Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (KI) begreifen und testen – das ermöglichen das Zürich-Basel Plant Science Center und die Pädagogische Hochschule Zürich. 

Ab Frühjahr 2023 bietet das Plant Science Center einen Workshop und Lernmaterialien zu KI für Schulklassen der Sekundarstufe I und II sowie Gymnasialstufe an.

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, hat Jan Schnyder, ETH Masterstudent Mithilfe von frei zugänglichen Datensätzen ein KI-Prototyp (Phyton-Script) zur (Baum) Blatt-Klassifizierung entwickelt. Die Schülerinnen und Schüler werden diesen Prototypen mit eigenen aufbereiteten Datensätzen testen. Dafür erstellen sie selbst Aufnahmen von Blättern von Bäumen aus der Natur und vergleichen diese mit unterschiedlich aufbereiteten Daten. 

Kann mit einer Waldexkursion verknüpft werden. Zum Beispiel im Waldlabor am Höngerberg in Zürich. Hier gibt es eine einmalige Lebendsammlung aller rund 400 Baum- und Straucharten Mitteleuropas.

Das Lehrmittel «TreeKI» wählt einen innovativen und spielerischen Weg und ist modular aufgebaut. Je nach Zeitbudget und Vertiefungswunsch können Module weggelassen werden. Die Beispiele sind praktisch und real.

Ziel des Projekts ist es möglichst früh Kompetenzen im Bereich Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen aufzubauen. Erst wenn unsere Schülerinnen und Schülern KI begreifen, sind sie in der Lage, ihre eigene Zukunft mitzugestalten. 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.

Im Workshop werden unter anderem Anwendungsbeispiele von KI aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler thematisiert sowie Grundprinzipien des Maschinellen Lernens altersgerecht vermittelt.

1. Die Schülerinnen und Schüler können Daten aus ihrer Umwelt darstellen, strukturieren und auswerten.
2. Die Schülerinnen und Schüler können einfache Problemstellungen analysieren, mögliche Lösungsverfahren beschreiben und in Programmen umsetzen.
3. Die Schülerinnen und Schüler verstehen Aufbau und Funktionsweise von informationsverarbeitenden Systemen und können Konzepte der sicheren Datenverarbeitung anwenden.

Das Ziel der Biodiversitätsforschung ist es die Vielfalt der Arten und Lebensräume zu erhalten. Die biologische Vielfaltist unsere Lebensgrundlage. Sie erbringt zentrale Ökosystemdienstleistungen und bietet Ressourcen für die Wirtschaft, die globale Ernährungssicherheit und Lebensqualität. Viele Ökosysteme sind aufgrund des rasanten Artenverlusts gefährdet und erreichen unwiederbringlich kritische Schwellen- werte (sogenannte Kipp-Punkte). Aus diesem Grund ist es von grosser Bedeutung, dass Wissenschaftler:innen Methoden entwickeln, die den Zustand der Ökosysteme messen und überwachen. Die gemessenen Daten werden in Computerprogrammen eingespeist und dienen zur Erstellung von Modellen und Zukunftsszenarien. Diese Modelle erlauben das Entwickeln von konkreten Handlungsoptionen zum Umgang mit biologischer Vielfalt.

Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz und der Digitalisierung ermöglicht die hochkomplexen und hochdynamischen Zusammenhänge der biologischen Vielfalt zu erforschen. Neben der automatisierten Artenerfassung sind die Integration verschie- dener Datenbestände (zu Klima, Boden), die Analyse langer Zeitreihen und räumlicher Dynamiken sowie umfassende Netzwerkanalysen möglich. Mittels KI und Algorithmen zur Mustererkennung können Datenvalidiert, erweitert und umfassend analysiert werden, um den tatsächlichen Biodiversitätsverlust und Dynamiken genauer abzubilden. Ziel ist es, komplexe Abbilder des Status quo zu generieren und Trends zuverlässig zu erkennen.

Neben dem Zürich-Basel Plant Science Center ist das Zentrum für Medienbildung und Informatik, sowie das Zentrum Bildung und Digitaler Wandel der PH Zürich an der Entwicklung von TreeKI beteiligt. Unter der Leitung von Prof. Bernadette Spieler widmet es sich der Frage, wie die KI-Thematik für alle Schulformen aufbereitet werden kann. Weiterhin beteiligt sind Manuel Günther (Professor für Künstliche Intelligenz und Maschinellem Lernen, Universität Zürich), Reto Nyffeler (Dozent für Pflanzensystematik und Evolutionsbiologie, und Kurator der Herbarien der Universität Zürich).