6.3 Problemlösen

in der Psychologie wird besonders der inneren Repräsentation von Problemen Beachtung geschenkt

Problemraum:

der Löser konstruiert aus den Regeln, einen Graphen bestehend aus Anfangs, Zwischen und Zielzuständen $\Rightarrow$ Lösungswege aufgrund der übergangsfunktionen (Regeln)

Turm von Hanoi

kürzester Weg = $2n-1$ Schritte bei n Scheiben

objektive Problembeschreibung:

alle Schritte können vollständig dargestellt werden.

Problemklassifikation

nicht alle Probleme können Formal in Graphen beschrieben werden $\Rightarrow$ dennoch lassen sie sich nach ihren Problemräumen charkterisieren siehe weiter unten

Untersuchungen ergaben, daß mit zunehmender übung kurzestmögliche Wege herausgefunden werden bei Hochbegabten schneller als bei Normalen

Problemlösen ist zielgerichtet

, besteht aus einer längeren Kette geistiger Operationen:

dem Turm von Hanoi Spieler wird folgende vorgehensweise unterstellt:

Aufbau einer internen Repräsentation

der Aufgabenumwelt (Problemraum)

der Aufbau ist mit einem Selektionsprozeß und Interpretationsprozeß verbunden (nicht alle Einzelheiten werden aufgenommen, sondern nur die, die aus der Instruktion hervorgehen und die der Problemlöser aufgrund seines Wissens verwenden kann $\Rightarrow$ meist unvollständige Problemr.)

Suchraum

ist Teil des Problemraumes, in dem der Löser den Zielzustand vermutet und dort nach ihm sucht, gelingt keine Lösungsfindung $\Rightarrow$ man kann den Problemraum verändern durch noch nicht berücksichtigte Merkmale , Berücksichtigung neuer Operatoren, Abbruch der Problemlösung

Def. Problem

wenn der Problemraum (internes Abblid) eine Lücke enthalt, die zwischen Zielzustand und Ausgangszustand steht wird sie als Problem erlebt. $\Rightarrow$ Problemlösen ist Interaktion zwischen Löser und Aufgabenumwelt, ob Zustand als Problem erkannt wird hängt von der Art des Problemraumes ab, Lücken im Problemraum sind die Probleme, sie sind auf Wissensdefizite (Zustände, Operatoren, kleine Suchräume) zurüchzuführen, wie schnell der Problemraum gelöst wird hängt von Problemraum ab und Größe der Lücken und wie jemand seinen Suchraum abgrenzt

Taxonomien für Lücken im Problemraum: Problemklassifikation

nicht alle Probleme können mit formalen Mitteln beschrieben werden. $\Rightarrow$ sie werden in Klassen eingeteilt:

schlecht definierte Probleme

alle Menschen glücklich machen; Start- Endzustand nicht präzise definiert

Neuordnungsprobleme

Austausch zwischen den einzelnen Elementen zur Gesamtheit

Transformationsproblem

Turm von Hanoi

Induktionsproblem

Analogiebildung muß erkannt werden

bei allen drei letztgenannten müssen die Relationen zwischen den Problemelementen erkannt werden und auf neue Situationen übertragen werden

die nächste Klasse behandelt die Abbildung von Operatoren dazu zählen:

Sequenz von Operatoren

Turm von Hanoi, alles bekannt nur nicht die Reihenfolge

Syntheseproblem

mangeldes Wissen über erfolgrieche Operatoren z.B. Neunpunkte

Klassifikations,Kompositions,Transformationsprobleme

Art der Operatoren, die anzuwenden sind bereiten Schwierigkeiten. Zuordnung, Zusammenführen, überführen

Puzzleprobleme

Vorwissen kann gar nicht oder nur in geringem Umfang genutzt werden (Summe)

komplexe Probleme

Löser greifen intensiv auf ihr Vorwissen zurück.

interne Repräsentation der Aufgabnumwelt

Aufbau des subjektiven Problemraumes

ein interner Problemraum ist dem Forscher nicht zugänglich aber es gibt Eigenschaftskenntnisse, die ein solcher Baum hat.

