Živalsko drevo

Uvod

Aktivnost je primerna za zaključek obravnavanja živalskih skupin (vretenčarji, nevretenčarji; mehkužci, plazilci, ptiči, ribe …), saj učenci ob njej temeljito ponovijo lastnosti posameznih skupin in tudi posameznih živali (so delfini ribe? imajo pingvini dlako?).

Učenci bodo videli in razumeli preprost algoritem strojnega učenja. Zaradi zanimive tematike so ob uri, če jih pustimo, lahko tudi zelo - ali celo malo preveč - angažirani.

Ločevanje živali na podlagi ene lastnosti

1. S spletne strani prenesemo datoteko zivali.xlsx in jo odpremo v Excelu. (Vrstici 2 in 3 sta skriti. Kaj vsebujeta, nas tu ne zanima; opisano je v dodatnem materialu za učitelje.)

2. 

   Učenci naj predlagajo dve živali, ki spadata v dve različni skupini. Lahko zahtevamo, na primer, eno dvoživko in eno ptico. Recimo, da izberejo dvoživko žabo in ptico lastovko. V prvi stolpec vnesemo njuni imeni in v drugega skupini.

3. 

   Učenci naj povedo, po čem bomo ločili dvoživke od ptic. Recimo, da so se odločili za to, ali žival leti ali ne. (Seveda bi bila primernejša lastnost perje; kokoši niso znane kot dobre letalke, pingvini pa še manj. Vendar ubogajmo predloge.) Dodamo nov stolpec: v C1 zapišemo “leti”, v C4 (vrstica z žabo) zapišemo “ne”, v C5 (lastovka) pa “da”.

   V razredu bomo verjetno uporabljali druge živali in lastnosti - sledimo temu, kar predlagajo učenci.

4. 

   S spletne strani prenesemo delotok za program Orange in ga odpremo.

   Pritisnemo na tipko za odpiranje datoteke (desno od vnosne vrstice z imenom datoteke) in odpremo Excelovo datoteko, ki smo jo pravkar sestavili.

5. 

   Z dvoklikom odpremo Drevogled. Računalnik je prišel do očitnega spoznanja: če žival leti, je ptica, sicer dvoživka. Prepričamo se, da učenci razumejo pomen drevesa.

6. Učenci naj predlagajo dve novi živali iz teh dveh skupin (v našem primeru dvoživko in ptico). Recimo, da predlagajo močerada in vrabca.

   

   • V Excelu v prvi stolpec vnesemo njuni imeni, v tretjega podatke o njunih letalnih zmožnostih. Drugi stolpec pustimo prazen!
   • Shranimo Excelovo datoteko.
   • Vrnemo se v Orange in v gradniku Datoteka kliknemo Ponovno naloži.
   • V Drevogledu ugotovimo, da je drevo ostalo takšno kot prej.

7. 

   Odpremo gradnik Napovedi. V njem vidimo vse štiri živali. V desnem delu so podatki, v levem stolpcu pa napovedi drevesa. Da sta žaba in lastovka dvoživka in ptica, je bilo že podano. Kaj sta močerad in vrabec, pa je računalnik s pomočjo drevesa sklepal po tem, da prvi ne leta, drugi pa.

Gradnja drevesa: še en kriterij

1. Učence prosimo za še kakšen primer živali. Najbrž bodo predlagali različne priljubljene ali zanimive živali. Izberimo katero, ki ni ne dvoživka ne ptica. Včasih pa učenci tudi sami vprašajo, kaj bi se zgodilo, če bi v tabelo dodali še kakšno žival iz kake tretje skupine. Sicer pa jih poskusimo sami napeljati na to.

2. Na primer, da si želijo videti napoved za kravo. Dodamo jo v tabelo v Excelu: vpišemo njeno ime in podatek, da ne leti (saj bi povzročila potres ob pristanku). Drugi stolpec spet pustimo prazen! Shranimo.

3. Še preden Ponovno naložimo podatke v gradniku Datoteka, vprašamo učence, kam bo računalnik uvrstil kravo. In, seveda, kam bi jo moral. Verjetno bodo razumeli, da računalnik (še) ne ve za sesalce. Če so že pozabili drevo, jim ga ponovno pokažemo in ugotoviti morajo, da bo krava razglašena za dvoživko.

4. 

   V Datoteka pritisnemo Ponovno naloži. Drevo ostane takšno, kot je bilo. Odpremo Napovedi in vidimo, da je krava (domnevno) dvoživka.

5. 

