Schülerinnen und Schüler trainieren ihre eigenen neuronalen Netze mit fischertechnik

fischertechnik setzt einen weiteren Meilenstein in der technischen Bildung. Mit dem neuen Lernkonzept STEM Coding Ultimate AI wird es erstmals möglich, ein neuronales Netzwerk selbst zu trainieren und dessen Funktionsweise von Grund auf zu verstehen. Damit vermittelt fischertechnik jungen Menschen die Programmier- und KI-Kompetenzen der Zukunft – direkt im Klassenzimmer und ohne Cloud-Anbindung.

Der Baukasten STEM Coding Ultimate AI richtet sich an weiterführende Schulen und vermittelt handlungsorientiert die Grundlagen von maschinellem Lernen und KI-gestützter Robotik. Anhand von zwölf vielseitigen, zum Teil erweiterbaren Modellen setzen sich Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II mit zentralen Fragestellungen der Informationstechnik und der Künstlichen Intelligenz auseinander. Ausgehend von realitätsnahen Szenarien entwickeln sie eigenständig Lösungen für komplexe, problemorientierte Aufgabenstellungen. Ein leistungsstarker Controller, moderne Sensoren und Aktoren, eine benutzerfreundliche App sowie die bewährten fischertechnik Bausteine ermöglichen einen praxisnahen Zugang zu fortgeschrittenen Technologien.

Erste Trainingsschritte lassen sich unmittelbar grafisch darstellen, sodass Lernende den Fortschritt nachvollziehen können. Anschließend können die trainierten Daten per Bluetooth oder über einen WLAN- oder USB-Anschluss an Roboter übertragen werden, die das Gelernte in realen Anwendungen sichtbar machen – beispielsweise nach dem Prinzip eines autonomen Fahrzeugs. Damit wird abstraktes Wissen greifbar, und aus Theorie entsteht erlebbare Praxis.

Lehrkräfte erhalten über didaktisches Begleitmaterial einen leichten Einstieg ins Thema.

Besonders wertvoll ist dieser Ansatz, weil er die sogenannten Future Skills wie projektorientiertes Arbeiten und Teamfähigkeit fördert, die in einer zunehmend digitalisierten Arbeitswelt unverzichtbar sind. Der Umgang mit Künstlicher Intelligenz, das Verständnis neuronaler Netze und die Fähigkeit, Daten eigenständig zu erfassen, zu analysieren und nutzbar zu machen, gehören zu den Schlüsselkompetenzen der kommenden Generation. Schülerinnen und Schüler lernen nicht nur die technischen Grundlagen, sondern entwickeln auch ein tiefes Verständnis dafür, wie KI Entscheidungen trifft. Sie erwerben Grundkenntnisse der neuronalen Netze und KI-Programmierung – ein Wissen, das weit über den schulischen Kontext hinaus Bedeutung hat. Darüber hinaus bauen die Schülerinnen und Schüler ihre Kenntnisse in Informatik und Robotik aus und lernen, die Funktionsweise von Aktoren und Sensoren zu verstehen.

Die Integration von Robo Pro Coding und der fischertechnik STEM Suite ermöglicht einen sanften Einstieg mit Blockly-Programmierung und zugleich den direkten Einblick in professionelle Programmiersprachen wie Python. Der neue Baukasten arbeitet lokal auf dem TXT 4.0 Controller – ganz ohne Cloud. Damit steht Schulen ein zukunftssicheres Werkzeug zur Verfügung, das über Jahre hinweg eingesetzt werden kann.

