VIERER-ZYKLUS: DENKEN, LERNEN, FORSCHEN

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1 VIERER-ZYKLUS: DENKEN, LERNEN, FORSCHEN Hans U. Fuchs Abteilung Mathematik und Physik, Departement T Zürcher Hochschule Winterthur, 2004 Ziel Beschreibung einer möglichst umfassenden Vorgehensweise beim (wissenschaftlichen) Arbeiten. Einbezug sogenannter unwissenschaftlicher Denkwerkzeuge, die die Wurzeln von Fragen, Motivation und Ideen (für Hypothesen) darstellen. Konkretisierung und Operationalisierung von vier verschiedenen Fähigkeiten des Verstehens: metaphorisches und analogisches Denken (mythische Wurzeln), Vorstellungskraft (romantische Wurzeln), formales symbolisches Handeln beim Experimentieren und formales symbolisches Denken beim Modellieren (externe symbolische Darstellung). Vergleich der vier Prozesse mit der Entwicklung des menschlichen Geistes, den vier Typen von Jung, oder der Erzählweise nordamerikanischer Indianer (Medizinrad). Besonderer Wert wird auf die Bedeutung von Metaphern für das Verständnis von (modernen) Wissensgebieten gelegt. Die vier Denk- und Arbeitsformen 1. symbolisches Denken und Handeln bei der Konstruktion von Experimenten und beim Beobachten; 2. symbolisches Denken und Handeln bei der Erstellung von und beim Umgang mit formalen Modellen; 3. Vorstellungskraft als Quelle der Fähigkeit, Probleme zu erkennen und einzuordnen, um so zu Motivation für Fragen und Problemlösungen zu gelangen; 4. metaphorisches und analogisches Denken als Quelle von Ideen für die Grundelemente von Erklärungen (Hypothesen für Modelle). Abstract Man kann die beim wissenschaftlichen Denken und Arbeiten auftretenden Prozesse als Zyklen darstellen. Die Ergebnisse der Arbeit aus einem Zyklus werden mit denen aus anderen verglichen, und der Vergleich dient der Entscheidung über die Fortsetzung der Prozesse und dem

2 Aufbau von Bedeutung und Sinn. (Die Entscheidungen laufen oft wenig bewusst und schnell im Kopf der handelnden Person ab.) Klassische Vorstellungen über den wissenschaftlichen Prozess führen auf eine Darstellung mit zwei ineinandergreifenden Zyklen (Doppelzyklus). Der eine stellt die formale Modellbildung (mentale Modelle) dar, während der andere das Experimentieren repräsentiert (physische Modellbildung). Wesentliche Prozesse, die wir oft als unwissenschaftlich abtun, treten aber gleichzeitig mit dem wissenschaftlichen Denken auf und fehlen im Doppelzyklus. Es wird hier vorgeschlagen, zwei weitere Zyklen hinzuzufügen. Der erste beschreibt, wie Ideen für Hypothesen entstehen, der zweite dient dem Aufbau der Motivation und der Formulierung guter Fragestellungen. Aus diesen und dem ersten Doppelzyklus entsteht ein Vierer-Zyklus. Die beiden neuen Zyklen lassen sich durch eine Verbindung mit mythischen und romantischen Phasen der kulturellen Entwicklungsgeschichte der Menschheit in eine konkrete, operationalisierte Form bringen. Dies ist wichtig, da es sich bei den diesen Zyklen zugeordneten Denkvorgängen um weiche, gefühlsmässige, oder scheinbar irrationale Formen des Denkens handelt. Zumindest sind es Denkformen, derer wir uns wenig bewusst sind, oder die wir im Rausch der Vernunft als wenig nützlich belächeln. Sie bewusst und konkret nutzbar zu machen, ist ein wichtiges Ziel. Kurz gesagt, führt romantisches Verstehen zu einer umfassenden recherchierenden Auseinandersetzung mit einem Thema, woraus Übersicht, Verständnis für den Kontext, gute Fragestellungen und möglicherweise Motivation für das Thema entstehen. Mythisches Denken ist die Quelle erster und fundamentaler Erklärungen, die stark von Bildern und Metaphern getrieben wird. In der Form von Erzählungen können erste Wortmodelle für das untersuchte Thema entstehen. Die dem Vierer-Zyklus hauptsächlich zu Grunde liegenden Entwicklungstheorien stammen von K. Egan und M. Donald. Die erste zeigt, wie Stufen der Entwicklung des Denkens mit der Entwicklung von Sprache verbunden sind. Aus dieser Theorie stammen die Bezeichnungen mythisch und romantisch für zwei der vier Zyklen im Vierer-Zyklus. Die zweite nimmt einen etwas weiteren anthropologischen Standpunkt ein und zeigt, wie nacheinander von den Primaten bis zu den heutigen menschlichen Kulturen Stufen der Modellbildung entstanden sind. Die durch Schrift und physischen Modellbau (Werkzeuge) ermöglichte Externalisierung des Denkens nennt Donald symbolisch. Weitere Verbindungen mit anderen Entwicklungstheorien sind möglich (z.b. mit Gebsers Vorstellungen). Zudem könnte eine Verknüpfung der vier Zyklen mit Jungs Typologie (Denktyp, Fühltyp, etc.) und mit der visuellen Metapher des Medizinrades von Interesse sein. 2

