Arbeitsblatt: Künstliche Intelligenz

Lernziele KI 1. Du erklärst in eigenen Worten, was der Unterschied zwischen einem «normalen» Computer und einer künstlichen Intelligenz ist. 2. Du nennst Beispiele aus dem Alltag/Berufsleben, bei dem KI genutzt wird. 3. Du nennst mind. 3 Vorteile (Chancen) und 3 Nachteile (Gefahren) von KI. 4. Du kannst deine eigene Meinung zu KI mit Hilfe von sinnvollen Argumenten vertreten. 5. Du weissst und erklärst in eigenen Worten, was ein GPT wie bspw. ChatGPT ist. 6. Du nennst Situationen im Alltag, bei denen ein Chatbot genutzt wird. 7. Du kannst mind. 2 Vor- und 2 Nachteile von Chatbots nennen. 8. Du kannst die geschichtlichen Ereignisse in der KI-Forschung in die richtige Reihenfolge setzen. 9. Du kannst die Fachbegriffe Algorithmus, machine learning, supervised learning, unsupervised learning, reinforcement learning und deep learning einer passenden Erklärung zuordnen. 10.Du kennst den Unterschied zwischen starker und schwacher KI. 11.Du kannst erklären, warum KI im Alltag so extrem präsent ist. 20 Dossier Künstliche Intelligenz Name: MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi Was ist eigentlich KI? Überall sieht und hört man von künstlicher Intelligenz. Sei es Harry Potter in verschiedenen Versionen, ein bearbeitetes Bild von Donald Trump oder ein Programm, das mit dir kommuniziert und/oder dir hilft, deine Hausaufgaben zu erledigenaber was bedeutet künstliche Intelligenz überhaupt und wo finden wir überall diese KI? 1. Bevor wir die Frage «Was bedeutet KI?» beantworten, besprichst du mit deinem Banknachbarn folgende Fragen. a. Bei welchen alltäglichen Sachen wird KI genutzt? b. Weisst du, wann du KI nutzt und wann nicht? c. Bei welchen Sachen weisst du zu 100%, dass du KI nutzt? 2. Schau dir nun das Video mit Hilfe des folgenden Links watch?vsDt5bTQBJis) an und notiere mindestens drei wichtige Informationen aus dem Video. 3. Beantworte nun folgende Fragen a. Ab wann spricht man von KI? Welche Beispiele werden genannt? b. Welche zwei Arten gibt es, damit eine Maschine KI-Aufgaben machen kann? c. Wie heisst diese Art von Lernverfahren? d. Welche alltäglichen Anwendungsbeispiele von KI werden im Video erwähnt? Nenne mindestens 5 Tätigkeiten. 4. Nun weisst du, was künstliche Intelligenz bedeutet. Schreibe in zwei Sätzen auf, was künstliche Intelligenz bedeutet. 5. Du weisst nun, wovon wir sprechen, wenn wir von künstlicher Intelligenz oder KI sprechen und hast auch schon einen ersten Eindruck erhalten, was KI alles kann. Schreibe nun in mind. 5 und maximal 10 Sätzen deine persönliche Meinung zur KI auf. Begründe deine Meinung mit Beispielen. Findest du KI hilfreich oder eher gefährlich? Chance 1 oder Gefahr MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi ChatGPT? In den kommenden Lektionen befassen wir uns mit dem Thema künstliche Intelligenz. Aktuell sind vor allem Chatroboter wie ChatGPT oder mit künstlichen Intelligenzen generierte Bilder in den Medien und sozialen Netzwerken präsent. Wir werden in dieser Unterrichtseinheit die KI genauer unter die Lupe nehmen. Was bedeutet KI überhaupt? Wann und wie entstand die Idee der KI? Wie lernt und trainiert eine KI? Welche Chancen und Gefahren bieten sich für unsere Zukunft? Wir starten gleich mit einer KI, welche momentan für Schlagzeilen sorgt: ChatGPT 1. Diskutiert zu zweit folgende Fragen: a. Hast du schon einmal ChatGPT genutzt? Wenn ja, für was? b. Warum hast du ChatGPt genutzt c. Warst du zufrieden mit den von ChatGPT gegebenen Antworten? 2. Für was steht die Abkürzung GPT? Notiere deine Vermutung. 