Lezione 2 - Tipologie di apprendimento automatico

Discussione: Pensa a un'abilità che usi comunemente, come parlare, allacciarti le scarpe, cucinare o giocare. Come hai imparato questa abilità?

Concedi agli studenti uno o due minuti per scrivere le loro risposte, poi chiedi ai volontari di condividere le loro idee con la classe. Mentre gli studenti condividono, tieni alla lavagna un elenco dei temi.

Obiettivo della discussione: l'aspettativa è che le risposte degli studenti rientrino in una delle tre categorie:

• L'hanno imparato con l'aiuto di qualcun altro (ad esempio qualcuno che ti allacciava le scarpe o ti suonava uno strumento)
• L'hanno imparato da soli semplicemente attraverso l'osservazione e il caso (come parlare o attraverso regole implicite come se un membro della famiglia ti fa togliere le scarpe prima di entrare in una casa)
• L'hanno imparato per tentativi ed errori e adattandosi in base ai propri errori (come segnare un gol o tirare una palla in determinati sport o migliorare in un gioco)

Questo è un ottimo elenco e possiamo vedere che ci sono molti modi in cui impariamo cose nuove come umani. Oggi parleremo di più di come i computer imparano cose nuove e penseremo a come potrebbero essere simili o diversi da come impariamo noi.

Domanda del giorno: quali sono i diversi tipi di apprendimento automatico?

Preparazione: chiedi agli studenti di tenere il diario a portata di mano in modo che possano prendere appunti sulla voce di glossario di oggi.

Glossario: questa lezione introduce moltissime delle voci di glossario che saranno utilizzate nel resto dell'unità. Introdurle con anticipo offre agli studenti la possibilità di familiarizzare con questi termini in modo che possano iniziare a usarli per descrivere il loro lavoro. Ma sono comunque tantissimi termini, il che può essere impegnativo. Considera alcune delle seguenti strategie per aiutare gli studenti a familiarizzare queste parole:

• Crea un tabellone che presenti la parola, una definizione e un disegno che illustri il concetto
• Chiedi agli studenti di annotare ogni parola del glossario nel loro diario insieme a uno schizzo
• Chiedi agli studenti di leggere ad alta voce le diapositive ed esercitarsi a pronunciare le parole del glossario man mano che vengono presentate.

Mostra: la diapositiva successiva, che presenta un grafico di confronto tra Bot IA e un cervello umano.

Quando impariamo qualcosa di nuovo, creiamo un «modello mentale» nel nostro cervello per aiutare a rappresentare le informazioni e scomporle in pezzi. Ad esempio, quando impariamo a conoscere il sistema solare, pensiamo a piccole sfere che ruotano l'una attorno all'altra per rappresentare i pianeti. I computer fanno anche questo: quando imparano qualcosa di nuovo, creano un «modello di apprendimento automatico» per aiutare a rappresentare le informazioni. Questo modello li aiuta a prendere una decisione. Ieri abbiamo aiutato Bot IA a sviluppare un modello per decidere se qualcosa è un pesce o no.

Glossario:

• Modello: un programma informatico progettato per prendere una decisione

Simuleremo come un computer potrebbe creare il suo primo modello per imparare qualcosa di nuovo. In questo esempio, non sappiamo ancora cosa stiamo imparando: proprio come un bambino piccolo, stiamo cercando di notare degli schemi e vedere cosa riusciamo a scoprire.

Distribuisci una copia della Guida alle attività di apprendimento automatico a ogni studente. Gli studenti utilizzeranno questa guida alle attività mentre lavoreranno agli esercizi in Code Studio.

Soluzioni ed esempi: soluzioni o esempi vengono forniti agli insegnanti verificati come parte delle risorse di questo piano di lezione. Se non vedi una soluzione o un esempio tra le risorse, segui questi passaggi per diventare un insegnante verificato.

Code Studio: chiedi agli studenti di accedere a Code Studio. Gli studenti seguiranno le indicazioni dell'esercizio, facendo clic e trascinando per raggruppare i rettangoli in qualsiasi modo abbia senso per loro. Dopo averlo completato e aver premuto il pulsante «Avanti», gli studenti vedranno di aver creato raggruppamenti di colori. Ricorda agli studenti di completare la guida alle attività man mano che superano questo esercizio.

Colori e dati: le triplette di numeri in ogni casella rappresentano i valori dei colori rosso, verde e blu. Gli studenti potrebbero averle già visto nelle unità precedenti, ma va bene anche se non l'hanno fatto: questo è ciò che lo rende un esempio di apprendimento senza supervisione. Dopo la lezione, se gli studenti vogliono saperne di più su colori e dati, potresti mostrare loro questo video su colori e pixel per spiegare cosa sta succedendo.