3 Figur 1: Der E&M Doppel-Zyklus. Er stellt das Zusammenwirken von zwei Aktivitäten dar, die den wesentlichen Teil von dem ausmachen, was wir die wissenschaftliche Methode nennen (Experimentieren, Hypothesen bilden, Modelle kreieren und simulieren und die Ergebnisse mit der Wirklichkeit vergleichen). Die Aktivitäten laufen in der handelnden Person zusammen (durch den Kubus in der Mitte dargestellt), wo die Resultate vergleichen und Urteile gefällt werden. Es ist im Allgemeinen unklar, woher eine Person die bei der Arbeit notwendigen Ideen für Modelle findet, oder wie sie die Fragen formuliert, die man mit der Arbeit beantworten will. Figur 2: Symbolische Darstellung des erweiterten Wissenschafts-Zyklus. Er besteht aus vier einzelnen Zyklen, die auf bestimmten Fähigkeiten beruhende Aktivitäten darstellen. Die Aktivitäten laufen in der handelnden Person zusammen (durch den Kubus in der Mitte dargestellt), wo die Resultate verglichen und Urteile gefällt werden. 3

4 Sense-making Capacities Mythic thinking Symbolic representation IDEAS & MEANING 1. Find polarities 2. Formulate metaphors 3. Write a story Spoken language Metaphors, polarities EXPERIMENT 1. Plan and build 2. Perform observations 3. Describe data External symbols Material tools Symbolic thought FORMAL MODEL 1. Analyse system 2. Create a model 3. Simulate the model External symbols Formal languages Romantic thinking QUESTIONS & GOALS 1. Investigate the field 2. Create lists & maps 3. Formulate questions Writing, Lists Imagination Comparison of results of different activities Judgement: decisions about continuation Figur 3: Zusammenfassung des aus vier Kreisen (Fähigkeiten zur Sinnbildung) bestehenden Wissenschafts- Zyklus. SENSE / UNDERSTANDING Judgement EXPERIENCE EXPERIENCE THE WORLD Perception Figur 4: Eine Person versucht, aus der Welt und ihrer Erfahrung Sinn zu schaffen. Die Prozesse des Wahrnehmens und des Urteilens liefern den Zyklen in Fig. 2 das Material und führen zu einem Sinn stiftenden Ergebnis. 4

5 Konkretisierung der Schritte im Vierer-Zyklus Modellierung 1. Analyse: Die Objekte und Prozesse werden auseinander genommen, und die auftretenden Prozesse werden identifiziert; 2. Modellbildung: Ideen zur Natur der Prozesse werden in ein Beziehungsdiagramm und dann in Gleichungen übersetzt; 3. Simulation: Die bei der Modellbildung entstandenen Gleichungen werden gelöst und die Ergebnisse werden geeignet dargestellt und untersucht. Experiment 1. Planung: Auf der Basis von Zielen, Vorstellungen und von Wissen, das aus Modellen stammt, wird ein Experiment oder eine Beobachtung geplant; 2. Durchführung: Die für Experimente oder Beobachtungen notwendigen Geräte werden gebaut und Daten werden erhoben; 3. Darstellung und Analyse der Daten: Die Daten werden so dargestellt, dass wir erstens eine Vorstellung über die Phänomene kriegen, und dass zweitens ein Vergleich mit den Ergebnissen von Modellen leicht möglich wird. Mythisches Denken 1. Identifizierung von Polaritäten und Suche nach Analogien: Finde die Polaritäten, die die Vorgänge in der Welt antreiben; finde heraus, was angetrieben wird; benutze Analogien zwischen neuen und bekannten Prozessen; 2. Formulierung von Metaphern: Übersetzung der Grundideen in bildhafte Darstellungen; Verwendung von Analogien; 3. Erzählung schreiben: Ideen und Metaphern werden in die Form einer Erzählung gebracht (nicht formales Wortmodell). Romantisches Denken 1. Systematische Aufzählung: Das Gebiet wird so vollständig wie möglich untersucht, man führt eine umfassende Recherche durch; 2. Erschaffung von Listen: Zusammenstellung des wichtig Erscheinenden in geordneten, strukturierten Listen und Diagrammen (Karten, maps). 3. Fragen: Eine oder mehrere Fragen werden formuliert. (Was interessiert uns? Was wollen wir wissen oder verstehen?). 5