KI für Mathe und Physik im Unterricht prüfen

Das Problem

Frau Keller unterrichtet Mathematik und Natur und Technik an einer Sekundarschule. Einige Lernende lassen sich Aufgaben längst von KI-Programmen lösen und erklären. Sie hat gesehen, dass die Erklärungen oft gut klingen. Beim Nachrechnen fand sie aber einen Vorzeichenfehler und eine Einheit, die nicht stimmte. Die KI hatte beides im selben freundlichen, sicheren Ton präsentiert.

Der Kern des Problems: Ein Sprachmodell (so heisst die Technik hinter Chat-Assistenten) erzeugt Text, der zum Zusammenhang passt. Es rechnet nicht im mathematischen Sinn, sondern setzt wahrscheinliche Wörter und Zahlen aneinander. Bei einfachen Aufgaben stimmt das Ergebnis oft, bei mehrstufigen Rechnungen, ungewohnten Angaben oder Einheitenumrechnungen steigt das Risiko für Fehler.

Für den Unterricht ist das zugleich Risiko und Chance. Das Risiko: Lernende übernehmen falsche Wege, ohne es zu merken. Die Chance: Das Prüfen von Erklärungen ist selbst Mathematik und Physik, denn dabei üben sie Plausibilität, Modellannahmen und Fehlersuche.

So lösen Sie es mit KI – Schritt für Schritt

1. Lernziel zuerst klären. Was sollen die Lernenden können, mit oder ohne KI? Im Lehrplan 21 stehen im Fachbereich Mathematik und in Natur und Technik Kompetenzen wie Argumentieren, Modellieren oder Untersuchen. Entscheiden Sie, ob die KI dieses Ziel stützt (zum Beispiel beim Vergleichen von Lösungswegen) oder unterläuft (wenn sie die Denkarbeit abnimmt).

1. Aufgabe selbst lösen. Rechnen Sie vor jedem Einsatz die Aufgabe mit Ihrer eigenen Lösung durch. Ohne Referenz können Sie die Antwort der KI nicht beurteilen.

1. Erklärung mit klarer Anweisung erzeugen. Verwenden Sie die Vorlage unten: Stufe, Thema, Schritte, Probe, Rückfrage bei fehlenden Angaben. Verwenden Sie ausschliesslich selbst formulierte Aufgaben, nie Arbeiten von Lernenden.

1. Vier Prüfungen durchführen. (a) Gegenprobe: Ergebnis in die Ausgangsgleichung einsetzen. (b) Einheiten: Stimmen sie in jedem Schritt? (c) Überschlag: Passt die Grössenordnung? (d) Plausibilität: Ist das Resultat im Alltag denkbar? Ein Überschlag ist eine grobe Rechnung im Kopf, die zeigt, ob ein Ergebnis überhaupt in Frage kommt.

1. Fehler festhalten. Notieren Sie, wo und warum die KI danebenlag. Typische Muster: Vorzeichen, Stellenwerte, Einheiten, falsche Formel, unzulässige Annahme.

1. Fehler zu Unterrichtsmaterial machen. Zeigen Sie der Klasse eine KI-Lösung mit einem Fehler und lassen Sie ihn suchen. Das schult das kritische Lesen. Anregungen: Mathematische Fehlerbeispiele mit KI gezielt konstruieren.

1. Modellannahmen sichtbar machen. In der Physik gelten Ergebnisse nur unter Annahmen, etwa «ohne Luftwiderstand». Fragen Sie: Welche Annahmen hat die Erklärung getroffen, und gelten sie hier? Mehr dazu in Naturwissenschaftliche Modelle mit KI auf Grenzen prüfen.

1. Regeln für die Lernenden vereinbaren. Ein bewährter Dreischritt: erst selbst versuchen, dann KI oder Mitschüler fragen, dann das Ergebnis eigenständig prüfen. Legen Sie fest, wann KI erlaubt ist und wann nicht, und sprechen Sie es mit Schulleitung und Eltern ab.

Vorlage zum Kopieren

Du unterstützt mich als Lehrperson bei der Vorbereitung. Stufe: [z. B. 9. Klasse, Sekundarschule]. Fach: [Mathematik / Physik]. Thema: [z. B. lineare Gleichungen / gleichmässig beschleunigte Bewegung].

Aufgabe (frei formuliert, ohne Personendaten): [Aufgabentext mit Zahlen und Einheiten]

Aufgabenstellung an dich:
1. Löse die Aufgabe in nummerierten Schritten und begründe jeden Schritt in einem Satz.
2. Schreibe zu jeder Grösse die Einheit und rechne Einheiten mit.
3. Führe am Ende eine Probe und einen Überschlag durch.
4. Nenne alle Annahmen, die du triffst (z. B. «ohne Reibung»).
5. Wenn eine Angabe fehlt oder mehrdeutig ist, frage nach, statt etwas zu erfinden.
6. Markiere Schritte, bei denen du unsicher bist.
Verwende nur Verfahren, die zu dieser Stufe passen.

