Wir trainieren eine KI

Modul: Gehen Roboter zur Schule? Wie Roboter entstehen
Thema: Entwicklung und Grenzen von Robotern

Ziel der Methode 

Es gibt bereits Roboter, die mit Hilfe Künstlicher Intelligenz komplexe Aufgaben erledigen und sich individuell der Anforderung entsprechend weiterentwickeln. Ziel der Methode ist es, den Schülerinnen und Schülern einen spielerischen Einstieg in das Thema Künstlicher Intelligenz (KI) zu bieten und die Künstliche Intelligenz einmal selbst herauszufordern.

Mit der Web-App QuickDraw kann man einen Roboter bzw. eine KI „trainieren“. Es wird das Verständnis dafür gefördert, dass Technologie durch Interaktion und Training lernen kann, gleichzeitig aber auch Grenzen hat.

Materialien

  • Ein internetfähiges Tablet pro Kind oder Gruppe (evtl. inkl. Tabletstift)
  • Input zum Thema Künstliche Intelligenz (siehe unten)
  • Anleitung für QuickDraw (siehe unten)

Vorbereitung

  • Spielen Sie selbst ein paar Runden QuickDraw, um sich mit dem Spiel vertraut zu machen.
  • Informieren Sie sich mit Hilfe des unten stehenden Inputs zum Thema Künstliche Intelligenz.
  • Teilen Sie die Geräte (Computer oder Tablets) für die Schülerinnen und Schüler aus.

Durchführung

  • Die Kinder öffnen QuickDraw an den Endgeräten.
  • Leiten Sie die Klasse gemeinsam durch die einzelnen Schritte zum Spiel.

Infomaterialien

Input zu künstlicher Intelligenz

→ Beispiel für die Kinder: Kennt ihr das, wenn eure Eltern (oder vielleicht schon ihr selbst) manchmal mit einem Gerät wie „Siri“ oder „Alexa“ sprechen und es antwortet? Das ist ein Beispiel für Künstliche Intelligenz! Der Sprachassistent versteht, was gesagt wird und versucht zu helfen.

Künstliche Intelligenz ist ein Bereich der Informatik, der sich darauf konzentriert, Computern beizubringen, wie Menschen zu denken. Sie zielt darauf ab, Maschinen so klug und anpassungsfähig wie möglich zu machen.

Die KI lernt, indem sie große Mengen an Daten analysiert und Muster identifiziert. Dieser Prozess ähnelt dem menschlichen Lernen. Zum Beispiel kann sie aus Bildern von Tieren lernen, indem sie wiederholt Hundebilder von Katzenbildern unterscheidet.

Dazu werden Algorithmen eingesetzt, die der KI helfen, Aufgaben zu erledigen. Sie legen den Rahmen fest, wie die KI Daten verarbeitet und Schlüsse zieht. Ein Beispiel ist ein Algorithmus, der Muster in Bildern erkennt, um Tiere zu identifizieren.

Nach dem Training kann die KI eigenständig Entscheidungen treffen. Wenn sie zum Beispiel trainiert wurde, Gesichter zu erkennen, könnte sie das auch in neuen Bildern tun, ohne dass jemand sie extra darauf hinweisen muss.

KI kann sich an neue Informationen anpassen und in bisher unbekannten Situationen agieren. Wenn sie bisher nur Hunde und Katzen gesehen hat, aber dann Bilder von exotischen Tieren bekommt, kann sie versuchen, diese basierend auf den gelernten Mustern zu identifizieren.

—> Beispiel für die Kinder: Stellt euch vor, ihr zeigt einem Freund, der noch nie Hunde oder Katzen gesehen hat, viele Bilder von Hunden und Katzen. Nach einer Weile wird euer Freund besser darin, zwischen diesen beiden Tieren zu unterscheiden, auch wenn er neue Bilder sieht, die er vorher noch nie gesehen hat. So ähnlich lernt auch ein Computer.

Zusammengefasst ist Künstliche Intelligenz wie ein intelligenter Assistent, der ständig dazulernt, Muster erkennt und eigenständig Aufgaben bewältigen kann. Es ist eine faszinierende Kombination aus Datenverarbeitung, Mustererkennung und Entscheidungsfindung.

Im Fall von Quickdraw wird die KI mit jedem gezeichneten Bild eines Schraubenziehers besser darin, einen Schraubenzieher schon durch die simpelsten Merkmale wie einen Griff und einen Stiel zu erkennen. Deshalb ist es auch so interessant, sich die Zeichnungen der anderen Spielenden anzuschauen und sie mit der eigenen Zeichnung zu vergleichen. Welche Merkmale meiner Zeichnung hat die KI als Teil eines Musters wiedererkannt?