das Wissen des Problemlösers:

aus Instruktion und Problemsituation, u. schon vorhandenes Wissen

Wissen über eine Menge von Handlungen und Operatoren

neues Wissen kann generiert werden

das Problem selbst

diese Lücke glit es zu schließen

diese drei Punkte gelten als invariant und bei jedem menschen im Problemraum vorhanden

vollständige Problemräume stehen meistens nicht zur Verfügung(Schach) dennoch können Probanden die nähe eines Zustandes zum Zielzustand gut einschätzen, was mit zunehmender übung noch verbessert werden kann

die Bedeutung von gedächtnisleistungen für das Problemlösen

Problemraum erfordert umfangreiche Gedächtnisleistungen

Lücke, Problem: es mangelt an Operatoren oder Wissen, daß nicht im Gedächtnis ist.

es gibt einenen dynamischen Austauschprozeß zwischen LZG, KZG und sensorischer Infoverarbeitungs Ebene, zwischen gerade aufgenommenem und altem Wissen

es gibt Grenzen dieses Austauschprozesses gerade was die Kapazität betrifft (KZG)

elementare Problemlöseprozesse und Strategien der Lösungssuche

wie finden Löser ihren Weg von Anfangs zum Zielzustand.

Handelt es sich um parallele oder serielleVerarbeitung: heutiger Wissenstand. Parallel alle Aufgaben, die keine Aufmerksamkeit erfordern (automatische Abläufe), für alle kognitiven und komplexen Vorgänge wird eine serielle Verarbeitung vermutet

Einsicht und umstrukturieren beim Problemlösen

der Lösungsfindungsprozeß wird als das Umstrukturieren von alten Wissensbeständen durch neu eingesehene Gesichtpunkte verstanden (produktives Denken) im gegensatz zu reproduktivem. Bei dem altes Wissen angewendet wird)

Erkennen der schlechten Gestalt

Umstrukturierung

mit dem Versuch einer besseren Gestalt

Einsicht in die Problemsituation

und Entdeckung der Lösung

Lösungsfindung

Heuristische Strategien beim Lösen einfacher Probleme

Problemlösen verlauft nicht längerfristig planvoll denn ein Bottom-up arbeitender würde bei der Last der zu berücksichtigenden Daten zusammenbrechen, Top-Down arbeitender berücksichtigt zu wenig Daten

es wird zwischen den Verarbeitungen abgewechselt. Aber mit welcher Systematik, die läßt sich nämlich schon früh erkennen und bleibt sie über die Findung stabil ? Sicherlich nicht

Hillclimbing

die ersten Schritte beim Problemlösen, die Bottom up geprägt sind scheinen oft zufällig. Sie sind folge von Ein-Schritt-Verfahren, bei dem der Löser versucht seinen Zustand in einen anderen zu überführen, der dem Zielzustandes am ehesten entspricht (kann auch zu falschem Ziel führen)

Ein-Schritt-Verfahren benötigen mindestens ein Kriterium

(TOTE-Einheit)

Mehr-Schritt-Planungen

das Suchen nach dem Weg durch den Problemraum nennt sich heuristische Strategien: führen nicht unbedingt zum Ziel erleichtern die Suche in der Regel aber (erhebliche Weiten können systematisch durchsucht werden)

GeneralProblemSover:Mittel-Ziel-Analyse

(DUNCKER) fand bei Probanden vier immer wieder auftauchende Heuristiken. Sie sind so geartet, daß sie vom Detailierten Problem Abstand schaffen wollen. Die Detailierten-Problem-Phase wird unterbrochen. Richtige Antworten aus Konflikt,- Situations,- Material- und Zielanalyse führen zur Verkleinerung, Erweiterung des suchraumes zusammen mit der exakten Festlegung der Zielrichtung (Es werden neue Teilziele gebildet)

ermittele den maximalen Unterschied zwischen A und B setze dies als neues Teilziel , eleminiere den Unterschied durch Einsetzen eines Operators, Such Operator usw setze gegebenenfalls neues Teilziel

Informationsverarbeitung bei komplexen Problemen

Bürgermeister einer Stadt

schlecht definiertes Problem mit großer Anforderung an Wissensbestand.

