Die Diskussion um Künstliche Intelligenz (KI) ist ein sich ständig weiterentwickelndes Thema im Leben von Pädagogen. Es ist unausweichlich, dass KI ein zentraler Bestandteil des Lebens von Schülern werden wird. Auch wenn wir erst allmählich verstehen, wie das aussehen wird, wissen wir, dass wir jetzt damit beginnen müssen, unsere Schüler auf ihre Zukunft vorzubereiten. Diese Seite dient als Ausgangspunkt für die Vermittlung von KI mit VEX und bietet einen Überblick über Informationen und Ressourcen, die Sie bei der Integration von KI in Ihre Unterrichtspraxis unterstützen.
Die Bedeutung von KI
Definition von KI
Künstliche Intelligenz, oder KI, ist ein Teilgebiet der Informatik, das sich mit Techniken befasst, die es Computern ermöglichen, Dinge zu tun, die, wenn Menschen sie tun, als Beweis für Intelligenz gelten1.
Künstliche Intelligenz ist eine zentrale und fortlaufende Entwicklung in der Evolution der Informatik, die auch weiterhin alle Bereiche der Gesellschaft stark beeinflussen wird. Es baut auf grundlegenden Konzepten der Informatik wie Algorithmen und Datenstrukturen auf und ermöglicht es Computern, selbstständig zu lernen, zu argumentieren und Entscheidungen zu treffen.
Jeder sollte etwas über KI lernen.
Informatik wird heute allgemein als eine unverzichtbare Fähigkeit für alle Schüler anerkannt. Da KI ein integraler Bestandteil der Informatik ist, haben Schüler ein Recht darauf ein grundlegendes Verständnis der Konzepte zu erlangen, die der KI zugrunde liegen. KI-Konzepte können kontinuierlich vermittelt werden, beginnend im Kindergarten und sich über den gesamten Bildungsweg der Schüler erstrecken. Dies wird sicherstellen, dass die Studierenden:
- Gleichberechtigter Zugang zu zukünftigen Karrieren: Durch die Vermittlung von KI wird sichergestellt, dass alle Schüler die Möglichkeit haben, Karrierewege in Bereichen wie Informatik, Robotik, Datenanalyse und Softwareentwicklung zu erkunden. Indem wir allen Menschen Chancen bieten, tragen wir dazu bei, eine vielfältige, innovative Belegschaft zu schaffen, die für die Zukunft gerüstet ist.
- Die Auswirkungen von KI auf die Gesellschaft verstehen: Das Erlernen von KI stattet die Schüler mit dem Wissen aus, ihr Potenzial zu erfassen. Indem sie die Vorteile und Grenzen dieser Technologie verstehen, können Studierende fundierte Entscheidungen treffen und zu deren verantwortungsvollem Einsatz beitragen.
- Aufbau wesentlicher Fähigkeiten und Einstellungen: Genau wie das Erlernen der Informatik fördert auch das Lehren von KI mithilfe der Informatik wesentliche Problemlösungsfähigkeiten und hilft den Schülern, Fähigkeiten des algorithmischen Denkens zu entwickeln, wie zum Beispiel algorithmisches Denken und Mustererkennung. Es bietet den Studierenden außerdem ein Umfeld, in dem sie die Zusammenarbeit üben und mehr über ihren eigenen Lernprozess erfahren können. Dies bereitet sie darauf vor, komplexe Herausforderungen mit Ausdauer und Kreativität anzugehen.
Unser Ansatz zum Unterrichten von KI
Wir vereinen Informatik, KI und Robotik, um einen authentischen Kontext für das Erlernen von KI zu schaffen, der sicher, unterhaltsam und motivierend ist. Wir legen den Schwerpunkt auf praxisorientierte Robotik und KI-gestützte Bildsensoren anstatt auf große Sprachmodelle (LLMs) wie ChatGPT.
Der Schutz der Privatsphäre unserer Studierenden hat für uns höchste Priorität.
Unser Ansatz gewährleistet, dass die Daten Ihrer Schüler jederzeit sicher sind.
