Rozwiązywanie problemów Nęcka , 0rzechowski, Szymura

1. Rozwiązywanie problemówNęcka, 0rzechowski, Szymura

2. Problem/ rozwiązywanie problemów • Potocznie • Problem to "poważne zagadnienie, zadanie wymagające rozwiązania, kwestia do rozstrzygnięcia" (Encyklopedia PWN). • W ujęciu psychologicznym • problem pojawia się wtedy, gdy człowiek "czegoś chce, a, nie wie od razu, jaką sekwencję działań powinien wykonać, aby to osiągnąć” (Newell, Simon, 1972). • Jeśli podejmuje takie próby, wykonuje czynność zwaną rozwiązywaniem problemu

3. 4 wymiary problemu • stan docelowy, na który nakierowane są procesy poszukiwania rozwiązania i w stosunku do którego istnieją kryteria oceny, czy cel został osiągnięty. stan początkowy,czyli dane wyjściowe, a także okoliczności decydujące o tym, że cała sytuacja ma charakter problemowy. • Nie wszystkie dane początkowe muszą być jawne; jeśli niektóre są ukryte, trzeba je wydedukować z tego, co wyrażono w postaci jawnej lub wywnioskować z kontekstu. • środki, czy też reguły, (zwane operatorami). których wolno nam użyć, aby przekształcić stan początkowy (i wszystkie kolejne stany) w dążeniu do osiągnięcia celu • przeszkody, które napotykamy w procesie poszukiwania rozwiązań. Np. ograniczenia nakładane na operatory; niektóre przekształcenia są niedozwolone.

4. Typy problemów Zależnie od: • jasnych albo niejasnych poszczególnych wymiarów problemów i • cech osoby przystępującej do rozwiązywania problemów.

5. Podział problemów ze względu na ich cechy i strukturę Cechy problemów • Dobrze v. źle określone • Zbieżne v. rozbieżne • Otwarte v. zamknięte Cechy osoby rozwiązującej problemy • Proste v. Złożone • Bogate v. ubogie semantycznie

6. Dobrze v. źle określony Kiedy problem zawiera wszelkie informacje niezbędne do rozwiązania, czyli • cel, kryteria oceny jego osiągnięcia • dane początkowe oraz • dopuszczalne reguły ich przekształcania, jest dobrze określony( Reitman, 1965) Aby rozwiązanie problemu źle zdefiniowanego w ogóle było możliwe, trzeba go przekształcić w problem dobrze określony, „kawałkując” złożony problem na mniejsze dobrze określone pod- problemy Simon (1973).

7. Zbieżne v. rozbieżne Guilford, 1959). • (jedno rozwiązanie) v. ( wiele rozwiązań) • 1/ masz 3 pudełka. W każdym z nich umieszczono po 2 mniejsze pudełka, a w nich jeszcze po 4 całkiem małe pudełka. Ile pudełek w sumie posiadasz? a/ 12, b/ 21, c) 24, d) 33 (Whimbey, Lochhead, 1999). • 2/ Co zrobić, aby zwiększyć bezpieczeństwo na drogach?

8. Otwarte v. zamknięte (Kozielecki, 1968) Problemy otwarte charakteryzują się • niejasnym celem i • słabo zdefiniowanymi kryteriami jego osiągnięcia. • niewielką ilością danych początkowych, Np. Co zrobić, aby zwiększyć bezpieczeństwo na drogach? • Problemy otwarte są zatem źle określone i rozbieżne; • Problemy zamknięte polegają więc na wyborze jednego z alternatywnych rozwiązań, co oznacza, że są to zadania dobrze określone i zbieżne.

9. Proste v. złożone Prostota czy złożoność problemu zależy od wiedzy • Np.. Nowicjusze wymagają długiego czas aby uchwycić aktualną sytuację na szachownicy, mistrzowi szachowemu starczy kilka spojrzeń (Chase i Simon, 1973 a i b) • U doświadczonych pilotów, aktywacja ośrodków percepcyjno-motorycznych jest niższa niż u nowicjuszy, wyższa natomiast aktywność czołowych i przed-czołowych ośrodków korowych biorących udział w planowaniu czynności i podejmowaniu decyzji (Peres i in., 2000)

10. Bogate a ubogie semantycznie • Bogate,kiedy posiadamy doświadczenie w ich rozwiązywaniu, mimo że konkretny problem w swoim sformułowaniu może być dla nas nowy. • Ubogie, kiedy nie mogą być odniesione do uprzednich doświadczeń Ubogi semantycznie : Połącz 9 kropek za pomocą czterech kresek, nie odrywając ołówka od kartki. Bogaty semantycznie: łamigłówki • Sieć semantyczna pojęć związanych z bogatym semantycznie problemem (liczba węzłów i połączeń między nimi) jest rozbudowana.

