Titel: KI und Klimaschutz: Widerspruch oder Werkzeug?
Projektkontext: Informatik-Unterricht (Pflichtfach)
Thema: KI-Bildanalyse für Ideen zur Schulhofaufwertung
Klassenstufe: 9 (Alter: 15-16 Jahre)
Umfang: eine Doppelstunde; insgesamt ist die Entwicklung von drei Doppelstunden für alle neunten Klassen geplant
Im Informatikunterricht stehe ich oft vor der Herausforderung, komplexe Themen wie Künstliche Intelligenz (KI) so aufzubereiten, dass sie greifbar bleiben – auch ohne, dass die Schüler:innen tiefstes mathematisches Know-how über neuronale Netze besitzen. Häufig wird die KI wie eine Blackbox genutzt: Ich schmeiße Daten rein und schaue mal, was rauskommt – ohne, dass ich genau verstehe, was diese Blackbox eigentlich tut.
Um die Blackbox ein wenig verständlicher und somit zu einer „Graybox“ werden zu lassen, haben wir im Unterricht eine Kamera genutzt, die Bilder aufnimmt, zu einem Server schickt und dann mithilfe von KI diese Bilder auswertet. Diese Box verbindet Hardware-Programmierung, Netzwerktechnik und Bildung für nachhaltige Entwicklung auf eine sehr haptische Weise.
Das KI-Klima-Paradoxon als Einstieg
Eigentlich passen KI und Nachhaltigkeit nicht zusammen. Der enorme Energiebedarf für das Training großer Modelle und die Kühlung der Rechenzentren sind ökologisch problematisch. Doch gleichzeitig bietet uns KI die Chance, komplexe Daten zum Beispiel zur Stadtplanung so zu analysieren, wie wir es allein kaum könnten. Diesen Spannungsbogen nutzen wir als Ausgangspunkt für unser Projekt. In der KI-Box Klima findet sich zum Beispiel der Comic „A Pigeon’s Tale“, mit dem sich dieses Spannungsfeld wunderbar erarbeiten lässt.
Die Inspiration: Eine „Blackbox“ für den Unterricht
Inspiriert von der „Poetry Camera“ wurde eine Box gebaut, die zunächst bewusst als „Blackbox“ fungiert. Das ermöglicht es uns, im Informatik-Pflichtfach auf verschiedenen Abstraktionsebenen zu arbeiten:
- Netzwerkebene: Wie kommt das Bild von der Kamera über den Smartphone-Hotspot insNetz? Was ist eine API?
- Datenebene: Was ist überhaupt ein Bild? Wie wird es gespeichert? Warum dauert die Datenübertragung manchmal länger?
- KI-Ebene: Wir untersuchen den Unterschied zwischen erkennender KI (was ist auf dem Bild?) und generativer KI (welche Lösungen werden vorgeschlagen?). Woher kommt die KI auf ihre Ideen?
Das technische Herzstück ist ein ESP32-S3 mit Kamera in einem 3D-gedruckten Gehäuse, kombiniert mit einem Bondrucker, einem Akku samt Ladeelektronik und einem Auslöser-Knopf.
Um die Schwelle für die Arbeit mit der Box möglichst niedrig zu halten, bedarf es während der Nutzung keiner Programmierkenntnisse, sondern nur einem Texteditor mit dem eine auf der SD-Karte liegende Textdatei verändert werden kann. Dort liegt zum Beispiel der System-Prompt, der definiert, wie die KI (in diesem Fall Gemini) auf die Fotos reagiert. Um konkreter auf das Thema Nachhaltigkeit zu zielen, könnte man einen der drei folgenden Prompts nutzen:
- Der „Grüne Stadtplaner“ (Fokus Entsiegelung):„Analysiere das Foto auf versiegelte Flächen. Schlage drei konkrete Maßnahmen vor, wie man diesen Ort ökologisch aufwerten könnte (zum Beispiel Fassadenbegrünung oder Entsiegelung). Antworte in kurzen Stichpunkten.“
- Der „Biodiversitäts-Check“ (Fokus Lebensraum): Untersuche das Bild nach Potenzialen für mehr Artenvielfalt. Welche heimischen Pflanzen oder Nisthilfen könnten hier installiert werden, um Insekten oder Vögeln einen Lebensraum zu bieten? Antworte in kurzen Stichpunkten.“
- Der „Klima-Resilienz-Coach“ (Fokus Hitze & Wasser):„Identifiziere potenzielle Hitzeinseln. Wie könnte man diesen Ort durch Beschattung oder Wasserelemente kühlen? Antworte in kurzen Stichpunkten.“
Natürlich bietet schon die Formulierung des Prompts ein großes Lern- und Erprobungsfeld für die Schüler:innen. Welcher Prompt ist geeignet, um eine konkrete Fragestellung zu bearbeiten? Was macht einen guten Prompt eigentlich aus und warum kommen bei identischer Fragestellung eigentlich unterschiedliche Antworten von der KI?
