Методическая разработка занятия по информатике / внеурочной деятельности
НЕЙРОСЕТЬ: КАК ОНА УЧИТСЯ И ПОЧЕМУ ОШИБАЕТСЯ
Занятие для обучающихся 7 класса
Автор: Габдуллина Гульшат Ленаровна, учитель информатики и математики МАОУ «Лицей-инженерный центр» Советского района г. Казани
Предмет / курс: информатика (7 класс, УМК Л.Л. Босовой, А.Ю. Босовой), курс внеурочной деятельности по основам искусственного интеллекта
Тип занятия: открытие нового знания с элементами практической работы
Продолжительность: 40 минут
Форма работы: фронтальная, в парах, в малых группах; занятие проводится без регистрации детей в онлайн-сервисах
Аннотация
Школьники ежедневно пользуются нейросетями, но редко понимают, как те принимают решения. На занятии семиклассники «собирают» простейший искусственный нейрон на бумаге, сами обучают его различать кошек и собак, видят, как неполные данные порождают ошибки, и проверяют ответы чат-бота. Занятие не требует программирования и опирается на темы курса информатики 7 класса: информация и её обработка, измерение информации, информационная безопасность.
Разработка может использоваться на уроке информатики, на первом занятии кружка по искусственному интеллекту или на «Уроке цифры». Все материалы для учеников (рабочий лист) и ответы для учителя приведены в приложениях.
Цель и задачи
Цель: сформировать представление о том, что нейросеть учится на примерах (данных), и о том, почему её ответы нужно проверять.
Задачи
образовательные: познакомить с понятиями «искусственный интеллект», «нейрон», «признак», «вес», «порог», «обучение», «обучающие данные»;
развивающие: развивать алгоритмическое и критическое мышление, умение работать с таблицей и проверять информацию;
воспитательные: формировать ответственное и безопасное отношение к использованию ИИ.
Планируемые результаты (ФГОС ООО)
Предметные: ученик объясняет своими словами, как нейрон принимает решение по признакам и весам; вычисляет ответ нейрона по формуле; приводит пример ошибки, вызванной неполными данными; находит ошибку в ответе чат-бота.
Метапредметные: ученик сравнивает, обобщает, устанавливает причинно-следственные связи, проверяет информацию по нескольким источникам, работает в паре и группе.
Личностные: ученик понимает, что ответственность за использование ответа нейросети несёт человек, соблюдает правила безопасной работы с ИИ.
Оборудование и материалы
компьютер учителя и проектор, презентация (6–8 слайдов по этапам занятия);
рабочий лист для каждого ученика (Приложение 1);
распечатанные «ответы чат-бота» (входят в рабочий лист, задание 4) — учитель готовит их заранее, поэтому ученикам не нужен доступ к чат-ботам;
по желанию: демонстрация обучения модели в любом бесплатном визуальном конструкторе моделей распознавания изображений с экрана учителя.
