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Kognition/ Sensorik und kognitive Psychologie (Subject) / Kognition II Problemlösen - Theorien (19./26.5.) (Lesson)

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• Theorien des Problemlösens 1.Assoziationismus2.Gestalttheorie3.Psychoanalyse4.Problemraumtheorien/Informationsverarbeitung5.Evolutionspsychologie
• Assoziationismus Es gibt eine Hierarchie von Reiz- Reaktionsverbindungen, die nach Wahrscheinlichkeiten geordnet ist. Trial-and-Error (Versuch und Irrtum) Umschichtung von Reaktionshierarchien Skinner (1984) problematisch: Einsicht, „produktives“ Denken  
• Problemlösen im Behaviorismus Problemlösen ist Bekräftigung zielführender Verhaltensweisen nach Versuch und Irrtum oder Reproduktion von Reaktionen, die vormals in der Problemsituation bekräftigt wurden. (W. Kunde)
• Gestalttheorie: Problemlösen als Suche einer guten Gestalt Ansatz: „Denken“ ist mehr als reine Reproduktion oder trial-and-error (im Unterschied zum Behaviorismus) Köhler (1927): Problemlösen bei Affen Wertheimer (1945) Duncker (1935): Situationsanalyse u. Zielanalyse Suchmodell Resonanzwirkung des Signalelements Funktionalwert („Wodurch“, Prinzip, Transponierbarkeit) gute vs. schlechte Fehler Zentrales Prinzip: Einsicht und Umstrukturieren  
• Gestaltpsychologische Beiträge (Köhler, 1927) Problemlösen vollzieht sich nicht allmählich (durch Versuch, Irrtum und Bekräftigung), sondern durch gedankliche Umstrukturierung der Problemsituation. Diese Umstrukturierung ähnelt dem Umschlagen des Wahrnehmungseindrucks bei der Wahrnehmung mehrdeutigerReizvorlagen. Die Umstrukturierung führt zu plötzlicher Einsicht, verbunden mit einem „Aha“-Erleben.  
• Gestaltpsychologische Beiträge (4 Phasen beim problemlösen) 1.Vorbereitungsphase (erste Versuche)2.Inkubationsphase (stilles Betrachten)3.Illuminationsphase (plötzliche Einsicht)4.Verifikationsphase (Realisierung der Lösung).
• Funktionale Gebundenheit (Duncker, 1935) Dunckers Kerzenproblem: Kerze, Reißnägel, Streichhölzer. Wie kann man damit die Kerze an der Wand befestigen? Der gewohnte Gebrauch von Objekten verhindert ihre Verwendung in einer anderen Funktion.
• Methoden des heuristischen Denkens nach Duncker Sittuationsanalyse Konfliktanalyse (warum geht es nicht?) Materialanalyse (was kann ich brauchen?) Zielanalyse Was will ich eigendlich? Was kann ich entbehren?
• Einsicht durch Lösungshinweise (Maier, 1931) Maiers Zwei-Seile Problem: „Binden Sie die Seile zusammen!“ Unbemerkte Lösungshinweise in der Inkubationsphase fördern die Einsicht.
• Fixierung (Scheerer,1963) Scheerers 9-Punkte Problem:„Verbinde die Punkte mit vier Geraden, ohne den Stift abzusetzen.“ Implizite Annahme einer unzutreffenden Randbedingung verhindert Lösung. Anders formuliert: Der Zielzustand ist zu eng definiert.
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• Psychoanalyse: Denken als Probehandeln S. Freud (1933) eine der Hauptfunktionen des „Ich“ Primärprozess vs. Sekundärprozess Realitäts- vs. Lustprinzip Unbewusste Prozesse „Denken als Probehandeln“  
• Problemraumtheorien/ Informationsverarbeitung Typische Probleme: Tower of Hanoi Wasser umschütten Verschiebepuzzle Kannibalen und Missionare -Aufgaben aus Mathematik und Physik-Streichholzaufgaben-Anagramme-Kryptharithmetik-Tic-Tac-Toe  
• Grundbegriffe aus der Graphentheorie: Graph Graph:Ein Graph G = (X, U) besteht aus einer Menge X = {x1, x2, ..., xn,} deren Elemente Knoten genannt werden, und aus einer Teilmenge U des kartesischen Produkts X x X, deren Elemente Kanten genannt werden. (Kartesisches Produkt der Mengen M1, M2, Mn :Menge der geordneten Tupel, deren erstes Element ausM1, das zweite aus M2, das nte aus Mn stammt.)