Ein möglicher Unterrichtsablauf: Von der Theorie zur Analyse
Zuerst überlegen die Schüler:innen ohne Technik: Wie könnten wir zum Beispiel unseren Schulhof nachhaltiger gestalten? Sie formulieren eigene Ideen und Lösungsvorschläge. Dann ziehen sie mit der Box los. Ein Knopfdruck, das Bild wird übertragen, und Sekunden später spuckt der Bondrucker die Analyse aus. Keine Möglichkeit noch einmal nachzufragen, eine reine Ideensammlung.
Der entscheidende Teil folgt danach: Die Bilder werden auf der SD-Karte gespeichert, sodass wir im Nachgang die Ausdrucke den Fotos zuordnen können. Wir diskutieren: „Hat die generative KI die Umgebung wirklich erkannt oder nur geraten?“ oder „Warum ist der Vorschlag der KI an dieser Stelle vielleicht gar nicht umsetzbar?“ Das schult die AI Literacy ungemein, da häufig die Antwort einer KI für wahr gehalten wird. Dadurch, dass sich die Schüler:innen aber zunächst Gedanken gemacht haben, sind sie in der Lage, sich kritisch mit der Antwort der KI auseinanderzusetzen.
Ein erster Zugang
Zu Beginn habe ich eine Vielzahl an thematischen Zugriffspunkten anhand der Box aufgezählt. In diesem Fall habe ich den Fokus auf die Nutzung der KI zum Ausbau der Nutzungskompetenz von KI beschrieben und die restlichen Themen weggelassen. Schön wäre es natürlich, alle Themen zu behandeln, doch oft fehlt hier die Zeit. Im nächsten Durchlauf möchte ich versuchen einen Fächerübergriff – zum Beispiel mit der Biologie – zu realisieren, um ein bisschen mehr Zeit für die technische Ebene zu gewinnen.
Zukunftsvision: Wie könnte es weitergehen?
Die KI-Kamera senkt die Hürde für die Nutzung einer KI und ermöglicht so auch kleineren Kindern erste Kontakte mit der Nutzung von KI. Es wäre zum Beispiel denkbar, im Rahmen von der Arbeit zu Kinderrechten zunächst zu überlegen, welche Kinderrechte in den Städten umgesetzt werden könnten. Dazu haben die meisten Kinder sehr kreative Ideen. Im Nachgang könnten Sie dann ebenfalls durch die Stadt laufen und sich weitere Ideen geben lassen. Auch hier wäre die anschließende Diskussion der Ergebnisse natürlich sehr wichtig.
Theoretisch ließe sich die Box darüber hinaus leicht erweitern: Eine spannende Vision ist die Integration einer Sprachausgabe. Man stelle sich vor, wir statten Menschen mit Sehbeeinträchtigungen mit einer solchen Box aus: Ein Knopfdruck, die generative KI analysiert die Umgebung und beschreibt sie in Echtzeit über einen Lautsprecher. So wird aus einem Projekt zur Stadtplanung ein inklusives Assistenzsystem.
Beispiele
PROMPT: Analysiere das Foto. Schlage passend zu dem Bild drei konkrete Maßnahmen vor, wie man diesen Ort ökologisch oder im Sinne der Nachhaltigkeit aufwerten könnte. Beachte, dass es sich um Schulgelände handelt und typische Bedarfe der Schüler:innen beachtet werden müssen. Antworte in wenigen kurzen Sätzen ohne Formatierungen, Aufzählungen oder Emojis.
KI: Das Foto zeigt einen weitläufigen, vollständig gepflasterten Schulhof vor einem historischen Gebäude, dem es an Grünflächen und natürlicher Struktur mangelt. Zur ökologischen Aufwertung könnten Teilbereiche entsiegelt und mit Bäumen sowie Sträuchern bepflanzt werden, um Schatten und Biodiversität zu schaffen. Zudem ließen sich Regengärten integrieren, die Oberflächenwasser aufnehmen und das Mikroklima verbessern. Für die Schüler:innen könnten nachhaltige Sitzgelegenheiten aus Naturmaterialien und Hochbeete zum gemeinsamen Gärtnern geschaffen werden, um Naturerfahrung und Lernorte zu bieten.
KI: Das Foto zeigt ein vernachlässigtes Schulgelände mit viel ungenutzter Fläche, die Potenzial für ökologische Aufwertung birgt, sowie eine paved Fläche und Gebäude im Hintergrund. Man könnte einen Teil der Fläche in einen naturnahen Schulgarten mit Hochbeeten umwandeln, um den Schülern praktisches Wissen über Anbau und Nahrungsmittel zu vermitteln. Des Weiteren ließe sich eine Totholzhecke oder ein Insektenhotel integrieren, um die Artenvielfalt zu fördern und gleichzeitig einen Lernort im Freien zu schaffen. Um den Bedürfnissen der Schüler gerecht zu werden, könnten nachhaltige Sitzgelegenheiten und naturnahe Spielelemente aus Holz oder Stein ergänzt werden, die zum Verweilen und zur kreativen Pause einladen.
KI: Das Foto zeigt einen eher kahlen Außenbereich neben einem modernen Schulgebäude mit Holzterrassen als Sitzgelegenheiten und einer Rasenfläche mit jungen Bäumen im winterlichen Zustand.
