Technischer Fortschritt
KI und unser Klima
Marco Verch, Kind erforscht Pflanzen, ccnull.de, CC-BY 2.0
Überblick
Künstliche Intelligenz (KI) begegnet uns heute in vielen Bereichen des Alltags – von Chatbots bis zu Bilderkennungs-Apps. Auch beim Schutz unserer Umwelt spielt KI eine wichtige Rolle: Sie kann helfen, den Klimawandel, Umweltverschmutzung und den Verlust der Artenvielfalt besser zu verstehen. In diesem Lernpfad geht es darum, wie KI beim Umweltschutz eingesetzt werden kann. An Beispielen erfahren die Lernenden, was Mustererkennung bedeutet und wie KI dadurch Bilder erkennt. Spielerische Übungen machen die Funktionsweise erlebbar. Zum Abschluss wird auch ein kritischer Blick auf den Stromverbrauch von KI-Systemen geworfen.
Tipp: Du findest ergänzende Informationen zu diesem Lernpfad in dem Hintergrundtext: KI und Umweltschutz: Ein Überblick für die Bildungsarbeit. Der Text ist ein Zusatzangebot, das eine Vertiefung des Themas bei Interesse ermöglicht. Die Durchführung des Lernpfads ist unabhängig.
Die KI-Box Klima bietet spannende weiterführende Materialien zum Thema, die für die Durchführung des Lernpfades nicht erforderlich sind. KI-Box Klima
Leitfragen
- Wie lernen Computer eigentlich?
- Wie können KI-Anwendungen dabei helfen, die Umwelt zu schützen?
Vorbereitung
- Arbeitsblatt: KI in Aktion!
- Arbeitsblatt: Was Computerprogramme alles können
- Quiz: Bilderkennung und KI
- Arbeitsblatt: Natur beobachten & bestimmen
- Badge: KI und unser Klima
Ablauf
1. Einstieg
Künstliche Intelligenz und Muster kennenlernen
Diesmal geht es um zwei sehr komplexe Themen: Künstliche Intelligenz (KI) und Klimaschutz. Starte mit einer offenen Frage: „Wer hat schon einmal von Künstlicher Intelligenz gehört?“ Sammelt die Antworten und versucht gemeinsam ein Bild davon zu bekommen, was KI ist. Fehler oder verrückte Vermutungen sind vollkommen in Ordnung. Frage nach, welche Anwendungen die Lernenden vielleicht schon kennen – oder zu kennen glauben.
Ein wichtiger Aspekt von KI ist die Bilderkennung. Für den Einstieg konzentriert ihr euch zunächst nur auf die Bilderkennung. Falls das im Gespräch noch nicht genannt wurde, bringe es jetzt ein. Erkläre: Bilderkennung kann gerade beim Klimaschutz spannend sein – zum Beispiel, wenn Müll in den Meeren erkannt und dokumentiert wird. Das hilft uns Menschen, Probleme sichtbar zu machen und zu beheben.
Die folgende Einleitung in einfachen Worten kann dir dabei helfen, das gemeinsame Gespräch von eben noch zu ergänzen und dient als Überleitung zur nächsten Übung:
Wie lernt eine KI? KI ist ein Computerprogramm, das ganz schwierige Aufgaben lösen kann. Damit es das kann, muss dieses viel lernen. Eine KI lernt aus Daten. Daten können zum Beispiel Bilder sein. Ähnlich wie Kinder von ihren Eltern lernen, indem sie Dinge sehen und hören, die dann als „Banane“ oder „Brücke“ bezeichnet werden, lernen auch KI-Anwendungen indem sie zum Beispiel ganz viele Bilder vorgelegt bekommen. Expert:innen sprechen dann davon, dass KI Muster erkennt. Muster, die auf den Bildern immer wieder vorkommen. Mustererkennung ist ein zentrales Vorgehen, mit dem KI Bilder verstehen kann. Nun probiert ihr das selbst aus.
