Kõik kursused

Tehisintellekt ja füüsika inseneerias

Mehaanika seadused kinemaatikast energiani – mõõdetuna oma katsetes ja arvutatuna oma andmetest. Suur keelemudel (SKM) on kursusel töövahend ja kontrollitav väide: iga simulatsioon ja arvutus, mille see pakub, saab katse või arvutusega kontrolli.

Kursus algab tehisintellekti tööpõhimõttest ja kasutusreeglitest, seejärel rakendatakse keelemudelit gümnaasiumi mehaanika teemadel inseneeria kontekstis.

kursuse üldandmed
kursus:Tehisintellekt ja füüsika inseneerias
suunamoodul:Inseneeria ja tehisintellekt · G1 · 1. kursus
maht:21 õppetundi (35 akadeemilist tundi)
eeltingimus:ei ole – esimene kursus suunamoodulis
praktikat:16 tundi 21-st – katsed, mõõtmised, simulatsioonid
hindamine:arvestatud / mittearvestatud
0õppetundi35 akadeemilist tundi · 75 min
0teemaplokkikinemaatika, dünaamika, energia
0tundi praktilise tööga21-st · katsed, mõõtmised, simulatsioonid
0keelemudelit kõrvutivõrdle ja kontrolli

Kursuse teemad

Keelemudeli tööpõhimõteKasutusreeglidKinemaatikaHeitkeha ja simulatsioonDünaamikaEnergia ja võimsusEnergiaauditMõõtmine ja täpsusKeelemudeli vead mõttepäevikusLõpuprojekt
Kursus

Mõõda → arvuta → simuleeri → kontrolli

Kursus algab sellest, kuidas keelemudel töötab ja miks see eksib, ning kokkulepitud kasutusreeglitest. Seejärel läbitakse mehaanika põhiteemad – kinemaatika, dünaamika, energia ja võimsus – nii, et iga seadust mõõdetakse programmeeritava roboti, dünamomeetri või energiamõõturiga ja võrreldakse keelemudeli arvutuse või simulatsiooniga. Seosed inseneeriaga tuuakse sõidukitest, ehitistest, masinatest ja energeetikast.

FÜÜSIKA · KATSE

Seadus, mida saab ise mõõta

Kinemaatika roboti liikumisest, vaba langemine ja heitkeha katapuldiga, Newtoni seadused dünamomeetriga, energiakulu koduseadmetest. Tulemus esitatakse alati koos täpsuse hinnanguga.

  • Kinemaatika
  • Dünaamika
  • Energia
SIMULATSIOON · KOOD

Keelemudel loob, katse kontrollib

Õpilane laseb keelemudelil luua nähtuse simulatsiooni ja võrdleb seda oma katsega. Erinevus on õppimise koht: vale ühik, vale eeldus või õige arvutus vale järeldusega.

  • Simulatsioon
  • Võrdlus
  • Viga
SKM · REEGLID

Töövahend, mitte oraakel

Mõtlemisaeg enne küsimist, kontroll enne usaldamist, allika ja arvutuse eristamine. Vähemalt kaks keelemudelit kõrvuti; mõttepäevik kogub kursuse jooksul leitud keelemudeli vead.

  • Kaks mudelit
  • Kontroll
  • Mõttepäevik
Ülesehitus

Kursuse ülesehitus

Esimesed kolm tundi panevad paika tehisintellekti kasutamise reeglid, seejärel käivad mehaanika teemad kolmes plokis: kinemaatika, dünaamika ning energia ja võimsus. Teadmiste kontroll, õppekäik ja lõpuprojekt koos esitlustega täidavad ülejäänud tunnid. Tundide ülesanded, tehisintellekti tugi ja mõttepäevik avanevad pärast sisselogimist.

Lõiming matemaatikaga: teepikkus, kiirus ja aeg, lineaarne seos ja ruutfunktsioon graafikutel, liikumisülesanded lineaar-, ruut- ja murdvõrranditena, protsentarvutus; füüsikas kineetiline ja potentsiaalne energia.

Kava on arendusjärgus – seda täpsustatakse piloteerimise käigus ja see valmib lõplikult 2028. aasta lõpuks.

1.tund

Suunamoodul ja kursus: mis on tehisintellekt, kuidas keelemudel töötab ja miks ta eksib; mõttepäeviku alustamine.

2.tund

Keelemudeli kasutamise reeglid: mõtlemisaeg enne küsimist, kontroll enne usaldamist, allika ja arvutuse eristamine.

