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19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 2
Gliederung
1. Definition2. Problemlösen in der Gestaltpsychologie
a) Funktionale Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungseffekte
3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 3
Was ist ein Problem?
„problematon“ (gr.): „das, was zur Lösung vorgelegt wurde" Probleme sind Hindernisse auf dem Weg zum Ziel. Problem = Herausforderung ?
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 4
Merkmale eines Problems
Situation AusgangszustandZiel ZielzustandHindernisse
Aufgabe vs. Problem
kein Hindernis, Hindernisse liegen vor,die Lösung gelingt Ausgangszustand kann unmittelbar nicht ohne weiteres in
den Zielzustand überführt werden
Problemlösen: Überführung des Ausgangszustands in den Zielzustand durch Überwindung der Hindernisse.
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 5
Problemtypen – Klassifizierung nach McCarthy
geschlossene (gut definierte) Probleme:Ausgangs- und Endzustand sind klar bestimmt, die Operatoren zur Überführung der Barriere sind aber nicht bekannt.(z.B. mathematische Beweise)
offene (schlecht definierte) ProblemeAusgangszustand und/oder Endzustand unklar. (z.B. die Wohnung verschönern).
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 6
Problemtypen – Klassifizierung nach Dörner
Probleme mit InterpolationsbarrierenTreten bei geschlossenen Probleme aufIst- und Soll-Zustand sowie die Operatoren sind bekannt, nicht aber deren spezifische Kombination oder AbfolgeBsp. Anagramme < p, o, l, m, e, r, b >
Probleme mit SynthesebarrierenTreten bei geschlossenen Probleme aufIst- und Soll-Zustand sind bekannt, nicht aber die Operatoren zur Überwindung des HindernissesBsp. 4 6 5 7 6 …
Probleme mit dialektischen BarrierenTreten bei offenen Probleme aufDie Lösungsvorschläge müssen erst auf interne oder externe Widersprüche überprüft und optimiert werden
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 7
Problemtypen – Klassifizierung nach Greeno
Transformationsprobleme:Anfangs- und Zielzustand sind gut definiertÜberführung des Ausgangszustands in den Zielzustand durch eine passende Abfolge mehrerer Zwischenschritte (z.B. Turm von Hanoi, das-Hobbits-und-Orc-Problem).
Neuordnungsprobleme:Alle Problemelemente sind bekannt, ein allgemein beschriebenes Ziel ist angegebenProblemlösung durch Reorganisation der Elemente einer Ausgangssituation (z.B. Anagramme).
Induktionsprobleme:Basiert auf der InduktionAuffinden einer allgemeinen Struktur aus Beispielen (z.B. Analogie bilden).
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 8
Problemtypen – Klassifizierung nach Chi, Glaser und Rees
Semantisch reiche (komplexe) Probleme:Das Lösen des Problems setzt umfangreiches, spezifisches Vorwissen über die konkrete Situation voraus (z.B. Entwicklung einer Softwareanwendung).
Semantisch arme (einfache) Probleme:Kein Vorwissen beim Problemlöser (z.B. Knobelaufgaben).
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 9
Problemtypen – Klassifizierung nach Gilhooly
Probleme mit GegnerKartenspiele, Schachspiel
Probleme ohne GegnerErbringen eines mathematischen Beweises
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Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 10
Problemlösen im Behaviorismus
Der Mensch ist ein passives Wesen.Das Gehirn ist eine Black-Box, die auf einen Reiz mit einer Reaktion antwortet.
Probleme werden durch Versuch und Irrtum oder durch die Reproduktion früher gelernter Reaktionen gelöst
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 11
Problemlösen in der Gestaltpsychologie
Der Mensch ist ein aktives Wesen.Problemlösen durch gedankliche Umstrukturierung der Problemsituation.Umstrukturierung - die Grundlage des produktiven Denkens.Umstrukturierung führt zu einer plötzlichen Einsicht in die Problemstruktur („Aha-Erlebnis“) und ermöglicht ein tieferes Verstehen des Problems.
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 12
Das Vier-Phasen-Modell von Wallas
1. Vorbereitungsphase (erste Versuche)
2. Inkubationsphase (stilles Betrachten)
3. Illuminationsphase (plötzliche Einsicht)
4. Verifikationsphase (Realisierung der Lösung).
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 13
Funktionale Gebundenheit
Kerze, Reißnägel, Streichhölzer. Wie kann man damit die Kerze an der Wand befestigen?
