AI deň
SVETLO A VNÍMANIE FARIEB, resp. Ako "AI" vidí svet
metodika vyučovacej hodiny FYZ s využitím AI na rozvoj kritického mysleniaCiele:
Žiak dokáže:
- vysvetliť pojmy odraz svetla, absorpcia svetla a rozklad svetla,
- vysvetliť princíp farebného videnia u človeka,
- navrhnúť, zrealizovať a vysvetliť experiment, ktorým dokáže, že látky s čiernym povrchom sa zohrievajú rýchlejšie ako s bielym (čierne látky svetlo pohlcujú a biele ho odrážajú),
- porovnať vnímanie farieb u človeka a pri spracovaní obrazu umelou inteligenciou,
- kriticky zhodnotiť presnosť a limity výstupov AI (generovaných obrázkov) na základe spôsobu zobrazenia a rešpektovania fyzikálnych javov a zákonov.
Pomôcky: farebné kartičky (opakovanie pojmov, vzťahov, javov), farebné papiere (min. však biely a čierny – rovnakej i rôznej kvality, príp. biely a čierny obal na spisy, biela a čierna kovová doska), digitálny teplomer, baterka (stolná lampa), stopky (mobil), počítač
Softvér: Canva (rozšírenie EDU, umelá inteligencia Canvy)
SCENÁR HODINY
1. Motivácia (5 minút)
Na fyzike ste sa zaoberali už niekoľko hodín svetlom – jeho vlastnosťami, niektorými javmi. Dnes si ukážeme, aký je rozdiel medzi vnímaním svetla človekom a umelou inteligenciou.
Diskusia: Ako vnímame farby? Ako ich vníma AI?
Na obrázkoch vidíte farebný svet pod vodou.
- Čo na obrázkoch vidíte?
- Vyzerajú obrázky realisticky?
- Čo majú obrázky spoločné / rozdielne?
- Prečo niektoré farby vyzerajú zvláštne?
Hypotéza: Zrejme obrázky vznikli pomocou umelej inteligencie – farby sú jasné, objekty ostro ohraničené od okolia, lúče netypicky zvýraznené, opakujú sa vzory,..
2. Riadený rozhovor – čo už vieme (10 min)
Problém: Ako umelá inteligencia vníma farby? Rovnako ako naše oko?
Pozrime sa bližšie na zobrazovanie ľudským okom.
Ktoré jeho časti sú zodpovedné za to, že vidíme predmety? Ktoré časti oka snímajú obraz? Ako je možné, že vidíme farebne?
(Postupne opisujeme spoločne a využívame obraz – ľudské oko, zloženie sietnice)
Biele svetlo je zložené z farieb (prechodom cez optický hranol alebo pomocou CD vieme veľmi ľahko rozložiť svetlo na farebné zložky). Svetlo je elektromagnetické žiarenie, ktoré ľudské oko dokáže zaznamenať. Svetlo sa odráža od predmetu, prechádza cez šošovku, sklovec, dopadá na sietnicu. Tu podráždi receptory, ktoré očným nervom odnesú signál do mozgu. Mozog signál z receptorov zloží do výsledného obrazu.
Ako to, že vidíme farby, veď svetlo napr. zo Slnka (alebo aj z lampy) je biele?.
Po dopade bieleho svetla na predmet sa od predmetu odráža len tá farba (zložka), z ktorej je povrch telesa. Takže žltý predmet odráža len žltú farbu spektra, modrý len modrú,... Ostatné farby sa telesom absorbujú.
Ak „AI“ pozná farby – má aj ona také receptory ako má ľudské oko? Umelá inteligencia pracuje s dátami. Niekto ju musel natrénovať, naučiť ju ako „vyzerá“ farba červená, modrá, biela, a pod. Dokáže tiež snímať dáta, signál od predmetov (napr. pomocou senzora osvetlenia), ale porovnáva si číselné (odmerané) údaje s naučenými dátami. AI teda „interpretuje“ obraz podľa dát, nie podľa fyzikálnych javoch.
3. Overovanie (10 min):
Všetky farby odrážajú a pohlcujú svetlo rovnako? Zamyslime sa: Ak v lete svieti slnko rovnako dlho na čiernu a na bielu kapotu auta, zohrejú sa obe kapoty rovnako? Zrejme nie.
Hypotéza: Predmety z čiernej farby pohlcujú svetlo viac ako iné farby, preto sa čierne telesá rýchlejšie zohrievajú. Biele predmety sa zohrievajú menej, pretože sa väčšina svetla odráža.
Navrhnite spôsob, ako by sme si túto skutočnosť preverili.
Každá skupina meria zohrievanie papiera s inou farbou (príp. s inou kvalitou - hrúbkou, lesklým povrchom,...).
Z vybraného materiálu zložia "kabátik" (obálku) a navlečú do neho teplomer.
Pokus:
Žiaci pomocou baterky a farebných kabátikov (zoraďujú farby od tých, ktoré sa od žiarovky ohrejú za rovnaký čas viac, a ktoré menej. Postupne osvetľujú kabátiky položené na teplomere a zisťujú, pri ktorých sa teplota zvýši viac a pri ktorých menej. Hodnoty si zapíšu do tabuľky a usporiadajú podľa veľkosti – čierna pohlcuje naviac – biela najmenej.