• gerichteter Graph Ein gerichteter Graph ist ein Graph T = (X, U), der aus der endlichen Knotenmenge X und einer Menge U von geordneten Knotenpaaren besteht.Diese Kanten werden auch als Pfeile bezeichnet. Ein Pfeil von v nach w wird als v → w geschrieben. In einem Graph T = (X, U) ist xj Vorgänger von xi, falls gilt (xj, xi) "Element" U. xi ist Nachfolger von xj, falls gilt (xj, xi) "Element" U
• Grundbegriffe aus der Graphentheor: Pfad Ein Pfad ist eine endliche Folge von Kanten der Form{( 0, x1) (x1, x2) ..., ( n, xz)}. Gilt x0 = xz, so ist der Pfad ein Zyklus.
• Grundbegriffe aus der Graphentheorie: Baum Ein Baum ist ein azyklischer Graph T, in dem ein Knoten x0 keinen Vorgänger und jeder andere Knoten genau einen Vorgänger besitzt.  x0 wird auch Wurzel von T genannt.
• Allgemeine Problemlösemethoden Problemraum: Menge der möglichen Zustände Suchraum: Menge der in der Problemlösung erreichten Zustände (Teilmenge des Problemraums) Lösungspfad: Kürzester Weg vom Ausgangs- zum Zielzustand Suchbaum: alle (ohne Schleifen) Pfade die von einem Startzustand ausgehen. Evaluationsfunktion: eine Funktion f: D→ R, die jedem Zustand des Problemraums einen numerischen Wert zuordnet.  
• Algorithmen vs. Heuristiken Algorithmus: intuitionsfrei ausführbare Prozedur, die ein Ziel findet, falls eines vorhanden ist blockiert, falls ein Zielzustand nicht zu erreichen ist   Heuristik: Prozedur, die ein Ziel „in der Regel“ findet, aber nicht in allen Fällen garantiert,  mit weniger Aufwand verbunden ist.  
• Problemlösungsmethoden II 1. Generate - and Test 2. Differenz-Reduktions-Methode 3. Mittel-Ziel-Analyse (Means-Ends Analysis- Newell, Shaw & Simon, 1959): Falls Ausgangs- und Zielzustand nicht übereinstimmen: Woran liegt’s ? Wähle jenen Operator, der die Distanz zum Ziel minimiert. Falls der Operator nicht anwendbar ist, dann setze als Teilziel, ihn anwendbar zu machen.  
• Problemraumtheorie (Newell & Simon,1972) Ansatz: Problemlösen ist Finden eines Pfades von einem Ausgangszustand zur Lösung (incl. Kreuzungen und Sackgassen) „objektive“ Beschreibung des Problems: Problemraum (Zustände + Operatoren) „subjektive“ Sicht: knowledge states + mental operators  
• Problemraumtheorie - Zusammenfassung Personen verwenden ihr Vorwissen und „Heuristiken“ (z.B. Mittel-Ziel-Analyse),  um einen Pfad zu finden Ressourcenbegrenztes kognitives System (z.B. Arbeitsgedächtnis) Prominentes Beispiel: Tower of Hanoi Methoden: „Lautes Denken“ und Computersimulation(z B GPS, 1960)  
• Vorteile der Problemraumtheorie Problemraumtheorie gestattet eine objektive Beschreibung des Problems und erlaubt es, die optimale Lösung zu bestimmen. Die optimale Lösung kann mit dem Problemlöseverhalten eines menschlichen Problemlösers verglichen werden. Dadurch kann man dieses Verhalten objektiv bewerten, und suboptimale Lösungsschritte aufdecken.  