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Der Einsatz von Robotern mit KI-Vision-Sensoren im Unterricht über KI bietet
und visuell ansprechende Möglichkeiten, KI-Konzepte zu erkunden ohne
Datenschutzrisiken, die mit LLMs einhergehen.
- Es werden zu keinem Zeitpunkt personenbezogene Daten (PII-Daten) erhoben.
- Bilder oder Videostreams von VEX-Sensoren oder -Robotern verlassen niemals Schülergerät.
- Den Studierenden werden vortrainierte KI-Modelle zur Verfügung gestellt, die Notwendigkeit entfällt, Bilder zu sammeln und zur Verarbeitung auf und teure Cloud-Server hochzuladen.
Roboter machen KI-Lernen sichtbar
Grundlegende KI-Konzepte können mithilfe von Robotern greifbar gemacht werden.
- KI-Unterricht mit einem Roboter verwandelt anspruchsvolle abstrakte Konzepte in konkrete, praxisnahe Lernerfahrungen. Der Einsatz von Robotern zur Veranschaulichung der Informatikkonzepte hinter der KI ermöglicht den Schülern eine direkte Erfahrung damit, wie KI tatsächlich funktioniert. Dies entmystifiziert die KI und hilft den Schülern, sich selbst als zukünftige Innovatoren und Problemlöser im Bereich der KI zu sehen.
- KI-gestützte Bildsensoren liefern den Schülern sofortiges, umsetzbares Feedback. Die Studierenden können Daten eines KI-Vision-Sensors in Echtzeit sehen und bearbeiten und sie in Programmierprojekten anwenden, um mithilfe eines Roboters reale Probleme zu lösen.
Entwicklung im Einklang mit der KI
Unser Ansatz zur KI-Ausbildung entwickelt sich kontinuierlich und aktiv weiter.
- Die KI entwickelt sich ständig und rasant weiter, und um Lehrer und Schüler in diesem dynamischen Umfeld effektiv zu unterstützen, müssen auch wir uns im gleichen Tempo weiterentwickeln. Die kommenden Jahre werden mehr Personalisierung, mehr Zusammenarbeit und mehr Transparenz bei KI-Systemen mit sich bringen, und wir werden weiterhin entsprechende Ressourcen entwickeln, um sicherzustellen, dass Schüler und Pädagogen erfolgreich sein können.
- Wir sind bestrebt, den Bedürfnissen der Lehrkräfte im jeweiligen Moment gerecht zu werden, indem wir einfach umsetzbare KI-gestützte Unterrichtsmaterialien mit Input der Lehrkraft erstellen. Wir haben mit CS Everyone Center der University of und zwei Gruppen von Grundschullehrern zusammengearbeitet, um Aktivitäten zu entwickeln, die das Verständnis der Schüler für das KI-Konzept der Wahrnehmung mithilfe von VEX 123 und VEX GO für Schüler der Klassenstufen K-4 fördern sollen. Die Aktivitäten werden in den Abschnitten 123 und GO weiter unten beschrieben.
KI im gesamten VEX-Kontinuum
Das VEX Continuum verbindet praxisnahe, realweltliche Erfahrungen mit entwicklungsangemessenen Methoden, um sicherzustellen, dass Schüler aller Altersgruppen während ihrer gesamten KI-Lernreise engagiert und erfolgreich sein können. Erfahrungsorientiertes Lernen fördert ein schrittweises Verständnis von Informatik- und KI-Konzepten. Im Laufe der Zeit entwickeln die Schüler ein grundlegendes Verständnis davon, was KI ist, wie sie funktioniert und wie sie eingesetzt werden kann.
VEX 123
Mit VEX 123 können Schüler vom Kindergarten bis zur zweiten Klasse an KI-Konzepte herangeführt werden. Das Programmieren eines 123-Roboters hilft Schülern, ein Verständnis für die Unterschiede in der Art und Weise zu entwickeln, wie Menschen und Computer ihre Umgebung wahrnehmen. Der eingebaute Augensensor des 123-Roboters bietet Schülern eine einfache Möglichkeit, Sensordaten zu erkunden und gleichzeitig grundlegende Informatikkonzepte wie Sequenzierung, Mustererkennung und grundlegende Algorithmen zu erlernen.
