetzt werden und den Boden nährstoffreich machen.

Tonschicht: Besteht aus dicht gepacktem Ton, der Wasser und Nährstoffe gut speichern kann, aber schwerer durchlässig für Wasser ist, was ihn zu einer wichtigen Schicht in manchen Böden und künstlichen Ökosystemen macht. Eine Tonschicht entsteht über lange Zeiträume durch die Verwitterung von Gestein. Verwitterung ist, wenn Felsen und Steine durch Regen, Wind, Kälte und Wärme langsam zerbröckeln und in kleinere Stückchen zerfallen, fast so, als würden sie langsam zerkrümeln.

  1. Nachdem das Arbeitsblatt zum Thema Bodenhorizont besprochen und alle Fragen geklärt wurden, verteilst du das leere Arbeitsblatt “Mein Flaschengarten”. In Tandems sollen die Schüler*innen die fehlenden Begriffe auf dem Arbeitsblatt mit Hilfe des AB zum Bodenhorizont ergänzen. Gib ihnen dafür 10 Minuten Zeit und besprecht anschließend im Plenum die Lösung.

Füllt die Lücken auf dem Arbeitsblatt aus und überlegt aus welchen Materialien der Flaschengarten besteht. Schaut euch zur Orientierung nochmal genau die Schichten des Bodenhorizonts an. Dafür habt ihr 10 Minuten Zeit

Die Schüler*innen werden feststellen, dass es Keine Ton- und Felsenschicht im Flaschengarten gibt. Diese fehlende Schicht des Bodenhorizonts wird in diesem Experiment durch den Kaffeefilter und die Kohle ersetzt. Zur Erklärung kannst du das ausgefüllt Arbeitsblatt Mein Flaschengarten nutzen.

Planung (ca. 10 Minuten)

  1. Jetzt können die Schüler*innen kreativ werden und ihren eigenen Flaschengarten planen. Nutzt dafür das AB Mein Flaschengarten zum Ausmalen und das Checklisten Arbeitsblatt. Dieses dient als Erinnerungsstütze für alle Materialien, die in das Glas kommen. Während der Übung kannst du alle Materialien bereitstellen, die die Schüler*innen im Anschluss für ihren Flaschengarten benötigen.

Die Schüler*innen können die Checkliste mit Materialien ergänzen, die sie auf ihrer Exkursion gesammelt haben oder von zu Hause mitgebracht wurden.

Übung (ca. 20 Minuten)

  1. Teile den Schüler*innen das Arbeitsblatt Flaschengarten Algorithmus aus und lasse sie die Karten ausschneiden. In Tandems sollen sie überlegen in welcher Reihenfolge der Flaschengarten befüllt werden muss. Dafür haben die Schüler*innen ca. 10 Minuten Zeit.
  2. Besprecht im Plenum die Lösung. Welche Reihenfolge haben die Schüler*innen festgelegt? Haben alle Teams die gleiche Reihenfolge gewählt? Findet gemeinsam eine passende Version.
  3. Um wieder an die erste Stunde anzuknüpfen, kannst du mithilfe des Lösungsblattes den Begriff Algorithmus besprechen.

Wenn du merkst, dass die Schüler*innen unruhig werden, kannst du diesen Arbeitsschritt überspringen und an späterer Stelle aufgreifen.

Abschluss (ca. 5 Minuten)

  1. Die Schüler*innen stellen die Flaschengärten aus. Nun können sie ihre kleinen Ökosysteme bewundern. Je nach Wunsch können die Gläser mit nach Hause genommen oder im Klassenverband gepflegt werden.
Viel Spaß beim Ausprobieren

Das könnte dich auch interessieren:

Cookie Consent mit Real Cookie Banner