„Gemäß unserem Motto: wo Neugier Wissen wird, schaffen wir mit unserem Lernkonzept STEM Coding Ultimate AI für Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, Künstliche Intelligenz nicht nur zu konsumieren, sondern aktiv zu gestalten und zu verstehen“, erklärt Martin Rogler, Geschäftsführer fischertechnik. „Denn wer frühzeitig die Grundlagen der KI erlernt, besitzt morgen einen entscheidenden Vorteil in Studium, Beruf und Gesellschaft.“

Das Jahr 2025 markiert zugleich ein besonderes Jubiläum: 60 Jahre fischertechnik. Seit sechs Jahrzehnten inspiriert das Unternehmen Generationen von Tüftlern, Ingenieurinnen und Forschern, Technik spielerisch zu entdecken und zu verstehen. Der neue STEM Coding Ultimate AI Baukasten knüpft als Nachfolger des TXT Base Sets an diese Tradition an und führt sie in die Zukunft – mit einer Innovation, die die Faszination klassischer Baukästen mit den Technologien von morgen verbindet. Im Sinne der Nachhaltigkeit ist STEM Coding Ultimate AI zudem weiterhin kompatibel mit allen verfügbaren TXT 4.0 Base Set Add-Ons für Omniwheels, Industrial Robots, AI, IoT, Competition und Autonomous Driving.

Mit diesem Schritt leistet fischertechnik einen entscheidenden Beitrag zur Förderung von Kreativität und Problemlösungskompetenz sowie für das Verständnis von Zukunftstechnologien. So entsteht ein Produkt, das nicht nur den aktuellen Bildungsbedarf deckt, sondern auch den Geist der Marke seit 60 Jahren weiterträgt: Technik zum Anfassen, Verstehen und Gestalten.

KI begreifen: Schulklassen in NRW programmieren Künstliche Neuronale Netze mit Open Roberta

Einen Blick in die »Blackbox« werfen und Künstliche Intelligenz (KI) selbst programmieren – das ermöglichen das Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS, das Ministerium für Schule und Bildung des Landes Nordrhein-Westfalen, die Universität zu Köln und die InterScience-Akademie für Algorithmik. Nach der Einführung des Pflichtfachs Informatik zum Schuljahr 2021/22 in NRW hat auch KI einen festen Platz im Unterricht für die Sekundarstufe I in den Klassen 5 und 6. In dem Zuge können die Schüler*innen in NRW, aber auch darüber hinaus, auf der Fraunhofer-Programmierplattform »Open Roberta Lab« künftig Künstliche Neuronale Netze selbst programmieren und testen. Ab Sommer 2022 bietet das Fraunhofer IAIS jungen Menschen weltweit einen einmaligen Zugang zur KI.

Künstliche Intelligenz ist eines der bedeutendsten und zugleich kritischsten Zukunftsthemen. Sie findet schon heute in zahlreichen Bereichen unseres Alltags Anwendung, zum Beispiel bei Gesichtserkennung, automatischer ‎Textergänzung, Sprachassistenten, personalisierter Werbung, ‎Übersetzungsprogrammen und Gesundheits-Apps. Um den Schülerinnen und Schülern einen praxisnahen Einstieg in diese Thematik zu erleichtern, fördert das Ministerium für Schule und Bildung des Landes Nordrhein-Westfalen die Entwicklung von KI-Lerninhalten und Materialien im Rahmen des Projekts »KI-Algorithmen im Informatikunterricht« seit September 2021.

© insta_photos – stock.adobe.com/Fraunhofer IAIS
Das Fraunhofer IAIS hat erstmals Künstliche Neuronale Netze auf seiner Programmierplattform Open Roberta integriert.

Mit dieser Unterstützung hat das Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS erstmals Künstliche Neuronale Netze auf seiner Programmierplattform Open Roberta integriert. In dem Projekt arbeiten Fraunhofer und die Universität zu Köln zusammen, um die Schulen bei der Unterrichtsentwicklung im Bereich der KI zu unterstützen. Initiator des Projekts ist Prof. Dr. Ulrich Trottenberg, der die Projektpartner ehrenamtlich unterstützt.