Warm-Up: Super-Erkenner:innen
Eine Person malt vorne an der Tafel einen Begriff – ähnlich wie bei dem Spiel „ Die Montagsmaler“. Alle anderen Lernenden zeichnen gleichzeitig denselben Begriff auf einem A4-Blatt. Zur Auswahl stehen: Solarenergie, Windrad, Mülltrennung, Garten, Wald oder Fluss. Pro Begriff habt ihr 30 Sekunden Zeit. Nach jeder Runde werden alle Zeichnungen hochgehalten und gemeinsam betrachtet.
Fragen zur Auswertung:
- Welche Merkmale tauchen in fast allen Bildern auf?
- Woran erkennt man das Windrad sofort?
- Wie unterscheiden sich die Zeichnungen?
Erinnert euch noch zusammen an die Muster, die KI Anwendungen in Bildern lernen zu erkennen. Wo das zum Einsatz kommt und wie das mit Klimaschutz zusammenhängt, wird im nächsten Schritt besprochen.
Zusatzaufgabe: Quick, Draw!
Wer möchte, kann das Prinzip mit dem Online-Spiel Quick, Draw! ausprobieren.
Oder ihr seht euch zur Vertiefung der Frage „Was ist Künstliche Intelligenz?“ eines der folgenden Videos an:
2. Recherche
KI- Anwendungen, die das Klima schützen?
Schüler:innen lernen Forschungsprojekte und Anwendungen kennen, in denen KI zum Einsatz kommt und die zum Schutz unserer Umwelt beitragen. Die Lernenden erforschen in Gruppen Beispielprojekte, in denen Vogelstimmen erkannt, Pflanzen bestimmt, Wettervorhersagen verfeinert und Mülltrennung sowie Recycling unterstützt werden. Alle Arbeitsblätter gehen auf folgende Punkte ein:
- Was ist das?
- Wie funktioniert das?
- Wie kann das unsere Natur schützen?
In Gruppen von 3–5 Personen wird je ein Projekt bearbeitet. Sie sollen wichtige Punkte unterstreichen und eine kleine Präsentation fürs Plenum ausarbeiten. Wie können wir die Anwendung/das Projekt möglichst anschaulich vermitteln? Hier eignet sich auch ein Rollenspiel, in dem die Gruppe die Nutzung der Anwendung vorspielt und dabei erklärt, wie das funktioniert und welchen Beitrag das zum Umweltschutz leistet.
Arbeitsblatt
Nachdem alle Gruppen ihr Projekt vorgestellt haben, überlegt ihr noch einmal zusammen:
- Was genau ist das Besondere an Künstlicher Intelligenz (KI)?
- Wie können uns Anwendungen dank KI dabei unterstützen, Klima und Umwelt zu schützen?
Brainstormt gemeinsam zu den Begriffen Erkennen, Überwachen und Vorhersagen. Was haben die Lernenden aus den Beispielen gelernt?
Tipp: In einem Arbeitsblatt werden die drei Bereiche auch noch einmal vorgestellt. Das Arbeitsblatt kannst du nutzen, um dir einen Überblick zu verschaffen oder um es den Schüler:innen vorzulegen und den Text gemeinsam durchzugehen.
Arbeitsblatt
Mit diesem Quiz können die Lernenden ihr Wissen auf die Probe stellen.
Quiz
3. Handeln
Auf Forschungsreise
Überlege nun, ob du mit der Klasse die Pflanzenbestimmungs- oder Vogelstimmen-App ausprobieren möchtest. Beide Apps sind kostenlos. Es ist auch möglich, dass die Kinder gruppenweise unterschiedliche Apps nutzen.
In den bestehenden oder neu zusammengesetzten Gruppen arbeiten die Kinder zusammen. Unterstütze sie dabei, Rollen zu verteilen und fordere sie auf, auch die Rollen mal zu tauschen:
- Wer bedient die App?
- Wer dokumentiert das Vorgehen?
- Wer sucht den passenden Ort?
- Wer behält die Zeit im Blick?
Die Forscherteams gehen anschließend auf den Schulhof (oder ins nahe Umfeld) und nehmen ihr Arbeitsblatt mit. Das Arbeitsblatt hilft, die Forschung zu strukturieren und die Ergebnisse festzuhalten.
