Pictoblox Chatbot

Wetter-KI-Chatbot

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KI in Anwendung: Baue einen Wetter-Chatbot

Chatbots finden heutzutage vielfältige Anwendungen. In dieser Unterrichtsreihe vermitteln wir die Grundlagen von Chatbots und den Einsatz von KI, insbesondere das Natural Language Processing (NLP), welches ein bedeutender Teilbereich der Künstlichen Intelligenz ist. Dabei nutzen wir eine visuelle Programmierplattform, die an Scratch angelehnt ist, um gemeinsam einen Wetterchatbot zu entwickeln. Dieser Chatbot wird in der Lage sein, Fragen zum Wetter einer bestimmten Stadt zu beantworten und sogar Empfehlungen zur Kleidungswahl zu geben.

Klasse: ab 7. Klasse

Niveau: Fortgeschritten

Vorkenntnisse: Scratch Grundkenntnisse, KI-Grundkenntnisse

Fach: Informatik, Naturwissenschaften

Dauer: 5-6 x 45 Minuten

Pictoblox Chatbot

Kompetenzen

Die Schüler:innen:

  • können die Grundlagen von Chatbots erklären.
  • kennen die Grundlagen von Natural Language Processing (NLP) als ein Bereich der künstlichen Intelligenz (KI).
  • können erklären, wie NLP im Alltag eingesetzt werden kann, um Computer zu befähigen, menschliche Sprache zu verstehen und darauf zu reagieren.
  • entwickeln einen Chatbot, der effektiv auf Wetteranfragen reagiert und eine angemessene Antwort gibt.
  • implementieren Algorithmen in einer visuellen Programmiersprache.
  • identifizieren und implementieren die Programmiergrundstrukturen Sequenz, Verzweigung und Schleifen.

Material

  • Tablet oder Computer mit Internetzugang
  • Auf den Computern installierte PictoBlox Software oder auf dem Tablet installierte Apps (iOS oder Android)
  • Beamer / interaktives Whiteboard

Ablauf

1. Einführung Chatbot

  • Dauer: 45 Minuten
  • Ziel: Die Schüler:innen lernen die Aufgaben und Ziele des Projektes kennen. Sie werden in das Thema „Chatbots“ eingeführt und testen anschließend einen einfachen Chatbot, um erste Erkenntnisse zu sammeln.

2. Einführung NLP

  • Dauer: 45 Minuten
  • Ziel: Die Schüler:innen werden in das Thema „NLP“ eingeführt. Anschließend teilen sie sich in Zweiergruppen auf und führen eine Übung zum Thema Textklassifikation am Beispiel des Kategorisierens von E-Mails durch.

3. Einführung Wetterchatbot und Ideensammlung

  • Dauer: 45 Minuten
  • Ziel: Die Schüler:innen setzen sich mit dem Thema Wetterchatbot auseinander. Anschließend teilen sie sich in Zweiergruppen auf und sammeln erste mögliche Fragen und Antworten eines Wetterchatbots.

4. Arbeiten am Chatbot

  • Dauer: 90 – 135 Minuten
  • Ziel: Die Schüler:innen werden in PictoBlox eingeführt, lernen die Erweiterungen „Wetter“ und „NLP“ kennen und setzen ihr Chatbot-Projekt mit Hilfe von Lernkarten um.

1. Einführung Chatbot

Hier findest du die Einheit Einführung Chatbots.

2. Einführung NLP

Hier findest du die Einheit Einführung NLP.

3. Einführung Wetterchatbot und Ideensammlung

Einführung (10 Minuten)

  1. Auffrischung der letzten Einheit:
    Lass die Schüler:innen die Erkenntnisse der letzten Einheit wiederholen, um ihr Wissen aufzufrischen.
  2. Die Aufgabe der Schüler ist es, dem Chatbot beizubringen, auf Begrüßungen zu reagieren, die Unterhaltung höflich zu beenden, wichtige Wetter-Stichwörter zu erkennen und sogar zu wissen, wann die Konversation beendet ist. Dies wird ihnen helfen, zu verstehen, wie nützlich diese Fähigkeiten sein können. Um dies zu erreichen, sammeln sie Informationen und Ideen, die sie später für die Programmierung des Chatbots verwenden können.

Je genauer und umfangreicher diese sind, desto besser kann der Chatbot die Fragen erkennen. Das gilt auch für die Anzahl der Stichwörter und Fragen, je mehr wir haben, desto besser funktioniert es.

Arbeitsphase (20 Minuten)

  1. Die Arbeitsphase findet wieder in der gleichen Zweiergruppe statt. Teile die Schüler:innen dementsprechend auf.
  2. Erkläre deinen Schüler:innen die Aufgabe und lasse sie die Arbeitsblätter bearbeiten.

Nutzt die Arbeitsblätter, um euren Wetterchatbot vorzubereiten. Geht nacheinander die Aufgaben auf den Arbeitsblättern durch. Insgesamt habt ihr hierfür 20 Minuten Zeit.

Abschluss (10 Minuten)

  1. Die Schüler:innen präsentieren ihre Ergebnisse und ihr diskutiert gemeinsam die Bedeutung der Auswahl von Fragen und Stichwörtern bei der Erstellung eines Chatbots. Im späteren Verlauf werden sie feststellen, dass je genauer und umfangreicher diese sind, desto besser kann der Chatbot die Fragen erkennen. Dies gilt auch für die Anzahl der Stichwörter und Fragen – je mehr wir haben, desto besser funktioniert es.

