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Klicktafel · KI · Klasse 8–13 · Teil 2

Vom Chatbot zum Agenten

Ende 2022 kam ChatGPT. Seitdem haben Sprachmodelle gelernt, Werkzeuge zu benutzen, Bilder anzusehen, Zwischenschritte aufzuschreiben und Aufgaben am Computer selbst zu erledigen. Der Kern ist derselbe geblieben: Das Modell sagt das nächste Token voraus.

Vorher: Teil 1 · Vom Perzeptron zum Chatbot

Einstieg

Riesige Textmengen gelesen – und verrechnet?

Station 1 · 2020 · Skalieren

Größer wird besser – nach einem Gesetz

Auftrag: Jeder Punkt ist ein Training mit 10-mal mehr Rechenaufwand. Vermutet: Wo landet der nächste Punkt? Tippt ins Schaubild.

Schaubild schematisch, Zahlen vereinfacht

Mehr Rechenaufwand heißt: größeres Modell und mehr Text. Gemessen wird der Verlust: wie stark das Modell beim nächsten Token danebenliegt.

Station 2 · 2022 · Chinchilla

Größeres Modell oder mehr Text?

✎ Zettel und Stift · jede und jeder für sich5 Minuten

a) Wie viele Token Text kamen bei jedem Modell auf einen Parameter?
b) Das Geld für Rechenzeit ist fest. Was macht ihr beim nächsten Modell anders?

Für Schnelle: Llama 3 (Meta, 2024, kleinere Fassung): 8 Mrd. Parameter, über 15.000 Mrd. Token. Wie viele Token pro Parameter? Warum trainiert man ein kleines Modell so lange?

Steckbrief

ModellParameterText
Gopher
2021
280 Mrd.300 Mrd.
Chinchilla
2022
70 Mrd.1.400 Mrd.

Beide Modelle stammen von DeepMind (Google). Der Rechenaufwand beim Training war etwa gleich. Chinchilla schnitt in fast allen Tests besser ab.

Parameter = Gewichte aus Teil 1. Text in Token.

Station 3 · 2023 · Werkzeuge

Das Modell gibt den Auftrag, ein Programm rechnet

Auftrag: Geht Schritt für Schritt durch. Achtet darauf: Wer rechnet hier wirklich?

MenschWas ist 4.738 × 6.291?
Modell schreibt einen Werkzeug-Aufrufrechner("4738 * 6291")
Programm (Rechner) antwortet29806758
Modell antwortet dem Menschen4.738 × 6.291 = 29.806.758 ✓

Woher weiß das Modell, an welcher Stelle es den Rechner aufrufen soll?

Station 4 · 2023/24 · Bilder und Ton

Wie kommt ein Foto in ein Sprachmodell?

Auftrag: Vermutet zuerst rechts. Zerlegt dann das Bild und tippt auf eine Kachel.

Das Bild hat 16 × 12 Pixel. Jedes Pixel besteht aus drei Zahlen: Rot, Grün, Blau.

Das Modell kennt nur Token. Wie kommt das Bild hinein?

Station 5 · 2024 · Reasoning

Erst Zwischenschritte, dann die Antwort

Auftrag: Deckt die Zwischenschritte auf. Vergleicht dann mit der schnellen Antwort.

Sofort antworten · nachgestellt

4.738 × 6.291 = 29.816.358 ✗ falsch

Erst Zwischenschritte schreiben · Reasoning-Modell, nachgestellt

  1. 6.291 = 6.000 + 200 + 90 + 1
  2. 4.738 × 6.000 = 28.428.000
  3. 4.738 × 200 = 947.600
  4. 4.738 × 90 = 426.420
  5. 4.738 × 1 = 4.738
  6. Summe: 29.806.758
  7. Antwort: 29.806.758 ✓ richtig

Warum hilft es dem Modell, Zwischenschritte aufzuschreiben?

Station 6 · Selbst ausprobieren

Schnell geantwortet oder nachgerechnet?

✎ Zettel und Stift · jede und jeder für sich4 Minuten

Ein Heft und ein Stift kosten zusammen 1,10 €. Das Heft kostet 1,00 € mehr als der Stift. Was kostet der Stift?

  1. Schreibt sofort die erste Zahl auf, die euch einfällt.
  2. Rechnet dann mit Zwischenschritten nach und macht die Probe.
  3. Stimmt eure erste Zahl?

Für Schnelle: Auf einem Teich im Moor verdoppelt sich die Fläche der Wasserlinsen jeden Tag. Nach 30 Tagen ist der Teich ganz bedeckt. Nach wie vielen Tagen war er zur Hälfte bedeckt?

Station 7 · 2024/25 · Lernen mit Belohnung

Wie lernt ein Modell gute Zwischenschritte?

Auftrag: Das Modell hat dieselbe Aufgabe viermal gelöst. Vermutet: Welche Versuche bekommen eine Belohnung? Dann startet das Prüfprogramm.

Aufgabe aus dem Training: 17 × 24 = ?

Versuch 117 × 20 = 340
17 × 4 = 68
340 + 68 = 408
–
Versuch 210 × 24 = 240
7 × 24 = 168
240 + 168 = 408
–
Versuch 317 × 24 ist ungefähr
17 × 25 = 425
Ergebnis: 425
–
Versuch 417 × 2 = 34
17 × 4 = 68
zusammen 408
–
Es vergleicht nur das Ergebnis mit 408.

Danach werden die Gewichte so nachgestellt, dass belohnte Lösungswege wahrscheinlicher werden. Das wiederholt sich mit sehr vielen Aufgaben. Das Prüfprogramm zeigt keinen Rechenweg, es meldet nur richtig oder falsch.

Bei welcher Aufgabe kann man so trainieren?

