Empirische Forschung 4. Übung zur Vorlesung Kognitive Modellierung

Transkript

1 Empirische Forschung 4 Übung zur Vorlesung Kognitive Modellierung S. 1

2 Gliederung Literaturangaben zu empirischer Forschung Einführung in den Themenbereich Analogien / Analoges Schließen Veranschaulichung und Diskussion der Materialkonstruktion zu den Hypothesen soviel wie möglich oder soviel wie nötig? S. 2

3 Literaturangaben zu empirischer Forschung Bortz & Döring: Forschungsmethoden und Evaluation für Human- und Sozialwissenschaftler, 4. Auflage Hussy & Walter: Forschungsmethoden in Psychologie und Sozialwissenschaften für Bachelor, 2013 Eid, Gollwitzer & Schmitt: Statistik und Forschungsmethoden, 2010 S. 3

4 Analogien Fundamentale Bestandteile menschlicher Kognitionen = Form der Ähnlichkeit Analoges Denken = in relationalen Mustern denken Schlussfolgerungen in unbekannten Inhaltsbereichen durch die Ableitung von Informationen aus bekannten Inhaltsbereichen S. 4

5 Analoges Schließen spezielle Schlussfolgerungsmethode Grundlage: Verknüpfung zwischen den Repräsentationen zweier Sachverhalte Übertrag von Wissen von einem (bekannten) Basisbereich auf einen anderen, häufig weniger bekannten Zielbereich Darstellung der Inhaltsbereiche: propositionale Netzwerke S. 5

6 Propositionale Netzwerke Elemente propositionaler Netzwerke: Objekte Prädikate o Attribute: haben nur ein Argument Objekteigenschaften o Relationen: haben mehrere Argumente Beziehungen zwischen Objekten: Relationen erster Ordnung Relationen: Relationen höherer Ordnung S. 6

7 Propositionale Netzwerke Vorteile: Wiedergabe von Struktur Inhalt eines Inhaltsbereiches S. 7

8 Beispiel: Sonnensystem S. 8

9 Randbedingungen von Analogieprozessen Strukturelle Konsistenzen o Korrespondenz der Relationen in beiden Inhaltsbereichen Semantische Ähnlichkeit o Ähnliche Bedeutung von Objekten und Prädikaten Pragmatische Wichtigkeit o Problemkontext/ Ziele des Schlussfolgernden je nach Problemkontext unterschiedliche Subgraphen des propositionalen Netzwerkes S. 9

10 Stufen des Analogieprozesses Repräsentation und Abruf Abbildung Transfer und Inferenzbildung Schemainduktion S. 10

11 Repräsentation und Abruf Ausgangsbedingung: unbekannter oder wenig bekannter Zielbereich Auswahl eines Basisbereiches Auswahl abhängig von o Semantischer Ähnlichkeit o Pragmatischer Wichtigkeit o Bei Expertise: strukturelle Konsistenz S. 11

12 Abbildung Mapping/ Strukturabgleich: o Herstellung von Korrespondenzen zwischen deren relationalen Strukturen S. 12

13 Beispiel: Mapping bei der Rutherford- Atommodell-Analogie S. 13

14 Transfer und Inferenzbildung Ausgangsbasis: Verwenden einer Analogie zum Problemlösen Transfer des lösungsrelevanten Wissens vom Basisauf den Zielbereich Effiziente Erweiterung der Zielstruktur um neue Informationen = Inferenzen Übertragen werden v.a. o Relationen o Nicht Attribute (Objekteigenschaften) Evaluation der Gültigkeit des durch analogen Transfer erzeugten Wissens S. 14

15 Schemainduktion Speicherung der Korrespondenzen in Form eines generalisierten Schemas Nur noch abstrahierte und domainunabhängige Strukturelle Übereinstimmungen aus Basis- und Zielbereich werden gespeichert S. 15

16 Transfer und Inferenzbildung Soviel wie möglich oder soviel wie nötig? Ausgangsbasis: o Problemlösekontext o Unbekannter/ zu wenig bekannter Zielbereich, um die Aufgabe lösen zu können o Kenntnis eines Basisbereiches, aus dem Wissen transferiert und zu Inferenzen angepasst werden kann o Nicht alle strukturellen Informationen aus dem Basisbereich werden benötigt S. 16