11. Podział problemów ze względu na wymagania poznawcze • Problemy • Specyficzne v. ogólne • Permutacyjne ( porządkowanie) • Indukcyjne (ekstrapolacja) • Transformacyjne • Analogiczne

12. Specyficzne v. ogólne • Jak zbudować wieżowiec na podmokłym terenie? • Problem wymaga wiedzy specyficznej dla budownictwa • Problemy specyficzne wymagają specyficznej wiedzy z określonej dziedziny • Problemy ogólnesą niezależne od jakiejkolwiek specyficznej dziedziny

13. Klasyfikacja Jamesa Greeno, 1978 Greeno wyróżnia problemy polegające na • porządkowaniu (permutacji) elementów: • C J I E P Y Z R A L; Przestawiając litery utwórz sensowne słowo • Indukcji (ekstrapolacji): • 1 2 8 3 4 6 5 7; Uzupełnij ten ciąg kolejną wartością • transformacji: • Wieża z Hanoi • Cześć problemów transformacyjnych daje się rozwiązać i pomocą algorytmu, czyli ścisłego i jednoznacznego przepisu działania zawierającego sekwencje operacji, jakie należy wykonać, aby osiągnąć określony cel.

14. Analogie • Zadanie polega na wykryciu analogii, czyli podobieństwa, łączącego dwie pary słów. Czwarte słowo należy wybrać spośród dostarczonych opcji. • Szewc : but:: księgowa: ? a) trzewik, b) pantofel, c) podatki, d) zeznanie podatkowe.

15. Problem: Analogie • Zadanie również polega na wykryciu analogii. • Trzeba założyć, że wskazówka jest prawdziwa, po czym wybrać słowo, które najlepiej uzupełnia analogię. • Wskazówka: Drzewa to jarzyny Artysta . rzeźba :: jabłoń:? a) gałęzie, b) owoc, c) korzenie, d) bulwa.

16. Teorie rozwiązywania problemówTeoria Newella i Simona (1971, 1972) • Teoria Newella i Simona, podobnie jak cały paradygmat, opierała się na założeniu, że • umysł jestsystemem przetwarzania informacjii • przekształcania reprezentacji poznawczych • opartym na procedurach(programach) (Nosal, 1990) • ujmowanych w języku instrukcji dla komputera (Newell, Simon, 1971) • Symulacja komputerowa jest sposobem dotarcia do ukrytych procesów poznawczych, składających się na proces rozwiązywania problemów,

17. Struktura problemu Problem Wieży z Hanoi Rozwiązywanie problemu zachodzi w przestrzeni problemu Przestrzeń problemu zawiera stan początkowy i końcowy (cel), wszystkie stany pośrednie m. in. cele pośrednie • reprezentacja stanu początkowego: wszystkie krążki na lewym pręcie od największego do najmniejszego; • reprezentacja stanu końcowego, celu wszystkie krążki na prawym pręcie od największego do najmniejszego; • operator: ruch krążka z pręta na pręt • restrykcje wobec operatorów, czyli takie przypadki przekształceń, które są nielegalne. 1/ tylko jeden krążek naraz; 2/ nigdy krążek większy na mniejszym; 3/ krążki tylko na prętach • Przekształcenia stanów wiedzy dokonują się w przestrzeni problemu • W przypadku Wieży z Hanoi składającej się z trzech pięter potencjalnych stanów jest 27. • W przypadku szachów ich liczbę szacuje się na 10 do potęgi 120, dlatego jak dotychczas żaden komputer nie jest w stanie ich wszystkich wyliczyć.

