KI zum Anfassen: Lernen durch praktische Erfahrungen mit Nim und MENACE

Projektwoche

Im Rahmen einer Projektwoche an einer Kieler Schule, gab es an drei Tagen Veranstaltungen zum Thema Künstliche Intelligenz (KI). Wir, die Kompetenzwerft, haben den mittleren Tag zu den Themen „neuronale Netzwerke und maschinelles Lernen“ gestaltet. Als Mensch, der in der Vergangenheit Informatik studiert hat, war es mir wichtig bei all dem Hype um das Thema etwas zu Grundlagen von neuronalen-Netzwerken und maschinellem Lernen beizutragen. So wie bei uns üblich, zum Anfassen und „Begreifen“ um die Schüler*innen anschaulich an das Thema heranzuführen. Finanziert wurde dieser Teil der Projektwoche vom Förderverein für Medienkompetenz an Schulen in Schleswig-Holstein. Vielen Herzlichen Dank dafür.

Einführung in die Welt der Künstlichen Intelligenz

Die Bedeutung von KI wächst rasant. Von selbstfahrenden Autos bis hin zu personalisierten Empfehlungen – KI verändert unsere Welt in rasantem Tempo und ist wirklich in aller Munde. Doch um diesen Fortschritt zu verstehen, zu nutzen und aktiv mitzugestalten, ist es unerlässlich, die Grundlagen dieser Technologie zu kennen. In einem halbtägigen Workshop über neuronale Netzwerke boten wir den Schüler*innen eine Einführung in die Welt der KI und des maschinellen Lernens, begleitet von praktischen Übungen mit den Spielen Nim und MENACE. Dies ermöglichte ihnen, die theoretischen Konzepte durch eigene Erfahrungen zu begreifen.

Das Seminar: Theorie trifft auf Praxis

1. Grundlagen neuronaler Netzwerke und maschinellen Lernens
   Zu Beginn des Seminars lernten die Teilnehmenden die Prinzipien von neuronalen Netzwerken. Sie erfuhren, wie diese Netzwerke aus Schichten von Neuronen bestehen und durch das Anpassen der Verbindungen (Gewichte) zwischen den Neuronen lernen, Muster in Daten zu erkennen. Auch der Unterschied zwischen überwachten und unüberwachten Lernmethoden wurde thematisiert.
2. Nim: Strategisches Denken und KI verstehen
   In der zweiten, interaktiven Phase beschäftigten sich die Schüler*innen mit dem Spiel Nim. Hierbei handelt es sich um ein mathematisches Strategiespiel, bei dem es darum geht, Gegenstände aus einem Stapel zu nehmen, wobei die Spielpartei, die den letzten Gegenstand nimmt, verliert. Die Jugendlichen stellten sehr schnell fest, das es beim Trainieren der „Maschine“ nicht ums eigene gewinnen geht, sondern um das Durchspielen aller möglichen Fälle, damit die „Maschine“ am Ende optimal trainiert ist. Durch die Analyse von Gewinnstrategien konnten die Teilnehmenden Parallelen zum maschinellen Lernen ziehen: Wie berechnet eine „Maschine“ die optimale Strategie? Welche Rolle spielt das Training in verschiedenen Szenarien?
3. MENACE: Einfache KI zum Anfassen
   Anschließend wurde das MENACE-System (Matchbox Educable Noughts and Crosses Engine) (TicTacToe in Streichholzschachteln) vorgestellt. Dieses frühe Beispiel für eine selbstlernende Maschine, die von Donald Michie entwickelt wurde, zeigt eindrucksvoll, wie ein System durch Ausprobieren und Feedback lernen kann. Die Schüler*innen bedienten unsere MENACE, indem sie Züge wählten und dabei beobachteten, wie die KI mit jeder Runde besser wurde. Dies verdeutlichte, wie Maschinen durch Wiederholung und Anpassung ihrer Entscheidungen „lernen“. Am Ende haben wir ihnen auch eine Webseite vorgestellt, in der man MENACE beobachten kann wie es in hoher Geschwindigkeit lernt. Spannend war die Erkenntnis, dass eine Maschine die auf „Verteidigung“ trainiert ist, nicht automatisch auch in der Lage ist zu gewinnen, weil sie das schlicht nicht gelernt hat.

Grundkenntnissen von KI in der heutigen Zeit

Angesichts des andauernden KI-Hypes wird ein frühzeitiges Verständnis der grundlegenden Konzepte künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernens immer wichtiger. Viele Schüler*innen kennen KI in Form von Sprachassistenten oder anderen Anwendungen, wissen aber wenig darüber, wie diese Systeme funktionieren. Manche fühlen sich mit den scheinbar gespenstischen Fähigkeiten sehr unwohl. Unser Seminar zeigte, dass nicht nur Informatikexpert*innen über neuronale Netzwerke und Maschinenlernen Bescheid wissen sollten, sondern dass es als gesamtgesellschaftliches Thema eine breit angelegte Aufklärung erfordert.

Warum diese Seminare notwendig sind

Das Ziel des Seminars war es, den Teilnehmenden zu zeigen, dass neuronale Netzwerke und KI keine undurchdringlichen Mysterien sind, sondern auf klaren, nachvollziehbaren und logischen Prinzipien basieren. Die praktische Anwendung mit MENACE und Nim machte deutlich, dass Lernalgorithmen und strategisches Denken eng miteinander verbunden sind.

Fazit: Lernen für die Zukunft

Indem wir Schüler*innen neuronale Netzwerke und maschinelles Lernen näherbringen, legen wir den Grundstein für eine Generation, die nicht nur die Technologie von morgen versteht, sondern sie auch aktiv mitgestaltet. Denn nur wer versteht, wie KI und neuronale Netzwerke funktionieren, kann die ethischen und gesellschaftlichen Fragen, die damit einhergehen, kompetent diskutieren und beantworten.

Wir hatten auf jeden Fall Spaß und wir hoffen die teilnehmenden Schüler*innen auch.
Wenn Sie Lust auf mehr haben, dann schauen Sie doch einfach auf unseren Veranstaltungen und Angebote oder sprechen Sie uns gern direkt an.