Ausblick (ca. 5 Minuten)

  1. Gib einen Ausblick auf die nächste Einheit, in der die Schüler:innen den Wetterchatbot mit Hilfe von PictoBlox programmieren.

4. Arbeiten am Chatbot

Vorbereitung

  • Computer oder Tablet mit installierter PictoBlox Software
  • Internetzugang
  • Erstelle PictoBlox-Schülerkonten für deine Schüler:innen oder ermögliche es ihnen, eigene Konten zu erstellen. Hierbei ist keine separate E-Mail-Adresse erforderlich; die E-Mail-Adresse der Lehrkraft oder eines Elternteils reicht aus. Da in Zweiergruppen gearbeitet wird, benötigst du die Hälfte der Klassenstärke.
  • Lernkarten herunterladen und ausdrucken oder als digitale Variante zur Verfügung stellen

Ablauf

Einführung (30 Minuten)

  1. Einführung PictoBlox.
    Erkläre den Schüler:innen was PictoBlox ist und aktiviere vorhandenes Vorwissen, z.B. von Scratch.
    PictoBlox ist eine visuelle Programmierplattform, die auf Scratch basiert und somit alle Vorteile davon übernimmt. Gleichzeitig bietet PictoBlox jedoch zusätzliche Funktionen wie das Steuern von Hardware, die Nutzung von Python und die Einbindung von KI-Modellen, um die Programmiererfahrung noch vielseitiger zu gestalten.
  1. Nutze die Lernkarten 1 bis 9, um eine Einführung in PictoBlox zu geben, gehe insbesondere auf die Unterschiede zu Scratch ein. Bereite die Schüler:innen auf die bevorstehende Arbeitsphase vor.

Arbeitsphase (45 – 90 Minuten)

  1. Die Schüler:innen starten PictoBlox auf dem Computer und melden sich mit den bereitgestellten Anmeldedaten an oder registrieren sich mit einem Schülerkonto. Gib den Schüler:innen folgende Aufgabe:

Startet PictoBlox und meldet euch mit den bereitgestellten Anmeldedaten an. Nutzt anschließend die Lernkarten, um den Wetterchatbot zu programmieren. Als Grundlage verwendet ihr die Arbeitsblätter Wetterchatbot aus der letzten Woche. Insgesamt habt ihr 45 Minuten Zeit. Sobald ihr die Lernkarten bis Karte 19 fertig habt, könnt ihr den Wetterchatbot verbessern und mit eigenen Ideen oder Anregungen der Lernkarte 21 erweitern.

  1. Die Lernkarten dienen als hilfreiche Anleitung, nutze sie, um mit deinen Schüler:innen jeden wichtigen Schritt durchzugehen. Alternativ kannst du ihnen ermöglichen, selbstexplorativ damit zu arbeiten.

Bei der Lernkarte 8 schlagen wir den Bogen zu den Wetterchatbot-Arbeitsblättern, in denen die Daten gesammelt wurden. Die Klassen sind die Kategorien Wetter, Kleidung und Regenschirm. Die passenden Stichwörter und Sätze werden dann in den Klassen als Daten gesammelt und für das Training des Modells genutzt.

  1. Motiviere deine Schüler:innen, das Programm zu erweitern und die Ideen mit Hilfe der letzten Lernkarte oder eigenen Ideen zu erweitern.

Abschluss (ca. 15 Minuten)

  1. Der Abschluss der Unterrichtsreihe ist eine Gelegenheit, das Gelernte zusammenzufassen, Reflexionen anzustellen oder die Schüler:innen für ihre Fortschritte zu belohnen. Hier sind einige Ideen, wie du den Abschluss gestalten kannst:
    1. Lass die Schüler:innen ihre Chatbots präsentieren. Leite eine Diskussion über das Gelernte und die Erfahrungen während der Unterrichtsreihe.
    2. Frage die Schüler:innen, was sie am meisten interessiert hat, was sie gelernt haben und wie sie die neuen Kenntnisse in Zukunft anwenden könnten.
    3. Sammle Ideen für weitere Projekte.
    4. Bitte die Schüler:innen um Feedback zur Unterrichtsreihe. Was hat ihnen gefallen, was könnte verbessert werden?

Hinweise

  • Diese Unterrichtsreihe setzt Grundkenntnisse von KI voraus. Eine passende Einführung findest du hier.
  • Der vorgestellte Chatbot ist nur eine Beispielumsetzung. Du kannst zum Beispiel einen „Berufsberatungschatbot“ mit deinen Schüler:innen umsetzen, dazu musst du nur die Fragen/Antworten anpassen und den PictoBlox Erweiterungsblock „Weather“ auslassen
  • Möchtest du einen Chatbot ohne KI mit Scratch entwickeln? Dann schau dir folgendes Konzept an.

weitere Projektideen

  • Künstliche Intelligenz verstehen

  • Chatten mit KI: Entdecke ChatGPT

  • KI analog: Wie funktioniert maschinelles Lernen?

  • Einführung Chatbots

  • Einführung NLP

  • KI im Kunstunterricht

  • Einführung ML

  • Bildklassifikationsmodell mit Pictoblox

  • Ampelschaltung mit PictoBlox