Künstliche Intelligenz im Informatikunterricht -Unterrichtseinheit Chatbots- Klasse 9/10. Helmut Witten & Malte Hornung

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1 Künstliche Intelligenz im Informatikunterricht -Unterrichtseinheit Chatbots- Klasse 9/10 Helmut Witten & Malte Hornung KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 1

2 Agenda Motivation und Ziele Unterrichtseinheit Chatbots: Inhalte und Methoden Joseph Weizenbaums Eliza Gruppenpuzzle zu Weizenbaum, Turing und Loebner Rollenspiel Verkaufsgespräch Aktuelle Technologien erforschen: AIML Praxis: Programmierung eines AIML-Chatbots An- und Verknüpfungsmöglichkeiten KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 2

3 Motivation Leitgedanke der UE: Verknüpfung der soziologischen/ philosophischen mit der technischen Dimension der KI. Können Computer denken? : Der Mythos KI Kommerzielle Nutzung von KI Auswirkung der KI auf unsere Lebenswelt Grenzen und Möglichkeiten der KI Diese Aspekte werden exemplarisch am Gegenstand Chatbots untersucht. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 3

4 Ziele der Unterrichtseinheit Die Schülerinnen und Schüler... finden eine Antwort auf die Frage Können Computer denken? erschließen sich selbstständig neue Informatiksysteme. bewerten die Auswirkungen von Automatisierung durch KI auf Berufs- und Arbeitswelt. kennen die geschichtliche Entwicklung der KI-Forschung. kennen die grundlegende Funktionsweise von künstlichintelligenten Systemen (auch über den Unterrichtsgegenstand hinausgehend). KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 4

5 Die Unterrichtseinheit Umfang: 9-10 Einzelstunden Voraussetzungen: Keine (HTML ist jedoch hilfreich). Phasen mit technischer Fokussierung werden mit soziologischer Betrachtung verwoben. Methoden: Dekonstruktion, Gruppenpuzzle, Rollenspiel, Mini-Projekt: Bauen eines Chatbots, Modellierung. Inhaltsbereiche: Joseph Weizenbaums Eliza, Geschichtliche Ursprünge der KI, Chatbots in der Wirtschaft, aktuelle Technologie: AIML, Zukunftstmusik. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 5

6 Der Einstieg mit Humor! KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 6

7 Die Mutter aller Chatbots: Joseph Weizenbaums Eliza (1) Eliza wurde 1966 von Joseph Weizenbaum am MIT als Spielerei entwickelt. Die Reaktionen auf das Programm erschütterten Weizenbaum er wurde zu einem Gegner der KI. Das Programm bedient sich der Sprachanalyse und der Mustererkennung auf Grundlage einer Wissensbasis. Eliza bietet sowohl die gleichen technischen Aspekte, die aktuelle Technolgien besitzen, als auch die Möglichkeit zur Reflexion über Intelligenz und Auswirkungen von KI. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 7

8 Die Mutter aller Chatbots: Joseph Weizenbaums Eliza (2) Wilmar Steup entwickelte 1995 eine deutsche Version von Eliza für den Einsatz in der Schule. Das DOS-Programm bietet das Look-and-Feel der Original-Version. Das Programm beinhaltet ein Skript, das einen Vertrauenslehrer simuliert. Die SuS bekommen den Auftrag, das Programm zu analysieren und anschließend ein Gutachten über dessen Tauglichkeit für den Schulbetrieb zu schreiben. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 8

9 Gruppenpuzzle zu Turing, Weizenbaum und Loebner Inhalt des Gruppenpuzzles: Ursprünge und Entwicklung der KI (Turing-Test, Loebner-Preis, Eliza). Quelle:Landesakademie für Fortbildung und Personalentwicklung an Schulen BW, URL: KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 9

10 Rollenspiel Verkaufsgespräch Das Rollenspiel dient der Reflexion über den Einsatz von KI in der Arbeitsswelt. Je zwei SuS übernehmen eine Rolle: Geschäftsführer, Softwareentwickler, Mitarbeiter einer Serviceagentur. Die Geschäftsführer wollen einen telefonischen Kundenservice einrichten. Die Softwareentwickler wollen ihren Chatbot, die Serviceagentur ihre Callcenterlösung verkaufen. Nach einem simulierten Verkaufsgespräch teilen die Geschäftsführer ihre Entscheidung im Plenum mit. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 10

