Bevölkerungskarten mit KI

Ablauf der Lektion

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   Schritt 1: Einführung

   Heute verwenden die Schüler*innen den LLM-Block, um Fragen zu Ländern auf der ganzen Welt zu stellen. Sie sammeln Daten zur Einwohnerzahl und zur Landfläche. Diese Daten speichern sie in Variablen und berechnen mit Rechenblöcken die Bevölkerungsdichte: wie viele Menschen pro Quadratkilometer leben. Anschließend ordnen sie 10 Länder von der höchsten bis zur niedrigsten Bevölkerungsdichte. Ihr Ziel ist eine Weltkarte, auf der sie die 10 Länder und ihre Bevölkerungsdichte eintragen. Die Schüler*innen denken über die gesammelten Daten nach und entwickeln Ideen für Lösungen zu Problemen durch Überbevölkerung, etwa Ressourcenknappheit, überfüllte Städte und Auswirkungen auf die Umwelt.

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   Schritt 2: Erklärung

   Beginne die Lektion mit einem Gespräch über die Bevölkerungsdichte, um herauszufinden, was die Schüler*innen bereits wissen. Frage:

   • Welche Länder haben eurer Meinung nach die meisten Einwohner*innen? (Zum Beispiel Indien, China und die Vereinigten Staaten.)
   • Glaubt ihr, dass die Länder mit den meisten Einwohner*innen auch die höchste Bevölkerungsdichte haben?
   • Warum ist es wichtig zu wissen, welche Länder die meisten Einwohner*innen haben? (Diese Informationen helfen beispielsweise Regierungen sowie Fachleuten für Stadtplanung und Umweltwissenschaften bei Entscheidungen.)

   Erkläre, dass es hier um die Bevölkerungsdichte geht: wie viele Menschen auf einer bestimmten Fläche leben. Ein riesiges Land wie Russland hat Millionen Einwohner*innen, wirkt aber nicht überall dicht besiedelt, weil es so viel Fläche gibt. Ein viel kleineres Land wie Bangladesch hat deutlich weniger Fläche, aber eine sehr große Bevölkerung. Deshalb gehört es zu den Ländern mit der höchsten Bevölkerungsdichte weltweit. Die Menschen leben dort also eng beieinander. Das kann Wohnraum, Verkehr, Schulen und natürliche Ressourcen belasten.

   Bevölkerungsdichte berechnen

   Frage die Schüler*innen, wie sich die Bevölkerungsdichte berechnen lässt. Nimm dein Klassenzimmer als Beispiel und berechne, wie viele Menschen auf einen Quadratmeter kommen. Besprich die Formel an der Tafel:

   Anzahl der Menschen im Klassenzimmer ÷ Bodenfläche (in Quadratmetern) = Anzahl der Menschen pro Quadratmeter

   Daten mit KI sammeln

   Heute nutzen wir KI, um mit dem LLM-Block Daten zu Einwohnerzahlen und Landflächen zu sammeln. LLM steht für großes Sprachmodell. Mit diesem Block kannst du wie bei ChatGPT eine Frage stellen und erhältst eine Antwort. Du kannst die Antwort in einer Variablen speichern und anschließend mit Berechnungen und Logik Ergebnisse ermitteln und vergleichen.

   In Deutschland verwenden wir Quadratmeter beispielsweise für ein Klassenzimmer und Quadratkilometer für Länder. Die Verwendung von Quadratkilometern macht die Daten nicht automatisch genauer. Das LLM kann falsche oder veraltete Angaben zu Einwohnerzahlen und Flächen liefern. Ohne überprüfbare Quellen und ein Bezugsjahr sind die Antworten keine verifizierten Daten; deshalb kann auch die berechnete Bevölkerungsdichte falsch sein. Besprich die Formel mit den Schüler*innen:

   Bevölkerung (Anzahl der Einwohner*innen eines Landes) ÷ Landfläche (in Quadratkilometern) = Anzahl der Menschen pro Quadratkilometer

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   Schritt 3: Einrichten

   Die unten genannten Bezeichnungen der Benutzeroberfläche sind auf Englisch. Andere niederländische Beschreibungen von Blöcken und Einstellungen erklären deren Funktion; die Bezeichnung auf dem Bildschirm kann abweichen.

   Hilf den Schüler*innen, ihren Roboter mit dem Ozobot Editor zu verbinden:

   Mit Evo: Schalte Evo ein und klicke auf Devices > +Evo.

   Mit Ari: Schalte Ari ein und öffne die Blockly-App im Ordner Computer Science. Klicke im Editor auf Devices > +Ari.