Ход занятия
| Этап, время | Деятельность учителя | Деятельность учеников |
| 1. Мотивация 3 мин | Показывает на слайде три ситуации: телефон разблокируется по лицу; видеосервис предлагает ролик; переводчик переводит фразу с татарского на русский. Вопрос: «Что общего у этих ситуаций? Кто принимает решение?» | Высказывают предположения, приходят к выводу: решение принимает программа — искусственный интеллект. |
| 2. Актуализация 4 мин | Предлагает за 1 минуту в парах вспомнить, где они встречают ИИ дома и в школе. Собирает ответы в «облако» на доске. Вопрос-проблема: «Откуда программа знает, что на фото именно вы?» | Работают в парах, называют примеры (голосовые помощники, рекомендации, фильтры камеры, навигатор). Формулируют проблему: как программа «учится». |
| 3. Новое знание 8 мин | Объясняет устройство искусственного нейрона на примере «Кошка или собака?»: • признаки — что мы знаем об объекте (мурлычет, острые уши, рост больше 50 см): 1 — да, 0 — нет; • веса — насколько признак важен (может быть отрицательным); • нейрон перемножает признаки на веса и складывает: S = x1·w1 + x2·w2 + x3·w3; • если S ≥ порога, ответ «кошка», иначе — «собака». Подчёркивает: обучение — это подбор весов по примерам с правильными ответами. | Записывают в рабочий лист опорную схему и формулу. Отвечают на вопросы: «Какой признак самый важный для кошки? Почему у роста отрицательный вес?» |
| 4. Практика «Живая нейросеть» 10 мин | Организует работу в парах по заданиям 1 и 2 рабочего листа. В задании 1 нейрон уже обучен, в задании 2 у нейрона «плохие» веса — ученики сами его обучают. Проверяет ответы, разбирает случай с лисой: нейрон знает только два класса и не может ответить «ни то, ни другое». | Считают сумму S для пяти животных, определяют ответ нейрона. Находят ошибки «необученного» нейрона и подбирают новые веса, при которых все ответы верны. |
| 5. Почему ИИ ошибается 5 мин | Организует задание 3: модель обучили только на фотографиях серых кошек и рыжих собак. Что она ответит, увидев серую собаку? Вводит понятие предвзятости данных: ИИ повторяет ошибки и перекосы данных, на которых учился. | Обсуждают в группах, формулируют вывод: качество ИИ зависит от качества и разнообразия обучающих данных. |
| 6. «Поймай нейросеть на ошибке» 6 мин | Раздаёт задание 4: три ответа чат-бота, в каждом есть ошибка. Предлагает проверить их по учебнику и собственным знаниям. Вместе с классом формулирует правила безопасной работы с ИИ. | Находят и исправляют ошибки, записывают правила в рабочий лист. |
| 7. Рефлексия, домашнее задание 4 мин | Предлагает закончить фразы: «Сегодня я понял(а)…», «Теперь я буду проверять…». Домашнее задание (по выбору): придумать свой нейрон из 3 признаков для другой пары объектов (яблоко/груша, автобус/трамвай) ИЛИ найти дома пример ошибки ИИ и объяснить её причину. | Отвечают, оценивают свою работу по шкале «понял / есть вопросы / не понял». |
Правила безопасной работы с ИИ (итог занятия)
Не сообщай нейросети личные данные: ФИО, адрес, телефон, номер школы, фотографии.
Проверяй факты, даты и вычисления по учебнику или надёжному источнику.
Помни: нейросеть может уверенно ошибаться и «придумывать» факты.
Если используешь ответ нейросети в работе, честно укажи это.
Решение принимает человек — ответственность тоже на нём.
Приложение 1. Рабочий лист ученика
«Нейросеть: как она учится и почему ошибается»
Фамилия, имя ____________________________ Класс ______
Опорная схема. Признаки x1, x2, x3 (1 — да, 0 — нет) → умножаем на веса w1, w2, w3 → складываем: S = x1·w1 + x2·w2 + x3·w3 → если S ≥ порога, ответ «КОШКА», иначе «СОБАКА».
Задание 1. Посчитай ответ обученного нейрона
Веса нейрона: «мурлычет» w1 = 3, «острые уши» w2 = 1, «рост больше 50 см» w3 = −2. Порог = 2.
| Животное | Мурлычет (x1) | Острые уши (x2) | Рост 50 см (x3) | S | Ответ нейрона |
| Кошка Мурка | 1 | 1 | 0 |
|
|
| Овчарка Рекс | 0 | 1 | 1 |
|
|
| Мейн-кун Барс (крупная кошка) | 1 | 1 | 1 |
|
|
| Чихуахуа Тузик | 0 | 1 | 0 |
|
|
| Лиса | 0 | 1 | 0 |
|
|
Верно ли нейрон ответил про лису? Почему? ________________________________________________
Задание 2. Обучи нейрон сам
Другой нейрон ещё не обучен: w1 = 0, w2 = 2, w3 = 0, порог = 2. Посчитай S для животных из задания 1. Какие ответы неверны? Подбери новые веса, чтобы нейрон правильно отличал кошек от собак, и проверь их на всех животных.
