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Felix Zappe20.05.2016
Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise |
Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen
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Fach:
Angewandte
Kognitionspsychologie
Thema:
„Problemlösen und
Expertise“
von Felix Zappe
bei Dr. Klaus-Martin Klein
Felix Zappe20.05.2016
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Teil 1:
Problemlösen
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3
1. Grundlagen des Problemlösens
1.1. Biologische Grundlagen
Organisation des Verhaltens findet
hauptsächlich im präfrontalen Kortex statt:
rechtshemisphärisch, dorsal, anterior
Grundlage für die fortgeschrittenen
Problemlösefähigkeiten von Affen, wie
Sultan
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4
1. Grundlagen des Problemlösens
1.2. Problemlösen – Begriffserklärung
Problemlösen ist ein zielgerichtetes Verhalten, das oft das Aufstellen von Teilzielen
beinhaltet, um die Anwendung von Operatoren zu ermöglichen.
 Die drei Merkmale des Problemlösens sind:
Zielgerichtetheit: Organisation des Verhaltens auf ein Ziel hin
Zerlegung in Teilziele: Zerlegung bei gleichzeitigem im Blick behalten
des großen Ganzen
Anwendung von Operatoren: Teilziele sind nur sinnvoll, wenn man die
zur Erreichung notwendigen Operatoren kennt
Operatoren: Handlungen die den vorliegenden Problemzustand in einen anderen
Problemzustand transformiert
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1. Grundlagen des Problemlösens
1.3. Der Prozess des Problemlösens
Problemlöseoperatoren erzeugen einen Raum möglicher Zustände (den
Problemraum), die der Problemlösende nach einem Pfad zur Lösung des Problems
durchsuchen muss.
Problemstellung: Suchräume beschrieben durch einen Suchbaum:
5
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2. Problemlöseoperatoren
2.1. Arten der Aneignung von Operatoren
Problemlöseoperatoren können durch Entdecken, die Bildung von Analogien zu
einer Beispiellösung oder durch direkte Instruktion erworben werden.
Entdeckung: Analogiebildung Instruktionen
6
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2. Problemlöseoperatoren
2.2. Analogiebildung
Zur Analogiebildung muss festgestellt werden, dass eine frühere Problemlösung
relevant ist. Dann müssen die Elemente dieser früheren Problemlösung auf das
aktuelle Problem übertragen werden, sodass ein Operator zu dessen Lösung
ausgebildet werden kann.
Mögliche Probleme:
Korrektes Anwenden
erfordert Überlegung
und Abstraktions-
vermögen
Oft mangelt es an der Fähigkeit des ausfindig Machens
passender Beispiele
7
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2. Problemlöseoperatoren
2.3. Auswahl von Operatoren
Menschen benutzen die Backup-Vermeidung, die Unterschiedsreduktion und die
Mittel-Ziel-Analyse (means-end-analysis) um Operatoren auszuwählen.
Back-Up
Vermeidung
Unterschieds-
reduktion
Ziel-Mittel-
Analyse
8
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2. Problemlöseoperatoren
2.3.1. Unterschiedsreduktion
Beim Problemlösen haben Menschen an jenen Stellen Schwierigkeiten, an denen
das richtige Lösungsverhalten eine Vergrößerung des Unterschieds zwischen dem
aktuellen und des Zielzustandes mit sich bringt.
Man begreift die Sequenzen als Maß steigernder Ähnlichkeit, jedoch kann es
manchmal sinnvoll sein, bewusst gegen dieses Ähnlichkeitsmaß zu verstoßen.
(1) Das Hobbits-
Orks-Problem
(2) Wasser-
füllaufgabe
9
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2. Problemlöseoperatoren
2.3.2. Ziel-Mittel-Analyse
Die Ziel-Mittel-Analyse umfasst die Bildung von Teilzielen, um den Unterschied zu
eliminieren, der den gewünschten Operator blockiert.
Turm von Hanoi-Problem:
Der präfrontale Kortex spielt eine
entscheidende Rolle bei der
Aufrechterhaltung von
Zielstrukturen.
10
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2. Problemlöseoperatoren
2.3.2. Ziel-Mittel-Analyse – Turm von Hanoi-Problem
11
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3. Die Repräsentation von Problemen
3.1. Die Bedeutung korrekter Repräsentation von Problemen
Erfolgreiches Problemlösen hängt davon ab, ob Probleme so repräsentiert werden,
dass angemessene Operatoren angewandt werden können.
Ein Schachbrett mit 62 Feldern.
Kann man dieses mit 31 Dominosteinen komplett verdecken?