Vyšlo to tak, prečo nie?
Čo si o tom myslí umelá inteligencia? Čo vie o tomto probléme?
Zadaj vhodné prompty a porovnaj naše zistenia so zisteniami AI. Do chatGPT zadáva učiteľ – žiaci diktujú.
Porovnajte vysvetlenie získané AI s Vaším meraním.
Čo všetko mohlo rozhodnúť o úspešnosti merania?
- rovnaký papier – hrúbka, lesklý/matný povrch, rovnako ďaleko umiestnený zdroj svetla od teplomera, rovnaká intenzita dopadajúceho svetla, rovnaký čas. Teda, ak ste to dopredu nevedeli, neurčili si podmienky merania, výsledky môžu byť skreslené, dokonca nepravdivé, a bude sa nám zdať, že to čo už stáročia ľudia dodržiavajú a vedia, zrazu nie je pravda.
Poďme teda pokus urobiť spoločne:
- rovnaký materiál len farba iná
- rovnako ďaleko zdroj svetla od oboch materiálov a s rovnakou intenzitou
- rovnaký čas
Zistenie: Naozaj sa obal z čiernej farby zohrieva rýchlejšie – viditeľnejšie ako obal bielej farby.
Poučenie: Pri realizácii pokusov je dôležité vopred premyslieť, pri akých podmienkach zrealizujeme meranie. Ak skúmame jednu veličinu, ostatné musia byť rovnaké. Vopred si musíme premyslieť, čo by mohlo meranie pokaziť, kde by mohli nastať chyby.
Zvolenie podmienok fyzikálneho merania je rovnako dôležité ako zadanie promptov pri práci s umelou inteligenciou. Výsledok, ktorý získame, v oboch prípadoch závisí od dôsledne premysleného vstupu.
4. Využívanie fyzikálnych javov pri využívaní AI (10 min)
Pomocou číselných hodnôt dokážeme natrénovať AI, aby dokázala rozlišovať farby, dokonca existujú meracie prístroje, ktoré dokáže v PC zobraziť farebné spektrum – teda senzor odmeria vyžarované vlnové dĺžky a k nim v PC priradí číslo farby podľa RGB modelu.
AI teda dokáže k nasnímanej hodnote intenzity žiarenia a vlnovej dĺžky priradiť farbu. Dokonca vďaka senzorom (ich technickému zhotoveniu) dokáže „vidieť“ viac ako ľudské oko – rozlišuje aj infračervené a ultrafialové vlnenie.
Dokáže AI rešpektovať fyzikálne javy a zákony?
Aké javy v súvislosti so šírením svetla už poznáte? (menujeme a zapisujeme)
1. Odraz svetla
2. Absorpcia svetla
3. Rozklad svetla
4. Lom svetla
5. Tieň
6. Miešanie farieb / rozptyl
Poďme spoločne preskúmať, ako si AI poradí s týmito javmi!
Každá skupina pomocou PC v Canve vygeneruje obrázky pre jeden jav ...
Vopred si dobre premyslite, aký PROMPT zadáte ... čo na obrázku chcete vidieť ...
AI Vám vygeneruje 4 obrázky – vložte ich do vytvoreného snímku v CANVA prezentácii. Orámujte obrázok, ktorý sa Vám zdá najrelevantnejší – najpresnejší a pripravte si vysvetlenie prečo ste sa tak rozhodli.
Napr.
„Vytvor obrázok, ktorý znázorňuje svetelné lúče prenikajúce do lesa cez koruny stromov.“
- Čo sledujeme? Chceme vidieť, či naozaj svetlo sa šíri pozdĺž lúčov a či sú lúče rozbiehavé alebo rovnobežné...
Použijú prompt, napríklad:
„Ilustrácia ukazujúca, ako sa svetlo odráža od zrkadla v tmavej miestnosti.“
„Vysvetli cez obrázok, ako vzniká tieň pri dopade svetla na predmet.“5. Reflexia a záver (10 minút)
- Žiaci prezentujú svoje obrázky a vysvetlia jav, ktorý zobrazujú.
- Spoločne vytvoria mini galériu „Ako AI vidí svetlo“.
- Diskusia:
-
- V čom sa výstupy AI zhodovali/nezhodovali s fyzikou?
- Ako overovať správnosť odpovedí AI?
- Kedy môžeme AI dôverovať a kedy nie?
- Ako rozlíšiť obrázok/fotografiu vyhotovenú fotoaparátom/človekom od výtvoru AI?
-
Rozdiely medzi videním človeka a umelej inteligencie
- Človek vidí a rozumie tomu, čo vidí – vie si obrázok spojiť s emóciami, spomienkami a významom.
- Umelá inteligencia pracuje s údajmi – musí sa naučiť, čo jednotlivé tvary a farby znamenajú.
- Kamery môžu vidieť aj iné druhy svetelného žiarenia ako ľudské oko (napr. infračervené).
- Umelá inteligencia nevidí sama – potrebuje zariadenia a programovanie.
Ponaučenie:
Ak budeme chcieť odlíšiť fotografiu od obrazu vytvoreného pomocou AI, majme na mysli pár dôležitých fyzikálnych vlastností😊