Künstliche Intelligenz im Physikunterricht: Chancen und Grenzen am Beispiel Arduino
Künstliche Intelligenz (KI) hält längst Einzug in Schule und Hochschule – auch in den naturwissenschaftlichen Fächern. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurde in einem Lehramtspraktikum erprobt, wie sich KI-gestützte Tools wie Microsoft Copilot im Physikunterricht einsetzen lassen. Im Mittelpunkt stand dabei die Arbeit mit dem Mikrocontroller Arduino: ein vielseitiges Gerät, das Experimente, Projekte und Informatik-Grundlagen im Unterricht greifbar macht.
Vom Physikstudium ins Lehramt
Jonathan, Lehramtsstudent mit den Fächern Physik und Informatik, berichtet von seinen Erfahrungen im Praktikum. Ursprünglich kam er über sein Interesse an Mikrocontrollern wie Arduino, Raspberry Pi Pico und ESP zum Thema. Im Rahmen einer Bachelorarbeit entstand daraus ein Projekt: Arduino-Mikrocontroller mit KI-Unterstützung programmieren lernen.
KI als Unterstützung: Copilot im Einsatz
Damit Studierende schnell und niederschwellig in die Programmierung einsteigen können, wurde Copilot genutzt. Der Vorteil: Alle KIT-Studierenden haben Zugriff über ihren Uni-Account – ohne zusätzliche Hürden bei Anmeldung oder Datenschutz. Copilot basiert auf ChatGPT-4 und unterstützt beim Schreiben von Code, Debuggen und beim Erklären von Befehlen.
Besonders spannend: Mit sogenannten Prompt Patterns kann man die Zusammenarbeit mit der KI gezielt steuern. Beispiele sind:
Flip Interaction Pattern: Die KI stellt Fragen, bis genug Informationen vorliegen, um ein lauffähiges Programm zu schreiben.
Persona Pattern: Die KI nimmt verschiedene Rollen ein, etwa als Lehrer, Schüler oder Experte, und gibt Feedback aus einer neuen Perspektive.
Lernen mit und durch KI – aber nicht nur durch KI
Die Ergebnisse des Praktikums zeigen: KI kann den Einstieg erleichtern, indem sie Vorschläge macht, Code erklärt und Projekte beschleunigt. Doch ein Problem bleibt: Wer sich nur auf die KI verlässt, lernt selbst wenig Programmieren.
Das Feedback der Studierenden war eindeutig: Ja, man fühlt sich sicherer im Umgang mit Arduino – aber die eigenen Programmierfähigkeiten haben sich kaum verbessert. Deshalb ist es entscheidend, KI ergänzend einzusetzen, nicht als Ersatz.
Chancen für den Physikunterricht
Trotz der Grenzen sehen viele Lehramtsstudierende Potenzial:
Niedrigere Einstiegshürden: KI nimmt Anfängern die Angst vor komplexem Code.
Fehleranalyse: Schüler:innen können sich Code Schritt für Schritt erklären lassen.
Kreative Projekte: Von Wetterstationen bis zu LED-Spielen lassen sich Ideen schneller umsetzen.
Gerade im Fach Naturwissenschaft und Technik (NwT) oder im Physikunterricht können solche Ansätze Neugier wecken und Eigeninitiative fördern.
Fazit: KI als Werkzeug, nicht als Ersatz
Das Experiment am KIT zeigt: KI kann den Physik- und Informatikunterricht bereichern – wenn Lehrkräfte sie bewusst und reflektiert einsetzen. Programmieren lernen bleibt ein unverzichtbarer Bestandteil, aber KI kann als „digitaler Assistent“ helfen, Motivation zu steigern und Projekte zugänglicher zu machen.