12
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3. Die Repräsentation von Problemen
3.2. Funktionale Gebundenheit
Funktionale Gebundenheit bezeichnet die Tendenz, Objekte in ihrer üblichen
Problemlöseform zu repräsentieren, wodurch das Erkennen neuer Funktionen
verhindert wird.
(1) Das zwei Seile Problem:
Beide Seile sollen verknotet werden, Man
kann nicht beide gleichzeitig erreichen.
(2) Das Kerzenproblem.
Die Kerze soll an einer Tür
befestigt werden.
13
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4. Einstellungseffekte
Einstellungseffekte (set effects) ergeben sich, wenn für einen bestimmten Typ von
Problemlösung relevante Wissensstrukturen verstärkt werden.
Wenn zugängliches Wissen nicht für die Problemlösung verwendet wird, wird es
hinderlich. Auch kann es zu einer Automatisierung der Denkvorgänge kommen.
Einstellungseffekte lassen sich mildern. (1) Additionsproblem
(2) Subtraktionsproblem
Wie lassen sich diese
Probleme lösen?
Zeit für die Umformung der Anagramme
stark davon abhängig ob organisierte
Listen (Priming findet statt) oder
unorganisierte Listen
(Priming findet nicht statt).
14
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4. Einstellungseffekte
4.1. Inkubationseffekte
Inkubationseffekte treten auf, wenn Probanden die unangemessenen Strategien
vergessen (dh. Die Aktivierung der unangemessenen Wissensstrukturen nimmt ab),
die sie zur Problemlösung verwendet hatten.
Probleme werden durch das neue Angehen und nicht durch das Unterbewusste gelöst.
Je unangemessener die Art der Problemlösung, desto größer der Inkubationseffekt.
(1) Die billige Halskette (2) Erkennung von Sprichwörtern
15
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4. Einstellungseffekte
4.2. Einsicht
Einsichtseffekte sind Probleme, bei denen die Problemlösenden es nicht erkennen
können, wenn sie der Lösung nahe kommen.
Die Lösungen gehen mit einem spür- und messbaren Aha-Erlebnis einher.
Nicht erkennbar welchen Teilen der Problemlösung eine Schlüsselfunktion zukommt
und welchen nicht
(1) BOLD-Aktivität bei erfolgreicher und nicht
erfolgreicher Lösung
(2) Manchmal braucht es
nur einen Schritt zur Einsicht
16
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Teil 2:
Expertise
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1. Grundlagen der Expertise
Gehirnveränderungen durch Fähigkeitenerwerb
Durch ausgiebiges Üben kann man ein hohes Ausmaß an Expertise in neuartigen
Wissensdomänen erlangen, die die Entwicklung der Menschlichen Zivilisation
vorangebracht hat.
Mit zunehmender Expertise werden weniger Hirnregionen zum Ausführen dieser
Tätigkeiten aktiviert. Wir verbrauchen weniger Mentale Energie.
Hirnaktivitäten bei
Schülern beim Bilden
von Ableitungen am 1.
und am 5. Tag nach
Erlernen der Technik
18
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2. Allgemeine Kennzeichen der Expertise
2.1. Drei Phasen des Erwerbs von Fähigkeiten
Kognitive Phase
Assoziativ
e Phase
Autonome
Phase
• Bedeutsame Fakten
prägen sich ein
• Operatoren werden
definiert
• Wissen wird nur
langsam angewandt
• Fakten werden einzeln
abgerufen &
interpretiert
• Anfängliche Fehler
werden eliminiert
• Lösungselemente
werden verbunden
• Steuert die gekonnte
Ausführung
• Ergebnis:
erfolgreiche Prozedur
• Prozedur wird
automatisierter &
schneller
• Benötigt immer weniger
Aufmerksamkeits-
ressourcen
19
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2. Allgemeine Kennzeichen der Expertise
2.2. Das Potenzgesetz des Lernens (1/2)
Das Ausführen einer kognitiven Fertigkeit verbessert sich gemäß einer Potenzfunktion
der Übung und verschlechtert sich auch nach langen Behaltensintervallen nur
geringfügig.
Schnelligkeit der
Herstellung von Zigarren
Das Leistungsmaximum unterliegt physischen oder
physikalischen Grenzen. Die kognitive
Leistungsfähigkeit ist unbegrenzt, mit genügend
Übung sinkt die Ausführungszeit für den kognitiven
Teil einer Aufgabe auf Null.
Die Abnahme der benötigten Zeit (T) fällt mit
weiterer Übung (P) sehr schnell nur noch gering
aus.
20
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2. Allgemeine Kennzeichen der Expertise
2.2. Das Potenzgesetz des Lernens (2/2)
Fertigkeiten bleiben über die Zeit in
hohem Masse erhalten.
Nach jahrelanger Vernachlässigung
reicht eine kurze Aufwärmphase um
wieder an die gewohnte Leistung
anzuknüpfen.
