Klicktafel · KI · Klasse 7–10

Wie lernt eine KI?

Drei Lernarten, drei Versuche zum Ausprobieren: überwachtes, unüberwachtes und verstärkendes Lernen. Sie unterscheiden sich vor allem durch eine Frage: Welche Lerninformation bekommt die KI?

Einstieg

Woher weiß ein Spamfilter, was Spam ist?

Auftrag: Beobachtet das Postfach. Was passiert mit jeder E-Mail, bevor der Filter lernt? Entscheidet euch dann für eine Antwort.

0E-Mails von Menschen markiert (Beispiel, läuft von selbst)

Was bekommt der Spamfilter hier zum Lernen?

Überblick

Drei Arten zu lernen

Auftrag: Lest die Namen. Vermutet zu jeder Lernart: Welche Lerninformation bekommt die KI? Deckt erst danach auf.

überwacht

Überwachtes Lernen

Ein Mensch „überwacht“ das Lernen, indem er die richtigen Antworten mitliefert.

unüberwacht

Unüberwachtes Lernen

Niemand gibt Antworten vor. Die KI sucht selbst nach Ordnung.

verstärkend

Verstärkendes Lernen

Gutes Verhalten wird „verstärkt“, schlechtes abgeschwächt.

Station 1 · überwachtes Lernen

Fantasiewesen einschätzen

Auftrag: Holt ein neues Wesen (schwarz). Schätzt zuerst selbst: harmlos oder gefährlich? Dann lasst die KI entscheiden und vergleicht.

harmlos (Trainingsbeispiel)gefährlich (Trainingsbeispiel)neues Wesen
Lerninformation für die KIBeispielwesen + richtige Einstufung
harmloseher klein, kurze Hörner
gefährlicheher groß, lange Hörner

So entscheidet die Mini-KI: Sie sucht die drei ähnlichsten bekannten Wesen. Die Mehrheit entscheidet (Verfahren „k-nächste Nachbarn“).

Holt ein neues Wesen.

Station 2 · unüberwachtes Lernen

Eine Musik-App sucht Hörtypen

Auftrag: Wie viele Gruppen seht ihr in den grauen Punkten? Stellt eure Zahl ein und lasst gruppieren. Probiert dann 2, 3 und 4: Welche Einteilung überzeugt euch?

Jeder Kopfhörer ist ein anonymes Hörprofil. Vorher steht darin eine Nummer, nach dem Gruppieren der Buchstabe der Gruppe.
Lerninformation für die KINur die Daten, keine fertigen Gruppen

Die App weiß nur, wie viel die Profile Rock/Metal und Rap/Hip-Hop hören. Niemand hat vorher festgelegt, welche Hörtypen es gibt.

Gesuchte Gruppen:

Noch sind alle Profile grau. Die KI hat noch keine Gruppen gebildet.

Wichtig: Die KI nennt die Gruppen nicht „Rockfans“ oder „Rapfans“. Sie findet nur, was ähnlich ist. Die Namen geben Menschen.

Station 3 · verstärkendes Lernen

Der Roboter sucht den Akku

Auftrag: Zählt selbst: Wie viele Schritte braucht der kürzeste Weg zum Akku? Trainiert dann 1, 10 und 100 Versuche und vergleicht die Testfahrten.

Trainingsversuche0
Schritte der Testfahrt–
Punkte der Testfahrt–

🤖 Roboter · 🔋 Akku · ■ Wand. Nach jedem Training fährt der Roboter einmal sichtbar los.

Lerninformation für die KIBelohnung und Strafe für das Verhalten
+10Akku erreicht
−1gegen Wand oder Rand
−0,1pro Schritt
keineWegbeschreibung

Noch hat der Roboter keine Erfahrung. Am Anfang macht er Umwege oder fährt gegen Wände.

Merksatz: Niemand zeigt dem Roboter den Weg. Er bekommt nur Punkte für sein Verhalten und probiert so lange, bis gute Züge sich lohnen.

Station 4 · Sicherung

Direkter Vergleich

Auftrag: Füllt die Tabelle zuerst im Heft aus. Tippt dann ein Feld an, um es aufzudecken, oder deckt alles auf einmal auf.

ÜberwachtUnüberwachtVerstärkend
Was bekommt die KI?Beispiele + richtige LösungDaten ohne LösungBelohnung und Strafe
Richtige Antwort beim Training bekannt?JaNeinNein, nur ob es gut oder schlecht lief
Typisches ZielNeue Fälle einordnenMuster und Gruppen entdeckenEine gute Strategie finden
Beispiel von heuteSpamfilter, FantasiewesenHörtypen findenRoboter sucht Akku

Station 5 · Übung

Welche Lernart ist das?

Auftrag: Lest den Fall. Fragt euch: Welche Lerninformation bekommt die KI? Entscheidet euch erst gemeinsam, dann tippen.

Fall 1

Abschluss

Knackfrage

Auftrag: Entscheidet euch zuerst, dann auflösen. Begründet mit dem Wort „Lerninformation“.

Eine KI bekommt 10.000 Katzenbilder aus dem Internet. Welche Lernart ist das?

Hinweise für Lehrkräfte

Jahrgang und Zeit

Klasse 7–10, Informatik, KI, Technik oder Medienbildung. Kein Vorwissen nötig.

45 Minuten: Einstieg und Überblick (8), Stationen 1–3 an der Tafel (je 8), Vergleich (5), Zuordnen und Knackfrage (8).

90 Minuten: Einstieg und Überblick an der Tafel (10), Stationen 1–3 in Partnerarbeit am Tablet (40), Vergleich im Heft und an der Tafel (15), Zuordnen alle 12 Fälle (15), Knackfrage und eigene Beispiele (10).

Lernziele

  • Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden überwachtes, unüberwachtes und verstärkendes Lernen an der Lerninformation, die die KI bekommt.
  • Sie ordnen Alltagsbeispiele begründet einer Lernart zu.
  • Sie erklären, warum ein Datensatz allein die Lernart noch nicht festlegt.

Typische Fehlvorstellungen

  • „Unüberwacht heißt: Niemand kontrolliert die KI.“ Richtig ist: Es fehlen nur die vorgegebenen Lösungen.
  • „Die KI weiß, dass Gruppe 1 die Rockfans sind.“ Richtig ist: Sie findet Ähnlichkeit, die Bedeutung geben Menschen.
  • „Der Roboter versteht den Weg.“ Richtig ist: Er speichert Zahlen dafür, welcher Zug in welchem Feld sich gelohnt hat.
  • „Mehr Training ist immer sofort besser.“ Bei wenigen Versuchen fährt der Roboter oft noch Umwege; der Zufall spielt mit.

Fachlicher Hintergrund

Station 1 nutzt k-nächste Nachbarn (k = 3), Station 2 k-Means mit festen Startpunkten, Station 3 Q-Learning (Lernrate 0,35, Abzinsung 0,92). Der kürzeste Weg zum Akku hat 8 Schritte und bringt 9,3 Punkte (7 × −0,1 + 10).

Die drei Lernarten sind eine Vereinfachung. Große Sprachmodelle lernen zuerst selbstüberwacht (die Lösung, das nächste Wort, steckt schon im Text) und werden danach mit menschlichen Bewertungen nachtrainiert. Das passt gut als Ausblick nach der Knackfrage.

An der Tafel

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