Charakteristika

komplexer Probleme:

große Komplexität durch viele

Variablen

Vernetztheit

der Variablen (Auswirkung der Veränderung einer Variable)

Intransparenz

fast unmöglich das Problem zu durchschauen

Eigendynamik

Variablen können sich auch ohne Eingriff selbst verändern

Polytelie

eine eindeutige Problemstellung besteht nicht, es können unterschiedliche Ziele verfolgt werden

Wissenschaftliche Kontoversen

ob komplexe Probleme geeignet: dagegen

daß komplexe Probleme denen im Alltag vorkommenden ähnlicher seien als Puzzle-Probleme ist nicht belegt

die unüberschaubare Menge an Lösungen machen den eingeschlagenen Lösungsweg zu einem individuellen Ergebnis

keine Möglichkeit zur formalen Systembeschreibung

Fehlerhaftes und unflexibles Denken

siehe Anderson Kap 8 zweite Seite besser

Architektonische Vorstellungen über den kognitiven Apparat

Vorstellung von Klix

Merkmalsfolgen werden vom Problemlöser aufgenommen und Gedächtnisstrukturen zugeordnet. Diese leisten Klassifizierungsaufgaben beim Erkennen neuer Aufgaben

Die Gedächtnisstrukturen sind mit der sprachlichen Ebene verbunden $\Rightarrow$ Begriffsbildung

es gibt ein Gedächtnisteil, der elementare Operatoren(Transformationen) speichert, sie können auf die Merkmalsfolgen angewandt werden

Treten die Merkmalsfolgen mit den Operatoren in Wechselwirkung $\Rightarrow$ interne Repräsentation ist entstanden, ein Suchraum kann festgelegt werden

Operatoren werden durch einen Bewertungsprozeß ausgewählt, wird auch durch Streß, Emotionen und Motivation beeinflußt

Transformation als Handlung $\Rightarrow$ motorische Aktivität

Dörners Phantastereien

es gibt eine zwei Ebenenstruktur: Datenbasis und Informationsauswertebasis ergeben den kognitiven Apparat

Problemlösen findet im Wechselspiel der beiden Ebenen statt. Dabei kommt der Datenbasis die reproduktive Rolle und der IAB die produktive Seite des Denkens

die epistemischen Struktur arbeitet wie Gedächtnis (netzwerk mit Wissensknoten)

heuristische Struktur entählt Programme zur Infoverarbeitung, sie fügt Operatoren der Datenbasis mit neuen Operatoren zu einem neuen heuristische Verfahren zusammen.

Zusammenarbeit

:

es wird eine Verbindung zwischen denen im KZG befindlichen Infos über das Problem und dem LZG hergestellt

daraus entsteht ein internes Abbild der Problemsituation

durch die Verknüpfung von Problemzuständen und verfügbaren Operatoren $\Rightarrow$ Suchraum

durch neue Verbindungen kann eine Suchraumerweiterung oder eine Fokussierung stattfin

ACT-Theorie von ANDERSON

es gibt nur ein einziges kognitives System beim Menschen.

das System besitzt drei Gedächtnisse:

Arbeitsgedächtnis

als KZG mit beschränkter Kapazität]

dekleratives Langzeitgedächtnis

Wissen, daß etwas ist

prozedurales Langzeitgedächtnis

Wenn...Dann...- Wissen

Ablauf:

Reize aus der Umwelt werden in Symbolfogen transformiert und ab ins Arbeitsg.

Arbeitsg. Kann Infos in dekl. Speichern und abrufen und einen Vergleichsprozeß mit seinen Inhalten und dem proz. Starten. Ist dieser Vergleich positiv $\Rightarrow$ Ausführung der Aktion $\Rightarrow$ kann zur Speicherung neuem deklerativem Wissen führen usw.