   Die Schüler*innen müssen außerdem das LLM hinzufügen. Das geht über Devices > LLM_Bot.

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   Schritt 4: Dein Programm planen

   Die Schüler*innen erstellen ihr Programm auf Level 5 im Ozobot Editor. Jedes Mal, wenn sie es ausführen, geben sie den Namen eines Landes ein, das sie untersuchen möchten. Das Programm stellt dem LLM eine Reihe von Fragen:

   1. Prüfe, ob das Land mehr als 10 Millionen Einwohner*innen hat.
   2. Falls nicht, stoppt das Programm und fordert dazu auf, ein anderes Land auszuprobieren.
   3. Falls ja, sammelt das Programm Daten zur Bevölkerungszahl und zur Landesfläche.
   4. Danach berechnet es die Bevölkerungsdichte: die Anzahl der Menschen pro Quadratkilometer.

   Die Schüler*innen lassen zunächst mit einem einfachen Programm eine Liste von Ländern erstellen, die sie untersuchen können. (Teilcode: paiqyup)

   1. Füge einen Block Ausgabe hinzu und verbinde ihn mit einem LLM-Block. Stelle den Ausgabetyp auf string (Text).
   2. Gib die Frage ein: „Nenne mir 20 Länder mit hoher Bevölkerungsdichte.“
   3. Führe das Programm aus. Sieh dir die Ausgabe im Fenster „Eingabe/Ausgabe“ an. Dort findest du eine Liste von Ländern, mit denen du deine Untersuchung beginnen kannst.
   4. Sieh dir die Liste an, deaktiviere diesen Codeteil und beginne im nächsten Schritt mit dem Aufbau deines Länderfilters.
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   Schritt 5: Programmieren

   Geht dieses Beispielprogramm gemeinsam durch. Die geteilten Beispielprogramme können englische Variablennamen enthalten: population bedeutet „Bevölkerung“, landArea bedeutet „Landesfläche“ und populationDensity bedeutet „Bevölkerungsdichte“.

   Ari – Teilcode: zdpmscv

   Evo – Teilcode: v987bkz

   SCHRITT 1: Erstelle einen Länderfilter

   1. Füge einen Logikblock mit einem Vergleichsblock hinzu.
   2. Setze einen LLM-Block in das erste Eingabefeld des Vergleichsblocks.
   3. Ändere den Ausgabetyp in boolesch. Damit gibst du an, dass du vom LLM eine Antwort möchtest, die wahr oder falsch ist.
   4. Frage: „Haben die Vereinigten Staaten mehr als 10 Millionen Einwohner*innen?“
   5. Stelle die Bedingung auf gleich wahr. Das Programm läuft dann weiter, wenn das Land mehr als 10 Millionen Einwohner*innen hat, und stoppt, wenn das nicht der Fall ist.
   6. Füge im „sonst“-Teil deines Logikblocks einen Block traurigen Ton abspielen hinzu. So weiß die Person, die das Programm verwendet, dass das Land die Bedingung nicht erfüllt und sie es erneut versuchen muss.

   SCHRITT 2: Erstelle Variablen

   Erstelle drei Variablen:

   1. Bevölkerung (Anzahl der Einwohner*innen)
   2. Landfläche (Landfläche in Quadratkilometern)
   3. Bevölkerungsdichte (Anzahl der Menschen pro Quadratkilometer)

   SCHRITT 3: Frage nach der Bevölkerungszahl und der Landfläche

   1. Füge einen Block Variable setzen hinzu und wähle „Bevölkerung“.
   2. Verbinde ihn mit einem LLM-Block und stelle den Ausgabetyp auf Zahl.
   3. Frage: „Wie viele Einwohner*innen haben die Vereinigten Staaten?“
   4. Wiederhole dieselben Schritte für die Variable „Landfläche“ und frage: „Wie groß ist die Landfläche der Vereinigten Staaten in Quadratkilometern?“

   SCHRITT 4: Zeige die Antworten an

   Du kannst die Antwort auf jede Frage anzeigen und sichtbar lassen, bis du auf den Wert klickst. Bei Ari erscheinen die Antworten auf dem Touchscreen. Bei Evo erscheinen sie im Textfenster des Ozobot Editor. Gehe sowohl für Bevölkerung als auch für Landfläche wie folgt vor:

   1. Füge einen Block ausgeben mit einem Block abbrechbares Zahleneingabefenster mit Nachricht hinzu.
   2. Ändere die Einstellung in nicht abbrechbar.
   3. Füge für jede Antwort eine eindeutige Beschriftung hinzu, zum Beispiel:
      Bevölkerung:
      Landfläche:
   4. Füge unter dem Text die Variable ein, in der die jeweilige Antwort gespeichert ist.
   5. Verwendest du Evo? Dann platziere diesen gesamten Codeabschnitt in einem Block with actor browser terminal.