3. In welchen Situationen kann ein Chatbot genutzt werden? 4. Arbeitet alleine. Entscheide dich für eine bestimmte Textsorte (bspw. Fabel, Bericht, Überzeugungsrede, Kurzgeschichte, Liebesbrief, Bewerbungsschreiben etc.). Logge dich auf einem Computer ein und besuche die Webseite chatgpt. Versuche nun mit Hilfe von präzisen Fragen den Text schreiben zu lassen. Wenn du zufrieden bist, kanst du den Text in dein OneNote hineinkopieren. 5. Wie nennt sich der Text, den du schreibst, wenn du von ChatGPT etwas verlangst? 6. Was ist wichtig, wenn du mit ChatGPT einen Text erstellst? 7. Warum habt ihr euch für diese Textversion entschieden? 6. Wo können solche Chatbots wie ChatGPT eingesetzt werden? 7. Welche Chancen und Gefahren birgt eine KI wie ChatGPT? Chancen/Vorteile: Gefahren/Nachteile: 2 MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi Die Geschichte der KI 1. Arbeitet zu zweit. Beide lesen Text durch. Anschliessend liest jeder von euch zwei verschiedene Texte. Markiert wichtige Informationen zu Meilensteinen der KI. 2. Fasse die gelesenen Texte in eigenen Worten zusammen. Anschliessend präsentiert ihr eure Texte gegenseitig, sodass die Texte – zusammengefasst habt. a) Der KI wird erstmals von John McCarthy, ein US-amerikanischer Logiker und Informatiker, im Jahre 1955 an einer Konferenz über KI als Begriff der Informatik erläutert. In seiner Annahme behauptet er folgendes: «Jeder Aspekt des Lernens und andere Eigenschaften von Intelligenz können im Prinzip so präzise beschrieben werden, dass eine Maschine sie simulieren kann.» b) Ende der 1960er Jahre haben KI-Wissenschaftler*innen gezeigt, dass damals ein einziges Neuron schon die elementare Entweder-OderLogik nicht lernen konnte und größere Neuronale Netze mit wenigen lokalen Vernetzungen in ihrer Ausdrucksfähigkeit beschränkt waren. Dies führte in den 1970er Jahren zur Stagnation der KI-Forschung und leitete den sog. ersten „KI-Winter ein. In den 1980er Jahren konzentrierte sich die Forschung auf Expertensysteme, die auf manuell eingegebenen logischen Regeln basierten, sowie auf manuell selektierte Merkmale. Es stellte sich jedoch heraus, dass ein konsistenter Ausbau größerer Wissensbasen immer schwerer wurde. Man erkannte, dass praktisch niemals alle denkbaren Vorbedingungen für eine Aktion explizit angegeben werden konnten. Zudem traten Probleme im Umgang mit neuen Informationen auf, die bereits Eingegebenem widersprachen. Das führte Ende der 1980er zum zweiten „KI-Winter. Erst um die Jahrtausendwende ermöglichten Fortschritte in den Computertechnologien mit dem Bereich des Machine Learnings das Lernen von sehr komplexen, sog. „tiefen künstlichen Neuronalen Netzen. Zusammen mit dem Aufkommen von „Big Data, also großen, analysefähigen Datenmengen, gelingt schließlich der Durchbruch von KI. 3 MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi c) Deep Blue war ein Schachcomputer, der vom amerikanischen Unternehmen IBM entwickelt wurde. Der Maschine gelang es 1996 als erstem Computer, den damals amtierenden Schachweltmeister Garri Kasparow in einer Partie zu schlagen. 1997 gewann Deep Blue gegen Kasparow einen ganzen Wettkampf aus sechs Partien unter Turnierbedingungen. Nach dem verlorenen Match meinte Kasparow, in manchen Zügen der Maschine hohe (menschliche) Intelligenz und Kreativität beobachtet zu haben und vermutete sogar, der Maschine sei während des Spiels von Menschen geholfen worden – was IBM zurückwies. Das Projekt kostete IBM insgesamt etwa 5 Millionen Dollar. Teile von Deep Blue sind heute in amerikanischen Museen in Washington, D.C. sowie im Computer History Museum im Silicon Valley zu sehen. 