Ersetzen Sie die Platzhalter und vergleichen Sie das Ergebnis immer mit Ihrer eigenen Lösung.

Worauf Sie achten müssen

• Fachliche Richtigkeit: KI-Antworten können falsche Rechenwege, erfundene Formeln oder unpassende Näherungen enthalten. Setzen Sie sie nie ungeprüft im Unterricht ein.
• Alltagsvorstellungen: Lernende bringen Vorstellungen mit, die vom physikalischen Modell abweichen («schwerere Körper fallen schneller»). KI kann solche Vorstellungen unbemerkt bestärken oder sauber erklären. Vergleichen Sie mit der Erklärung im Unterricht (Alltagsvorstellungen mit KI sichtbar machen).
• Eigenständiges Denken: Wenn die KI Lösungen liefert, bevor Lernende es versucht haben, fehlt die Denkarbeit, die Verstehen erst ermöglicht. Setzen Sie KI für Rückmeldung, Vergleich und Fehlersuche ein, nicht als Ersatz für das Versuchen.
• Datenschutz: Geben Sie keine Namen, Noten oder Leistungsdaten von Lernenden in öffentliche KI-Dienste ein, und fotografieren Sie keine Hefte oder Prüfungen mit Namen. Welche Werkzeuge erlaubt sind, regeln Kantone und Schulen unterschiedlich; fragen Sie bei der Schulleitung nach (siehe Quellen).
• Alter und Zugang: Viele Dienste haben Altersgrenzen und verlangen ein Konto. Klären Sie vor dem Einsatz mit Lernenden, ob das für Ihre Klasse zulässig ist.
• Bildungsgerechtigkeit: Nicht alle Lernenden haben zu Hause Geräte oder Unterstützung. Aufgaben müssen auch ohne KI lösbar sein.

Ein Beispiel aus der Praxis

Ein Beispiel: Frau Keller bereitet in der 9. Klasse eine Physiklektion zum Bremsweg vor. Sie gibt der KI die Aufgabe: Ein Auto fährt mit 50 km/h und bremst mit der angenommenen Verzögerung von 5 m/s². Wie lang ist der Bremsweg?

In einer ersten Antwort rechnet die KI mit 50 statt mit 13,9 m/s und kommt auf einen Bremsweg von 250 Metern. Frau Keller erkennt es am Überschlag: Das wäre länger als ein Fussballfeld. Richtig sind rund 19 Meter. Sie zeigt die fehlerhafte Lösung in der Klasse und lässt die Lernenden den Fehler suchen. Sie finden ihn nach wenigen Minuten, und die Klasse formuliert gemeinsam eine Regel: «Einheiten umrechnen, bevor man rechnet.» Frau Keller hält fest: Der Fehler hat mehr gelehrt als die richtige Lösung.

So hilft Ihnen Alpasana

Wenn Sie Aufgaben für Mathematik- und Physikunterricht mit KI vorbereiten, zeigt Prompt Engineering, wie Sie Aufträge strukturieren und Ergebnisse prüfen. Datenschutz wird berücksichtigt; welche Werkzeuge Ihre Schule freigibt und wie Sie diese pädagogisch einsetzen, entscheiden Sie mit der Schulleitung.

Häufige Fragen

Kann KI mathematisch wirklich rechnen?

Ein Sprachmodell erzeugt Text und rechnet nicht im strengen Sinn. Manche Werkzeuge ergänzen es um Rechenprogramme, was die Verlässlichkeit bei Zahlen erhöhen kann. Dennoch gilt: Prüfen Sie das Ergebnis immer selbst, zum Beispiel mit Taschenrechner, Gegenprobe oder einer Software wie GeoGebra.

Sollen Lernende KI bei den Hausaufgaben nutzen dürfen?

Das entscheidet Ihre Schule. Sinnvoll ist eine klare Regel: erlaubt zum Vergleichen und Prüfen nach eigenem Versuch, nicht zum Abschreiben der Lösung. Die Regel besprechen Sie mit der Klasse und kommunizieren sie den Eltern.

Wie bewerte ich Leistungen, wenn KI im Spiel ist?

Bewerten Sie den Prozess mit: Lösungsweg, Begründung, mündliche Erklärung. Prüfungen, die das Verstehen sichern sollen, finden ohne KI statt. Wie Sie Aufgaben dafür gestalten, ist je nach Kanton und Schule verschieden geregelt.

Was ist mit jüngeren Kindern?

Je jünger die Kinder, desto wichtiger sind Begleitung durch Erwachsene und der Datenschutz. In der Primarschule steht das konkrete Handeln mit Material im Vordergrund; KI dient höchstens der Lehrperson zur Vorbereitung. Für Physikaufgaben gibt Physikaufgaben mit KI lösen und verstehen weitere Hinweise.