Ошибки необученного нейрона: ____________________________________________
Мои веса: w1 = ____ w2 = ____ w3 = ____ порог = ____
Задание 3. Почему ИИ ошибается
Модель распознавания обучили на 1000 фотографий: все кошки на них были серыми, а все собаки — рыжими. Что модель ответит, увидев серую собаку? Почему? Как исправить обучение?
______________________________________________________________
Задание 4. Поймай нейросеть на ошибке
Ученик задал вопросы чат-боту и получил ответы. Найди и исправь ошибку в каждом.
| № | Ответ чат-бота | Ошибка и верный ответ |
| 1 | «1 Кбайт — это 1000 байт, потому что приставка «кило» означает тысячу». |
|
| 2 | «В слове ИНФОРМАТИКА 12 букв». |
|
| 3 | «Пароль „12345678“ надёжный, потому что в нём 8 символов». |
|
Правила безопасной работы с ИИ (запиши вместе с классом):
1. ____________________________________________________________
2. ____________________________________________________________
3. ____________________________________________________________
Рефлексия. Сегодня я понял(а) ________________________________________
Приложение 2. Ответы для учителя
Задание 1
| Животное | x1 | x2 | x3 | S | Ответ нейрона |
| Кошка Мурка | 1 | 1 | 0 | 3 + 1 = 4 | кошка ✓ |
| Овчарка Рекс | 0 | 1 | 1 | 1 − 2 = −1 | собака ✓ |
| Мейн-кун Барс | 1 | 1 | 1 | 3 + 1 − 2 = 2 | кошка ✓ |
| Чихуахуа Тузик | 0 | 1 | 0 | 1 | собака ✓ |
| Лиса | 0 | 1 | 0 | 1 | собака — ошибка |
Лиса — не кошка и не собака, но нейрон знает только два ответа. Вывод: ИИ отвечает только в пределах того, чему его научили.
Задание 2
При w1 = 0, w2 = 2, w3 = 0 у всех животных S = 2, и нейрон всех считает кошками: ошибается на овчарке, чихуахуа и лисе. Подходят, например, веса из задания 1 (w1 = 3, w2 = 1, w3 = −2, порог 2) или w1 = 2, w2 = 0, w3 = 0, порог 1 — главное, чтобы признак «мурлычет» имел решающий вес. Обсудите: разные ученики получают разные правильные веса — так и у настоящих нейросетей.
Задание 3
Модель, скорее всего, ответит «кошка»: она «запомнила», что серый цвет — признак кошки. Исправление: обучать на разнообразных данных — кошки и собаки разных цветов, пород, размеров, ракурсов.
Задание 4
1 Кбайт = 1024 байта (2¹⁰), а не 1000 — в информатике приставки кратны степеням двойки (учебник 7 класса, тема «Измерение информации»).
В слове ИНФОРМАТИКА 11 букв. Нейросети часто ошибаются в подсчёте букв, потому что «видят» текст частями слов, а не отдельными буквами.
Пароль «12345678» ненадёжный: он входит в списки самых популярных паролей и подбирается мгновенно. Надёжный пароль длинный и содержит буквы разного регистра, цифры и символы.
Список источников
Босова Л.Л., Босова А.Ю. Информатика. 7 класс. Базовый уровень: учебник. — М.: Просвещение, 2023.
Указ Президента РФ от 10.10.2019 № 490 «О развитии искусственного интеллекта в Российской Федерации» (вместе с Национальной стратегией развития ИИ на период до 2030 года).
Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (приказ Минпросвещения России от 31.05.2021 № 287).
6