Staatssekretär Mathias Richter vom Ministerium für Schule und Bildung des Landes Nordrhein-Westfalen: »Vor dem Hintergrund der rasant steigenden Bedeutung von Künstlicher Intelligenz in der Lebens- und Arbeitswelt ist es dringend geboten, möglichst früh Kompetenzen im Bereich Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen aufzubauen. Wir wollen es unseren Schülerinnen und Schülern ermöglichen, ihre eigene Zukunft mitzugestalten, denn die Auswirkungen von KI machen sich zunehmend bemerkbar. Ich danke allen am Projekt Beteiligten herzlich für ihre Unterstützung zur Stärkung der informatischen Bildung in Nordrhein-Westfalen insbesondere im Bereich der KI.«

Künstliche Intelligenz erhält einen festen Platz im Informatikunterricht

KI wird oft als komplexe Technologie wahrgenommen, die nur von Fachleuten verstanden und gestaltet werden kann. Dabei können Kompetenzen in diesem Teilgebiet der Informatik schon in der Schule altersangemessen vermittelt werden. Deshalb hat seit der Einführung des Pflichtfachs Informatik in Klasse 5/6 aller weiterführenden Schulen zum Schuljahr 2021/22 in NRW auch der Bereich Künstliche Intelligenz einen festen Platz im Informatikunterricht. Hier werden unter anderem Anwendungsbeispiele von KI aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler thematisiert sowie Grundprinzipien des Maschinellen Lernens altersgerecht vermittelt.

Im Rahmen des Projekts wird die bereits weit verbreitete Open-Source-Programmierumgebung Open Roberta Lab des Fraunhofer IAIS insbesondere um die Integration Künstlicher Neuronaler Netze (KNN) erweitert, um KI-Algorithmen durch grafische Programmierung intuitiv erleb- und verstehbar zu machen. Ziel ist es, dass Schülerinnen und Schüler ab den Klassen 5 und 6 verstehen, was ein Künstliches Neuronales Netz ist, wie es funktioniert und wie sie selbst ein KNN programmieren können, welches zum Beispiel einem Roboter ermöglicht, sich selbstständig in seiner Umwelt zu bewegen. Dabei steht im Vordergrund, dass die grundlegenden Prinzipien eines KNN verstanden und selbst umgesetzt werden können.

Praxisnaher Blick in die »Blackbox«

Thorsten Leimbach, Leiter der Roberta-Initiative und des Geschäftsfelds Smart Coding and Learning am Fraunhofer IAIS: »Üblicherweise wird KI – wenn überhaupt – in der Schule als eine Art Blackbox-Anwendung behandelt. Als eines der führenden Wissenschaftsinstitute auf den Gebieten KI und Maschinelles Lernen freuen wir uns, gemeinsam mit dem Schulministerium NRW und unseren Projektpartnern einen praxisnahen Blick in diese Box zu ermöglichen. Künstliche Neuronale Netze werden zu einem begreifbaren Element, das Schülerinnen und Schüler selbst programmieren können. Sie nähern sich so den Themen Maschinelles Lernen und KI auf innovative Weise.«

Neben dem Fraunhofer IAIS ist das Institut für Mathematikdidaktik (IMD) unter Leitung von Prof. Dr. Inge Schwank am Projekt beteiligt. Das IMD widmet sich der Frage, wie die KI-Thematik für alle Schulformen aufbereitet werden kann. Weiterhin beteiligt sind das Department Mathematik/Informatik (DMI) der Universität zu Köln sowie die InterScience-Akademie für Algorithmik (ISAFA), die das Projekt initiiert hat und ehrenamtlich unterstützt.

Die KNN-Integration als Bestandteil des Open Roberta Labs soll ab Sommer 2022 für alle Schulen und Interessierte weltweit unter https://lab.open-roberta.org verfügbar sein. Lehrkräfte und weitere Messebesucher*innen können auf der didacta 2022 (am Mittwoch und Samstag) am Stand des Schulministeriums NRW bereits einen ersten Einblick erhalten.