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Klicktafel · KI · Klasse 7–10

Embeddings: Bedeutung als Zahlen

Ein Computer kann nur rechnen. Wie vergleicht er dann, was Wörter bedeuten? Ihr legt Wörter auf eine Karte, messt Abstände und vergleicht Merkmale. Am Ende seht ihr, was ein echtes Sprachmodell daraus macht.

Einstieg

Was ist ähnlich zu „Hund“?

So vergleicht ein Computer, der nur Buchstaben kennt. Er zählt, wie viele Buchstaben anders sind.

WortHUND
Vergleich

0Buchstaben anders

Der Computer vergleicht nur Buchstaben. Welches Wort ist für ihn am ähnlichsten zu „Hund“?

Station 1 · Karte

Wörter werden Zahlen

Auftrag: Schätzt für jedes Wort, wie groß und wie schnell es ist. Tippt ein Wort an, dann seinen Platz auf der Karte.

Erst ein Wort antippen, dann auf die Karte tippen.

    Jeder Platz auf der Karte ist ein Zahlenpaar. Das Wort „Hund“ ist jetzt nur noch zwei Zahlen.

    Station 2 · Abstand

    Nah heißt ähnlich?

    Auftrag: Vermutet zuerst: Welches Wort liegt auf der Karte am nächsten an „Hund“? Dann tippt „Hund“ an und prüft.

    Abstand in Kästchen, nächstes Wort zuerst:

    • Noch kein Wort gewählt

    Ein Computer misst Ähnlichkeit als Abstand: nah = ähnlich. Ist ein Fahrrad einem Hund ähnlich? Was fehlt der Karte?

    Station 3 · Merkmale

    Mehr Zahlen, mehr Bedeutung

    Auftrag: Auf der Karte war das Fahrrad Hunds nächster Nachbar. Vermutet, wo es mit sechs Zahlen landet. Dann tippt „Hund“ an.

    Übereinstimmung: Für jedes Merkmal den Unterschied messen und den Durchschnitt nehmen. 1 Punkt Unterschied kostet 10 %.

    Noch kein Wort gewählt.

    Station 4 · Training

    Woher kommen die Zahlen?

    Auftrag: Welche Wörter passen in die Lücke? Sammelt Vorschläge, dann deckt auf.

    Der ? bellt laut im Garten.

    Ich gehe mit dem ? Gassi.

    Ich fahre mit dem ? zur Schule.

    Bei uns hat ein Mensch die Merkmale ausgedacht und die Zahlen geschätzt.

    Ein Sprachmodell bekommt keine Merkmale wie „Fell“ vorgegeben. Es lernt beim Training aus sehr vielen Texten.

    Grundidee: Wörter, die in denselben Lücken stehen können, bekommen beim Training ähnliche Zahlen.

    So können „Hund“ und „Pudel“ nah beieinander landen, „Hund“ und „Hand“ eher nicht. Prüft es im Tool nach.

    Station 5 · Echtes Modell

    Echte Embeddings

    Auftrag: Schätzt zuerst, dann auflösen. Danach probiert ihr das echte Modell im Embeddings-Tool aus.

    Wir hatten 2 Zahlen, dann 6. Wie viele Zahlen berechnet das Modell im Embeddings-Tool für ein Wort?

    Versuch im Tool: Welcher Satz liegt näher an „Der Hund läuft durch den Park.“?

    1. Ein Tier rennt draußen.
    2. Das Auto fährt auf der Straße.

    Vermutet zuerst und begründet. Achtung: Satz A hat kein einziges Wort mit dem ersten Satz gemeinsam, Satz B immerhin „der“.

    Das Tool rechnet mit dem Modell paraphrase-multilingual-MiniLM-L12-v2. Es läuft in eurem Browser und kann auch Englisch: Probiert „Hund“ und „dog“.

    Abschluss

    Check

    Auftrag: Entscheidet euch zuerst, dann auflösen.

    Zwei Wörter liegen bei einem Embedding-Modell nah beieinander. Was bedeutet das?

    Woher bekommt ein echtes Sprachmodell seine Zahlen?

    Hinweise für Lehrkräfte

    Jahrgang und Zeit

    Klasse 7–10, Fach KI, Informatik oder Technik; auch als Einstieg in Fortbildungen. 45 Minuten: Einstieg, Stationen 1–3, Check. 90 Minuten: zusätzlich Station 1 in Gruppen mit eigenen Schätzungen, Stationen 4 und 5 mit dem Embeddings-Tool auf iPads.

    Lernziele

    • Die Schülerinnen und Schüler erklären, dass ein Computer Bedeutung als Zahlen (Vektor) darstellt und Ähnlichkeit als Abstand misst.
    • Sie begründen, warum zwei Zahlen nicht reichen und mehr Merkmale die Ähnlichkeit genauer machen.
    • Sie unterscheiden ausgedachte Merkmale von gelernten Embeddings eines Sprachmodells.

    Typische Fehlvorstellungen

    • „Ähnlich geschrieben heißt ähnlich gemeint.“ Richtig ist: Embeddings vergleichen Bedeutung, nicht Buchstaben (Hund, Hand).
    • „Jede der 384 Zahlen steht für ein Merkmal wie Größe.“ Richtig ist: Die Zahlen sind gelernt und einzeln meist nicht deutbar.
    • „Die KI versteht Wörter wie wir.“ Richtig ist: Das Modell rechnet mit Positionen. Nah heißt nur: Beim Training hat es gelernt, dass diese Texte Ähnliches ausdrücken.

    Vereinfachungen

    • Die Werte auf Karte und Balken sind unsere Schätzungen (0–10) zum Diskutieren, keine Messwerte. Widerspruch der Klasse ist erwünscht.
    • Die Übereinstimmung in Station 3 ist ein Maß zum Nachrechnen: 100 % minus durchschnittlicher Unterschied × 10 %. Das echte Tool vergleicht die Richtung der Vektoren (Cosinus-Ähnlichkeit).
    • Station 4 zeigt die Grundidee (Verteilungshypothese). Das Modell im Tool zerlegt Text zusätzlich in Wortteile (Token) und wurde außerdem mit Satzpaaren gleicher Bedeutung trainiert. Darum liegen auch Sätze mit verschiedenen Wörtern nah beieinander.

    Weiter

    Embeddings-Tool: aimo-ai.de/embeddings (lädt beim ersten Start das Modell, rund 120 MB). Einordnung in die Entwicklung der Sprachmodelle: Vom Perzeptron zum Chatbot.

    An der Tafel

    Adresse mit #tafel startet den Tafelmodus, #tafel-3 die dritte Tafel. → / Bild↓ weiter, ← / Bild↑ zurück, Esc beendet.