Вся программа 7 класса · 3.8. Мир данных
В одном задании надо сгруппировать предметы без заранее подписанных классов. В другом робот выбирает действия и получает награды. В обоих нет готовой метки для каждого предмета. Одинаковы ли это способы обучения?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Подготовьте: экран или распечатки, тетради, ручки; калькулятор по необходимости. Все таблицы, тексты и ключи находятся в статье и PDF. Ключи открывайте после самостоятельной попытки; ученические листы печатайте отдельно от раздела учителя.
Вариант без регистрации: работайте по готовым материалам и учебным журналам на экране или бумаге. Ученики не создают аккаунтов и не передают личных данных. Учебная имитация позволяет проверить рассуждение, но не заменяет настоящий эксперимент с сервисом.
| Время | Этап | Результат |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблемная ситуация | Первое решение и основания |
| 5–14 | Теория и разобранный пример | Понятия, доказательства и ограничения |
| 14–25 | Практика 1 | Проверяемый результат по критериям |
| 25–33 | Практика 2 | Перенос в новые условия |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент, возражение, общее решение |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ и сверка |
Что собрать: результаты двух практик, основания вывода и индивидуальную проверку. Минуты включают чтение, обсуждение и запись; раздел соответствия программе предназначен учителю вне этих 45 минут. При 0–1 балле в проверке вернитесь к разобранному примеру; при 2–3 уточните пропущенное звено; при 4 предложите новый случай. Критерии нужны для обратной связи, не задают обязательную школьную отметку.
01. Проблемная ситуация
В одном задании надо сгруппировать предметы без заранее подписанных классов. В другом робот выбирает действия и получает награды. В обоих нет готовой метки для каждого предмета. Одинаковы ли это способы обучения?
0–5 минут: минуту прочитайте ситуацию, за две запишите своё решение и основание, за две сравните с соседом и сформулируйте вопрос проверки.
02. Объяснение и разобранный пример
5–14 минут: 4 минуты — понятия; 3 — совместный разбор; 2 — проверка ограничений примера.
Обучение без учителя ищет структуру без готовых целевых ответов на каждом примере. Кластеризация объединяет похожие объекты по выбранным признакам и мере сходства. Метки «правильная группа 1» не даны. После группировки человек оценивает полезность результата для задачи. Число групп и способ сравнения влияют на итог; найденный кластер не доказывает естественную или единственно верную категорию.
Для нашей ручной модели признаки — длина в сантиметрах и масса в граммах. На плоскости близкие точки можно объединить. Метрическая близость зависит от единиц и масштаба: смена граммов на миллиграммы без пересчёта меняет числовые расстояния. На уроке мы строим график и вручную сравниваем группировки, а не запускаем k-means.
Обучение с подкреплением связано с агентом, средой, действиями и наградой. Агент ищет способ действовать, учитывая не только ближайший, но и последующий результат. Награда задаётся людьми и не равна моральной оценке. Исследование разных действий и повторные эпизоды помогают сравнивать стратегии. Наш готовый журнал демонстрирует идею, но не подтверждает обучение реального робота.
Разобранный пример. Две траектории доставки: короткая даёт +3 и заканчивается; другая сначала −1 за шаг, потом +6 за доставку, итог +5. При заданном критерии суммы в двух шагах вторая лучше. Выбор максимальной немедленной награды +3 потерял более высокий итог. Это не группировка предметов, а выбор последовательности действий.
03. Практика 1: Сгруппируйте точки
| Предмет | Длина см | Масса г |
|---|---|---|
| А | 1 | 2 |
| Б | 2 | 1 |
| В | 2 | 2 |
| Г | 8 | 8 |
| Д | 9 | 8 |
| Е | 9 | 9 |
Даны вымышленные предметы без названий классов. Основная задача — две компактные группы по обоим признакам. Затем рассмотрите, как изменится задача, если сортировать только по равной массе.
- За 2 минуты подпишите оси графика и нанесите шесть точек.
- За 4 минуты объедините близкие точки в две группы и объясните по двум координатам.
- За 3 минуты сравните с группировкой по равной массе; назовите, что она учитывает и игнорирует.
- За 2 минуты поясните, почему названия и единственная «истинная» группа не появились из данных.
Форма результата: График, две группировки и объяснение различия целей.
Критерии: По 1 баллу: график; две группы с основанием; сравнение альтернативы; ограничение названий. Всего 4.