Station 8 · 2024/25 · Agenten

Ein Agent arbeitet in Runden

✋ Ausprobieren · im Raum10 Minuten

Material
Ein Gegenstand, z. B. eine Federmappe. An der Tafel diese Befehle: GEH ZU … · SCHAU NACH … · NIMM … · LEG AB … · FERTIG
Rollen
Die Lehrkraft ist das Modell: Sie sitzt mit dem Rücken zum Raum und sieht nichts. Eine Freiwillige oder ein Freiwilliger ist das Werkzeug. Die Klasse führt eine Strichliste.
  1. Die Klasse stellt eine Aufgabe, z. B. „Lege die Federmappe von Tisch 3 auf das Pult.“ Vermutet: Wie viele Runden braucht das Modell?
  2. Pro Runde gibt das Modell genau einen Befehl. Das Werkzeug führt ihn wörtlich aus und sagt in einem Satz, was es sieht. Auf unbekannte Befehle antwortet es: „Fehler: unbekannter Befehl“.
  3. Zählt die Runden bis FERTIG.

Auswertung: Wer hat die Federmappe bewegt, das Modell oder das Werkzeug? Und warum brauchte es mehrere Runden?

Rückblick

Derselbe Kern, viel Neues drumherum

Auftrag: Erklärt euch zu zweit abwechselnd je einen Kasten in einem Satz.

Sprachmodell sagt das nächste Token voraus Größer und länger trainiert 2020–2022 Werkzeuge benutzen 2023 Bilder und Ton als Kacheln 2023–2024 Zwischenschritte schreiben 2024 Belohnung vom Prüfprogramm 2024–2025 Agent: handeln in Runden 2024–2025

Welche Kästen lösen die Rechenaufgabe vom Anfang?

Teil 1: Vom Perzeptron zum Chatbot

Abschluss

Check

Auftrag: Entscheidet euch zuerst, dann auflösen.

Ein KI-Agent hat eine E-Mail verschickt. Wer hat sie technisch versendet?

Was ist bei einem Reasoning-Modell anders als beim Chatbot von 2022?

Hinweise für Lehrkräfte

Jahrgang und Zeit

Klasse 8–13, KI oder Informatik, nach Teil 1 (Token, Attention, Transformer, RLHF). 45 Minuten: Einstieg, Stationen 3, 5, 6, 8, Rückblick. 90 Minuten: alle Stationen und Check.

Lernziele

  • Die Schülerinnen und Schüler erklären, dass der Kern seit 2022 gleich geblieben ist: Ein Transformer sagt das nächste Token voraus.
  • Sie unterscheiden, was am Modell selbst neu ist (Größe, Training mit Belohnung) und was ein Programm drumherum erledigt (Werkzeuge, Agent).
  • Sie begründen, warum ein Werkzeug Rechenfehler zuverlässiger vermeidet als Zwischenschritte.
  • Sie erklären, warum sich Lernen mit überprüfbarer Belohnung nur für Aufgaben mit eindeutigem Ergebnis eignet.

Typische Fehlvorstellungen

  • „Die KI rechnet wie ein Taschenrechner.“ Richtig ist: Sie schreibt eine wahrscheinliche Fortsetzung. Sichere Ergebnisse liefert erst ein Werkzeug.
  • „Der Agent klickt selbst.“ Richtig ist: Das Modell schreibt nur Befehle, ein Programm führt sie aus.
  • „Ein Reasoning-Modell denkt wie ein Mensch.“ Richtig ist: Es schreibt Zwischenschritte als Text und liest sie wieder. Auch diese Schritte können falsch sein.
  • „Mit Belohnung lernt das Modell den richtigen Weg.“ Richtig ist: Belohnt wird nur das Ergebnis (Station 7, Versuch 4).

Ausprobieren (Station 8)

Material: ein Gegenstand, z. B. eine Federmappe, und die fünf Befehle an der Tafel. Die Lehrkraft spielt das Modell und sitzt mit dem Rücken zum Raum, damit sie nur weiß, was das Werkzeug meldet. Das Werkzeug ist freiwillig. Gut ist eine Aufgabe, die mehrere Runden braucht, etwa ein Gegenstand, den das Modell erst suchen muss.

Vereinfachungen

  • Station 1: Das Schaubild ist schematisch. Die Neigung entspricht der Messung von Kaplan u. a. (2020): 10-mal mehr Rechenaufwand senkt den Verlust um etwa 11 %. Der Verlust (Kreuzentropie) misst, wie wenig Wahrscheinlichkeit das Modell dem richtigen Token gegeben hat.
  • Station 2: Die 20 Token pro Parameter sind eine Faustregel aus der Chinchilla-Studie, kein festes Gesetz. Heute trainiert man kleine Modelle oft viel länger, weil sie im Betrieb billiger sind.
  • Station 4: Viele Modelle verarbeiten die Kacheln erst in einem eigenen Bild-Teil und übergeben dann Zahlenlisten an das Sprachmodell.
  • Station 5: Zwischenschritte auf Aufforderung („Schritt für Schritt“) helfen schon seit 2022. Neu an Reasoning-Modellen (ab September 2024) ist, dass sie darauf trainiert sind.
  • Rückblick: Die Jahreszahlen nennen, wann etwas breit eingesetzt wurde. Erste Versuche gab es jeweils früher.

Live vorführen?

Aktuelle Chatbots rechnen die Einstiegsaufgabe meist richtig, weil sie Zwischenschritte schreiben oder ein Werkzeug nutzen. Die Antwort im Einstieg ist deshalb nachgestellt. 2023 lösten ChatGPT und GPT-4 dreistellige Multiplikationen nur in gut der Hälfte der Fälle, größere fast nie (Dziri u. a. 2023).

An der Tafel

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