Wie funktionieren neuronale Netze?

In diesem Lernpfad wird erklärt, was neuronale Netze sind, wie sie funktionieren und für welche Aufgaben sie zum Einsatz kommen. Außerdem wird im Detail gezeigt, wie der interne Lernprozess von neuronalen Netzten funktioniert und was passieren kann, wenn sich neuronale Netze irren.

Über diesen Lernpfad - Für Lehrkräfte

Dieser Lernpfad gibt Ihren Schülerinnen und Schülern eine Einführung in  neuronale Netze. Wie sie funktionieren und in welchen Bereichen sie eingesetzt werden.

In Erklärvideos werden darin folgende Fragen beantwortet:

  • Was sind neuronale Netze?
  • Wie sind neuronale Netze aufgebaut?
  • Wie funktioniert ein Neuron?
  • Wie lernen neuronale Netze?
  • Welche Arten von neuronalen Netzen gibt es?
  • Wie kann ich ein neuronales Netzt selbst trainieren?
  • Wann irren sich neuronale Netze?
  • Wo sind neuronale Netze im Alltag zu finden?

Wenn Ihre Schüler:innen das Gelernte direkt ausprobieren möchten, stellen wir hierfür im Rahmen dieses Lernpfades ein KI-Tool über die Plattform Articlett zur Verfügung. Dies ermöglicht es, dass die Schüler:innen direkt in interaktiven Experimenten lernen, welche Stärken und Schwächen ChatGPT hat und warum es wichtig ist, seine Antworten immer kritisch zu hinterfragen. Sie erfahren, wie ChatGPT in der Schule als kreatives Werkzeug eingesetzt werden kann, aber auch, welche Grenzen und Risiken es gibt. 

Die Plattform von Articlett ist datenschutzkonform, die verwendeten Modelle werden auf europäischen Servern von Microsoft betrieben und es werden keine Daten an OpenAI außerhalb der EU weitergegeben. Weitere Informationen zum Datenschutz sind hier verfügbar: https://articlett.schule/wpcontent/uploads/2024/02/Info_Datenschutz_Art13_DSGVO_Kooperatiosnpartner_Lieferanten_2.pdf

Sollten Sie Interesse an der Nutzung der Plattform haben, müssen Sie sich vorab auf unserer Internetseite mit Ihren Schuldaten registrieren. Dies dient ausschließlich dem Zweck sich als Lehrkraft auszuweisen. Die Registrierung ist im nächsten Lernschritt möglich. 

Natürlich kann das im Lernpfad Erklärte auch auf einer anderen Plattform (wie z.B. fobizz) bzw. in einem anderen textbasierten Chatbot ausprobiert werden. 

Registrierung - Für Lehrkräfte

Über diesen Lernpfad - Für Schüler:innen

In diesem Lernpfad wird Dir erklärt, was neuronale Netze sind, wie sie funktionieren und für welche Aufgaben sie zum Einsatz kommen. Außerdem lernst Du im Detail, wie der interne Lernprozess von neuronalen Netzten funktioniert und was passieren kann, wenn sich neuronale Netze irren.

Lernschritt 1 – Was sind neuronale Netze?

Im ersten Video erklärt Dir Helene, was neuronale Netze sind und warum sie so eine große Rolle in der künstlichen Intelligenz spielen. In neuronalen Netzen arbeiten unglaublich viele kleine Recheneinheiten gemeinsam daran, eine Aufgabe zu lösen - zum Beispiel Tiere zu erkennen. Auf diese Weise kann KI Aufgaben lösen, die man einem Computer nicht einfach mit festen Regeln beibringen kann.

Lernschritt 2 – Der Aufbau neuronaler Netze: Schichten verstehen

Neuronale Netze bestehen aus mehreren Schichten, die Informationen Schritt für Schritt verarbeiten. Von der Eingabeschicht über verborgene Schichten bis zur Ausgabeschicht wird eine Aufgabe schrittweise gelöst, bis am Ende ein Ergebnis dabei herauskommt.

Lernschritt 3 – Wie funktioniert ein Neuron?

Jetzt geht es um die kleinste Einheit im neuronalen Netz: das Neuron. Du lernst, wie Eingaben gewichtet, verrechnet und weitergegeben werden. So wird durch viele einfache Entscheidungen ein komplexes Erkennen möglich.

Lernschritt 4 – Wie neuronale Netze lernen

Neuronale Netze lernen, indem sie Fehler machen und daraus lernen. Das Video erklärt die Begriffe Loss, Backpropagation und Gewichtsanpassung. Dabei siehst Du, warum Übung und viele Beispiele so wichtig sind.

Lernschritt 5 – Arten von neuronalen Netzen

Nicht jedes neuronale Netz ist gleich: Manche sind gut für Bilder, andere etwa für Sprache. Das Video stellt wichtige Arten von neuronalen Netzen wie CNNs, RNNs und Transformer Netze vor. Dabei wird klar, warum unterschiedliche Aufgaben unterschiedliche Netze brauchen.

Lernschritt 6 – Ein neuronales Netz selbst trainieren

In diesem Video trainierst Du selbst ein neuronales Netz mit deiner Kamera. Du erstellst eigene Klassen, sammelst Trainingsdaten und siehst live, wie das Modell arbeitet. Dabei wird deutlich, warum Vielfalt in den Trainingsdaten so wichtig ist. Außerdem siehst Du, warum man so viele Daten zum Trainieren braucht.

Lernschritt 7 – Wenn sich neuronale Netze irren

Neuronale Netze machen Fehler, weil auch die Trainingsdaten, aus denen sie lernen, Fehler enthalten können. Das Video zeigt typische Ursachen wie Bias, Fehlanpassungen und das Black-Box-Problem. Aus diesem Grund ist es auch wichtig, die Arbeitsweise von KI immer wieder zu hinterfragen.

Lernschritt 8 – Neuronale Netze im Alltag und in der Zukunft

Neuronale Netze stecken heute in Apps, Autos, Medizin und Kreativtools. Zum Abschluss schauen wir uns nochmal die Verbindung von Technik mit gesellschaftlichen Fragen nach Verantwortung und Fairness an. Nur wenn wir KI verstehen, können wir sie mitgestalten.

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Workshops für Schüler:innen

Ist Dein Interesse ist geweckt und Du möchtest mehr erfahren? Die Hopp Foundation bietet mehrere Workshops für Schüler:innen zum Thema ChatGPT an. Die Anmeldung für einen schulinternen Workshop kann über die Lehrkraft einer Schule in der Metropolregion Rhein-Neckar erfolgen.

Workshops für Schülerinnen und Schüler | Hopp Foundation