Künstliche Intelligenz als Werkzeug für den Unterricht
Künstliche Intelligenz gewinnt in verschiedenen Bereichen des menschlichen Lebens, einschließlich der Bildung, immer mehr an Bedeutung. Als eines der vielversprechendsten Werkzeuge erweisen sich Konversationsmodelle, die neue Möglichkeiten im Bereich des Unterrichts und der Nachhilfe bieten. In diesem Fall kann ein künstlicher Moderator komplexe Konzepte vereinfacht erklären und seinen Ansatz an die individuellen Bedürfnisse der Lernenden anpassen. Wie das funktioniert, zeigen wir am Beispiel der Erklärung des Prinzips des mathematischen Grenzwerts, der aus dem Hochschullehrplan bekannt ist. Was meinen Sie? Schafft es ein Computer, das besser zu erklären als ein Mensch?
Künstliche Intelligenz als Werkzeug für den Unterricht – INHALT
- Sie kann eine Aufgabe nicht nur berechnen, sondern auch den Lösungsweg erklären
- Künstliche Intelligenz in der Praxis
- Wird künstliche Intelligenz Lehrkräfte ersetzen?
Sie kann eine Aufgabe nicht nur berechnen, sondern auch den Lösungsweg erklären
Konversationsmodelle der künstlichen Intelligenz wie ChatGPT stellen bereits heute leistungsstarke Werkzeuge für den Unterricht dar – vor allem deshalb, weil sie ein Problem auf viele Arten erklären und verschiedene Blickwinkel finden können, aus denen es sich veranschaulichen lässt. Im Gespräch mit einem Sprachmodell können Sie um eine Neuformulierung der Erklärung bitten, um deren Vereinfachung – und sogar um eine extreme Vereinfachung, indem Sie dem Modell die Aufgabe geben, „das Problem wie für Kinder zu erklären“.
Das funktioniert überraschend gut. Einer der sehr wichtigen Begriffe der höheren Mathematik ist der Begriff des Grenzwerts, der abstrakt ist und darin besteht, eine Annäherung an den Wert einer Funktion an einem Punkt zu finden, dem man sich unbegrenzt nähert, ihn aber nie erreicht. Das Konzept des „Sich-Annäherns“ ist für viele Menschen verwirrend, für die höhere Mathematik jedoch sehr wesentlich, da der Grenzwert es erlaubt, auch Punkte zu untersuchen, an denen der Funktionswert nicht definiert ist. Der bedeutende Hochschullehrer Vojtěch Jarník unterschied die Studierenden sogar danach, wer den Grenzwert versteht und mit dem Studium der höheren Mathematik fortfahren kann – und wer ihn nicht versteht und wem somit die höhere Mathematik verwehrt bleibt.
Künstliche Intelligenz in der Praxis
Experimentell habe ich die künstliche Intelligenz OpenAI GPT-4 gebeten, den Begriff des Grenzwerts so zu erklären, als müsste sie ihn einem Kind erklären. Das Ergebnis war äußerst interessant.
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Frage: „Erkläre den mathematischen Grenzwert wie für ein Kind in der Grundschule“
GPT4: „Stell dir vor, du hast einen Roboterhund, dem du beibringen möchtest, zur Tür zu kommen, wenn du ihn rufst. Jeder Ruf sagt ihm, dass er sich der Tür um die Hälfte der verbleibenden Entfernung nähern soll. Wenn du ihn das erste Mal rufst, läuft er die Hälfte des Weges. Wenn du ihn das zweite Mal rufst, kommt er auf drei Viertel des Weges zur Tür. Und so weiter.
Mit jedem Ruf ist er näher und näher, aber theoretisch würde er die Tür nie ganz erreichen, weil er immer nur die Hälfte von dem zurücklegt, was ihm noch bleibt. Das ist ein Beispiel dafür, wie ein mathematischer Grenzwert funktioniert. Wir sprechen davon, dass der Hund „sich der Tür im Sinne eines Grenzwerts nähert“. Auch wenn er die Tür theoretisch nie ganz erreicht, können wir dies in der Praxis als ausreichend nah betrachten, wenn es sich um einen wirklich winzigen Abstand handelt. Dasselbe gilt für mathematische Grenzwerte – wir sprechen darüber, wie sich etwas „im Sinne eines Grenzwerts annähern“ kann an einen bestimmten Wert.“
Damit die Erklärung noch zugänglicher und verständlicher wird, bat ich das Modell GPT-4, mir den Grenzwert in Form eines Märchens zu erklären.
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Frage: „Erkläre den mathematischen Grenzwert in Form eines Märchens“
GPT4: „Es war einmal vor langer Zeit in einem sehr fernen Land ein weiser alter König, der ein großes Schloss besaß. Dieser König hatte einen ganz besonderen Garten, in dem magische Blumen wuchsen, die nur dann erblühen konnten, wenn sich ihnen jemand ganz, ganz nahe näherte, sie aber niemals berührte.
