Künstliche Intelligenz im Informatikunterricht: Wenn der Computer (mit)denkt – Schüler programmieren schlaue Gegner

Der Informatikleistungskurs der Q4 von Herrn Bräuer hat in den letzten Wochen gezeigt, wie faszinierend und praxisnah das Thema Künstliche Intelligenz (KI) sein kann. Im Rahmen eines anspruchsvollen Projekts setzten sich unsere Schülerinnen und Schüler intensiv mit der Entwicklung von intelligenten Spielgegnern auseinander und ließen den Computer gegen den Menschen antreten.

Das Ziel des Projekts war es, klassische Zwei-Personen-Spiele so zu implementieren, dass ein menschlicher Spieler gegen eine von der Gruppe entwickelte Künstliche Intelligenz antreten kann. Aus zeitlichen Gründen konzentrierten sich die verschiedenen Zweiergruppen auf die beliebten Spiele Tic-Tac-Toe und Othello. Diese Spiele, die auf den ersten Blick einfach erscheinen, bieten jedoch eine ausgezeichnete Grundlage, um grundlegende Konzepte der Künstlichen Intelligenz zu vermitteln und praktisch anzuwenden. Zumal in der Q4 nicht so viel Unterrichtszeit mehr zur Verfügung steht, denn das Abitur ist nahe.

Das Tic-Tac-Toe-Projekt von Paolo kann auf GitHub angesehen und heruntergeladen werden: https://github.com/phbreyzon/TiktakToe

Die Schülerinnen und Schüler arbeiteten mit zwei zentralen KI-Techniken, um ihre virtuellen Gegner „schlau“ zu machen:

1. Spielbäume mit Alpha-Beta-Pruning: Die wohl prominenteste Methode war die Erstellung eines Spielbaums. Hierbei visualisiert die KI alle möglichen zukünftigen Spielzüge und deren Konsequenzen – wie die Äste eines Baumes. Jeder Knoten im Baum repräsentiert einen möglichen Spielzustand. Um jedoch nicht unendlich viele Möglichkeiten durchrechnen zu müssen, kam das Alpha-Beta-Pruning zum Einsatz. Diese Optimierungstechnik ermöglicht es der KI, bestimmte „Äste“ des Spielbaums frühzeitig abzuschneiden, die nachweislich nicht zu einem optimalen Ergebnis führen würden. Dadurch wird der Suchprozess erheblich effizienter und die KI kann in kürzerer Zeit bessere Entscheidungen treffen.
2. Wissensbasierte Systeme: Ergänzend zum Spielbaum implementierten einige Gruppen auch wissensbasierte Systeme. Hierbei wurden der KI spezifische Regeln und Heuristiken beigebracht, die das menschliche “Expertenwissen” über das jeweilige Spiel widerspiegeln. Beispielsweise kann ein solches System der KI mitteilen, dass das Zentrum bei Tic-Tac-Toe ein strategisch wichtiger Zug ist oder dass bei Othello das Erobern der Eckfelder von großer Bedeutung ist. Diese Regeln helfen der KI, in bestimmten Situationen “intelligente” Entscheidungen zu treffen, ohne den gesamten Spielbaum durchrechnen zu müssen.

Die Ergebnisse des Projekts sind beeindruckend. Die entwickelten KIs konnten in vielen Fällen menschliche Spieler herausfordern oder sogar besiegen, was die Leistungsfähigkeit der angewandten Algorithmen eindrucksvoll demonstrierte. Für die Schülerinnen und Schüler war dies eine einzigartige Gelegenheit, über das reine Programmieren hinauszugehen und tief in die Logik und die komplexen Denkmuster einzutauchen, die hinter künstlicher Intelligenz stecken.

Dieses Projekt hat nicht nur das Verständnis für KI-Konzepte vertieft, sondern auch wichtige Fähigkeiten wie Problemlösung, algorithmisches Denken und Teamarbeit gefördert. Es ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie der Informatikunterricht unsere Schülerinnen und Schüler auf die Herausforderungen und Chancen einer zunehmend digitalisierten Welt vorbereitet.

Wir sind gespannt, welche weiteren innovativen Projekte unsere talentierten Informatikerinnen und Informatiker in Zukunft entwickeln werden!

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit Unterstützung durch die KI Gemini verfasst.

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