Tipp: Im besten Fall installiert ihr die Apps auf den Tablets der Schule. Alternativ müsstet ihr versuchen, bis zu vier Smartphones zusammenzubekommen, auf die die App installiert werden kann.
Arbeitsblatt
4. Reflexion
Umsichtige Nutzung
Nachdem ihr Einsatzmöglichkeiten kennengelernt habt, sprecht darüber, dass KI-Systeme sehr viel Strom verbrauchen und damit einen hohen ökologischen Fußabdruck hinterlassen. Sowohl das Training der Modelle als auch ihre Nutzung erfordert große Energiemengen.
Frage an die Lernenden: Habt ihr schon einmal von ChatGPT gehört? Das ist ein großes Sprachmodell, mit dem man Texte oder Bilder erstellen kann. Auch dafür braucht es viel Energie, denn in Rechenzentren müssen riesige Datenmengen gespeichert und verarbeitet werden – nicht nur für KI, sondern für die gesamte Internetnutzung.
Um die Server zu kühlen, wird meist Trinkwasser eingesetzt, da verschmutztes Wasser die Rohre beschädigen würde. Manche Rechenzentren werden bewusst an kühlen Orten gebaut, um den Energieverbrauch zu senken.
Schauen wir uns zwei Aussagen an:
- „Wenn man sich mit einer KI ein Bild erstellen lässt, wird so viel Energie verbraucht, wie nötig ist, um ein Smartphone vollständig zu laden.“
- „Die Nutzung eines Chatbots erfordert zum Beispiel für 10 bis 50 Antworten etwa einen halben Liter Wasser.”
Versucht gemeinsam, die Vergleiche greifbar zu machen: Überlegt zum Beispiel, was ihr alles erledigen könnt, während euer Smartphone vollständig lädt – so bekommt ihr ein Gefühl für die benötigte Zeit. Oder vergleicht die Wassermenge mit dem Inhalt eurer Trinkflasche. Alternativ können die Lernenden eine Infografik gestalten. Ziel ist es, auf einen Blick sichtbar zu machen, wie groß der Aufwand tatsächlich ist.
Abschließende Diskussion im Plenum:
- Was hat dich besonders begeistert?
- Was macht euch Sorgen?
- Was glaubt ihr, wie wird es sich entwickeln?
Ergänzungen
Kompetenzen
Kompetenz-Erwerb sichtbar machen mit Badges
Bei dieser Übung haben deine Schüler:innen wertvolle Kompetenzen erworben, die du ihnen mit einem digitalen Zertifikat, einem Badge, nachweisen kannst.
Das geht ganz einfach:
- Auf openbadges.education einen Account erstellen und deine Schule als Institution anlegen.
- Kopiere den Badge, den wir für diese Übung angelegt haben, für deine Institution.
- Vergib den kopierten Badge direkt an E-Mail-Adressen oder erstelle eine QR-Code-Vergabe, über die deine Schüler:innen den Badge bei dir anfragen können. In beiden Fällen erhalten sie den Badge per E-Mail.
Alles über Open Educational Badges und wie Lernende Badges in ihrem Rucksack sammeln können, erfährst du in unserem Blog-Beitrag „Kompetenz-Erwerb sichtbar machen mit Open Educational Badges“
Badge
KI-Box Klima
Die KI-Box Klima kann bestellt werden und enthält Materialien, die jungen Menschen einen niedrigschwelligen und praxisorientierten Einstieg in die Zukunftsthemen Künstliche Intelligenz (KI) und Natürlicher Klimaschutz ermöglichen.
- Das Begleitheft bietet eine umfassende Beschreibung aller Begriffe, Funktionen und Einsatzmöglichkeiten: Begleitheft zur KI-Klimabox (PDF).
- Für den Klassenraum gibt es außerdem eine Poster-Zusammenfassung, die aufgehängt werden kann: Poster zur KI-Klimabox (PDF).
Die Materialien und Inhalte stehen unter der CC BY-SA 4.0 Lizenz. Erstellt durch mycelia gGmbH für das BMUKN.