Eines Tages forderte der König alle Kinder des Königreichs auf zu versuchen, die Blumen zum Blühen zu bringen. Die Kinder gaben sich alle Mühe, doch jedes Mal, wenn sie zu nahe herankamen, schlossen die Blumen ihre Knospen. Der König erklärte jedoch, dass das Geheimnis darin liege, sich den Blumen langsam und vorsichtig zu nähern, damit die Blumen nicht erschrecken.
Unter den Kindern war ein kleines Mädchen namens Lila, das beschloss, eine andere Strategie anzuwenden. Anstatt zu versuchen, die Blume zu berühren, wählte sie einen Weg, bei dem sie sich immer um die Hälfte der verbleibenden Entfernung näherte. Mit jedem Schritt kam sie näher, berührte die Blume jedoch nie.
Als Lila immer näher und näher kam, begannen die Blumen langsam zu erblühen, ihre Knospen öffneten sich und der Garten erstrahlte in wunderschönen Farben. Obwohl Lila die Blumen nie berührt hatte, bewirkte ihre Methode des „grenzwertigen Annäherns“ den Zauber, nach dem der König gesucht hatte.
So erklärte der König Lila und allen Kindern, dass wir manchmal ein Ziel nicht direkt erreichen müssen, aber das „grenzwertige Annähern“ daran einen ebenso starken Zauber hervorrufen kann. Und so lernten alle Kinder, wie wichtig es ist, manchmal vorsichtig und mit Bedacht auf ein Ziel zuzugehen, und dass der Weg, den wir wählen, ein ebenso zauberhaftes Ergebnis haben kann wie das Erreichen des Ziels selbst. Und so endet unser Märchen über Grenzwerte, die wir selbst in den unerwartetsten Situationen finden können.“
Dieses Ergebnis ist meiner Meinung nach schlichtweg beeindruckend. Die Erklärung ist einfach und klar – und ich denke, wenn jemand allen Studierenden den Grenzwert so erklären würde, könnten ihn viel mehr von ihnen verstehen und ebenso viel mehr von ihnen würden den komplizierten und abstrakten Lehrstoff der höheren Mathematik meistern.
Wird künstliche Intelligenz Lehrkräfte ersetzen?
In vielen Fällen geht bei Menschen die Fähigkeit, effektiv mit abstrakten Begriffen zu arbeiten, nicht mit der Fähigkeit einher, diese anderen verständlich zu erklären. Dies eröffnet Raum für KI-Lehrkräfte, die im Gegensatz zu lebenden Lehrern unbegrenzt geduldig sind, sich dem Tempo sowie dem Niveau des Lernenden anpassen und das Problem auf vielen verschiedenen Abstraktionsebenen und in vielen verschiedenen Detailstufen der Erklärung erläutern können.
Ein Schüler, der nicht begabt ist, ist möglicherweise nicht in der Lage, in anspruchsvollen Fachbereichen Fortschritte zu machen, doch eine Erklärung mithilfe künstlicher Intelligenz kann ihm die Tür zum Verständnis öffnen – was weitaus wertvoller ist als ein Zustand, in dem der Schüler einfach auf eine Barriere stößt, hinter die er nicht einmal blicken kann.
In Zukunft werden wir zweifellos auf KI-Tutoring treffen – und es ist möglich, dass es sich um spezialisierte Intelligenzen handeln wird, die so konzipiert sind, dass sie auf verifizierten, moderierten Quellen basieren und gleichzeitig so eingestellt sind, dass sie nur sehr begrenzt halluzinieren (Dinge erfinden). Derzeit kann man sich noch nicht vollkommen auf die Ausgaben von Sprachmodellen verlassen, da sie nach wie vor eher experimentell sind. Ihre unbestreitbaren Vorteile können wir jedoch bereits heute sehen – vor allem bei individueller Nachhilfe oder beim Selbststudium, wo die Fähigkeit, Vergleiche und Vereinfachungen zu finden, der KI die Kraft und Fähigkeit verleiht, Lernenden bei Themen zu helfen, bei denen sie alleine nicht weiterwissen.
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Konversationsmodelle der künstlichen Intelligenz wie ChatGPT stellen einen bedeutenden Schritt nach vorn im Bildungsbereich dar. Ihre Fähigkeit, komplexe Konzepte einfach und verständlich zu erklären, sich an die Bedürfnisse einzelner Lernender anzupassen und geduldig verschiedene Blickwinkel anzubieten, verleiht ihnen das Potenzial, zu einem wertvollen Werkzeug für den Unterricht zu werden.
Michal Rybka
Michal Rybka ist Publizist und Enthusiast mit 20 Jahren Erfahrung in den Bereichen IT und Gaming. Er ist Kurator des AlzaMuseums und des YouTube-Kanals AlzaTech. Er hat mehrere Fantasy- und Science-Fiction-Kurzgeschichten verfasst, die in Buchform erschienen sind, und berichtet regelmäßig freitags für das Online-Magazin PCTuning.