123 STEM-Laboreinheiten, wie zum Beispiel Kleiner roter Roboter, bieten einen ansprechenden und unterhaltsamen Rahmen zum Erlernen dieser Konzepte. In dieser STEM-Laboreinheit programmieren die Schüler ihre Roboter so, dass sie zum Haus der Großmutter fahren, dem Wolf ausweichen und mithilfe des Augensensors einen Algorithmus zur Wolfserkennung erstellen.
Darüber hinaus sollen die KI-Kompetenzaktivitäten für VEX 123 den Schülern das grundlegende KI-Konzept der Wahrnehmung näherbringen. Es ist wichtig, dass junge Schüler ein Verständnis dafür entwickeln, wie Roboter und Computer die Welt mithilfe von Sensoren wahrnehmen.
Die KI-Kompetenzaktivitäten, die als eigenständige Lektionen oder in einer Reihe eingesetzt werden können, geben den Schülern die Möglichkeit, mithilfe von VEXcode 123 und dem Augensensor realweltliche Probleme mit Sensorwahrnehmung zu lösen. Diese Aktivitäten vermitteln auf spielerische und leicht zugängliche Weise ein Verständnis für die Funktionsweise von Sensoren.
Weitere Informationen zu VEX 123, finden Sie auf dieser Seite.
Weitere Informationen zu den VEX 123 STEM-Laboreinheiten finden aufSeite.
VEX GO
Schüler der dritten bis fünften Klasse können mit VEX GO auf ihren ersten Erfahrungen mit KI aufbauen und ihr Wissen erweitern, um ein tieferes Verständnis von Sensordaten zu erlangen. Die Studierenden erlangen ein Verständnis dafür, was Daten sind, wie sie erhoben werden und wie sie zur Entscheidungsfindung genutzt werden können.
Solche Erfahrungen helfen den Schülern, ein Verständnis dafür zu entwickeln, wie Daten und KI zum Wohle ihrer Gemeinschaften eingesetzt werden können. Und die Schüler von VEX GO erweitern kontinuierlich ihre Informatikkenntnisse, indem sie sich mit der Lösung komplexerer Probleme mithilfe von Sequenzierung, Entscheidungsfindung und Algorithmen befassen.
Für VEX GO stehen auch Aktivitäten zur Förderung der KI-Kompetenz zur Verfügung. Diese können genutzt werden, um Schülern die Sensorwahrnehmung näherzubringen oder als Ergänzung zu den VEX GO STEM Labs, um den Schülern zu helfen, tiefer in die Funktionsweise der Umgebungswahrnehmung von Robotern und Computern einzutauchen.
Die VEX GO AI Literacy Activities nutzen den Augensensor in Kombination mit VEXcode GO und können als Reihe verwendet werden, um das Verständnis der Schüler für die Sensorwahrnehmung schrittweise aufzubauen, oder als eigenständige Aktivitäten.
Weitere Informationen zu VEX GO finden aufSeite.
Weitere Informationen zu den VEX GO STEM Lab Units finden aufSeite.
VEX-ZIEL
Der VEX AIM Coding Robot ist ein Informatik-Lehrroboter für die 4. Klasse und höher. VEX AIM ist mit einem eingebauten KI-Vision-Sensor ausgestattet, der die Möglichkeit bietet, KI-Konzepte mit einem physischen Roboter zu erforschen und so abstrakte KI-Konzepte für die Schüler greifbar zu machen.
Der KI-Vision-Sensor gibt dem Roboter die Fähigkeit, seine Umgebung zu sehen und mit ihr zu interagieren. Es kann Daten über vorab trainierte Objekte wie Bälle und Fässer sowie April-Tags erkennen und anzeigen. Der Roboter kann sowohl mit Blöcken als auch mit Python programmiert werden. Mit VEX AIM ist der Einstieg einfach, und es bietet ein hohes Potenzial, sodass es die Schüler dort abholt, wo sie in ihrem Verständnis von KI stehen, und sie auch weiterhin herausfordert, während sie wachsen.