Ein Teil der Rasenfläche könnte in eine vielfältige Wildblumenwiese umgewandelt werden, um die Artenvielfalt zu erhöhen und einen ansprechenden Natur- und Lernraum für die Schüler:innen zu schaffen. Strategisch platzierte Laubbäume und Sträucher würden den Sitzbereichen im Sommer Schatten spenden und die Aufenthaltsqualität deutlich verbessern. Zusätzlich könnte ein Regenwassermanagementsystem installiert werden, das das Wasser des Daches sammelt und zur Bewässerung nutzt, um den Kreislauf zu veranschaulichen und den Ressourcenverbrauch zu minimieren.
KI: Das Foto zeigt eine Schulkantine mit einem Wasserspender und zahlreichen Einwegbechern, was auf Optimierungspotenzial im Bereich Nachhaltigkeit hinweist. Um diesen Ort ökologisch aufzuwerten und Schülerbedürfnisse zu berücksichtigen, sollte erstens ein Pfandsystem für Mehrwegbecher eingeführt oder die Nutzung eigener Trinkflaschen aktiv gefördert werden. Zweitens wäre die Implementierung eines umfassenden Lebensmittelabfall-Managements inklusive Kompostierung sinnvoll. Drittens könnte das Speiseangebot um regionale, saisonale und pflanzliche Optionen erweitert werden, um den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren und eine gesunde Ernährung zu unterstützen.
KI: Das Foto zeigt eine modern gestaltete Schulmensa oder Aula, die hell und funktional wirkt, jedoch wenig natürliche Elemente aufweist. Um den Ort ökologisch aufzuwerten, könnte man umfangreiche Pflanzenarrangements im Raum integrieren, die das Raumklima verbessern und das Wohlbefinden der Schüler fördern. Des Weiteren wäre die Einführung eines klar strukturierten Mülltrennungssystems sinnvoll, um die Schüler aktiv in nachhaltige Abfallwirtschaft einzubinden. Eine dritte Maßnahme wäre die Installation von Trinkwasserspendern, die den Verbrauch von Einwegplastikflaschen reduziert und jederzeit frisches Wasser für die Schüler bereitstellt.
KI: Das Foto zeigt einen weiten, gepflasterten Innenhof, umgeben von historischen Gebäuden mit Arkaden, der durch ein Fenster blickt. Der Hof wirkt kahl mit wenigen Bäumen und bietet aktuell wenig naturnahen Raum. Um den Ort ökologisch aufzuwerten und Schülerbedürfnisse zu berücksichtigen, könnte ein Teil des Pflasters entsiegelt und zu einer grünen Oase mit Sitzgelegenheiten umgewandelt werden. Zweitens wäre das Anpflanzen weiterer schattenspendender Bäume sinnvoll, um Hitzestau zu vermeiden und Aufenthaltsqualität zu schaffen. Drittens könnte ein Regenwassermanagementsystem installiert werden, das das Wasser für die Bewässerung der Grünflächen nutzt und gleichzeitig als Lernprojekt dient.
PROMPT: Identifiziere im Foto Potenziale für eine regenerative Neugestaltung und entwickle drei unkonventionelle Konzepte die über Standardlösungen wie Beete oder einfache Begrünung hinausgehen. Die Vorschläge sollen technische Innovation mit dem Spieltrieb der Kinder verknüpfen und gleichzeitig lokale Stoffkreisläufe auf dem Schulgelände schließen. Denke an multifunktionale Strukturen die sowohl als geschützter Lebensraum für Kleinstlebewesen als auch als aktive Lernstation fungieren. Antworte ausschließlich in kurzen Sätzen ohne jegliche Formatierung oder Aufzählungszeichen und ohne Emojis.
KI: Die große gepflasterte Fläche und die kargen Wände bieten großes Regenerationspotential. Regenwasser kann hier besser genutzt werden. Die fehlende Biodiversität ist eine Chance für neue Lebensräume.
Ein Wasser-Erlebnisweg wird aus gesammeltem Regenwasser angelegt. Kinder steuern den Wasserfluss über kleine Wehre und Pumpen. Das Wasser durchläuft bepflanzte Klärbereiche mit Ried und Schilf. Diese Biotope bieten Kleinstlebewesen Schutz und Nahrung. Es dient als aktive Lernstation für den Wasserkreislauf und Ökologie.
Vertikale Gärten mit Kletterstrukturen beleben die Fassaden. Modulare Pflanzsysteme nutzen Regenwasser und Schulkompost. Kinder können klettern, ernten und Pflanzen pflegen. Die begrünten Wände schaffen Lebensraum für Insekten und Vögel. Sie dienen als lebendiges Klassenzimmer für Biologie und Gartenbau.
Ein begehbarer Untergrund-Kompost-Tunnel entsteht im Hof. Hier wird organischer Schulabfall zu Humus und Pilzsubstrat. Transparente Abschnitte erlauben Einblicke in Zersetzungsprozesse. Kinder können Kompostwürmer und Pilzmyzel beobachten. Der Tunnel schließt Stoffkreisläufe und lehrt über Bodenleben und Mykologie.