21
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3. Das Wesen der Expertise
3.1. Prozeduralisierung
Prozeduralisierung bezeichnet den Prozess, durch den die explizite Verwendung
deklarativen Wissens von der unmittelbaren Anwendung prozeduralen Wissens
abgelöst wird.
Man muss nicht mehr nachdenken was zu tun ist, sondern erkennt einfach, was
angemessen ist (mustergeleitetes Erkennen).
Aufgaben der Hirnareale:
Motorisch – Bewegung zum Schreiben
Parietal - Interne Repräsentation des Problems
Präfrontal – Abruf von Aufgabeninstruktionen
ACC – kognitive Kontrolle
22
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3. Das Wesen der Expertise
3.2. Taktisches Lernen
Taktisches Lernen bezeichnet einen Prozess, in dessen Verlauf spezifische Prozeduren
für die Lösung spezifischer Probleme gelernt werden. Man erinnert sich an Lösungen
früherer Probleme.
Probanden sollten Probleme der Art F+3 lösen,
also im Alphabet 3 Buchstaben nach vorne
zählen. Bald gelang dies mit 5 Summanden
ähnlich schnell wie mit Zweien.
Sie sind vom Berechnen (präfiontaler Kortex)
hin zum Abrufen (posteriorer Kortex).
23
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3. Das Wesen der Expertise
3.3. Strategisches Lernen
Strategisches Lernen bedeutet, sich eine Art der Strukturierung der eigenen
Problemlösens anzueignen, die für Probleme in einer bestimmten Domäne optimal
geeignet sind. Es ist die Organisation des Lernens, bzw. einzelner Teilfertigkeiten.
Zur Lösung von der nebenstehenden Aufgabe
wurden Novizen und Experten befragt.
Novizen nutzten entweder aufwändige
Rückwärtssuchen oder scheiterten an
Vorwärtssuchen. Experten nutzen eine gerichtetere
und daher erfolgreichere Vorwärtssuche.
Allerdings benötigen verschiedenen Domänen
verschiedene Herangehensweisen, das
Programmieren andere als die Physik.
24
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3. Das Wesen der Expertise
3.4. Problemwahrnehmung
Eine wichtige Dimension zunehmender der Expertise ist die Fähigkeit zu lernen,
Probleme auf eine Weise wahrzunehmen, die das Anwenden effizienter
Problemlöseverfahren erleichtert.
Experten besitzen die Fähigkeit Oberflächenmerkmale eines Problems auf die
zugrunde liegenden Prinzipien zurückzuführen.
25
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3. Das Wesen der Expertise
3.5. Das Lernen und Erinnern von Mustern
Experten können bei Problemen die Muster aus immer wiederkehrenden Elementen
erkennen und sie für die Lösung heranziehen, ohne im Einzelnen darüber nachdenken
zu müssen.
Experten haben ein verbessertes Erinnerungsvermögen Informationen ihrer Domäne
betreffend.
Meister erkennen bedeutungsvolle Konstellationen
schneller und können sofort handeln und können sich
so subtileren Problemen widmen.
Die Novizen müssen diese erst
langwierig identifizieren und
deren Lösungen abspeichern.
Die bedeutungsvollen
Informationseinheiten, in denen
dieses Wissen gespeichert wird,
nennt man Chunks.
26
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3. Das Wesen der Expertise
3.6. Langzeitgedächtnis und Expertise
Mit zunehmender Erfahrung auf einem Gebiet verbessert sich die Fähigkeit,
problembezogene Information im Langzeitgedächtnis zu speichern und wieder
abzurufen.
Experten können sowohl mehr als auch größere Muster erinnern.
Die Versuchsperson konnte sich durch die
Einteilung von Ziffern in Chunks nicht mehr
sieben Ziffern aber 7 Chunks merken.
Zusätzlich entwickelte er eine Abrufstruktur.
Bei Computern hingegen funktioniert dies anders,
sie führen die Arten der Problemlösung sehr
schnell durch, evaluieren diese und handeln
entsprechend.
27
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3. Das Wesen der Expertise
3.6. Die Funktion der zielgerichteten Übung
Die Entwicklung von Expertise auf jeglichem Gebiet erfordert ein großes Ausmass an
zielgerichteter Übung.
„Genie besteht zu 90% aus Transpiration und zu 10% aus Inspiration.“
Bei zielgerichteten Übungen sind die Lernenden motiviert, etwas zu lernen und nicht
nur etwas zu leisten. Man erhält Feedback und beschäftigt sich wiederum intensiv
mit diesem und der eventuellen Abweichung vom gewünschten Standard.
Zielgerichtete Übungen führen zu einem Nervenwachstum, welches die
entsprechende Domäne unterstützt.