Der AIM Einführungskurs für Studenten führt die Studenten in die Verwendung des KI-Vision-Sensors mit dem Roboter ein, indem die Studenten tief in die Funktionsweise des Sensors eintauchen und seine Fähigkeiten und Grenzen testen. Sie programmieren den Roboter so, dass er mithilfe von KI-Vision Fracht aufnimmt und an bestimmte Orte liefert, während sie auf eine KI-Vision-gestützte Abschlussaufgabe hinarbeiten.
Der AIM Educator Certification Course in PD+ vermittelt Pädagogen das Wissen, das sie benötigen, um mit dem Unterrichten mit VEX AIM in ihren Klassenzimmern zu beginnen. Nach der Zertifizierung können AIM-Lehrkräfte in der Kategorie VEX AIM der PD+ Community Beiträge veröffentlichen, um Ideen auszutauschen und Fragen an andere zu stellen, die ihren Schülern helfen, KI-Konzepte mit VEX AIM zu erkunden.
Weitere Informationen zum Unterrichten mit VEX AIM finden aufSeite.
VEX IQ
VEX IQ bietet Schülern der Mittelstufe zusätzliche KI-Lernherausforderungen mithilfe eines physischen Roboters. IQ bietet Schülern die Möglichkeit, offene Herausforderungen zu lösen, indem sie Daten von verschiedenen Sensoren sammeln und nutzen. Dies hilft den Schülern, ein Verständnis dafür zu entwickeln, wie man die richtigen Sensoren zur Lösung eines gegebenen Problems auswählt.
IQ-Schüler können auch Datenprotokollierungsübungen durchführen, indem sie den Speicher auf einer SD-Karte auf dem IQ Brain nutzen. Die Studierenden können Sensordaten sammeln, diese in einer CSV-Datei speichern und die Daten anschließend grafisch darstellen, um vollständig zu verstehen, wie die IQ-Sensoren ihre Umgebung wahrnehmen.
Weitere Informationen zu VEX IQ finden auf dieser Seite.
Weitere Informationen zu den VEX IQ STEM Lab Units finden aufSeite.
Für VEX IQ (2. Generation) ist außerdem ein eigenständiger AI Vision Sensor erhältlich. Dieser Sensor kann wie unten beschrieben für VEX EXP und VEX V5 verwendet werden, jedoch mit VEX IQ (2. Generation) Builds und codiert in VEXcode IQ oder Microsoft Visual Studio Code.
Weitere Informationen zum KI-Vision-Sensor finden Sie in Erste Schritte mit dem KI-Vision-Sensor mit VEX IQ.
Weitere Informationen zum Kauf eines VEX IQ AI Vision Sensors finden aufSeite.
VEX EXP und VEX V5
Im Unterricht an Gymnasien erweitern VEX EXP und VEX V5 das KI-Lernen um eine weitere Dimension mit dem -Vision-Sensor.
Der KI-Vision-Sensor für VEX EXP und VEX V5 ermöglicht es Ihrem Roboter, seine Umgebung auf einzigartige Weise wahrzunehmen und mit ihr zu interagieren, indem er visuelle Informationen aus einem breiten Sichtfeld erfasst. Es erkennt 2D- und 3D-Objekte, identifiziert bestimmte Farben und Farbkombinationen und erkennt AprilTags sowie Sätze vortrainierter Objekte sowohl für den Unterricht als auch für Wettbewerbe.
Der KI-Vision-Sensor bietet Schülern die Möglichkeit, verschiedene Arten von Sensordaten in einem einzigen Programmierprojekt zu verwenden. Da der Sensor außerdem zwei vortrainierte Objekterkennungsmodelle enthält, können die Studierenden erleben, wie verschiedene KI-Modelle in realen Anwendungen funktionieren. Die EXP Clean Water Mission STEM Lab Unit bietet Schülern eine praxisorientierte, fortgeschrittene Ressource, in der sie Daten vom Sensor verwenden und komplexe Algorithmen erstellen, um eine tragbare Wasseraufbereitungsanlage zu automatisieren.
