Warum Daten- und KI-Kompetenz wichtige Fähigkeiten für K-12-Schüler sind

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Jeden Tag werden dem Internet 402,74 Billionen Bytes an Daten hinzugefügt, was für K-12-Schüler eine gewaltige Herausforderung darstellt. Die neuen Informationen liefern enorme neue Wissensbestände, sind aber auch ein Nährboden für Desinformation, Eindringlinge und Betrügereien. Wie können Kinder ihre Ausbildung trotz dieser überwältigenden Datenflut gestalten?

Bildungsexperten sagen, die Antwort liege im Erwerb von Daten- und KI-Kenntnissen. Sie argumentieren, dass solche Fähigkeiten zu einem verbesserten kritischen Denken, akademischen Fortschritten und Karriereaussichten führen.

Leider hinken US-Schulen bei der Vermittlung von Datenkompetenz hinter anderen Ländern zurück. A Bericht 2022 von DataScience 4 JederEine Koalition, die den Zugang zu datenwissenschaftlicher Bildung erweitern möchte, zeigt, wie andere Länder Daten- und KI-Kompetenzbildung für Kinder in der gesamten K-12-Klasse umsetzen. Von kanadischen Viertklässlern, die im Naturwissenschaftsunterricht über die Bedeutung von Daten lernen, bis hin zu chinesischen Mittel- und Oberstufenschülern, die neue Lehrbücher zum Thema KI erhalten, haben eine Reihe von Ländern bereits neue Lehrpläne, Standards und Unterrichtsstrategien eingeführt, um ihren Schülern dabei zu helfen, diese äußerst wichtigen Themen zu meistern Fähigkeiten.

Was ist Datenkompetenz überhaupt?

Datenkompetenz ist ein täuschend einfaches Konzept. Einerseits bedeutet es genau das, wonach es klingt. Andererseits beinhaltet es ein so umfangreiches Spektrum an akademischen und kritischen Denkfähigkeiten, dass es hilfreich ist, es aufzuschlüsseln.

• Daten bezieht sich auf Informationen in jeglicher Form: Wörter, Bilder, Zahlen, Statistiken, Diagramme und Grafiken, Audio, Video usw.
• Alphabetisierung ist die Fähigkeit, neue Informationen zu lesen, zu verstehen, zu analysieren, zu hinterfragen und zu kommunizieren.
• Datenkompetenz ist die Fähigkeit, Daten auf produktive Weise zu erforschen, zu analysieren, zu verstehen und mit ihnen zu kommunizieren.

Datenkompetenz umfasst sowohl eine Sammlung technischer Fähigkeiten als auch alle Denk- und Kommunikationsfähigkeiten, die erforderlich sind, um Daten in der realen Welt nutzbar zu machen.

Kristin Hunter-Thomson ist eine ehemalige Lehrerin und Forscherin, die jetzt mit ihrem Unternehmen Dataspire daran arbeitet, Pädagogen dabei zu helfen, Datenkompetenz zu verstehen und in ihre Klassenzimmer zu integrieren. „Ich gehe Datenkompetenz aus der Perspektive an, dass jeder Bürger im 21. Jahrhundert über Datenkompetenz verfügen sollte, genauso wie wir lesen, schreiben und rechnen können“, erklärt sie. „Viele Menschen stellen sich Datenkompetenz als große Datensätze vor, die die Entscheidungsfindung in Unternehmen vorantreiben, aber ich denke darüber nach, welche Datenvisualisierungen auf Ihrer Stromrechnung, auf Ihrer Smartwatch oder in den Nachrichten angezeigt werden. Wenn man Schülern Datenkompetenz vermittelt, lernt man ihnen die Sprache der Daten bei, damit sie ihr Leben in unserem datenreichen 21. Jahrhundert erfolgreich meistern können.“

Mit anderen Worten: Datenkompetenz kann nicht im luftleeren Raum vermittelt werden. Es handelt sich um Fähigkeiten, die erst erlernt werden können, wenn viele andere Fähigkeiten vorhanden sind, darunter:

• Forschung. Die Schüler müssen verstehen, wie sie Informationen finden, nicht nur durch Googeln oder ChatGPTing eine Abfrage, sondern indem sie ihre Suchanfragen lokalisieren.
• Versierte Informationskonsumenten sein. Sobald die Informationen präsentiert werden, müssen die Schüler lernen, verschiedene Quellen zu bewerten: Sind sie gültig? Was ist ihr Standpunkt? Woher kommen die Informationen? Die Beantwortung dieser Fragen erfordert Fachkenntnisse (einschließlich akademischer Fächer wie Geschichte oder Naturwissenschaften und aktueller Ereignisse wie Nachrichten oder technologische Trends).
• Kritisches Denken. Bei der Analyse von Informationen müssen die Schüler wissen, wie sie Annahmen hinterfragen und bei der Bewertung der gefundenen Informationen Logik anwenden können.
• Technische Gewandtheit. Die Studierenden benötigen eine Reihe technischer Fähigkeiten, um Daten zu verstehen und zu bearbeiten, einschließlich der Verwaltung von Datensätzen, der Analyse vorhandener Daten, der Lagerhaltung und der Organisation von Daten. Um aus den Daten Bedeutung zu gewinnen, müssen sie mit einer Vielzahl datenbezogener technischer Tools vertraut sein (z. B. Excel, Tabellen, Tableau, Mixpanel) und benötigen möglicherweise Programmierung, Statistik, Algebra oder Analysis.
• Kommunikation ist unerlässlich. Um wirklich datenkompetent zu sein, müssen Studierende in der Lage sein, mit anderen über ihre Arbeit, Erkenntnisse und Denkprozesse zu kommunizieren. Dies erfordert ausgeprägte Kommunikationsfähigkeiten, darunter aktives Zuhören, Schreiben, öffentliches Reden und Präsentationsdesign – einschließlich Visualisierung.

Mit diesen Fähigkeiten können Studierende auf intelligente und sinnvolle Weise mit Daten interagieren. Reichen diese Fähigkeiten aus, damit Ihr Kind auf eine Welt voller sich schnell verändernder Berufe und Technologien vorbereitet ist? Nicht ganz. Mit dem Aufkommen der künstlichen Intelligenz (KI) argumentieren Experten, dass Schüler auch KI-Kenntnisse benötigen, um sich in der Technologie zurechtzufinden, die voraussichtlich alles auf den Kopf stellen wird, von Büroarbeit und Lkw-Fahren bis hin zu Medizin und Fertigung.

Was ist KI-Kompetenz?

Künstliche Intelligenz (KI), die transformative Technologie, die es Computern ermöglicht, durch die Organisation riesiger Datenmengen menschenähnliche Aufgaben auszuführen, hat bereits das Leben vieler Schüler verändert. Laut a ACT-Umfrage 2023Ungefähr 46 Prozent der Oberstufenschüler haben ein KI-Tool (am häufigsten ChatGPT) verwendet, wobei Schularbeiten der Hauptgrund dafür waren. Da so viele Oberstufenschüler bereits KI nutzen, liegt es auf der Hand, dass sie sich auch KI-Kenntnisse aneignen sollten.

KI-Kenntnisse umfassen sowohl die Fähigkeit:

• verstehen, wie künstliche Intelligenz funktioniert; Und
• setzen KI-Technologien kompetent ein.

Viele grundlegende kritische Denkfähigkeiten, die für die KI-Kompetenz erforderlich sind, ähneln denen, die für die Datenkompetenz erforderlich sind, aber Studierende benötigen zusätzliche technische Fähigkeiten und Kenntnisse über künstliche Intelligenz, um KI effektiv und ethisch nutzen zu können.

Als Beispiel für einen KI-fokussierten Lehrplan: InspirierenEin Online-Programm, das von Studenten und Absolventen von Stanford, Harvard und MIT unterrichtet wird, bietet Fünft- bis Siebtklässlern eine KI-Ausbildung, die mit dem Erlernen blockbasierter Programmiertools beginnt und sich zu Modellen des maschinellen Lernens für Chatbots und selbstfahrende Autos entwickelt. Für Siebt- und Achtklässler umfasst der Inspirit-Lehrplan das Programmieren in Python und RunDexter, das Training von KI zur Bekämpfung von Krankheiten oder zum Verstehen der menschlichen Sprache sowie die Anwendung von Algorithmen auf Datensätze aus der realen Welt. Kurse für Oberstufenschüler Bieten Sie kleine, von Mentoren geleitete Gruppen an, die KI nutzen, um sozial nützliche Projekte zu entwerfen, die am letzten Kurstag Eltern und Gästen vorgestellt werden.