3.tund

Eri keelemudelite võrdlus sama füüsikaküsimuse peal; esimene mõttepäeviku sissekanne keelemudeli vea kohta.

4–6.tund

Kinemaatika: ehituskomplektist kokku pandud programmeeritava roboti liikumise mõõtmine – kiirus, kiirendus ja liikumisgraafikud; keelemudeli arvutuse võrdlus oma mõõtmisega.

7–8.tund

Vaba langemine ja heitkeha: kukkumiskatse ja katapult; keelemudeliga loodud simulatsioon ja selle kontroll katsega.

9–10.tund

Dünaamika: Newtoni seadused ja hõõrdejõud dünamomeetri ja roboti katsetes; jõudude skeem keelemudelilt ja selle kontroll.

11.tund

Teadmiste kontroll: kinemaatika ja dünaamika ülesanded koos mõõtmisega.

12–13.tund

Energia ja võimsus: vedru energia muutumine liikumisenergiaks katapuldikatses; koduseadmete energiakulu mõõtmine ja tulemuste tabel.

14.tund

Õppekäik ettevõttesse või taristuobjektile, kus füüsika on igapäevatöö osa (tööstus, energeetika, ehitus).

15–19.tund

Lõpuprojekt: füüsikalise nähtuse simulatsioon koos katselise kontrolliga ja seosega inseneeriaga; üks tund kooli tehisintellekti labori kohaliku keelemudeliga.

20.tund

Lõpuprojektide esitlused: nähtus, simulatsioon, katse ja nende võrdlus; kus keelemudel eksis.

21.tund

Kokkuvõte ja refleksioon: mõttepäevikute põhjal ühine arutelu, kus ja kuidas keelemudel eksis.

Õpitulemused

Kursuse läbinud õpilane

Viis õpitulemust kahes rühmas: füüsika inseneerias ning tehisintellekt ja kontroll.

G1 · Tehisintellekt ja füüsika inseneerias

01Füüsika inseneerias

  • arvutab kiirust, kiirendust, jõudu, tööd ja võimsust oma mõõteandmetest ja esitab tulemuse koos täpsuse hinnanguga;
  • seostab mehaanika seadusi inseneeria rakendustega sõidukites, ehitistes, masinates ja energeetikas;

02Tehisintellekt ja kontroll

  • kirjeldab keelemudeli tööpõhimõtet ja piire ning järgib kokkulepitud kasutusreegleid;
  • loob keelemudeli abil füüsikalise nähtuse simulatsiooni ja kontrollib seda katse või arvutusega;
  • tunneb ära tüüpilised tehisintellekti vead füüsikas: vale ühik, vale eeldus, õige arvutus vale järeldusega.
Pedagoogilised põhimõtted

Neli põhimõtet

Õppimine algab õpilase enda mõtlemisest, tehisintellekt on abiline ja iga selle väljund saab kontrolli. Usutavus ei ole tõesus – arvutus võib olla korrektne, aga järeldus vale.

Õppijakeskne lähenemine

  • Mõtlemisaeg enne SKM-i – keelemudel ei anna vastuseid enne, kui õpilane on ise püüdnud probleemi lahendada.
  • Vigade väärtustamine – eksimused on õppimise loomulik osa; vead dokumenteeritakse ja analüüsitakse.
  • Aeglane ja sügav õppimine – pigem vähem teemasid põhjalikult kui palju pinnapealselt.
  • Õpitu ülekanne – iga teema juures küsitakse, kus veel võiks õpitut kasutada.

SKM kui Sokrates, mitte oraakel

  • SKM selgitab ja küsib – keelemudel toetab õppimist küsimuste ja selgitustega, mitte valmis vastustega; mõnes harjutuses seatakse SKM küsivasse režiimi.
  • Mitme mudeli paralleelkasutus – vähemalt kaks keelemudelit, vastuste võrdlus.
  • Õpilane seletab SKM-ile – mõiste selgitamine keelemudelile nii, et see saaks aru ja annaks tagasisidet.

Kontrolli enne usaldamist

  • Kontroll igas tunnis – tehisintellekti väljundit kontrollitakse arvutuse, mõõtmise, katse, simulatsiooni või ametliku allika abil.
  • Infoallikas ja soovitaja on eri rollid – soovitusi hinnatakse kokkulepitud kriteeriumide (sobivus, ohutus, kulu, teostatavus) alusel.
  • Usutavus ei ole tõesus – veenev vorm ei ütle midagi sisu õigsuse kohta.

