Girls‘ Day 2024

Am diesjährigen Girls‘ Day, dem 25. April 2024, durften wir am Institut für Informatik 20 Mädchen begrüßen. Sie konnten eines von vier Angeboten wahrnehmen: Generative KI – eigene Bilder mit Künstlicher Intelligenz erstellen; Ameisenbasierte Programmierung; Wie denkt eigentlich ein Computer?; Programmierung einer Modelleisenbahn und eines Marienkäfers. Details sind unten zu finden!

Wir freuen uns schon jetzt auf den nächsten Girls‘ Day am 03.04.2025!

Wie denken eigentlich Computer?

Mit dem Online-Angebot Wie denken eigentlich Computer? haben 12 Schülerinnen einen Einblick in die Informatik bekommen, indem sie Programme in Python geschrieben haben.
Eingangs haben sich die Schülerinnen erarbeitet, wie Computer denken. Sie haben anhand eines Pfannkuchenrezepts festgestellt, dass Computer nicht selber denken, sondern konsequent vorgegebene, technische und konkrete Anweisungen ausführen. Nachdem sie dann ein Verständnis von Datentypen und Variablen erlangt hatten, konnten sie gemeinsam ein computertaugliches Pfannkuchenrezept zusammenstellen.
Für diese praktischen Programmiererfahrungen nutzten die Schülerinnen die Website online-python.de, sodass jede Schülerin zuhause ohne Installation zusätzlicher Software und ohne Anmeldung eigene Programme entwickeln und ausführen konnte. In einer ersten Programmierrunde implementierten die Schülerinnen einen Taschenrechner und lernten dabei das Konzept der Funktion kennen. In der nächsten Runde lernten sie If-Statements kennen und nutzten diese, um einen ChatBot zu entwickeln, welcher seine Begrüßung der Tageszeit anpasste. Der ChatBot wurde mit unterschiedlichen Lieblingsessen, Hobbies etc. ausgeschmückt. Zum Beispiel hatte ein ChatBot einer Schülerin ein Vorliebe für Pizza, während ein anderer seiner Freizeit am liebsten ritt. In der dritten Runde haben sich die Schülerinnen erarbeitet, wie man Bibliotheken (Libraries) nutzt, also wie man bereits bestehenden Code in die eigene Arbeit integriert. Und das mit Ziel, in dieser Runde ein Rate-Spiel zu implementieren. Dabei denkt sich der Computer eine beliebige Zahl zwischen 0 und 100 aus und die Spielerin hat 5 Versuche, um die Zahl zu erraten. Die Schülerinnen, die ihr Programm um wertvolle Rate-Tipps ergänzten, konnten dann schließlich auch beim Raten gegen den Computer gewinnen.

Kara, der programmierbare Marienkäfer und endliche Automaten

In diesem Angebot sind zwei motivierte Teilnehmerinnen in die Welt des Marienkäfers Kara eingetaucht, haben diese gestalten und programmieren. Mit Kara haben sie verschiedene Aufgaben erledigt, zum Beispiel Kleeblätter sammeln, durch die Welt laufen und mit anderen Objekten, wie Pilzen oder Bäumen, interagieren.
Gesteuert wird Kara jedoch nicht mit einer üblichen Programmiersprache, wie sie vielleicht bereits aus dem Unterricht bekannt ist, sondern mit endlichen Automaten, einem sehr einfachen, aber auch gleichzeitig mächtigem Berechnungsmodell der theoretischen Informatik.

Beide Schülerinnen konnten schnell bereits kompliziertere Probleme in der spielerischen Lernumgebung lösen. Rechts im Bild sieht man zum Beispiel eine Welt, in der Kara einen Rundgang durchläuft und dabei das Kleeblatt finden muss. Besonders gefallen hat allen die Kreativität, die diese Umgebung zulässt. Man kann eigene Welten und Hindernissparcours für Kara erstellen und auf viele verschiedene Arten Probleme lösen, neue Herausforderungen finden und direkt ausprobieren, was Kara tut, wenn der Automat ausgeführt wird.