20 Jahre nach dem Wettkampf zog Kasparow seine Anschuldigungen zurück. d) Watson ist ein Computerprogramm aus dem Bereich der KI. Es wurde von IBM entwickelt, um Antworten auf Fragen zu geben, die in digitaler Form in natürlicher Sprache eingegeben werden. Zur Demonstration seiner Leistungsfähigkeit konkurrierte das Programm im Februar 2011 in drei ausgestrahlten Folgen der Quizsendung „Jeopardy! mit zwei menschlichen Gegnern, die in der Show zuvor Rekordsummen gewonnen hatten. Die Partie, für die ein Preisgeld von einer Million Dollar ausgelobt worden war, wurde in den Medien mit dem Duell des Schachweltmeisters Garri Kasparow gegen den Computer Deep Blue verglichen. Das System gewann das Spiel. Ziel des Projekts war es, eine hochwertige semantische Suchmaschine zu erschaffen, d.h. eine Maschine, die in natürlicher Sprache gestellte Fragen erfasst und versteht, und nicht nur enzyklopädisches Wissen abruft. Hierzu zählt auch, dass der Computer Ironie, Wortwitz und Zwischentöne begreift, fehlende Puzzlesteine entdeckt, zurückfragt und Assoziationsketten entwickelt. Kurzum, dass er mit einem Menschen redet und sinnvolle Antworten gibt. Eine solche Software kann in vielen Bereichen, etwa der medizinischen Diagnostik, komplexe Entscheidungen unterstützen, insbesondere wenn diese unter Zeitdruck getroffen werden müssen. 4 MIA 5 Künstliche Intelligenz S.Kocadayi MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi e) AlphaGo ist eine KI, die im März 2016 den Go-Champion Lee Sedol besiegte. „Go ist ein strategisches Brettspiel mit verschiedenfarbigen Spielsteinen für zwei Spieler*innen. Dabei imitierte AlphaGo die Art und Weise, wie ein menschliches Gehirn lernt (vgl. Neuronales Netzwerk). Im Herbst 2017 stellten die Entwickler*innen AlphaGo Zero vor: Im Unterschied zur Vorgängerversion bekam die KI keine Trainingsdaten mehr, sondern hatte sich selbst anhand von Regeln und einem Spielbrett trainiert, das die KI von den Entwickler*innen erhielt. Der Algorithmus wusste nicht, welche Strategien, Züge oder Taktiken erforderlich sind, um zu gewinnen. Innerhalb von drei Tagen konnte AlphaGo Zero die vorherige KI-Version, die Lee Sedol besiegt hatte, mit einem Ergebnis von 100:0 schlagen. Nach dem großen Erfolg des Programms wurde die Arbeit an AlphaGo eingestellt. Das gewonnene Wissen fließt nun in zahlreiche Folgeprojekte ein. 6 MIA 7 Künstliche Intelligenz S.Kocadayi MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi Wie lernt/trainiert eine KI? Grundlagen Künstliche Intelligenzen zeichnen sich dadurch aus, dass sie lernen bzw. trainieren oder trainiert werden. In diesem Teil lernst du Fachbegriffe für die KI kennen und wirst versuchen, selbst eine KI zu trainieren. 1. Recherchiere im Internet die Begriffe machine learning, supervised learning, unsupervised learning, reinforcement learning und deep learning. Notiere eine Definition in eigenen Worten. Algorithmus bei künstlicher Intelligenz: Machine Learning – maschinelles Lernen: Supervised Learning – überwachtes Lernen: Unsupervised Learning – unüberwachtes Lernen: Reinforcement Learning Verstärkungslernen: Deep Learning: 8 MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi 2. Teachable Machine: Gehe auf den folgenden Link: a) Klicke auf den blauen Button „Lets Go!, schaue dir das Tutorial an und trainiere deine erste künstliche Intelligenz! Probiere aus, ob die künstliche Intelligenz unterscheiden kann, welche Hand du hebst b) Überlege dir nun selbst, wie du die künstliche Intelligenz trainieren willst und probiere es aus. Halte schriftlich fest, wie diese künstliche Intelligenz genau trainiert wird. Überlege dir, worauf man beim Training dieser künstlichen Intelligenz achten sollte, damit sie zuverlässig funktioniert. 