28
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4. Der Transfer von Fertigkeiten – Die Theorie der identischen
Elemente
Es gelingt oft nicht, Fähigkeiten auf ähnliche Domänen zu übertragen, und es findet
praktisch kein Transfer in sehr unterschiedliche Domänen statt.
Im Gegensatz dazu steht die Doktrin der formalen Disziplin, die besagt, dass man
seinen Geist wie den Körper trainieren kann.
Transfer zwischen Fertigkeiten tritt nur dann auf, wenn an diesen Fertigkeiten die
selben abstrakten Wissenselemente beteiligt sind.
Transfer ist nicht an die Identität von Oberflächenelementen gebunden.
Es findet selten ein negativer Transfer, also die Behinderung des Erlernens durch ein
anderes Erlernen statt. Jedoch ist der Einstellungseffekt ein Beispiel.
29
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4. Implikationen für pädagogische Inhalte
Die Vermittlung von Lernstoff kann mit Ansätzen verbessert werden, in denen die
zugrunde liegenden Wissenselemente identifiziert werden und sichergestellt wird,
dass die Schüler alle Elemente beherrschen.
Problemzerlegung: Unterrichtsansätze, die von der Analyse der zu lehrenden
Elemente ausgehen, nennt man Komponentenanalysen.
Das beherrschungsorientierte Lernen ist eine Lehrform und gut geeignet, um Erfolge
zu erzielen. Grundidee ist, die Schüler bei jeder Leistungskomponente, die der
kognitiven Fähigkeit zugrunde liegen, zu begleiten und sicherzustellen, dass diese
beherrscht wird.
Durch die sorgfältige Überwachung der einzelnen Komponenten einer Fähigkeit und
durch die entsprechende Rückmeldung können intelligente Tutoren Studierenden zu
einer schnellen Beherrschung komplexer Fertigkeiten verhelfen.
30
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31
Literaturverzeichnis
Anderson, J. R. (2013): Kognitive Psychologie, 7. Auflage, Berlin Heidelberg:
Springer-Verlag.
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Problemlösen und Expertise - Das Arbeitsgedächtnis

  • 1. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer Fach: Angewandte Kognitionspsychologie Thema: „Problemlösen und Expertise“ von Felix Zappe bei Dr. Klaus-Martin Klein
  • 2. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer Teil 1: Problemlösen
  • 3. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 3 1. Grundlagen des Problemlösens 1.1. Biologische Grundlagen Organisation des Verhaltens findet hauptsächlich im präfrontalen Kortex statt: rechtshemisphärisch, dorsal, anterior Grundlage für die fortgeschrittenen Problemlösefähigkeiten von Affen, wie Sultan
  • 4. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 4 1. Grundlagen des Problemlösens 1.2. Problemlösen – Begriffserklärung Problemlösen ist ein zielgerichtetes Verhalten, das oft das Aufstellen von Teilzielen beinhaltet, um die Anwendung von Operatoren zu ermöglichen.  Die drei Merkmale des Problemlösens sind: Zielgerichtetheit: Organisation des Verhaltens auf ein Ziel hin Zerlegung in Teilziele: Zerlegung bei gleichzeitigem im Blick behalten des großen Ganzen Anwendung von Operatoren: Teilziele sind nur sinnvoll, wenn man die zur Erreichung notwendigen Operatoren kennt Operatoren: Handlungen die den vorliegenden Problemzustand in einen anderen Problemzustand transformiert
  • 5. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 1. Grundlagen des Problemlösens 1.3. Der Prozess des Problemlösens Problemlöseoperatoren erzeugen einen Raum möglicher Zustände (den Problemraum), die der Problemlösende nach einem Pfad zur Lösung des Problems durchsuchen muss. Problemstellung: Suchräume beschrieben durch einen Suchbaum: 5
  • 6. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 2. Problemlöseoperatoren 2.1. Arten der Aneignung von Operatoren Problemlöseoperatoren können durch Entdecken, die Bildung von Analogien zu einer Beispiellösung oder durch direkte Instruktion erworben werden. Entdeckung: Analogiebildung Instruktionen 6
  • 7. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 2. Problemlöseoperatoren 2.2. Analogiebildung Zur Analogiebildung muss festgestellt werden, dass eine frühere Problemlösung relevant ist. Dann müssen die Elemente dieser früheren Problemlösung auf das aktuelle Problem übertragen werden, sodass ein Operator zu dessen Lösung ausgebildet werden kann. Mögliche Probleme: Korrektes Anwenden erfordert Überlegung und Abstraktions- vermögen Oft mangelt es an der Fähigkeit des ausfindig Machens passender Beispiele 7