Discussione: Quali raggruppamenti hai creato? C'è uno schema?

Obiettivo della discussione: fai in modo che più studenti condividano o chiamino alcuni di quelli che hai notato mentre ti aggiravi per l'aula. Gli studenti potrebbero scoprire di aver involontariamente raggruppato le carte per colore (rosso, verde, blu) o per ombra (chiaro o scuro) o altri fattori. Se gli studenti danno molte risposte diverse a questo è tutto normale e va bene anche se gli studenti non individuano schemi evidenti.

Glossario:

• Apprendimento senza supervisione: individuazione di schemi in dati sprovvisti di etichette
• Caratteristiche: i dati in ingresso (input) che un modello utilizza per prendere decisioni

Questo è davvero affascinante! Semplicemente raggruppando numeri simili, siamo stati in grado di trovare schemi e creare diversi raggruppamenti di colori. Questo è un esempio di Apprendimento senza supervisione, in cui siamo stati in grado di imparare qualcosa utilizzando solo i dati stessi. L'unica cosa a cui abbiamo prestato attenzione erano i numeri sulle carte, chiamati caratteristiche. È simile a come funzionano i consigli online: i computer cercano di trovare schemi negli articoli che acquistiamo in modo da poterci suggerire nuovi articoli.

Discussione: Quali esempi tratti dall'attività preparatoria sono simili all'apprendimento senza supervisione?

Chiedi agli studenti di riflettere sugli esempi condivisi durante l'attività preparatoria, cercando di identificare quali potrebbero essere di apprendimento senza supervisione. Cerca di identificare le situazioni in cui gli studenti notavano schemi senza indicazioni chiare, come le regole implicite di casa o della loro comunità. Probabilmente penseranno a situazioni di quando erano molto più giovani, specialmente quando pensavano di aver imparato qualcosa dall'osservazione, ma alla fine non è stato vero.

L'apprendimento senza supervisione è un modo in cui i computer possono imparare qualcosa di nuovo. Ma non è quello che abbiamo fatto ieri: ieri abbiamo aiutato il computer a imparare qualcosa di nuovo fornendo esempi. È come quando si invecchia e un allenatore o un mentore può aiutarti a insegnarti qualcosa di nuovo. Nell'esercizio successivo, cercheremo di imparare qualcosa di nuovo con l'aiuto di qualcuno.

Code Studio: chiedi agli studenti di passare all'esercizio successivo in Code Studio, dove giocheranno a un gioco chiamato La porta a vetri verde. L'obiettivo è notare gli schemi nei diversi tipi di parole per cercare di far sì che le parole vengano accettate dalla porta.

Girando tra i banchi: effettua un controllo iniziale sugli studenti mentre completano questa attività. Questa attività può essere frustrante per gli studenti, soprattutto se non sono sicuri di cosa cercare. Incoraggia gli studenti a fare clic sul pulsante «Visualizza tutti i risultati» per vedere quali parole sono state accettate e quali sono state rifiutate. Aiutali a notare cosa hanno in comune tutte le parole accettate e cosa li rende diversi dalle opere rifiutate. Se gli studenti scoprono il segreto in anticipo, incoraggiali a mantenerlo segreto fino alla discussione in classe.

Ricorda agli studenti di completare la guida alle attività man mano che superano questo esercizio.

Porta a vetri verde: il segreto del gioco è che le parole due lettere uguali affiancate vengono accettate mentre tutte le altre vengono rifiutate. Alcuni studenti potrebbero aver già visto questo gioco: in tal caso, incoraggiali a tenere il segreto per sé finché altri non lo scopriranno. Se gli studenti rimangono bloccati, incoraggiali a dare un'occhiata al nome del gioco: per esempio, attore, becco e collina sono tutte parole che presentano due lettere uguali affiancate e saranno accettate.

Discussione: Qual è il segreto: quali parole vengono accettate o rifiutate? Come l'hai capito?

Obiettivo della discussione: questo dovrebbe essere un momento emozionante, poiché gli studenti finalmente condivideranno il segreto di come funziona il gioco. Chiedi ad alcuni studenti di condividere come hanno scoperto il segreto. Concentrati sulle risposte che evidenziano come hanno cercato le somiglianze all'interno di ciascun gruppo (come notare le doppie lettere) e le differenze tra i gruppi. Evidenzia come il mago sia stato utile per notare lo schema: senza i loro esempi, sarebbe stato molto più difficile determinare lo schema.