3. Quick Draw: Gehe auf den folgenden Link: a) Klicke auf den blauen Button «Und los!» und zeichne die verschiedenen Begriffe. Wechselt euch in der Gruppe ab. b) Probiere aus was passiert, wenn eine Zeichnung nicht erkannt wird. c) Überlege dir, was mit einer nicht erkannten Zeichnung passieren könnte. Halte schriftlich fest, wie diese künstliche Intelligenz genau trainiert wird. Überlege dir, worauf man beim Training dieser künstlichen Intelligenz achten sollte, damit sie zuverlässig funktioniert. 9 MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi Arten von KI Arbeitet in 4er-Gruppen. Jedes Gruppenmitglied entscheidet sich für eine Art der KI und erstellt ein kleines MindMap zu dieser Art mit den wichtigsten Erklärungen und Stichwörtern. Notiert zu jeder Art, wie sie funktioniert und mind. ein konkretes Anwendungsbeispiel. Stellt euch danach die Arten von KI kurz vor und ergänzt die fehlenden MindMaps. 1. Symbolische Künstliche Intelligenz 2. Subsymbolische Künstliche Intelligenz 3. Maschinelles Lernen 4. Generative Künstliche Intelligenz 10 MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi KI im Alltag – Warum so präsent? Hast du schon mal bspw. dein Gesicht gescannt, um einen digitalen Avatar (bspw. auf Snapchat oder TikTok oder Apple) zu erstellen? Oder vielleicht hast du auch schon mal einen Text mit Hilfe von ChatGPT geschrieben. Warum ist die KI überhaupt so präsent in unserem Alltag? 5. Klicke auf folgenden Link und lies den Artikel von 20 Minuten für dich durch. Beantworte anschliessend folgende Fragen. a. Weshalb ist KI in den sozialen Medien so präsent? b. Wie funktionieren die KIs? c. Welche Anwendungsmöglichkeiten in der Zukunft wird es vielleicht geben? 6. Abschluss: Löse nun den folgenden Learningsnack rund ums Thema «Chatbot», indem du auf folgenden Link gehst: 11 MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi KI – Anwendung Abschlussarbeit Du hast nun viel über die KI gelernt, kennst den Lernprozess dahinter und erklärst auch verschiedene Arten von Ki. Einige kleinere KI-Programme hast du schon kennengelernt. Nun wirst du selbst dich mit einem speziellen KI-Tool auseinandersetzen und eine kleine Abschlussarbeit realisieren, indem du auch das Programm vorstellst und erklärst, wie das Programm lernt und was du damit erstellt hast. In der Klammer siehst du, wie viele Punkte du dafür erhältst. Folgende Kriterien erfüllst du: Die KI-Tools findest du mit folgendem Link: 1. Verständnis des KI-Tools (3 Punkte) Du erklärst, wie dein Tool funktioniert und was die Hauptfunktion ist (1). Du erklärst, wo dein Tool angewendet wird und welche Probleme es löst (1). Du weisst, wie dein KI-Tool lernt und welche Art vom Lernen dazugehört (1). 2. Praktische Anwendung (3 Punkte) Du kannst dein KI-Tool kurz zeigen und erklärst, wie es funktioniert (2). Du präsentierst dein eigenes Projekt, welches du mit Hilfe von diesem Tool gemacht hast (1). 3. Kritische Reflexion (3 Punkte) Du nennst sowohl Vor- als auch Nachteile von deinem Tool (2). Du zeigst auf, wie dein Tool verbessert werden könnte und welche anderen Sachen man mit deinem Tool machen kann (1). 4. Präsentation und Dokumentation (3 Punkte) Deine Präsentation ist verständlich und klar strukturiert (2). Du nutzt visuelle Hilfsmittel (Powerpoint, KI-Tool, Infoblatt) sinnvoll (1). Gesamtpunktzahl: 12 12 MIA Künstliche Intelligenz S.Kocadayi Erreichte Punktzahl: Note: Unterschrift Eltern: 13