  • 8. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 2. Problemlöseoperatoren 2.3. Auswahl von Operatoren Menschen benutzen die Backup-Vermeidung, die Unterschiedsreduktion und die Mittel-Ziel-Analyse (means-end-analysis) um Operatoren auszuwählen. Back-Up Vermeidung Unterschieds- reduktion Ziel-Mittel- Analyse 8
  • 9. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 2. Problemlöseoperatoren 2.3.1. Unterschiedsreduktion Beim Problemlösen haben Menschen an jenen Stellen Schwierigkeiten, an denen das richtige Lösungsverhalten eine Vergrößerung des Unterschieds zwischen dem aktuellen und des Zielzustandes mit sich bringt. Man begreift die Sequenzen als Maß steigernder Ähnlichkeit, jedoch kann es manchmal sinnvoll sein, bewusst gegen dieses Ähnlichkeitsmaß zu verstoßen. (1) Das Hobbits- Orks-Problem (2) Wasser- füllaufgabe 9
  • 10. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 2. Problemlöseoperatoren 2.3.2. Ziel-Mittel-Analyse Die Ziel-Mittel-Analyse umfasst die Bildung von Teilzielen, um den Unterschied zu eliminieren, der den gewünschten Operator blockiert. Turm von Hanoi-Problem: Der präfrontale Kortex spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung von Zielstrukturen. 10
  • 11. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 2. Problemlöseoperatoren 2.3.2. Ziel-Mittel-Analyse – Turm von Hanoi-Problem 11
  • 12. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 3. Die Repräsentation von Problemen 3.1. Die Bedeutung korrekter Repräsentation von Problemen Erfolgreiches Problemlösen hängt davon ab, ob Probleme so repräsentiert werden, dass angemessene Operatoren angewandt werden können. Ein Schachbrett mit 62 Feldern. Kann man dieses mit 31 Dominosteinen komplett verdecken? 12
  • 13. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 3. Die Repräsentation von Problemen 3.2. Funktionale Gebundenheit Funktionale Gebundenheit bezeichnet die Tendenz, Objekte in ihrer üblichen Problemlöseform zu repräsentieren, wodurch das Erkennen neuer Funktionen verhindert wird. (1) Das zwei Seile Problem: Beide Seile sollen verknotet werden, Man kann nicht beide gleichzeitig erreichen. (2) Das Kerzenproblem. Die Kerze soll an einer Tür befestigt werden. 13
  • 14. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 4. Einstellungseffekte Einstellungseffekte (set effects) ergeben sich, wenn für einen bestimmten Typ von Problemlösung relevante Wissensstrukturen verstärkt werden. Wenn zugängliches Wissen nicht für die Problemlösung verwendet wird, wird es hinderlich. Auch kann es zu einer Automatisierung der Denkvorgänge kommen. Einstellungseffekte lassen sich mildern. (1) Additionsproblem (2) Subtraktionsproblem Wie lassen sich diese Probleme lösen? Zeit für die Umformung der Anagramme stark davon abhängig ob organisierte Listen (Priming findet statt) oder unorganisierte Listen (Priming findet nicht statt). 14
  • 15. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 4. Einstellungseffekte 4.1. Inkubationseffekte Inkubationseffekte treten auf, wenn Probanden die unangemessenen Strategien vergessen (dh. Die Aktivierung der unangemessenen Wissensstrukturen nimmt ab), die sie zur Problemlösung verwendet hatten. Probleme werden durch das neue Angehen und nicht durch das Unterbewusste gelöst. Je unangemessener die Art der Problemlösung, desto größer der Inkubationseffekt. (1) Die billige Halskette (2) Erkennung von Sprichwörtern 15
  • 16. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 4. Einstellungseffekte 4.2. Einsicht Einsichtseffekte sind Probleme, bei denen die Problemlösenden es nicht erkennen können, wenn sie der Lösung nahe kommen. Die Lösungen gehen mit einem spür- und messbaren Aha-Erlebnis einher. Nicht erkennbar welchen Teilen der Problemlösung eine Schlüsselfunktion zukommt und welchen nicht (1) BOLD-Aktivität bei erfolgreicher und nicht erfolgreicher Lösung (2) Manchmal braucht es nur einen Schritt zur Einsicht 16
  • 17. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer Teil 2: Expertise
  • 18. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 1. Grundlagen der Expertise Gehirnveränderungen durch Fähigkeitenerwerb Durch ausgiebiges Üben kann man ein hohes Ausmaß an Expertise in neuartigen Wissensdomänen erlangen, die die Entwicklung der Menschlichen Zivilisation vorangebracht hat. Mit zunehmender Expertise werden weniger Hirnregionen zum Ausführen dieser Tätigkeiten aktiviert. Wir verbrauchen weniger Mentale Energie. Hirnaktivitäten bei Schülern beim Bilden von Ableitungen am 1. und am 5. Tag nach Erlernen der Technik 18
