Einen Algorithmus für Wahlfächer entwerfen

Ablauf der Lektion

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   Schritt 1: Einführung

   In dieser Lektion untersuchen die Schüler*innen, wie KI-Systeme Daten nutzen, um Entscheidungen zu treffen, und was passiert, wenn diese Entscheidungen voreingenommen sind. Zunächst schlüpfen sie in die Rolle einer Schulleitung. Sie sehen sich vereinfachte Daten über Schüler*innen an und entscheiden, welche Wahlfächer am besten zu ihnen passen. Anschließend vergleichen sie ihre eigenen Entscheidungen mit der Einteilung durch eine KI. So untersuchen sie, ob das System bestimmte Faktoren zu stark gewichtet oder andere übersehen hat.

   Anschließend definieren die Schüler*innen die Schlüsselbegriffe fair, gerecht und ethisch. Mithilfe dieser Begriffe beurteilen sie, ob die Regeln der KI zu gerechten Ergebnissen geführt haben. Ihre abschließende Aufgabe besteht darin, eigene ethisch vertretbare Entscheidungsbäume zu entwerfen und mit Ozobot und Farbcodes darzustellen. Damit zeigen sie, wie durchdachtere Regeln zu fairen Ergebnissen und Chancengleichheit führen können.

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   Schritt 2: Einstieg

   1. Gib allen Schüler*innen die Arbeitsblätter 1 und 2. Achtung: Teile Arbeitsblatt 3 erst aus, nachdem sie die Wahlfächer selbst zugeteilt haben. So erleben sie zunächst, wie es ist, als Schulleitung der Morgan-Schule (Sekundarstufe I) nach eigenem Ermessen Wahlfächer zuzuweisen. Danach vergleichen sie ihre Einteilung mit den Entscheidungen der KI auf Arbeitsblatt 3.
   2. Stelle die Situation vor: Verweise die Schüler*innen auf den Abschnitt „Einstieg“ auf ihrem Arbeitsblatt. Lies die Situation der Klasse vor oder lass sie die Schüler*innen selbst still lesen. Erkläre, dass sie sich die Daten der fiktiven Schüler*innen ansehen und entscheiden, welches Wahlfach ihrer Meinung nach am besten zu ihnen passt.
   3. Eigenständiges Arbeiten – Die Schüler*innen können die Tabelle selbst ausfüllen und die Einteilung eigenständig vornehmen. ODER sie besprechen ihre Überlegungen zuerst mit einer anderen Person aus der Klasse oder in einer Kleingruppe, bevor sie ihre endgültigen Entscheidungen treffen.
   4. Leite das Gespräch: Besprich die Aufgabe mit der ganzen Klasse, nachdem die Schüler*innen fertig sind. Bitte sie, Folgendes zu erläutern:
      • Welche Faktoren sie bei ihren Entscheidungen am wichtigsten fanden
      • Ob es in ihrer Gruppe Meinungsverschiedenheiten gab
      • Welche Muster ihnen bei ihrer eigenen Einteilung aufgefallen sind
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   Schritt 3: Erkunden

   Sag: „Was wäre, wenn die Schulleitung statt eines Menschen KI einsetzen würde, um zu entscheiden, welche Wahlfächer Schüler*innen bekommen?“

   Erkläre, warum eine Schule KI für die Zuteilung von Wahlfächern einsetzen könnte:

   • KI kann viele Daten schnell verarbeiten. Das spart Zeit.
   • KI wendet für alle dieselben Regeln an und vermeidet so persönliche Voreingenommenheit. Trotzdem kann das Ergebnis ungerecht sein, wenn die Daten oder Regeln verzerrt sind.
   • KI kann Muster erkennen, die Menschen vielleicht übersehen.