Modelleisenbahn

Mithilfe einer großen Modelleisenbahn haben sich die Schülerinnen das Konzept von eingebetteten und Echtzeitsystemen angeschaut. Schnell wurde die Steuerungstechnik unter dem Tisch entdeckt und begutachtet. Nach ein paar Erklärungen, unter anderem warum der ICE nicht an das Schienennetz angeschlossen war, haben sie sich dann en Streckenplan angeschaut, um nachzuvollziehen, welche Gleise wie mit welchen Bahnhöfen verbunden sind.

Mit dem besseren Überblick sind sie dann an den Computer gegangen, um die Bahn zu programmieren. Erst gab es eine kurze Einführung in die railsl Programmiersprache mit Hinweisen, worauf geachtet werden muss: Weichen richtig einstellen, alle notwendigen Streckenabschnitte aktivieren und sicherstellen, dass die Richtung und Geschwindigkeit jeweils richtig ist. Das Allerwichtigste bei einem System mit Hardware, die bei falscher Bedienung kaputtgehen kann, war natürlich die Simulation.

Nun durften die Schülerinnen selber tätig werden. Ein Zug fuhr bereits und sie hatten die Aufgabe, einen weiteren Zug gleichzeitig fahren zu lassen, mit einem kurzen Zwischenstopp in der Mitte. Die Sprache und die Steuerung der Bahn hatten sie schnell verstanden und es wurde festgestellt, dass es sich definitiv doch lohnen würde, das Zehnfingersystem zu lernen. Nach ein paar Simulationen und Fehlerbehebungen konnten die Mädchen dann ihr Werk bewundern und zuschauen, wie beide Züge gleichzeitig losfuhren und aneinander vorbei im Kreis fuhren.

Generative KI – Eigene Bilder mit Künstlicher Intelligenz erstellen

Beim Girls‘ Day in der Arbeitsgruppe Visual Computing & AI und Marine Data Science erwartete die Schülerinnen ein Einblick in die Welt der Bildverarbeitung und ihrer vielfältigen Anwendungen. Zu Beginn erlangten sie ein Verständnis für die Grundlagen: Was genau ist ein Pixel? Wie werden Farben mithilfe von RGB erzeugt? Sie lernten, dass Bilder letztendlich für den Computer als Zahlen interpretiert werden und wie diese Zahlen zur Berechnung genutzt werden können. Außerdem erkundeten wir, wie eine Künstliche Intelligenz Objekte anhand von visuellen Merkmalen, sogenannten „Features“, erkennen kann. Spielerisch näherten wir uns einem anschaulichen Klassifizierungsproblem und dem „Supervised Learning“, um zu zeigen, wie eine Künstliche Intelligenz trainiert werden kann. Dabei lag ein besonderer Fokus darauf, den Prozess vom „Bild zum Text“ und auch umgekehrt vom „Text zum Bild“ zu verstehen.

Das Highlight des Tages war zweifellos die Gelegenheit, eine Text2Image-KI selbst zu verwenden, mit welcher die Schülerinnen mit großer Begeisterung ihre eigenen kreativen Bilder generieren konnten. Zum Abschluss wollten sie wissen, was die praktischen Anwendungen des Gelernten in unserem Arbeitsalltag sind. Daher gaben wir ihnen einen Einblick in unsere spezifischen Anwendungsbereiche, wie in der Medizin, Meeresforschung und Wildfeuer-Simulation. Dadurch konnten wir verdeutlichen, wie vielfältig die Anwendung sein kann und welchen Beitrag sie zu wichtigen gesellschaftlichen Herausforderungen leisten kann.

Ameisenbasierte Programmierung

Die Schülerinnen haben sich die Grundlagen und Hintergründe der ameisenbasierten Programmierung angeguckt. Mithilfe von Ameisen lassen sich mit simplen Regeln komplexe Aufgaben, wie die Suche nach kürzesten Wegen zwischen vielen Punkten lösen. Mit der Programmiersprache Python und der Mesa Bibliothek haben wir Ameisen nach Nahrung suchen und Objekte sortieren lassen. Außerdem haben wir uns gemeinsam Simulationen von Räuber-Beute-Verhalten oder Conway’s Game of Life betrachtet.

Die Schülerinnen haben in kurzer Zeit grundlegende Programmierkonzepte wie Variablen, Schleifen, oder bedingte Anweisungen kennen gelernt und diese auch direkt genutzt um ihre Ameisen zunehmend komplexe Probleme lösen zu lassen.