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Problemlösen & schlussfolgerndes Denken (2) Grundlage des…
Problemlösen & schlussfolgerndes Denken
1) Einleitung
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
2) Grundlage des Problemlösens
Untersuchungsgegenstand
Problemlösen bei "speziellen" Problemen (Wissenschaftler, Künstler,...)
Problemlösen bei "normalen" Probanden während Lösung von Puzzles oder Logikaufgaben
Wissenschaftliche Definition
Zielzustand
(goal state)
Anfangszustand
(initial/ start state)
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
Abruf
(retrieval)
Zielobjekt im Arbeitsgedächtnis behalten, während ähnlichs Beispiel aus LZG abgerufen wird
Kartierung
(mapping)
Zusammenführung von Quelle und Zielobjekt im Arbeitsgedächtnis; Projektion der Eigenschaften der Quelle auf das Ziel
Evaluation
Entscheidung, ob Analogie brauchbar ist oder nicht
Abstraktion
Isolierung der gemeinsamen Strukturen von Quelle und Ziel
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
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
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
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