Hunter-Thomson, Gründer von Dataspire, glaubt, dass Lehrer den Schülern helfen müssen, zu verstehen, wie KI durch vorherige menschliche Eingaben trainiert wird und wie sie kritisch über KI-Tools und -Ergebnisse nachdenken können. Im Zeitalter der KI, in dem es möglicherweise weniger Transparenz über Informationsquellen gibt, ist es ihrer Meinung nach wichtig, dass Schüler verstehen, „woher online geteilte Informationen kommen, wie sie erstellt werden und wie die Quelle überprüft werden kann“, da KI unbeabsichtigt Unwahrheiten erzeugen kann und kann leicht zur Täuschung genutzt werden.

Die Vorteile von Datenkompetenz und KI-Kompetenz

• Akademische Gewinne. Das Thinking With Data-Projekt führte 2012 ein quasi-experimentelle Studie Hier lernten Siebtklässler an zwei verschiedenen Schulen in Ohio Datenkompetenz in den Bereichen Mathematik, Naturwissenschaften, Englisch und Sozialkunde, während die Schüler der Kontrollgruppe keine Datenkompetenz erlernten. Die Schüler, die Datenkompetenz erlernten, erzielten letztendlich höhere Testergebnisse sowohl in Mathematik als auch in Sozialkunde als die Kontrollgruppe.
• Ethische Denkfähigkeiten. Einige Untersuchungen deuten darauf hin, dass Datenkompetenz auch das ethische Verständnis von K-12-Schülern fördert. Zum Beispiel in einem Studie 2022Forscher des Massachusetts Institute of Technology und des Boston College fanden heraus, dass KI-Kenntnisse in der Mittelstufe den Schülern dabei halfen, Vorurteile zu erkennen und ethische und gesellschaftliche Bedenken zu verstehen.
• Zukunftsaussichten. Datenkompetenz kann auch dafür sorgen, dass Studierende über entscheidende Fähigkeiten für ihre Karriere verfügen. Der Bericht zur Datenkompetenz 2023 befragte 558 Unternehmensführer in den USA und im Vereinigten Königreich zum Bedarf an Datenkompetenzkompetenzen bei der Einstellung neuer Mitarbeiter. Dem Bericht zufolge wären 66 Prozent der Wirtschaftsführer „bereit, Kandidaten mit ausgeprägten Datenkompetenzkenntnissen ein höheres Gehalt zu zahlen“. 77 Prozent der Unternehmensleiter schlugen eine Gehaltserhöhung von 10 bis 15 Prozent für Kandidaten mit Datenkenntnissen vor, und etwa 25 Prozent sagten, sie würden einen Einstellungsbonus von 30 Prozent anbieten. Darüber hinaus ist die US-Büro für Arbeitsstatistik zeigt, dass das aktuelle Durchschnittsgehalt für den Beruf „Data Scientist“ bei 108.000 US-Dollar liegt und prognostiziert, dass der Beruf zwischen 2022 und 2032 um 35 Prozent wachsen wird – wobei verwandte Bereiche ebenfalls stark nachgefragt werden und hohe Gehälter verdienen.

Wo stehen die USA im Vergleich zu anderen Ländern bei der Vermittlung von Datenkompetenz?

In Ländern auf der ganzen Welt drängen Schulen darauf, Daten- und KI-Kompetenz zu vermitteln. In Deutschland absolvieren alle Schüler ab der fünften Klasse ein einjähriges Data-Science-Projekt mit Schwerpunkt auf maschinellem Lernen und Datenexploration. In weiterführenden Schulen im Vereinigten Königreich lernen Schüler, geografische Informationssysteme (GIS) zu nutzen, um geografische Daten zu sammeln, zu kartieren, zu analysieren, zu bearbeiten und zu visualisieren. In der neunten Klasse studieren Schüler in Indien Ethik in Datenwissenschaft.

Andere Nationen sind führend im Bereich der Daten- und KI-Ausbildung. China veröffentlichte 2018 KI-Lehrbücher für Schüler der Mittel- und Oberstufe und stufte gleichzeitig Geometrie, Algebra und Analysis von Pflichtkursen auf optionale Kurse herab. Auch Fragen im Zusammenhang mit diesen herabgestuften Mathematikkursen wurden aus der Hochschulaufnahmeprüfung entfernt und teilweise durch Fragen im Zusammenhang mit der Datenanalyse ersetzt.

