Handreichung zu einer Unterrichtsreihe zu maschinellem Lernen

Abstract

Maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz gewinnen in Forschung, Wirtschaft und Gesellschaft stetig an Bedeutung und finden längst auch außerhalb der IT-Branche Anwendung, etwa in Medizin, Finanzen, Marketing oder Ingenieurwesen. Dennoch sind diese Themen bislang kaum in schulischen Bildungsplänen verankert, auch nicht im Fach „Naturwissenschaft und Technik“. Um diese Lücke zu schließen, wurde eine Unterrichtsreihe nach dem Educational Design Research-Ansatz von McKenney entwickelt. Ausgangspunkt war die Feststellung, dass Schülerinnen und Schüler an allgemeinbildenden Gymnasien während ihrer Schulzeit keinen curricularen Kontakt mit Maschinellem Lernen haben. Die Unterrichtsreihe umfasst einen theoretischen Teil mit fünf Einzelstunden, in dem die Grundidee des Maschinellen Lernens sowie vier zentrale Kategorien von Lernverfahren vermittelt werden. Hierbei werden Vorkenntnisse aus dem naturwissenschaftlich-technischen Unterricht und punktuelle Mathematikkenntnisse vorausgesetzt. Im anschließenden praktischen Teil, der zwei Doppelstunden umfasst, setzen die Schülerinnen und Schüler eigenständig Projekte um: zunächst ein Beispiel zum bestärkenden Lernen, anschließend ein weiteres Projekt mit Schwerpunkt auf Datenaufnahme und -verarbeitung. Programmierkenntnisse mit Arduino werden dabei vorausgesetzt. Ziel ist es, den Lernenden sowohl ein grundlegendes technisches Verständnis als auch einen Einblick in die praktische Anwendung von Maschinellem Lernen zu vermitteln.