Problemlösen & schlussfolgerndes Denken

1) Einleitung

2) Grundlage des Problemlösens

Untersuchungsgegenstand

  • Problemlösen bei "speziellen" Problemen (Wissenschaftler, Künstler,...)
  • Problemlösen bei "normalen" Probanden während Lösung von Puzzles oder Logikaufgaben

Wissenschaftliche Definition

  1. Zielzustand (goal state)
  2. Anfangszustand (initial/ start state)
  3. Set von (mentalen) Operationen (mental operations)

Arten von Problemen

  • Gut-definierte Probleme
    -- Anfangs- & Zielzustand klar definiert
    -- mögliche Schritte + einschränkende Regeln sind bekannt
  • Schlecht definierte Probleme
    -- Regeln, Anfangszustand, Operationen, evtl. Zielzustand unklar, z.T. auch abstrakt (glücklich werden,...)
    -- weitere Herausforderung: Finden der Einschränkung
  • Einsichtsproblem
    -- Antwort scheinbar in Art "Geistesblitz" des Verstehend aufzutreten
    -- Spezialfall schlecht definierter Probleme (z.B. etw. erfinden)

Problemraum-Theorie (problem space theory)

  • Problemlösen = Suche innerhalb eines Problemraums
  • Problemraum: Set von Zuständen/ Alternativen, die bei jedem Schritt von Anfangs- bis Zielzustand begegnen
  • Rückschritte in Problemraum z.T. sinnvoll, aber schwierig
  • Theorie angemessen für gut definierte Problem (z.T. Turm von Hanoi)
  • bei schlecht definierten Problemen mehrere Problemräume notwendig

Strategien und Heuristiken

  • Algorithmen
  • Heuristiken
  • Alltagsregeln (z.B. "immer in Richtung des Ziels bewegen")
  • zufällige Suche (trial and error)
    -- zufällig Schritt auswählen und testen, ob Ziel erreicht ist
  • Bergsteigen (hill climbing)
    -- Problemlöser blickt einen Schritt in die Zukunft & wählt Schritt aus, der möglicht nahe an Zielzustand führt
  • Mittel-Ziel-Analyse (means-end-analysis)
    -- Zerlegung des Problems in Subprobleme & deren Lösung
    -- aufwändig, aber erfolgreich
  • Anyalse verbaler Protokolle
    -- Analyse der Gedankenprozesse des Problemlösers, wie sie laut während der Bearbeitung des Problems beschrieben werden
    -- berichtete Strategien nicht immer = kognitive Verarbeitung
  • Computermodelle (vgl. VL1)

Arbeitsgedächtnis und exekutive Prozesse beim Problemlösen

  • erhöhte Aktivität in rechtem DLPFC, bilateralem Parietalkortex, bilateralem Motorkortex; steigt mit Aufgabenkomplexität
  • starke Berbindung zw. Problemlösen und Arbeitsgedächtnis/ exekutiven Prozessen
  • Frontalhirnpatienten Probleme bei Anwendung von Mittel-Ziel-Analyse & Bergsteigen-Heuristik
    -- verringertes Planungsvermögen
    -- Schwierigkeiten, sich an bereits gemachte Schritte erinnern und diejenigen Züge zu erlernen, die sie vermeiden sollten

Experten und Probleme

  • im Vergleich zu Novizen spezialisierte Problemlösestrategien
  • Expertenwissen als tiefere, abstraktere Prinzipien organisiert
  • bei Novizen eher anhand der Oberflächenstruktur
  • Unterschiedliche Informationsenkodierung
  • Experten: Vorwärtssuche, Novizen: Rückwärtssuche

3) Analoges Schließen

Vergleichsprozess; Übertragung & Anwendung von Wissen aus bekannter Domäne (Quelle)

Subprozesse

  1. Abruf (retrieval)
    Zielobjekt im Arbeitsgedächtnis behalten, während ähnlichs Beispiel aus LZG abgerufen wird
  2. Kartierung (mapping)
    Zusammenführung von Quelle und Zielobjekt im Arbeitsgedächtnis; Projektion der Eigenschaften der Quelle auf das Ziel
  3. Evaluation
    Entscheidung, ob Analogie brauchbar ist oder nicht
  4. Abstraktion
    Isolierung der gemeinsamen Strukturen von Quelle und Ziel
  5. Vorhersage (predictions)
    Entwicklung von Hypothesen über Verhalten/ Charakteristika des Ziels aufgrund vorhandener Information über Quelle

Beteiligte Gehirnstrukturen

  • PFC (mittlerer Frontalkortex + inferiorer frontaler Gyrus), anteriore Insula und Parietalkortex
  • Aktivierung nicht nruch durch Aufmerksamkeit und Arbeitsgedächtnis, sondenr auch durch analoges Schließen