Duncker: Der gewohnte Gebrauch von Objekten verhindert ihre Verwendung in einer anderen Funktion.
DunckersKerzenproblem
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 14
Fixierung
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
Verbinde die Punkte mit vier Geraden, ohne den Stift abzusetzen.
ScheerersNeun-Punkte-Problem
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 15
Fixierung
Scheerer: die Punkte folgen den Gestaltgesetzen und die Problemlöser neigen dazu, sie zu einem Quadrat zu gruppieren.Implizite Annahme, dass die gezeichnete Linien innerhalb des Quadrats bleiben müssen
Verbinde die Punkte mit vier Geraden, ohne den Stift abzusetzen.
ScheerersNeun-Punkte-Problem
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 16
Einstellungseffekte
Übung als Hindernis zur Problemlösung?
A B C14 163 25 9918 43 10 59 42 6 2115 39 3 18
21 127 3100
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R B - 2C - A
B - 2C - A
B - 2C - AA + C
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 17
Problemlösen als Suche in einem Problemraum (Newell & Simon)
Der Problemlöser befindet sich in Ausgangszustand
Soll Zielzustand erreichen
Problemraum = Gesamtheit aller möglichen ZuständeMentale Operatoren als Wenn - dann - Regeln
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 18
Problemraum
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 19
Problemlösen als Suche in einem Problemraum
Labyrinth mit 10 Kreuzungen mit jeweils 4 Möglichkeiten1 048 576 mögliche Zustände
Heuristiken um den Lösungsraum einzuschränken:Vermeidung von Schleifen: vermeide Zustände die schon einmal durchlaufen wurdenUnterschiedsreduktion: führe immer eine Operation aus, die dich dem Zielzustand etwas näher bringtMittel – Ziel – Analyse:
ErfolgVergleiche gegenwärtigen und angestrebten Zustand um den
wichtigsten Unterschied herauszufinden
Teilziel:Eliminiere den
unterschied
Keine Unterschiede
Erfolg
Unterschied festgestellt
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 20
Empirische Befunde und Anwendbarkeit der Problemraumtheorie
Fehler treten vor allem dort auf, wo viele Übergänge möglich sindund wo man sich zwischenzeitlich vom Zielzustand wieder etwas entfernen muss (d.h. entgegen der Heuristik der Unterschiedsreduktion handeln muss).
Am besten auf wohldefinierte Probleme anwendbarIm Alltag aber wenig Probleme, die so genau spezifiziert sind
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 21
Erweiterung der Problemraumtheorie (Kaplan & Simon)
Erweiterung zur Erklärung von UmstrukturierungAnnahme: Ausgangszustand nicht korrekt repräsentiertVeränderung der Problemrepräsentation nötig
1
2
3
31
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Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 22
Erweiterung der Problemraumtheorie (Kaplan & Simon)
Ist es möglich mit 31 Dominosteinen die verbleibenden 62 Felder abzudecken? Falls nicht – warum?
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
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19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 23
Erweiterung der Problemraumtheorie (Kaplan & Simon)
Warum treten Sackgassen beim Problemlösen auf?Ausgang- oder Zielzustand nicht angemessen repräsentiertVernachlässigung bestimmter Problemaspekte
Wie entkommt man den Sackgassen?Veränderung der Problemrepräsentation
Was passiert nach dem Ausbrechen aus einer Sackgasse?
Volle oder teilweise Einsicht
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 24
Expertise
Expertisenforschung vergleicht Problemlöseverhalten zwischen Experten und Novizen.Experten
enkodieren Probleme effizienterMerken sich problemrelevante Informationen besserWenden andere Problemlösestrategien an
Wie wird man zum Experten?„Übung macht den Meister“
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 25
Schachxpertise
Schachspiel – ein wohldefiniertes Problem:Ausgangszustand – Startposition aller FigurenZiel – Gegner ins Matt zusetztenProblemlöseoperatoren klar definiertOperatorenanwendung generiert klar definierten Zustand
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 26
Problemlösen durch analogen Transfer
Problemstrukturen aus einer bekannten Wissensdomäne (Quelldomäne) können zur Lösung eines Problems in einer neuen Wissensdomäne (Zieldomäne) genutzt werden.