   Sag: „Aber KI ist nicht perfekt. Wenn die Daten, aus denen sie gelernt hat, oder die Regeln, die sie bekommen hat, verzerrt sind, kann sie ungerechte Entscheidungen treffen.“

   Sag: „Kann KI Schüler*innen gerecht auf Wahlfächer verteilen? Dieser Frage gehen wir heute nach.“

   Erkläre den Schüler*innen, dass sie sich nun dieselben Daten über Schüler*innen ansehen, mit denen sie gerade gearbeitet haben. Diesmal hat eine KI die Zuteilung vorgenommen. Diese KI wurde anhand von Regeln entwickelt, die ein Mensch geschrieben hat, und nutzt frühere Daten über Schüler*innen, etwa Noten, Anwesenheit, Verhalten und Anmerkungen von Lehrkräften. Die Schüler*innen vergleichen die Entscheidungen der KI mit ihren eigenen. Sie versuchen herauszufinden, welchen Regeln die KI gefolgt ist und welche Daten sie besonders stark berücksichtigt hat.

   Teile Arbeitsblatt 3 aus (die Tabelle mit den von der KI zugeteilten Wahlfächern). Unter der Tabelle können die Schüler*innen ihre ersten Reaktionen notieren. Die folgenden Fragen können dir dabei helfen.

   Fragen für das Gespräch:

   • Welche Muster erkennst du bei der Zuteilung der Wahlfächer durch die KI? Welche Daten über die Schüler*innen scheinen am stärksten ins Gewicht zu fallen? Ist das gerecht?
   • Hat die KI bei diesen Entscheidungen ethisch gehandelt? Warum oder warum nicht?
   • Was würdest du ändern, um die Entscheidungen der KI zu verbessern? Sollte sie andere Daten verwenden oder manche Daten weniger beziehungsweise stärker berücksichtigen?

   Sag oder betone: „KI trifft Entscheidungen anhand der Daten, die sie erhält, und der Vorgaben, worauf sie achten soll. Wenn wichtige Informationen fehlen oder bestimmte Daten zu stark ins Gewicht fallen, können ihre Entscheidungen ungünstig ausfallen oder ungerecht erscheinen. Ihr habt gesehen, welches Wahlfach die einzelnen Schüler*innen bekommen haben, und Muster entdeckt. Jetzt untersuchen wir die Regeln der KI genauer, um zu verstehen, wie diese Entscheidungen zustande kamen. Dazu stellen wir sie in einem vereinfachten Entscheidungsbaum dar. Anschließend beurteilen wir, ob die Regeln gerecht und ethisch sind, und entwerfen eine eigene, verbesserte Version.“

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   Schritt 4: Erklärung

   Teil 1: Die Begriffe definieren

   Sag: „Ihr habt gerade untersucht, was sich ungerecht anfühlt und wen das betrifft. Genau damit beschäftigen sich Menschen, die beruflich im Bereich KI-Ethik arbeiten.“

   Sie stellen wichtige Fragen wie:

   • Behandelt diese Technologie Menschen gerecht?
   • Wo könnte in diesem System eine Verzerrung entstanden sein, und welche Folgen hat sie für unterschiedliche Menschen?
   • Was muss sich ändern, damit das System für alle ethischer wird?

   Teile Arbeitsblatt 4 aus und verweise die Schüler*innen auf die Begriffstabelle. Zu jedem Begriff:

   1. Sie schreiben die Bedeutung auf.
   2. Sie zeichnen ein Bild, das zeigt, was das Wort für sie bedeutet.

   Erinnere die Schüler*innen daran, dass man Fairness oder ethisches Verhalten auf verschiedene Arten darstellen kann.