Ebenso weitreichend ist das von Singapur „Smart Nation“-Strategie. Die Initiative hilft Lehrern, KI zu nutzen, um den Unterricht an jeden Schüler anzupassen, insbesondere an Schüler mit besonderen Bedürfnissen. KI-„Begleiter“ geben individuelles Feedback, um jeden Schüler zu motivieren, nachdem sie ermittelt haben, wie sie auf Unterrichtsaktivitäten und -materialien reagieren. Ähnlich, Südkorea plant, jedem Schüler einen KI-Lehrer zur Seite zu stellen, der sein spezifisches Lernverhalten versteht und ihn bei personalisierten Hausaufgaben anleitet. Darüber hinaus haben sie sich verpflichtet, bis 2025 landesweit KI als Fach in den K-12-Lehrplan zu integrieren.

In Neuseeland nehmen jedes Jahr 30.000 Grund- und Sekundarschüler am Projekt „Census at School“ teil, das anhand der von ihnen gesammelten Daten Datenwissenschaft, Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik lehrt. In Neuseeland gibt es auch Frühförderungszentren, in denen Datenkompetenz als Sprachform für Kinder im Alter von 4 und 5 Jahren eingeführt wird. „Die Arbeit, die die Menschen in Neuseeland leisten … ist wirklich spannend und treibt den Bereich voran“, teilt Kristin Hunter mit. Thomson von Dataspire.

Langsamerer Fortschritt in den USA

Amerikanische Schulen liegen hinter den oben aufgeführten Nationen zurück, es werden jedoch Anstrengungen unternommen, um aufzuholen. In den USA wurde eine „Datenkompetenzkrise“ angekündigt, nachdem die Mathematikergebnisse von 15-Jährigen während der Covid-19-Pandemie um 13 Punkte eingebrochen waren. Um dem entgegenzuwirken, hat eine überparteiliche Gruppe von Gesetzgebern die Verabschiedung von unterstützt HR 1050das Data Science and Literacy Act. Der Gesetzentwurf würde Mittel für die Entwicklung von Lehrplänen für Datenkompetenz, den Kauf hochwertiger Lernmaterialien sowie die Einstellung und Ausbildung von Dozenten für Datenwissenschaften bereitstellen. Der Gesetzentwurf soll voraussichtlich im September 2024 im US-Senat eingebracht werden.

Mittlerweile setzt sich die Datenkompetenz auch auf Landes- und Bundesebene allmählich durch. Karte von Data Science für alle weist darauf hin, dass bis März 2024 ein Dutzend Bundesstaaten Datenwissenschaft in ihre Kurskataloge aufgenommen haben, neun weitere Pilotkurse oder berufliche Fortbildungen für Lehrer im Bereich Datenkompetenz hinzugefügt haben und sechs weitere an der Einführung von Standards arbeiten. Zarek Drozda, Direktor von Data Science for Everyone, bemerkte ebenfalls in a aktuelles Interview mit Ed-Woche dass 19 Bundesstaaten über einen Fachkodex verfügen, der es ihnen ermöglicht, ihren Schülern Programme zur Datenkompetenz und Datenwissenschaft anzubieten.

Die KI-Kompetenz hinkt noch weiter hinterher. Im November 2023 hat das National Artificial Intelligence Advisory Committee (NAIAC) einen Bericht veröffentlicht das eine Ausbildung in KI-Kompetenz empfiehlt. Leider priorisiert der NAIAC-Vorschlag College- und Universitätsstudenten und ignoriert K-12-Studenten nahezu.

Wie sieht die Zukunft der Daten- und KI-Kompetenz in den Klassenzimmern unserer Kinder aus? Um ein altes Klischee zu paraphrasieren: KI ist die Grenze. So wie KI selbst unsere Wirtschaft, unsere Arbeitsplätze und unsere alltäglichen Werkzeuge verändert, ist es unvermeidlich, dass sie letztendlich auch die Art und Weise verändert, wie unsere Kinder lernen. Die Frage bleibt: Wie schnell werden sich Amerikas Schulen und Familien anpassen?

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