  • 19. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 2. Allgemeine Kennzeichen der Expertise 2.1. Drei Phasen des Erwerbs von Fähigkeiten Kognitive Phase Assoziativ e Phase Autonome Phase • Bedeutsame Fakten prägen sich ein • Operatoren werden definiert • Wissen wird nur langsam angewandt • Fakten werden einzeln abgerufen & interpretiert • Anfängliche Fehler werden eliminiert • Lösungselemente werden verbunden • Steuert die gekonnte Ausführung • Ergebnis: erfolgreiche Prozedur • Prozedur wird automatisierter & schneller • Benötigt immer weniger Aufmerksamkeits- ressourcen 19
  • 20. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 2. Allgemeine Kennzeichen der Expertise 2.2. Das Potenzgesetz des Lernens (1/2) Das Ausführen einer kognitiven Fertigkeit verbessert sich gemäß einer Potenzfunktion der Übung und verschlechtert sich auch nach langen Behaltensintervallen nur geringfügig. Schnelligkeit der Herstellung von Zigarren Das Leistungsmaximum unterliegt physischen oder physikalischen Grenzen. Die kognitive Leistungsfähigkeit ist unbegrenzt, mit genügend Übung sinkt die Ausführungszeit für den kognitiven Teil einer Aufgabe auf Null. Die Abnahme der benötigten Zeit (T) fällt mit weiterer Übung (P) sehr schnell nur noch gering aus. 20
  • 21. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 2. Allgemeine Kennzeichen der Expertise 2.2. Das Potenzgesetz des Lernens (2/2) Fertigkeiten bleiben über die Zeit in hohem Masse erhalten. Nach jahrelanger Vernachlässigung reicht eine kurze Aufwärmphase um wieder an die gewohnte Leistung anzuknüpfen. 21
  • 22. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 3. Das Wesen der Expertise 3.1. Prozeduralisierung Prozeduralisierung bezeichnet den Prozess, durch den die explizite Verwendung deklarativen Wissens von der unmittelbaren Anwendung prozeduralen Wissens abgelöst wird. Man muss nicht mehr nachdenken was zu tun ist, sondern erkennt einfach, was angemessen ist (mustergeleitetes Erkennen). Aufgaben der Hirnareale: Motorisch – Bewegung zum Schreiben Parietal - Interne Repräsentation des Problems Präfrontal – Abruf von Aufgabeninstruktionen ACC – kognitive Kontrolle 22
  • 23. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 3. Das Wesen der Expertise 3.2. Taktisches Lernen Taktisches Lernen bezeichnet einen Prozess, in dessen Verlauf spezifische Prozeduren für die Lösung spezifischer Probleme gelernt werden. Man erinnert sich an Lösungen früherer Probleme. Probanden sollten Probleme der Art F+3 lösen, also im Alphabet 3 Buchstaben nach vorne zählen. Bald gelang dies mit 5 Summanden ähnlich schnell wie mit Zweien. Sie sind vom Berechnen (präfiontaler Kortex) hin zum Abrufen (posteriorer Kortex). 23
  • 24. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 3. Das Wesen der Expertise 3.3. Strategisches Lernen Strategisches Lernen bedeutet, sich eine Art der Strukturierung der eigenen Problemlösens anzueignen, die für Probleme in einer bestimmten Domäne optimal geeignet sind. Es ist die Organisation des Lernens, bzw. einzelner Teilfertigkeiten. Zur Lösung von der nebenstehenden Aufgabe wurden Novizen und Experten befragt. Novizen nutzten entweder aufwändige Rückwärtssuchen oder scheiterten an Vorwärtssuchen. Experten nutzen eine gerichtetere und daher erfolgreichere Vorwärtssuche. Allerdings benötigen verschiedenen Domänen verschiedene Herangehensweisen, das Programmieren andere als die Physik. 24
  • 25. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 3. Das Wesen der Expertise 3.4. Problemwahrnehmung Eine wichtige Dimension zunehmender der Expertise ist die Fähigkeit zu lernen, Probleme auf eine Weise wahrzunehmen, die das Anwenden effizienter Problemlöseverfahren erleichtert. Experten besitzen die Fähigkeit Oberflächenmerkmale eines Problems auf die zugrunde liegenden Prinzipien zurückzuführen. 25
  • 26. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 3. Das Wesen der Expertise 3.5. Das Lernen und Erinnern von Mustern Experten können bei Problemen die Muster aus immer wiederkehrenden Elementen erkennen und sie für die Lösung heranziehen, ohne im Einzelnen darüber nachdenken zu müssen. Experten haben ein verbessertes Erinnerungsvermögen Informationen ihrer Domäne betreffend. Meister erkennen bedeutungsvolle Konstellationen schneller und können sofort handeln und können sich so subtileren Problemen widmen. Die Novizen müssen diese erst langwierig identifizieren und deren Lösungen abspeichern. Die bedeutungsvollen Informationseinheiten, in denen dieses Wissen gespeichert wird, nennt man Chunks. 26