11 Schülervorstellungen entdecken: Der Fragebogen (1) Die Entwicklung und Auswertung des Fragebogens verteilt sich über die UE. Die SuS überlegen sich eine Aufgabe, deren Lösung durch eine Maschine als Zeichen für deren Intelligenz gelten würde. Daraus wird ein Fragebogen erstellt, der ausgefüllt und später ausgewertet wird. Zweck ist das Entdecken von vorhandenen Schülervorstellungen mit anschließender Reflexion derselben. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 11

12 Schülervorstellungen entdecken: Der Fragebogen (2) Eine Maschine ist intelligent, wenn sie individuelle Antworten auf Fragen geben kann und lernfähig ist. Ja: 16, Nein:1... einen Film guckt und ihn versteht. Ja: 13, Nein:4 Schon heute In 5 Jahren In 10 Jahren In 20 Jahren Schon heute In 5 Jahren In 10 Jahren In 20 Jahren KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 12

13 Schülervorstellungen entdecken: Der Fragebogen (3) Eine Maschine ist intelligent, wenn sie an beliebige Orte gelangt ohne Umwege zu gehen. Ja: 17, Nein:0... eigene Gedanken besitzt. Ja: 10, Nein:7 Schon heute In 5 Jahren In 10 Jahren In 20 Jahren Schon heute In 5 Jahren In 10 Jahren In 20 Jahren KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 13

14 Aktuelle Technologien erforschen: AIML-Chatbots Die SuS erforschen den kommerziellen Einsatz von Chatbots im www. Sie bewerten diese hinsichtlich Zweck, Nutzen und Intelligenz. Sie vergleichen aktuelle Chatbots mit Eliza und spekulieren über den technischen Fortschritt in diesem Gebiet. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 14

15 Mini-Projekt: Bauen eines Chatbots (1) Dauer: Minuten Mit Hilfe von verschiedenen Materialien und des Gaito- AIML-Editors, bauen die SuS in Kleingruppen ihren eigenen Chatbot. Diesem bringen sie ein Geheimnis bei, das die anderen SuS später im Gespräch mit dem Bot herausfinden sollen. Vorteil: Der AIML-Editor benötigt kaum Programmiervorkenntnisse, verhindert Syntaxfehler und bietet Hilfestellungen. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 15

16 Mini-Projekt: Bauen eines Chatbots (2) AIML ist eine XML-Sprache und basiert auf simpler Mustererkennung. Um einen Chatbot zu bauen, reicht die Kenntnis von sieben Tags. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 16

17 Modellierung und Transfer (1) Die UE endet mit der Erstellung eines Analysemodells von künstlich-intelligenten Systemen. Auf dessen Basis führen die SuS ein Gedankenspiel durch: Sie überlegen sich zukünftige Einsatzmöglichkeiten der KI Die entwickelten Systeme werden auf ihren gesellschaftlichen Nutzen (und Schaden) hin bewertet. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 17

18 Modellierung und Transfer (2) KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 18

19 An- und Verknüpfungsmöglichkeiten Ethik & Philosophie Robotik (z.b Lego-Mindstorms) Mustererkennung Deutsch & Fremdsprachen KI am Beispiel Chatbots Neuronale Netze Kommunikationsprotokolle Spiel- Intelligenz KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 19

20 Fazit Die KI bietet vielfältige Möglichkeiten, technische und gesellschaftliche Aspekte der Informatik zu vermitteln. Der Mythos KI muss entzaubert werden (ohne jedoch den Raum für begründete Spekulationen zu nehmen). Frage Sind Computer intelligent? führt auch zur Frage Was macht mich intelligent?. Der Bereich der KI ist spannend und trifft bei SuS auf positive Resonanz und Motivation. KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 20

21 Danke! KI im Informatikunterricht: Unterrichtseinheit Chatbots 21