Klicktafel · KI und Mathematik · ab Klasse 7 · Lernpfad in 9 Stationen
Wie eine Maschine Ja oder Nein sagt
Ein Perzeptron ist das einfachste künstliche Neuron. Es nimmt Informationen auf, bewertet sie unterschiedlich stark, rechnet alles zusammen und vergleicht das Ergebnis mit einer Grenze. Daraus entsteht eine Entscheidung: Ja oder Nein, 1 oder 0.
- 1Informationen
- 2Gewichten
- 3Zusammenrechnen
- 4Schwellenwert prüfen
- 5Entscheidung
Hinweise für Lehrkräfte
Jahrgang und Fach: ab Klasse 7, Mathematik oder Informatik/KI. Vorwissen: Rechnen mit negativen Zahlen, Terme mit Variablen.
Ablaufvorschlag für eine Doppelstunde (90 Minuten):
- Einstieg und Station 1 gemeinsam an der Tafel: Regel der Maschine erraten, Informationen ein- und ausschalten (15 Min.)
- Stationen 2 bis 4 in Partnerarbeit am Tablet oder Laptop (25 Min.)
- Station 5: Arbeitsaufträge, Ergebnisse vorstellen lassen (15 Min.)
- Station 6: Selbst rechnen, je nach Gruppe Stufe 1 bis 3 (15 Min.)
- Stationen 7 und 8 im Plenum: vom Alltag zur Formel, dann der Bogen zur KI (15 Min.)
- Station 9: Quiz als Sicherung (5 Min.)
Einzelstunde (45 Minuten): Einstieg, Station 1, 3 und 4 an der Tafel (25 Min.), Station 6 Stufe 1 und 2 (12 Min.), Quiz (8 Min.). Station 8 als Ausblick in der Folgestunde.
Lernziele: Die Schülerinnen und Schüler
- unterscheiden Eingabe x (trifft zu: 1 oder 0), Gewicht w, Punktzahl z, Schwellenwert θ und Ausgabe y,
- berechnen die gewichtete Summe auch mit negativen Gewichten und Kommazahlen und treffen damit die Entscheidung,
- beschreiben, wie Gewichte und Schwellenwert die Zahl der Ja-Entscheidungen verändern,
- erklären an einem Beispiel, dass ein Perzeptron seine Gewichte aus Beispielen lernen kann.
Typische Fehlvorstellungen:
- „Das Gewicht sagt, ob die Information zutrifft.“ Richtig ist: Das sagt die Eingabe x; das Gewicht sagt, wie stark sie zählt (Station 3, Quizfrage 1).
- „Ein negatives Gewicht zählt nicht.“ Richtig ist: Es zieht Punkte ab, sobald die Information zutrifft.
- „Bei Gleichstand heißt es Nein.“ Richtig ist: Die Regel lautet z ≥ θ, Gleichstand reicht für ein Ja.
- „Die KI denkt wie ein Mensch.“ Richtig ist: Ein Perzeptron rechnet nur; was „klug“ aussieht, steckt in gelernten Zahlen. Es kennt Mias Gründe nicht, es findet nur Gewichte, die zu ihren Beispielen passen.
Was vereinfacht ist: Das Perzeptron rechnet hier mit Schwellenwert θ; in der Fachliteratur steht oft stattdessen ein Bias b = −θ. Der Lernschritt in Station 8 ist die Perzeptron-Lernregel mit Lernrate 1. Moderne Netze lernen mit fließenden Ausgaben und anderen Verfahren (Gradientenabstieg).
An der Tafel: Tafelmodus über den Knopf oben oder mit #tafel am Ende der Adresse, #tafel-3 startet die dritte Tafel. → und Bild↓ weiter, ← und Bild↑ zurück, Esc beendet. Station 3 und 7 sind auf je zwei Tafeln verteilt, Station 8 auf drei. Im Tafelmodus fehlt im Labor die Tabelle „Alle 8 Situationen“; sie steht in Station 4.
Praktisch: Mit „A+“ oben rechts wird die Schrift auf der Internetseite größer. Unter „Werte selbst festlegen“ in Station 6 können Sie eigene Aufgaben vorgeben. Die Seite speichert nichts, auch keine Eingaben der Lernenden.