  • 27. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 3. Das Wesen der Expertise 3.6. Langzeitgedächtnis und Expertise Mit zunehmender Erfahrung auf einem Gebiet verbessert sich die Fähigkeit, problembezogene Information im Langzeitgedächtnis zu speichern und wieder abzurufen. Experten können sowohl mehr als auch größere Muster erinnern. Die Versuchsperson konnte sich durch die Einteilung von Ziffern in Chunks nicht mehr sieben Ziffern aber 7 Chunks merken. Zusätzlich entwickelte er eine Abrufstruktur. Bei Computern hingegen funktioniert dies anders, sie führen die Arten der Problemlösung sehr schnell durch, evaluieren diese und handeln entsprechend. 27
  • 28. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 3. Das Wesen der Expertise 3.6. Die Funktion der zielgerichteten Übung Die Entwicklung von Expertise auf jeglichem Gebiet erfordert ein großes Ausmass an zielgerichteter Übung. „Genie besteht zu 90% aus Transpiration und zu 10% aus Inspiration.“ Bei zielgerichteten Übungen sind die Lernenden motiviert, etwas zu lernen und nicht nur etwas zu leisten. Man erhält Feedback und beschäftigt sich wiederum intensiv mit diesem und der eventuellen Abweichung vom gewünschten Standard. Zielgerichtete Übungen führen zu einem Nervenwachstum, welches die entsprechende Domäne unterstützt. 28
  • 29. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 4. Der Transfer von Fertigkeiten – Die Theorie der identischen Elemente Es gelingt oft nicht, Fähigkeiten auf ähnliche Domänen zu übertragen, und es findet praktisch kein Transfer in sehr unterschiedliche Domänen statt. Im Gegensatz dazu steht die Doktrin der formalen Disziplin, die besagt, dass man seinen Geist wie den Körper trainieren kann. Transfer zwischen Fertigkeiten tritt nur dann auf, wenn an diesen Fertigkeiten die selben abstrakten Wissenselemente beteiligt sind. Transfer ist nicht an die Identität von Oberflächenelementen gebunden. Es findet selten ein negativer Transfer, also die Behinderung des Erlernens durch ein anderes Erlernen statt. Jedoch ist der Einstellungseffekt ein Beispiel. 29
  • 30. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 4. Implikationen für pädagogische Inhalte Die Vermittlung von Lernstoff kann mit Ansätzen verbessert werden, in denen die zugrunde liegenden Wissenselemente identifiziert werden und sichergestellt wird, dass die Schüler alle Elemente beherrschen. Problemzerlegung: Unterrichtsansätze, die von der Analyse der zu lehrenden Elemente ausgehen, nennt man Komponentenanalysen. Das beherrschungsorientierte Lernen ist eine Lehrform und gut geeignet, um Erfolge zu erzielen. Grundidee ist, die Schüler bei jeder Leistungskomponente, die der kognitiven Fähigkeit zugrunde liegen, zu begleiten und sicherzustellen, dass diese beherrscht wird. Durch die sorgfältige Überwachung der einzelnen Komponenten einer Fähigkeit und durch die entsprechende Rückmeldung können intelligente Tutoren Studierenden zu einer schnellen Beherrschung komplexer Fertigkeiten verhelfen. 30
  • 31. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer 31 Literaturverzeichnis Anderson, J. R. (2013): Kognitive Psychologie, 7. Auflage, Berlin Heidelberg: Springer-Verlag.
  • 32. Felix Zappe20.05.2016 Angewandte Kognitionspsychologie: Problemlösen und Expertise | Fakultät II Bildung - Architektur - Künste | Universität Siegen Disclaimer Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!!

Hinweis der Redaktion

  1. Hingegen Links  vorstellungsvermögen etc. Architekt der Schlaganfall hatte  intelligent aber dann nurnoch zeichnen, konnte seinem Beruf nicht mehr nachgehen.
  2. Lösung eines Gesamtproblems = Sequenz an Operatoren
  3. Analogie und Instruktion in dem Beispiel gleich gut aber beispiel oft besser
  4. Tumor - Gewebe <> Diktator - Armee Analogie
  5. Analoges denken fast ausschliesslich beim Menschen. Back-up  nicht wieder in ausgangszustand Huhn  einfach näher zu anderen hühnern  kurzsichtig anderes beispiel bergsteigen Affe  um an Futter zu kommen muss ich das machen, um das zu machen brauch ich das ….