• Vorteile der Problemraumtheorie Problemraumtheorie gestattet eine objektive Beschreibung des Problems und erlaubt es, die optimale Lösung zu bestimmen. Die optimale Lösung kann mit dem Problemlöseverhalten eines menschlichen Problemlösers verglichen werden. Dadurch kann man dieses Verhalten objektiv bewerten, und suboptimale Lösungsschritte aufdecken.  
• Einige Befunde, wo treten fehler besonders offt auf? Fehler treten vor allem dort auf, wo viele Übergänge möglich sind und wo man sich zwischenzeitlich vom Zielzustand wieder etwas entfernen muss (d h entgegen der Heuristik der Unterschiedsreduktion handeln muss).  
• Einige Befunde zur Problem lösung Übungseffekte: auch hier scheint das Potenzgesetz der Übung zu gelten (Newell & Rosenbloom, 1981) Problemisomorphie: Veränderung der „cover story“ hat kaum Einfluss, Aber: Veränderungen, die zu anderer Repräsentation führen (Hays & Simon, 1977; Monster-Problem) Transfer: nur beschränkt (Singley & Anderson, 1989)  
• Evolutionspsychologische Ansätze Das „heuristics and biases“-Programm von Kahneman und Tversky
• „heuristics and biases“ (Kahnemann & Tversky) Verfügbarkeitsheuristik Urteile, die auf der Verfügbarkeit von Informationen im Gedächtnis beruhen Brown & Siegler (1992): Einwohnerzahl von Schweden, Indonesien, Israel, Nigeria Tversky & Kahneman (1973): Gibt es mehr englische Wörter mit „r“ an der ersten oder an der dritten Stelle? Schätzen von Unfallhäufigkeiten  
• „heuristics and biases“ (Kahnemann & Tversky) Repräsentativität Urteile, die Objekte einer Kategorie zuweisen auf der Basis weniger, als „typisch“ (repräsentativ) erachteter Eigenschaften  Welche Lottozahlen sind wahrscheinlicher?3, 47, 15, 33, 9, 261, 2, 3, 4, 5, 6
• „heuristics and biases“ (Kahnemann & Tversky) Ankerheuristik Urteile, die aufgrund eines Zwischenergebnisses geschätzt werden.
• „heuristics and biases“ (Kahnemann & Tversky) Urteile und Entscheidungen unter Unsicherheit beruhen eher auf „Heuristiken“ als auf „Algorithmen“ und führen gelegentlich zu Fehlern (biases).
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• Themen im Bereich Problemlösen Konzepte, Phänomene Theorien des Problemlösens Komplexes Problemlösen Expertise und Problemlösen  
• Komplexes Problemlösen Merkmale komplexer Probleme: hohe Zahl interagierender Variablen Vernetztheit (nicht-lineare Zusammenhänge) Intransparenz Eigendynamik Polytelie (Vielzahl möglicher Ziele)  
• Komplexes Problemlösen einige Ergebnisse: sehr schwierig für Probanden erfolgreiche Probanden versuchen Systemwissen zu gewinnen sie beobachten Auswirkungen früherer Eingriffe Geringe Korrelation mit gängigen Intelligezmaßen  
• Experten - Expertise Experte: Performanzkriterium: wer Überdurchschnittliches öfters mit weniger Aufwand leistet operational: mehr als 10 Jahre Erfahrung (Übung macht den Meister!) Mehr als 2 Standardabweichungen („Ausreisser“)   Themen und Gebiete der Expertiseforschung Methodische Probleme (quasiexperimentelle Designs, kleine Stichproben, Konfundierung)
• Expertise und Problemlösen „Drosophila“: Schach (de Groot, 1965) Unterschiede zwischen Experten und Novizen (Chase &Simon,1973): - entscheidender Faktor: Ausmaß, Differenziertheit und Organisationsgrad des Wissens (und nicht „tiefere“ oder „schnellere“ Suche) - Heuristiken, um die Suche einzuschränken - ähnliche Befunde in anderen Domänen ( Medizinische Diagnostik, Fehlersuche, Lösen von Aufgaben aus Mathematik und Physik)  
• Zusammenfassung: Experten vs. Anfänger Intelligenz --> kaumGedächtniskapazität -->kaumVerarbeitungsgeschwindigkeit -->kaumWissen --> JAKognitive Flexibilität -->JA

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