   SCHRITT 5: Berechne die Bevölkerungsdichte

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   Programmieren

   Schritt 6: SCHRITT 5: Berechne die Bevölkerungsdichte

   1. Füge einen Block Variable setzen hinzu und wähle „Bevölkerungsdichte“.
   2. Verbinde damit einen Block Rechenoperationen und stelle ihn auf Division ein.
   3. Teile „Bevölkerung“ durch „Landfläche“. Füge anschließend einen Block Zahl runden hinzu, um auf die nächste ganze Zahl zu runden.
   4. Füge einen Block ausgeben und einen Block nicht abbrechbares Eingabefenster für eine Zahl mit Nachricht hinzu, um das Ergebnis mit der Variablen „Bevölkerungsdichte“ anzuzeigen.
   5. Beschrifte die Antwort mit „Bevölkerungsdichte:“
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   Schritt 7: Ausführen und Fehler beheben

   Wenn die Schüler*innen ihr Programm fertiggestellt haben, testen sie es, indem sie in die Fragen an das LLM den Namen eines Landes einsetzen.

   Ihre erste Frage muss lauten: „Hat [Land] mehr als 10 Millionen Einwohner*innen?“

   Wenn die Antwort wahr ist, läuft das Programm weiter. Es ermittelt die Bevölkerungszahl und die Landfläche und berechnet anschließend die Bevölkerungsdichte. Das Ergebnis muss deutlich im Ausgabefenster erscheinen.

   Wenn die Antwort falsch ist, muss das Programm stoppen und einen Ton abspielen. Das zeigt an, dass das Land die Bedingung für die Bevölkerungszahl nicht erfüllt. Die Schüler*innen müssen dann ein anderes Land auswählen.

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   Schritt 8: Nach Bevölkerungsdichte sortieren und eine Weltkarte erstellen

   Die Schüler*innen wiederholen diesen Vorgang für 10 verschiedene Länder. Dazu ändern sie jedes Mal den Ländernamen in den LLM-Blöcken. Lass sie die Bevölkerungszahlen und Landflächen vor dem Eintragen mit einer zuverlässigen Statistikquelle abgleichen. Überprüft gemeinsam das Bezugsjahr: Verwendet für alle Länder dasselbe Bezugsjahr. Prüft auch, dass die Flächen nur Land umfassen, ohne Binnengewässer, und nicht die Gesamtflächen sind. Bei Abweichungen verwenden die Schüler*innen die überprüften Quelldaten in ihren Variablen und berechnen die Bevölkerungsdichte erneut. Sie tragen die überprüften Daten in die erste Tabelle auf Arbeitsblatt 1 ein. Nachdem sie die Bevölkerungsdichte von 10 Ländern berechnet haben, ordnen sie die Länder in der zweiten Tabelle von der höchsten bis zur niedrigsten Bevölkerungsdichte.

   Ihr Ziel ist eine Weltkarte auf Arbeitsblatt 2, auf der sie jedes der 10 Länder mit der jeweiligen Bevölkerungsdichte eintragen. Anhand dieser Karte denken die Schüler*innen über die Daten nach und entwickeln Lösungen für Probleme, die durch Überbevölkerung entstehen.

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   Schritt 9: Abschluss

   Lass die Schüler*innen darüber nachdenken, wie sie KI und Programmierung genutzt haben, um ein Problem aus der Praxis zu lösen. Lass sie folgende Fragen besprechen:

   1. Was sagt uns die Bevölkerungsdichte über ein Land?
   2. Mit welcher Quelle hast du die KI-Ergebnisse überprüft? Wie hast du das Bezugsjahr und den Unterschied zwischen Landfläche und Gesamtfläche überprüft? Welche Unterschiede hast du festgestellt?
   3. Welches Land auf deiner Liste hat dich am meisten überrascht? Warum?
   4. Wie hat dein Programm die Bevölkerungsdichte mit Rechenblöcken berechnet?

   Lass die Schüler*innen zum Abschluss eine Antwort auf diese Frage aufschreiben: „Welches Land auf deiner Liste hatte laut den überprüften Daten die höchste Bevölkerungsdichte? Versetze dich in die Rolle einer Fachkraft für Stadtplanung oder Umweltwissenschaft und überlege dir eine Lösung, um die Probleme durch Überbevölkerung in diesem Land zu verringern.“