Dafür sind zwei Prozesse notwendig:1. Der Abruf einer analogen Struktur aus dem Gedächtnis.2. Abbildung zwischen der abgerufenen Struktur und der
Struktur des vorliegenden Problems. Zuordnung der Elemente des Zielproblems zu den Elementen des Quellproblems
z.B. Sonnensystem und Aufbau des Atoms, das Elektron umkreist den Atomkern wie die Planeten die Sonne ).
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 27
Ähnlichkeit zwischen Problemelementen
Oberflächenähnlichkeit: es besteht eine konkrete Ähnlichkeit zwischen den Elementen der Quell- und Zielproblemez.B. Beim Lösen einer Streichholzaufgabe, Lösungen zu anderen Aufgaben abrufen, in denen Streichhölzer vorkommen.
Strukturelle Ähnlichkeit: es besteht eine Ähnlichkeit in den Relationen zwischen den Problemelementen, auch wenn die Problemelemente selbst vollkommen unähnlich sind. z.B. Lösung eines medizinischen Problems ruft Problemlösungen aus dem Bereich militärischer Strategien ab.
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 28
Komplexes Problemlösen
Komplexe Probleme unterscheiden sich von den statischen Problemen durch:
Hohe Anzahl veränderlicher Variablen.Hohe Vernetztheit (Variablen hängen voneinander ab). Intransparenz (Unklarheit über mögliche Problemzustände).
Eigendynamik (Variablen ändern sich ohne eigenes Zutun).Polytelie (viele unterschiedliche Zielzustände).
?
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 29
ACT-R
Ist eine kognitive Architektur Wird zum Erstellen Simulationsmodelle menschlichen Denkens genutztUnterstützt zwei Wissensarten:
Deklaratives Wissen – Wissen über Faktenexplizites Wissen
Prozedurales Wissen – Wissen darüber, wie man verschiedene kognitive Aktivitäten ausführt;
implizites WissenProduktionsregeln - Bausteine des prozeduralenWissens. Verbinden Bedingungen mit Aktionen (Wenn-Dann-Regeln) Im Arbeitsgedächtnis werden Inhalte gespeichert, auf die im Bedingungsteil zugegriffen wird. Liegt den gesuchten Inhalt im AG, wird der Aktionsteil ausgeführt.
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 30
Architektur von ACT-R 5.0
Environment
Prod
uctio
ns(B
asal
Gan
glia
)
Retrieval Buffer (VLPFC)
Matching (Striatum)
Selection (Pallidum)
Execution (Thalamus)
Goal Buffer (DLPFC)
Visual Buffer (Parietal)
Manual Buffer (Motor)
Manual Module (Motor/Cerebellum)
Visual Module (Occipital/etc)
Intentional Module (not identified)
Declarative Module (Temporal/Hippocampus)
identifiziert Objekte von dem sensorischen Bereich
kontrolliert motorische Operationen
ruft Information vom Gedächtnis ab
behält Übersicht über die Ziele und das Vorhaben
koordiniert alle Module, Kommunikation durch Puffer (read / update)
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 31
Architektur von ACT-R 5.0
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 32
Beispiel im ACT-R
Repräsentationen des Faktums „3+4=7“ und der Zahl 3:3+4=7 isa arithmetic-fact three isa number
operand1 three image 3operand2 four successor fouroperator plusresult seven
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT – R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 33
Beispiel mit zwei Produktionsregeln
Gliederung1. Definition2. Problemlösen in der
Gestaltpsychologiea) Funktionale
Gebundenheitb) Fixierungc) Einstellungs-
effekte3. Suche im Problemraum4. Expertise5. Analoges Transfer6. Komplexes
Problemlösen7. ACT - R
19.01.2007 Daniela Georgieva & Kristina Radzeviciute 34
Ausblick
Problemlösen mithilfe des Geistesblitzes nur selten zutreffend:
In plötzlich neu wahrgenommenen SituationenDurch gerade aus dem Gedächtnis abgerufener Analogie
Für das Problemlösen im Allgemeinen hilft:Breiter WissensbestandPassende Strategien