Ответ, объяснение и критерии для учителя
Компактные группы А/Б/В и Г/Д/Е: обе координаты в первой 1–2, во второй 8–9. По равной массе: Б отдельно(1), А/В(2), Г/Д(8), Е(9). Вторая процедура отвечает другой задаче и не учитывает длину. Не приписываем предметам материал или полезность, их не измеряли. График показывает выбранные признаки, а не готовые метки.
Оценка: По 1 баллу: график; две группы с основанием; сравнение альтернативы; ограничение названий. Всего 4.
04. Практика 2: Сравните действия и награды
| Траектория | Шаг1 | Шаг2 | Что произошло |
|---|---|---|---|
| Короткая | +3 | 0 | Эпизод уже закончен после первого шага |
| С доставкой | −1 | +6 | Доставка на втором шаге |
| Неудачная | −1 | −2 | Доставка не состоялась |
Критерий: сумма наград за эпизод не длиннее двух шагов. Скидки будущей награды нет. Другой критерий нельзя молча подставить. Агент и среда учебные; движения реального устройства не требуется.
- За 2 минуты назовите агент, среду, действие и награду в ситуации.
- За 3 минуты посчитайте три итоговые суммы и выберите траекторию по заданному критерию.
- За 2 минуты объясните отличие от выбора максимума первого шага и от кластеризации.
- За минуту предложите изменение награды, которое изменит выбор; проверьте его числом.
Форма результата: Журнал трёх эпизодов и сравнение способов обучения.
Критерии: По 1 баллу: четыре понятия; суммы/выбор; различение методов; проверенное изменение критерия. Всего 4.
Ответ, объяснение и критерии для учителя
Итоги 3,5,−3, выбираем доставку. Немедленный максимум 3 выбрал бы короткую. Если стоимость первого шага доставки стала−4 вместо−1, итог 2 и короткая 3 лучше. Кластеризация группирует объекты по признакам, здесь сравниваются действия во времени с наградой. Результат зависит от критерия; по трём траекториям не заявляем освоение оптимальной стратегии во всей среде.
Оценка: По 1 баллу: четыре понятия; суммы/выбор; различение методов; проверенное изменение критерия. Всего 4.
05. Обсуждение: аргумент и возражение
33–40 минут. Тезис: «Без готовых правильных ответов результат нельзя проверить». За 2 минуты найдите трудность; за 3 приведите критерии компактности и итоговой награды; за 2 отделите проверку полезности от выдуманной метки.
Ориентир для обсуждения
Можно проверять структуру и пригодность группировки или итог по награде. Но критерии нужно задать, а не объявлять любой результат истинным. Отсутствие метки не означает отсутствия проверки человеком.
06. Индивидуальная проверка понимания
ЗадачаА: сгруппировать записи песен по похожим признакам без жанровых меток. ЗадачаБ: учиться управлять игровой фигурой по очкам за действия. Назовите два вида обучения, их продукты и одну границу оценки.
40–45 минут: 3 минуты — самостоятельная запись; 1 — сверка по ключу и исправление другим цветом; 1 — сдача ответа и общий вывод.
Ключ и критерии индивидуальной проверки
А — без учителя, кластеризация, группы; Б — с подкреплением, стратегия действий. Группы зависят от признаков/цели; максимизация очков не гарантирует полезного поведения при другой награде. По 1 за каждый метод,1 за два продукта,1 за ограничение.
07. Связь с исходной программой
Пункт программы → действие → проверяемый результат
| Пункт программы | Действие ученика | Что проверяет учитель |
|---|---|---|
| Без учителя; кластеризация | Группирует шесть объектов, строит график | Не подменяет признаки метками |
| С подкреплением | Считает награды трёх траекторий | Различает ближайший и итоговый эффект |
| Виды машинного обучения | Сопоставляет данные и продукты двух задач | Не смешивает группировку и выбор действий |
Матрица относится к результатам данного урока. Другие существенные результаты модуля раскрываются в остальных уроках по опубликованному плану.
Источники и права на материалы
Основа содержания и результатов — исходная программа класса. Поурочное название и учебные случаи — авторская методическая развёртка, не дословные названия модулей программы. Числовые наборы, реплики условных помощников и ситуации специально подготовлены для урока. Исторические карточки пересказывают указанные документы; это не дословные цитаты. Учебные журналы не являются результатами испытания реального ИИ.
Google: задачи и виды машинного обучения — источник для понятий и проверки; учебные задания разработаны отдельно.
Логотип «Школы России» используется в материалах портала; авторские схемы предназначены для учебной работы. Внешние материалы сохраняют указанные условия использования.