Weitere Informationen zum KI-Vision-Sensor finden Sie in Erste Schritte mit dem KI-Vision-Sensor mit VEX EXP“
Weitere Informationen zum Kauf eines VEX AI Vision Sensors finden aufSeite.
VEX CTE Workcell
Die VEX CTE Workcell ist eine weitere Option für Schüler der Oberstufe, sich mit KI-Themen auseinanderzusetzen. Die VEX CTE Workcell ist ein System aus Roboterarm, Förderbändern, Sensoren und Pneumatik, das Schüler beim Erlernen der industriellen Automatisierung unterstützen soll. Es werden zwei Kurse angeboten, in denen Studierenden wichtige Kenntnisse in den Bereichen KI-bezogene Automatisierung und Informatik vermittelt werden.
Der Kurs „Einführung in den 6-Achsen-Arm“ vermittelt den Studierenden schrittweise grundlegende Kenntnisse der Informatik, wie etwa Sequenzierung, Schleifen, Bedingungen und Variablen.
Der Kurs „Workcell Automation“ baut darauf auf und beinhaltet zunehmend komplexere, ergebnisoffene Herausforderungen bei der Automatisierung des Systems. Bei diesen Aufgaben müssen die Studierenden Sensordaten nutzen, um Algorithmen zu erstellen, ihren Code zu optimieren und Projekte erfolgreich zu debuggen.
Weitere Informationen zur VEX CTE-Arbeitszelle finden Sie auf dieser Seite.
Weitere Informationen zu den VEX CTE STEM Lab Unit Courses finden aufSeite.
VEX AIR
Die VEX AIR Drohne bietet fortgeschrittenen Schülern eine zusätzliche praktische Möglichkeit, sich mit KI-Lerninhalten auseinanderzusetzen. VEX AIR vereint die Faszination von Drohnen im Klassenzimmer mit KI-Technologie. Die Studierenden können die Kombination aus dem Dual-Kamerasystem von AIR und seiner Fähigkeit, vorab trainierte Objekte zu erkennen, sowie mehreren Sensoren nutzen, um die Drohne so zu programmieren, dass sie präzise durch die Luft navigiert.
Weitere Informationen zu VEX AIR finden aufSeite.
KI in VEX-Wettbewerben
VEX KI-Wettbewerb
Der VEX AI Wettbewerb bietet Schülern und Studenten die Möglichkeit, an einem vollständig autonomen Robotikwettbewerb teilzunehmen, bei dem die leistungsstarke Kombination aus GPS-Sensor und VEX AI Vision System zum Einsatz kommt. Die Schüler programmieren zwei Roboter, die als Team zusammenarbeiten sollen, um die diesjährige Herausforderung zu meistern.
Weitere Informationen finden auf der Seite des VEX AI-.
VEX V5 Robotik-Wettbewerb (V5RC)
Die Fähigkeit des AI Vision Sensors, vorab trainierte Objektklassifizierungen zu erkennen, können die Studierenden nutzen, um in Kombination mit einer Vielzahl anderer V5-Sensoren Algorithmen zu erstellen, wenn sie eine Strategie für das Spiel V5RC High Stakesentwickeln. Dadurch können sie erforschen, wie Computer datenbasierte Repräsentationen verwalten und diese zum logischen Denken nutzen.
Informationen zum VEX V5 Robotics Wettbewerb finden auf der Webseite des VEX V5 Robotics Wettbewerbs.
VEX V5 GPS-Sensor
Verwenden Sie den GPS-Sensor in V5RC Competition oder Virtual Skills, um sich auf dem Spielfeld anhand der vom Sensor bereitgestellten Richtungs- und x, y-Positionsdaten zu navigieren.
Weitere Informationen zum GPS-Sensor finden Sie unter Verwendung des GPS-Sensors mit VEX V5.
Weitere Informationen zum Kauf des V5 GPS-Sensors finden aufSeite.