4) Induktives Schließen

Spezifische Induktionen

  • Ähnlichkeits-Abdeckungs-Modell
    -- je ähnlicher Prämissenereignis und Ereignis der Konklusion, umso wahrscheinlicher ist Akzeptanz der Konklusion
    -- je typischer Prämissenereignis für dessen Kategorie, desto wahrscheinlicher ist Einschätzung, dass Ereignis der Konklusion das zu beurteilende Feature enthält
    -- Neigung zu stärkeren Inferenzen, falls zu berücksichtigende Kategorie als rel. homogen angesehen wird, durch Übertragung der Features eines Mitglieds der Kategorie auf ein anderes

Gehirnsubstrate

  • Wisconsin-Karten-Sortier-Aufgabe
    -- mittlerer DLPFC während positivem + negativen Feedback
    -- (Sub)kortikales Netzwerk während negativen Feedbacks aktiv
  • bei kategorie-basierter Induktion medial-temporale und parahippocampale Regionen aktiviert
  • Klassifikationsaufgabe:
    -- linke Hemisphäre - analytisch, abstrakt, kognitive Kontrolle, sprachliches Areal

5) Deduktives Schließen

Wason selection task (WST)

  • Abstrakte Version
    -- Wenn eine Karte Vokal auf einer Seite hat, ist eine gerade Nummer auf der Rückseite
    -- zuerst Regel bestätigen, dann falsifizieren
    -- Performanz <5%
  • Realisitische Version
    -- Wenn ein Brief versiegelt ist, klebt eine 50-Lira-Briefmarke darauf
    -- Performanz >50%

Fehler bei deduktivem Schließen

  • Formfehler
    -- resultieren aus Fehlern in Struktur/Format der Prämissen-Konklusion-Beziehung
    -- Atmosphäreneffekt durch Nutzung gleicher Quantoren (einige, alle, keine) in beiden Prämissen
    -- Übereinstimmungsverzerrung: Akzeptanz einer Konklusion als valide, wenn sie die syntaktische Struktur der Prämissen/ einige der darin enthaltenen Begriffe beinhaltet
  • Inhaltsfehler
    -- Überzeugungsfehler: Tendenz der Akzeptanz einer "glaubwürdigen" Konklusion gegenüber einer "unglaubwürdigen" bei einem Syllogismus

Theorien des deduktiven Schließens

  • Deduktion ist abhängig von formalen Inferenzregeln ähnlich der Differential- und Integralrechnung
  • Regelbasierte Ansätze/ Heuristiken
  • Theorie der mentalen Modelle
    -- Errichtung eines mentalen Modells - wird angenommen, bis Widersprüche gefunden werden; dann Anpassung/ Verwerfen des ursprünglichen Modells-- guter Ansatz für Form- und Inhaltsfehler bei der Deduktion
    -- kan erklären, wie Wissen & Erwartungen deduktives Schließen beeinflussen können

Begriffe

  • Denken
    -- Prozess der mentalen Repräsentation einiger Aspekte der Welt & Transformation dieser Repräsentation zur Generierung neuer, zielführender Repräsentationen
  • Problemlösen
    -- Set kognitiver Prozesse zur Zielerreichung bei Hindernissen
  • Schlussfolgern
    -- kognitive Prozesse zur Generierung logsicher Inferenzen aus Wissen
  • Problem
    -- Situation, in der es keine unmittelbar offensichtliche, standardisierte oder routinemäßige Art der Zielerreichung gibt

Grundlagen

  • Induktives Schließen
    -- Einzelfall -> Allgemeinheit
  • Kategorie-basierte Induktion
    -- Allgemeine Induktion: Generalisierung von bekannten Ereignissen auf alle Ereignisse
    -- Spezifische Induktion: Verallgemeinerung einiger Kategoriemitglieder mit best. Eigenschaften auf andere Mitglieder dieser Kategorie
  • Prämisse: Fakt zu Beginn
  • Konklusion: Inferenz/Schluss
  • Bestätigungsfehler (confirmation bias)
    -- Prädisposition, Informationen so zu gewichten, dass sie mit bereits vorhandenen Überzeugungen übereinstimmen

Grundlagen

  • Deduktives Schließen
    -- Allgemein -> Einzelfall
    -- fundamentales Werkzeug zur Untersuchung menschl. Rationalität
  • Syllogismus
    -- Argument, welches aus zwei Aussagen und einer Konklusion besteht
    -- Konklusion entweder wahr oder falsch
    -- Konklusion, die den Gesetzen der deduktiven Logik zufolge aus beiden Prämissen folgt, ist valide
  • Kategorialer Syllogismus
    -- Beziehung zwischen zwei Kategorien kann beschrieben werden
    -- Universell zustimmend/negativ
    -- Teilweise zustimmend/negativ
  • Konditionale Syllogismen
    -- Auftreten eines Ereignisses ist bedingt durch ein anderes (Konsequenz); "wenn p, dann q"
    -- Modus Ponens: Bestätigung des Antezedenz
    -- Modus Tollens: Verneinung der Konsequenz