Glossario: queste parole sono distribuite su due diapositive. Usa le visualizzazioni per spiegare ogni concetto mentre gli studenti annotano il glossario nei propri appunti.

• Apprendimento con supervisione - quando un operatore umano addestra un modello, facendolo apprendere attraverso degli esempi.
• Etichetta: il dato in uscita (output) che stai cercando di decidere o prevedere con un modello
• Addestramento: fornire esempi di un modello in modo che possa apprendere

Questa attività è un esempio di Apprendimento con supervisione, nel quale impariamo qualcosa di nuovo guardando esempi. Il mago ci stava aiutando a addestrarci fornendo etichette per ciascuna parola: accetta o rifiuta. Dopo aver esaminato un numero sufficiente di esempi, possiamo iniziare a capire da soli lo schema. Questa è un'attività simile a quella che abbiamo svolto ieri o quando ti viene chiesto di identificare i semafori o i segnali di stop da un'immagine: stiamo aiutando ad addestrare un'auto senza conducente fornendo più dati.

Discussione: quali esempi tratti dall'attività preparatoria si riferiscono a un apprendimento con supervisione?

Obiettivo della discussione: invita gli studenti a riflettere sugli esempi condivisi durante l'attività preparatoria, cercando di identificare quali sono di apprendimento con supervisione. Aiuta gli studenti a capire che la differenza fondamentale è che l'apprendimento avviene attraverso l'esempio di qualcuno che aiuta o istruisce durante l'apprendimento.

Fai questo: nella seconda pagina della guida alle attività, agli studenti vengono forniti diversi scenari da identificare come apprendimento con o senza supervisione. Chiedi agli studenti di leggere gli scenari e completare il compito individualmente, quindi chiedi agli studenti di fare coppia per confrontare le risposte e spiegare i loro ragionamenti.

Girando tra i banchi: monitora gli studenti mentre completano questa attività, verificando che possano ragionare sulle differenze tra apprendimento con o senza supervisione. Viene fornita una soluzione per aiutare a controllare le risposte degli studenti.

Apprendimento umano vs apprendimento automatico: questi scenari vengono forniti agli studenti per riflettere su come le proprie esperienze di apprendimento possano essere simili all'apprendimento automatico e per aiutare a interiorizzare il glossario di questa lezione, ma l'apprendimento umano e l'apprendimento automatico sono ancora fondamentalmente molto diversi.

Per ora, guida gli studenti a vedere come gli scenari in cui qualcuno impara seguendo l'insegnamento di un insegnante o di un mentore sono simili all'apprendimento con supervisione e come gli scenari in cui imparano in modo indipendente traendo le proprie conclusioni sono simili all'apprendimento senza supervisione.

Mostra: scorri le successive diapositive e invita gli studenti a condividere le loro risposte. Questa è un'opportunità per discutere di ogni scenario e sentire perché gli studenti pensano che determinati scenari siano simili all'apprendimento con o senza supervisione.

Obiettivo della discussione: queste discussioni non riguardano tanto il fatto di essere assolutamente nel giusto oppure no, quanto più il ragionamento utilizzato per confrontare il motivo per cui determinate situazioni sono supervisionate o meno. Incoraggia gli studenti a discutere tra loro, soprattutto se non sono d'accordo su un determinato scenario. Gli studenti potrebbero non essere sicuri di alcuni scenari, il che è una buona opportunità per chiarire con tutta la classe le differenze tra apprendimento con o senza supervisione.

Oggi abbiamo visto due esempi di apprendimento automatico e come possono essere simili ad alcune delle nostre esperienze di apprendimento come esseri umani. Domani avremo la possibilità di ricercare esempi di apprendimento automatico e vedere come questo tipo di apprendimento può essere utilizzato per risolvere problemi nel mondo.

Discussione: in che modo l'apprendimento umano e l'apprendimento automatico sono simili? In che modo sono diversi?

Obiettivo della discussione: questa è un'opportunità per riassumere quanto appreso oggi e applicare correttamente il glossario. Durante la discussione, cerca di chiedere agli studenti di usare correttamente il glossario della lezione (funzione, etichetta, addestramento, ecc.).

Chiedi agli studenti di scrivere i loro pensieri nei loro diari e invita alcuni studenti a condividere i loro esempi con la classe.

Valutazione formativa: la lettura delle risposte degli studenti a questa discussione può aiutare a determinare in che modo gli studenti hanno interiorizzato le differenze tra apprendimento con o senza supervisione. La guida alle attività di oggi può essere utilizzata anche come valutazione formativa con gli studenti.