  6. x(1) Boot fasst immer 2. Orks dürfen nie in Überzahl sein. Kritisch schritt 6 x(2) A = 8l ; b= 5l ; c = 3l  A und B sollen 4 liter haben. Kritisch Schritt 6 und 12. 9 öfter als 2 gewählt  Ähnlichkeit als Heuristik
  7. X Hier lange unterschiedsreduktion angewandt, erfolglos
  8. X (1) nein, denn ein Dominostein bedeckt immer 1 schwarzes (32) und ein weisses (30) Feld  ungleiche Anzahl, nicht abdeckbar  Repräsentation des Dominosteins.
  9. x(1) Zange als Pendel benutzen und seil heranschwingen lassen und am Scheitelpunkt im richtigen zufassen und festknoten. x(2) Schachtel als Podest für Kerze und mit reiszwecken an Tür befestigen.
  10. Alle Probleme mit B-2C-A lösen (ausser 8), ab Problem 6 wird dieses aber nachteilig. Probanden alle auf b-2C-A eingestellt. Subtraktionseinstellung Erst der Hinweis: Seien sie nicht blind lässt sie den effekt überwinden (>50%) Einfach mal ganz von vorne Überlegen 12,1 vs. 7,4 sekunden
  11. Öffnen kostet 2 Cent, schliessen 3 cent --> max 15 cent Kontrollgruppe  30 min 55% Gruppe 1  15 min – 30 pause – 15 min --> 64% Gruppe 2  15 min – 240 min pause – 15 min  85% Vllt in Pause weitergearbeitet?  Laut Aussprechen der Lösungen  zeigt neu angefangen nach Pause nicht im Unterbewussten gelöst Kontrollgruppe und Experimentalgruppe mit Inkubationszeit und ohne Experimentalgruppe mit falschen sets (zb denken an chemikalien bei Puzzle 3) ausgestattet.  zogen mehr aus der Inkubationszeit Kontrollgruppe besser abgeschnitten
  12. Im linken präfrontalen Kortex  Abruf aus dem deklarativen Gedächtnis Bei Problemen ohne Einsicht  15 sekunden vorher  man weiss, dass man der Lösung nahe ist Mit einsicht  man weiss es 15 sekunden vorher nicht. Die frage ist welcher Schritt  antwort „nichts“
  13. No Pain, no gain When the going gets though, the tough get going
  14. Schüler beim Bilden von Ableitungen am ersten und am 5. Tag nach erlernen der Technik
  15. Beispiel Autofahren lernen 1. Ablauf des schaltvorgangs interpretation von operatoren auf die Situation Spiel von Gas und Kupplung kein Nachdenken mehr Unterhalten während der fahrt. Reaktionen ohne die situation zu durchdenken
  16. Logarithmisch skaliert, weil zeigen des exponentiellen zusammenhangs (Linearer zusammenhang in doppelt logarithmischen koordinatensystem = exponentielle funktion auf originalskalen)
  17. Logarithmisch skaliert, weil zeigen des exponentiellen zusammenhangs (Linearer zusammenhang in doppelt logarithmischen koordinatensystem = exponentielle funktion auf originalskalen) Die Betrachtung der aktivierten Hinareale spricht für den Gebrauch der assoziativen phase. Schrift wird erkannt.
  18. Metastudie von Schülerstudien im Labor Schülerstudie: Lösung von Geometrieaufgaben (Beweisführung Kongurenzsätze) ACC anteriorer cingulärer Kortex
  19. Schachmeister vs. Novizen – erinnerungstest 3,8 vs 2,4 Figuren 7,7 vs 5,3 Muster Zusammenfassung zu rennenzeiten da langstreckenläufer
  20. Musikschüler Gut: 5000 stunden übung Genie: 7000 Stunden Taxifahrer London mehr graue zellen, brauchen bis zu 3 Jahren um Navigieren zu können. Vögel haben Jahreszeitbedingt mehr Hippocampus (für Navigation)
  21. Der SF Zahlen-Merker konnte sich keine Buchstaben merken Strassenkinder hatten auf der strasse zu 98% richtig gerechnet. Aber nur 37% auf mathematische fragen gleichen Inhalts Textaufgaben 74% Doktrin der formalen diziplin: gist kann wie körper in den disziplinen: logisches denken, aufmerksamkeit, unterscheidungsvermögen, beobachtungsgabe  nicht bewesen Gute erfolge texteditor trotz entgegengesetzter befehle. Zb Schüler umformung ohne taschenrechner und schuler formen auch mit taschenrechner noch um