   Teil 2 – Entscheidungsbäume

   Sag: „Die KI hat Entscheidungen getroffen, indem sie bestimmte Regeln befolgt hat. Diese Regeln kannst du in einem Entscheidungsbaum darstellen. Ein Entscheidungsbaum ist ein Schema mit einer Reihe von Ja-Nein-Fragen, die schließlich zu einer Entscheidung führen. Sowohl Menschen als auch KI können Entscheidungsbäume erstellen.“

   Zeige ein einfaches Beispiel, etwa das Beispiel unter dem folgenden Link, das die Frage beantwortet: „Ist das Wetter gut zum Tennisspielen?“ So sehen die Schüler*innen, wie die Ja-Nein-Struktur funktioniert. Zeige, wie jede Frage zum nächsten Schritt oder zu einem Ergebnis führt. https://spotintelligence.com/2024/05/22/decision-trees-in-ml/

   Erkläre, dass die Schüler*innen heute einen vereinfachten, linearen Entscheidungsbaum untersuchen und anschließend selbst einen erstellen. Mit Ozobot und Farbcodes für die Richtung machen sie sichtbar, wie der KI-Entscheidungsbaum die Daten der einzelnen Schüler*innen verarbeitet. Sie entwerfen ihren eigenen linearen Entscheidungsbaum anhand der Faktoren, die sie bei der Entwicklung eines KI-Systems für am wichtigsten halten. So verstehen sie besser, wie KI-Systeme aufgebaut werden, und können beurteilen, ob ein bestimmtes System ethisch ist.

   Schritte der Aktivität

   1. Lass die Schüler*innen ihren Evo oder Ari einschalten. Auf Ari navigieren sie zu Computer Science und wählen Color Codes. Evo kann nach dem Einschalten sofort Linien und Farbcodes folgen; dort müssen die Schüler*innen kein Menü auswählen.
   2. Teile den Beispiel-Entscheidungsbaum aus (Arbeitsblatt 5). Er zeigt, wie die KI Entscheidungen trifft. ACHTUNG – im Beispiel-Entscheidungsbaum sind die Farbcodes nicht eingetragen. Das übernehmen die Schüler*innen selbst als Teil der Aufgabe.
   3. Lass die Schüler*innen ein Schüler*innenprofil aus der Datentabelle der KI auswählen. Mithilfe der Daten und Farbcode-Stifte tragen sie die passenden Farbcodes für die Richtung ein.
   4. Lass die Schüler*innen beim Wahlfach, bei dem die ausgewählte Person anhand der Fragen im Entscheidungsbaum landet, den Farbcode Gewinnen/Exit eintragen.
   5. Verweise die Schüler*innen auf die Reflexionsfragen unten auf Arbeitsblatt 4, um den ursprünglichen KI-Entscheidungsbaum zu besprechen:
   6. Findest du, dass die Regeln der KI fair und ethisch waren? Warum oder warum nicht?
   7. Welche Fragen oder Entscheidungspunkte im KI-Entscheidungsbaum hatten den größten Einfluss auf die Zuweisung der Wahlfächer?
   8. Wenn du das KI-System völlig neu gestalten würdest, was würdest du anders machen, damit es fairer oder wirksamer ist?

   Hinweis für die Lehrkraft (zum Vorlesen oder sinngemäßen Erklären): „Dieser Entscheidungsbaum zeigt vereinfacht, wie viele KI-Systeme tatsächlich funktionieren. Echte KI nutzt oft solche verzweigten Regeln oder Entscheidungen, bei denen Faktoren unterschiedlich stark gewichtet werden. Indem wir das mit Ozobot nachbilden, sehen wir, wie Daten und Regeln die Ergebnisse von KI bestimmen. So verstehen wir auch besser, warum sich diese Entscheidungen manchmal fair oder unfair anfühlen.“

   Fragen für ein Gespräch über Ethik

   Nutze diese Beispiele, um ein Gespräch anzustoßen oder die Schüler*innen zum Nachdenken anzuregen:

   • Manny und Rina wurden beide dem Förderkurs Deutsch zugeteilt, obwohl sich ihre übrigen Daten deutlich unterscheiden. Wie ist Rinas Notendurchschnitt im Vergleich zu dem der anderen Schüler*innen? Ist das fair? Welche Annahme hat die KI über diese Schüler*innen getroffen, und welche wichtigen Daten hat das System außer Acht gelassen?
   • Taylor, Malik und Isaac wurden wegen Verhaltensmeldungen der stillen Lernzeit zugeteilt, obwohl Malik einen Notendurchschnitt von 8,8 hat und zu 96% anwesend ist. Ist das fair? Sind diese Schüler*innen dort richtig aufgehoben?
   • Alle Schüler*innen außer Rina mit einem Notendurchschnitt von 9 oder höher wurden automatisch dem MINT- und Robotiklabor zugeteilt, unabhängig von ihrer ersten Wahl. Behandelt diese Regel alle Schüler*innen fair? Welche Voreingenommenheit kann entstehen, wenn der Notendurchschnitt so stark gewichtet wird?
   • Nora bekam ihr Wunschwahlfach, obwohl sie den niedrigsten Notendurchschnitt und die niedrigste Anwesenheitsquote hat. Wie kann das bei diesem Algorithmus passieren? Was sagt das darüber aus, wie die Regeln der KI gestaltet wurden?

   Lass die Schüler*innen ihren eigenen Entscheidungsbaum entwerfen:

   • Auf einem leeren Blatt überlegen sich die Schüler*innen eigene Ja-Nein-Fragen, die zur Zuteilung eines Wahlfachs führen.
   • Die Schüler*innen verwenden die Kriterien, die sie am wichtigsten finden, etwa Notendurchschnitt, Anwesenheit, den Wunsch der Schüler*innen oder Kommentare von Lehrkräften.
   • Erinnere die Schüler*innen daran, dass ihr Entwurf einfach genug bleiben muss, um daraus eine Strecke mit Farbcodes für Ozobot zu machen.
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   Vertiefung

   Schritt 5: Vertiefung (optionale Erweiterung)

   Erkläre, dass Entscheidungsbäume komplexer werden können, wenn weitere Entscheidungspunkte hinzukommen. Führe drei Grundbegriffe ein:

   • Wurzel – die Ausgangsfrage oder der wichtigste Entscheidungspunkt
   • Zweig – ein Pfad, der von einem Entscheidungspunkt ausgeht
   • Blatt – ein Endergebnis oder Endpunkt des Baums

   Gib ein Beispiel: Die Frage an der Wurzel könnte sein, ob ein*e Schüler*in das Wunschwahlfach bekommt. Je nach Anwesenheit kann sich diese Entscheidung in drei Pfade verzweigen:

   • Mehr als 95%
   • Zwischen 90% und 95%
   • Unter 90 %

   Stelle nach dem Beispiel wieder den Bezug zur Ethik her:

   Sag: „Wenn wir weitere Äste und Blätter hinzufügen, fügen wir auch weitere Regeln hinzu. Jede neue Regel kann das System fairer oder voreingenommener machen. Das hängt von unseren Entscheidungen ab. Überlegt, welche Folgen jeder neue Ast für unterschiedliche Schüler*innen hat. Führt er zu neuer Voreingenommenheit oder verringert er sie?“

   Ermutige die Schüler*innen, ihre Entscheidungsbäume zu überarbeiten oder zu erweitern. Lass sie Äste mit Kriterien hinzufügen, die ihrer Meinung nach zu fairen und ethischen Ergebnissen mit möglichst wenig Voreingenommenheit führen.

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   Schritt 6: Auswerten

   Lass die Schüler*innen die folgenden Fragen auf einer Karte oder unten auf ihrem Arbeitsblatt beantworten:

   1. Was bedeutet es deiner Meinung nach, dass ein KI-System ethisch ist? Erkläre es mit eigenen Worten.
   2. Sieh dir deinen eigenen Entscheidungsbaum an. Welche deiner Entscheidungen macht ihn deiner Meinung nach fairer oder weniger voreingenommen als den Entscheidungsbaum der ursprünglichen KI?
   3. Stell dir vor, dein KI-Entscheidungsbaum wird an einer echten Schule eingesetzt. Wer profitiert dann wahrscheinlich am meisten von deinen Regeln? Wer könnte weiterhin benachteiligt werden?