17 Transfer und Inferenzbildung Soviel wie möglich oder soviel wie nötig? Zwei kontrastierende Hypothesen: o o Soviel wie nötig : nur das notwendige (strukturelle) Wissen wird aus dem Basis- in den Zielbereich transferiert Soviel wie möglich : soviel strukturelle Informationen wie möglich werden aus dem Basis- in den Zielbereich transferiert Untersuchung durch E.Wiese mit Aufgaben aus der Domain Physik S. 17

18 Konsequenzen der Hypothesen Soviel wie möglich: o Mehr Wissen im Zielbereich o Es muss für Problemlösesituationen zu anderen strukturellen Subgraphen nicht mehr auf den Basisbereich zurückgegriffen werden, sondern die Informationen können direkt aus dem Zielbereich abgerufen werden Soviel wie nötig: o Nur aufgabenspezifisches neues Wissen im Zielbereich o Im Basisbereich liegt immer noch ein vollständigeres propositionales Netzwerk vor o Bei neuen Problemlösesituationen muss wieder durch analoges Schließen neue Information im Zielbereich zu Inferenzen angepasst werden S. 18

19 Beispiel: E. Wiese (2007) Wasserkreis-Stromkreis-Analogie S. 19

20 Wasserkreis-Stromkreis-Analogie Wasserkreis Bauteile: Doppelwassersäule (DWS) Kreisel Druckdifferenzmesser Physikalische Größen: Wasserstromstärke I W Druckdifferenz p Kreiselwiderstand R W Elektrischer Stromkreis Bauteile: Batterie Glühbirne(n) Spannungsmesser Physikalische Größen: Elektrische Stromstärke I Ladungsdifferenz (Spannung) U Elektrischer Widerstand R S. 20

21 Wasserkreis-Stromkreis-Analogie Wasserkreis Relationen: Kirchhoffsche Gesetze für Reihenschaltungen: o p ges = p 1 + p p n o R Wges = R W1 + R W2 + + R Wn o I W = const. Ohmsches Gesetz: p = R W x I W Elektrischer Stromkreis Relationen: Kirchhoffsche Gesetze für Reihenschaltungen: o U ges = U 1 +U U n o R ges = R 1 + R R n o I = const. Ohmsches Gesetz: U = R x I S. 21

22 p ges = p 1 + p p n S. 22

23 R Wges = R W1 + R W2 + + R Wn S. 23

24 Ohmsches Gesetz als Relation höherer Ordnung S. 24

25 Soviel wie möglich oder soviel wie nötig bei der Wasserkreis-Stromkreis-Analogie Benötigte Ausgangsbedingungen: o Problemlösekontext, der nicht alle strukturellen Korrespondenzen benötigt Problemlösekontext Elektrischer Stromkreis Aufgaben: o Typ 1: Fragen zu den Gesetzmäßigkeiten der Spannung in elektrischen Schaltungen (U) o Typ 2: Fragen zu den Gesetzmäßigkeiten der Widerstände in elektrischen Schaltungen (R) S. 25

26 Soviel wie möglich oder soviel wie nötig bei der Wasserkreis-Stromkreis-Analogie Benötigte Ausgangsbedingungen: o Wissen in einem Basisbereich Vermittlung von Wissen bezüglich des Wasserkreises o Ungenügendes Wissen in einem Zielbereich Befragen von Studenten, die keine Berührungspunkte mit Physik haben o Abruf des Basisbereiches für die Lösung der Aufgabe Einführung des Elektrischen Stromkreises und Verdeutlichung der Analogien S. 26

27 Soviel wie möglich oder soviel wie nötig bei der Wasserkreis-Stromkreis-Analogie??? Wie können wir messen, ob bei einem Problemlösekontext sofort die gesamte Struktur (Ohmsches Gesetz) auf den neuen Inhaltsbereich (Elektrischer Stromkreis) übertragen wird oder nur die Struktur, die für die Aufgaben benötigt wird? (Typ 1: Gesetzmäßigkeiten zu U, Typ 2: Gesetzmäßigkeiten zu R)??? S. 27

28 Hausaufgabe Anhang A-1 bis A-31 (Simulationen des Wasser- und des elektrischen Stromkreises) und A-46 bis A-48 (Einführung des elektrischen Stromkreises) lesen S. 28