   Učence vprašamo kaj, storiti, da bo računalnik pravilno uvrstil kravo med sesalce. Napeljimo jih na to, da potrebujemo še eno lastnost. Pri kravi bi to utegnila biti “daje mleko”. Dodajmo stolpec “daje mleko”; pri vseh prejšnjih živalih napišimo “ne”, pri kravi “da”. Drugega stolpca ne spreminjamo!

   Če namesto tega predlagajo, da dodamo v podatke še kakega sesalca - imenitno, storimo tako (to pride sicer dva koraka kasneje, vendar pač preskočimo). Nato pa moramo vseeno dodati še eno lastnost, ki bo sesalce ločila od dvoživk.

   Morda bodo predlagali, da računalniku povemo, da je krava sesalec. V tem primeru vztrajajmo, naj to odkrije sam.

6. Odprimo Drevo: nespremenjeno. Odprimo Napovedi: seveda prav tako nespremenjene. Zakaj?

   Računalnik še vedno ne ve za sesalce, saj ni videl še nobenega primera sesalcev. Če bodo učenci predlagali, da mu povemo, da je krava sesalec, vztrajajmo, naj to odkrije sam, pač pa mu lahko pomagamo z drugo, novo živaljo, za katero mu bomo povedali, da je sesalec.

   

   Dodamo lahko, na primer, medveda. Ta je imeniten zato, ker lahko duhovičimo o tem, da medved (pravzaprav medvedka) sicer v principu daje mleko, vendar sta tako medvedje mleko kot medvedji sir manj znana od kozjega, ker je medvedke - za razliko od krav - prenevarno molsti.

   V Excelu torej dodamo medveda, povemo, da je sesalec, ki ne leti (samo še tega, da nas napade leteči medved, se nam manjka) in da daje mleko (vsaj teoretično). Shranimo.

7. 

   V Datoteka pritisnemo ponovno naloži. V Drevogledu preverimo drevo: vidimo, da neleteče živali zdaj ločuje glede na to, ali dajejo mleko ali ne.

8. 

   Odpremo Napovedi: vidimo, da je zdaj krava pravilno uvrščena med sesalce.

   Prepričamo se, da učenci razumejo, kaj pomeni nastajajoče klasifikacijsko drevo: leteče živali so ptice, pri ostalih pa je pomembno, ali dajejo mleko ali ne. Če ga, so sesalci, če ne, dvoživke.

Nadaljnja gradnja drevesa

Uro nadaljujemo tako da dodajamo nove skupine živali, na primer ribe, in primerne spremenljivke, ki jih opišejo. (Ima luske? Ali pa: diha s škrgami) Še bolj zanimive so žuželke, saj letijo, vendar niso ptice. Kako ločiti žuželke od ptic?

Aktivnost se lahko razvija zelo zanimivo in pripravljeni moramo biti na različne scenarije. Učenci lahko, na primer, predlagajo podatek o tem, ali ima žival plavuti. To bo postalo zanimivo, če dodamo delfine. Ob tem lahko ponovimo, da so delfini sesalci; ko dodamo sesalce s plavutmi, plavuti nenadoma ne bodo več dobra lastnost za identifikacijo rib (in v resnici niso).

Učenci lahko dodajo pingvine in se začnejo pregovarjati o tem, ali so ribe (ne: ptiči) in ali imajo dlako (ne: perje).

Ura je lahko res zabavna, če se bomo znašli. V razredu smo naleteli na različne absurdne situacije. Nismo le molzli medvedov, temveč smo razpravljali tudi o tem, ali polži letijo ter ugotovili, da če že letijo, letijo po polžje, torej zelo počasi.

Morda bodo učenci dodali več podatkov, kot je potrebno, oziroma podatke, ki ne bodo povedali ničesar, česar ne bi bilo mogoče razbrati že iz ostalih.

Učencem se lahko zazdi zanimivo, kaj bi bilo, če bi bilo povsod “da” ali povsod “ne”. Na takšna vprašanja si bodo že znali odgovoriti sami, s pomočjo drevesa. Vseeno pa je poučno to pokazati še s primerom. Letečo žival, ki daje mleko, ter je hkrati dlakava, luskasta in sluzasta, smo poimenovali liokorn in ugotovili (najprej peš po drevesu, nato še v gradniku Napovedi, da je liokorn, izgleda, nekakšna žuželka).

Povzetek

Učencem za konec povemo, da bi lahko na podoben način, kot smo se tu učili o skupinah živali, zbrali podatke o sestavinah različnih jedi in poskušali napovedovati, ali bo jed všeč določenemu učencu ali ne. Ali pa podatke o simptomih, s katerimi poskušamo diagnosticirati bolezni. Ne le, da “bi lahko”, temveč to dejansko počnemo.