KI in VEXcode VR
V5RC Spielplatz mit hohem Einsatz
Wer über eine VEXcode VR Premium-Lizenz verfügt oder als V5RC-Team registriert ist, kann High Stakes mit einem virtuellen Roboter spielen und dabei die Objektklassifizierungsfunktionen des KI-Vision-Sensors nutzen.
Weitere Informationen zum Erwerb einer VEXcode VR Premium-Lizenzfinden Sie auf dieser Seite.
Weitere Informationen zum High Stakes Playground in VEXcode VR finden Sie unter Erste Schritte mit dem V5RC High Stakes Playground in VEXcode VR.
Rover-Rettungsspielplatz
VEXcode VR Premium-Nutzer können im Rover Rescue Playground mit KI-Darstellung und -Schlussfolgerungen interagieren. In „Rover Rescue“ programmieren die Schüler einen Rover mithilfe von KI, um in einer fremden Welt zu navigieren, Mineralien zu sammeln und Hindernissen und Feinden auszuweichen. Die im Rover integrierte KI-Technologie ermöglicht es ihm, Objekte zu erkennen und Daten über sie zu melden, einschließlich der Entfernung eines Objekts und seines relativen Winkels. Der Rover kann vorprogrammierte Spielelemente wie Hindernisse, Gegner und Mineralien erkennen.
Weitere Informationen zum Rover Rescue-Spielplatz in VEXcode VR finden Sie unter Erste Schritte mit Rover Rescue.
Weitere Informationen zum Thema KI in Rover Rescue finden Sie in Artikel Using AI in Rover Rescue.
Weitere Informationen zum Erwerb einer VEXcode VR Premium-Lizenzfinden Sie auf dieser Seite.
KI mit Zuversicht unterrichten
VEX bietet umfassende Ressourcen und Unterstützungsmaterialien für den KI-Unterricht, damit Sie selbstbewusst unterrichten können.
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VEX STEM Labs bieten schrittweise Anleitungen zur Durchführung, ähnlich einem Online-Lehrerhandbuch.
- In VEX 123 und GO STEM Labs bietet die Einheitenübersicht detaillierte Hintergrundinformationen, damit Sie sich gut auf die Durchführung der Einheit vorbereitet fühlen. Beispielsweise geht die Hintergrundinformation der VEX GO Data Detectives Unit detailliert darauf ein, was Sensoren sind und wie der Augensensor selbst Daten sammelt und meldet.
- In den IQ- und EXP-STEM-Laboren bietet ein Leitfaden Hintergrundinformationen, Anweisungen zur Durchführung und Tipps, die das Rätselraten beim Unterrichten von KI überflüssig machen.
- Die VEX-und die VEXsind Ressourcen jederkann um überUnterrichten KI mit VEXerfahren. Nutzen Sie beispielsweise die VEX-Bibliothek, um herauszufinden, was ein Sensor ist und wozu er verwendet wird. Anschließend können Sie in der VEX-API nachlesen, welche Codeblöcke oder Befehle mit diesem Sensor verknüpft sind.
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VEX PD+ bietet fortlaufende und personalisierte berufliche Weiterbildung für VEX-Anwender.
- Lassen Sie sich zertifizieren, indem Sie einen VEX-Einführungskurs in PD+ absolvieren und erhalten Sie sofortigen Zugang zur VEX PD+ Community, wo gleichgesinnte Pädagogen Fragen und Ideen zum Unterrichten von KI mit VEX austauschen können.
- Werden Sie PD+ All-Access-Mitglied und
- Nutzen Sie die 1:1-Sitzungen, in denen Sie mit einem VEX-Experten über das Unterrichten von KI sprechen können.
- Besuchen Sie die Videobibliothek, um sich eine Reihe von Videos anzusehen und mehr über den KI-Vision-Sensor zu erfahren.
- Besuchen Sie uns persönlich auf der VEX Robotics Educators Conference und nehmen Sie an praktischen Workshops und informativen Sitzungen teil, die von Vordenkern im Bereich der KI-Ausbildung geleitet werden.
Weitere Informationen zur VEX PD+ All-Access-Mitgliedschaft finden auf dieser Seite.