Mõttepäevik

  • Iga õpilane peab mõttepäevikut – üks sissekanne tunni kohta: vastus tunni küsimusele, kus tehisintellekt eksis ja kuidas seda kontrolliti, mis jäi arusaamatuks.
  • Püsiküsimus igas tunnis: „Kus keelemudel täna eksis ja kuidas ma selle tuvastasin?“
Hindamine

Arvestatud / mittearvestatud

Kursus on mitteeristava hindamisega. Hinnatakse protsessi, pingutust ja arengut, mitte üksnes lõpptulemust. Vihjete, juhendite ja keelemudeli kasutamine ei mõjuta hindamist – ka tehisintellekti vea leidmine ja dokumenteerimine on väärtuslik õpitulemus.

ARVESTUSE TINGIMUSED
  1. Osalus vähemalt 80% tundidest – puudumisel järeltöö või iseseisev ülesanne.
  2. Kõik praktilised tööd esitatud – katse, mõõtmine või simulatsioon koos kontrolliga; vigadega töö on aktsepteeritav, kui vead on dokumenteeritud.
  3. Teadmiste kontroll (11. tund) sooritatud – kinemaatika ja dünaamika ülesanded koos mõõtmisega.
  4. Mõttepäevik – vähemalt 10 sisukat sissekannet.
  5. Lõpuprojekt esitatud ja esitletud – simulatsioon, katse ja nende võrdlus koos kontrolliprotokolliga.
Mittearvestatud töö parandatakse õpetaja määratud tähtajaks
MÕTTEPÄEVIKU SISSEKANNE
  1. Tunni küsimus – üks küsimus tunni kohta; vastus oma sõnadega
  2. Kus keelemudel täna eksis ja kuidas ma seda tuvastasin? – ka „viga ei leitud“ on tulemus, kui kontroll tehti
  3. Mis jäi arusaamatuks? – küsimused järgmiseks tunniks
LÕPUPROJEKT

Füüsikalise nähtuse simulatsioon koos katsega

Õpilane valib nähtuse, laseb keelemudelil luua simulatsiooni, kontrollib seda oma katse või arvutusega ja seostab tulemuse inseneeria rakendusega. Üks tund tehakse kooli tehisintellekti labori kohaliku keelemudeliga. Esitlus 5–10 min: nähtus, simulatsioon, katse ja nende võrdlus; kus keelemudel eksis.

Praktilised töödKatsed robotiga, katapuldi ja dünamomeetriga, energiakulu mõõtmine; iga tulemus koos täpsuse hinnanguga ja võrdlusega keelemudeli arvutusega.
Teadmiste kontrollKinemaatika ja dünaamika ülesanded, mille juurde kuulub mõõtmine; keelemudel on lubatud, iga abi kontrollitakse.
MõttepäevikÜks sissekanne tunni kohta: tunni küsimus, keelemudeli viga ja selle tuvastamine, mis jäi arusaamatuks.
TagasisideSuuline tagasiside tunnis, kirjalik mõttepäevikule, kaaslaste tagasiside simulatsioonidele, lõpuesitluse tagasiside.
Vahendid

Mida kursusel kasutatakse

Vahendid on kirjeldatud liigi, mitte toote kaupa – kool valib konkreetsed seadmed ja keskkonnad ise.

Programmeeritavad robotid ja ehituskomplektid
Dünamomeetrid ja mõõdulindid
Telefoni stopper ja sammulugeja
Energiakulu mõõtur
Veebipõhine simulatsiooni- ja programmeerimiskeskkond
Vähemalt kaks suurt keelemudelit
Kooli tehisintellekti labor (arvutikomplekt kohaliku keelemudeliga)

Sisselogimine

Kursuse rakendus avaneb sisselogimisel – valmimisel

Kooli Microsofti kontoga. Õpilane valib tunni, lahendab ülesandeid tehisintellekti toe ja soovitustega ning täidab mõttepäevikut. Õpetaja näeb ja muudab tundide ülesandeid ja kirjeldusi otse brauseris.

Avalik osa – kava, ülesehitus, õpitulemused ja hindamine – on loetav ilma sisselogimiseta.

Õpilasele

Tunni ülesanded, tehisintellekti vihjed ja kontroll, mõttepäevik – näed ainult oma vastuseid

Õpetajale

Ülesannete ja tunnikirjelduste muutmine, õpilaste vastuste ja päevikute ülevaade

Kõik kursused

saaremaa.edu.ee/iti