Anleitung: Quick, Draw!

Auf der Startseite findet man eine kurze Erklärung mit dem Ziel von „Quick, Draw!“: „Kann ein neuronales Netzwerk Zeichnungen erkennen?“

  1. Klickt auf den Button „Und los!“, um das Spiel zu starten.
  2. Das Spiel zeigt einen Begriff an, der gezeichnet werden soll. Nach dem Klicken oder Tippen auf den Button „OK!“, beginnt die Zeit.
  3. Es öffnet sich eine weiße Fläche, auf der eine Zeichnung angefertigt werden soll. Während des Zeichnens versucht der Computer zu erraten, was es ist, indem er so lange verschiedene Begriffe vorschlägt, bis er den richtigen Begriff erraten hat oder die Zeit abläuft. Wenn die Zeit abgelaufen ist, ohne dass die KI den Begriff erraten hat, gehst du zum nächsten Begriff über.
  4. Insgesamt sollen sechs Zeichnungen nacheinander angefertigt werden und anschließend wird eine Übersicht der Zeichnungen eingeblendet, mit dem Ergebnis, ob diese erraten wurden oder nicht.
  5. Mit einem Klick oder Tipp auf „Noch einmal spielen“ kann das Ganze wiederholt werden

→ Hinweis: Am Ende können die Schülerinnen und Schüler nochmal ihre Zeichnungen sehen. Wenn sie eine Zeichnung anklicken, sehen sie zusätzlich auch, welche anderen Begriffe die KI hinter ihrer Zeichnung vermutet hat und wie andere Menschen den gleichen Begriff gezeichnet haben.

Tipps

Für Schülerinnen und Schüler der Klassenstufen 1 und 2 müssen Sie gegebenenfalls (je nach Lesekompetenz der Schülerinnen und Schüler) den Arbeitsauftrag anpassen, indem sie das Spiel gemeinsam spielen und die Begriffe jeweils vorlesen. 

Reflexion

Kommen Sie nachdem die Schülerinnen und Schüler QuickDraw gespielt haben im Plenum zusammen und besprechen Sie das Erlebte. Eventuell lohnt es sich hier, nochmal exemplarisch eine Spielrunde durchzuspielen und gemeinsam die Ergebnisse auszuwerten. Vor allem der Vergleich mit den Zeichnungen anderer Spielender ist wichtig, um zu verstehen, dass KI mit Hilfe von Mustern lernt.

Mögliche Reflexionsfragen

Wie funktioniert die Künstliche Intelligenz QuickDraw?

Mit Hilfe der Zeichnungen aller Spielenden (weltweit) kann die KI Muster erkennen. Ein Schraubenzieher wird beispielsweise von vielen Spielenden mit einem etwas dickeren Griff und einem schmaleren Stiel gezeichnet. Wenn die KI nun also einen Gegenstand erkennt, der aus einem breiten und einem schmalen Teil besteht, geht sie alle Begriffe durch, die sie unter diesem Muster gespeichert hat und schaut nun, welche anderen Muster die Zeichnung erfüllt, um die Lösung so weit wie möglich einzugrenzen.

Warum hat die KI den Begriff erraten, bevor das Bild fertig gezeichnet wurde?

Die wichtigen Elemente, die Spielenden vorher auch gezeichnet haben, sind in der unfertigen Zeichnung oft schon enthalten und das Muster damit erfüllt.

Warum hat die KI den Begriff nicht erraten, obwohl wir genau erkennen, was es sein soll?

Möglicherweise wurde der Begriff falsch verstanden oder eine weitere Bedeutung des Begriffs gezeichnet, die die KI nicht gelernt hat, weil wenige sonstige Spielende diese gezeichnet haben.

Welchen Einfluss haben wir auf die KI von QuickDraw dadurch, dass wir das Spiel gespielt haben?

Die KI lernt durch neue Bilder dazu. Wir haben also geholfen, die Muster der KI zu stärken oder sogar zu erweitern.

Weiterführendes

Denkbar wäre es, das Lernen der KI QuickDraw einmal selbst zu imitieren, indem Sie die Schülerinnen und Schüler alle den Kopf eines Hundes zeichnen lassen und schauen, welches Muster sich erkennen lässt. Mit großer Wahrscheinlichkeit haben alle Zeichnungen gemein, dass ein Hund zwei Augen, eine Schnauze und zwei Ohren hat. Dem könnten Sie die Zeichnung eines Entenkopfes gegenüberstellen (an dem sich bekanntlich kein sichtbares Ohr finden lassen wird) und die Schülerinnen und Schüler erraten lassen, woran die KI erkennen würde, dass es sich bei dieser Zeichnung nicht um einen Hund handelt.