18. Wieża z Hanoi

19. Część przestrzeni problemu w 3 poziomowej wieży z Hanoi

21. Metoda protokołów werbalnych Metoda protokołów werbalnych polega na rejestrowaniu i interpretowaniu wypowiedzi, generowanych przez osobę badaną podczas rozwiązywania problemu. Badanego prosi się, aby „głośno myślał”, relacjonując wszystko, co przychodzi mu do głowy. Badacza interesuje to, w jaki sposób uczestnik eksperymentu werbalizue treść problemu, jakie stawia sobie pytania, jak komentuje uzyskane rezultaty, w jakl sposób reaguje na trudności itd. j • Właściwie zastosowana, metoda protokołów werbalnych nie musi oznaczać powrotu do introspekcjonizmu. Wypowiedzi osoby badanej poddaje się bowiem starannej interpretacji, traktując je jak zewnętrzne przejawy nieobserwowalnych procesów umysłowych, a nie jak rzetelne sprawozdanie z „naocznej” obserwacji tychże • Wypowiedzi werbalne to raczej zachowania, które może być jedną ze wskazówek dotyczących przebiegu procesu poznawczego. • Ericsson i Simon (1993) wyróżnili trzy rodzaje interesujących badacza wypowiedzi badanych to • werbalizacja bezpośrednia, polegająca na relacjonowaniu tego, co głos wewnętrzny. Można ją więc zastosować do problemów, które mają werbalną, na przykład do śledzenia wykonywania w pamięci złożonych i arytmetycznych. Zdaniem autorów, nie dochodzi wówczas do zakłócania racji z „normalnym” przebiegiem rozwiązywania problemu. Werbaiizacja nie a ani spowolniać wykonywania zadania, ani nie wymaga wprowadzenia do Li rozwiązywania problemu żadnej dodatkowej operacji poznawczej, iej z głośnym myśleniem. • werbalizacja zawartości STM, polegająca na opisaniu jakiegoś as ktualnego stanu procesu rozwiązywania problemu, np. przywołanego w da)mencie wyobrażenia. Werbaiizacja wymaga w tym przypadku przełożenia brazowego na werbalny. Jeśli problem jest złożony, werbalizacja nie tylko na czas jego wykonania, ale — jako, że jest procesem wysiłkowym (Kaplan, 1990) — pochłania również zasoby mentalne, odbierając je wykonywanemu Zdaniem Ericssona i Simona, nie wpływa to jednak na układ sekwencji w przestrzeni problemu. • Werbalizacja „ dlaczego?”, polegająca na chwilowym przerwaniu procesu rozwiązywania problemu i wyjaśnieniu, dlaczego podjęto określone działanie (zastookreślony operator), czemu to miało służyć (jaki podcel ono realizuje) itd. podkreślają, że niekiedy tego typu werbalizacja może mieć korzystny a proces rozwiązywania problemu (Berry, 1983; Ballstaedt, Mandie, 1984), zwykle zaburza jego przebieg. przykład werbalizacja może ułatwiać proces rozwiązywania problemów, :ając objętość przypominanego tekstu, po jego wcześniejszym przeczytaniu (Ballstaedt, Mandie, 1984). Uważa się jednak, że jest to efekt zapośredDzięki werbalizacji aktywowana jest pamięć słuchowa, w konsekwencji jąc część pamięci roboczej. Ponieważ ta ostatnia zwykle jest przeciążona le rozwiązywania złożonych problemów, jej odciążenie w widoczny sposób ia wykonanie zadania (Robertson, 2001).

22. Fazy rozwiązywania problemówTeoria Greeno (1978) Aktywowanie schematu rozwiązania Budowanie reprezentacji: ustalenie celu i analiza danych początkowych Aktywacja schematu: aktywacja wiedzy dot. problemu, tj. typowych celów, typowych ograniczeń i użytecznych strategii poszukiwania rozwiązań Poszukiwanie strategii rozwiązania(kiedy brak schematu) kierowane heurystykami, np. redukcji różnicy czy metody celów i środków Implementacja rozwiązaniato użycie algorytmu ( przepisu na rozwiązanie) programu

23. Heurystyki • nieformalne, spekulatywne, uproszczone albo skrótowe metody rozwiązywania problemów lub podejmowania decyzji; ryzykowne i zawodne. • Rodzaje heurystyk: • Rozwiązywania problemów • Podejmowania decyzji • Twórczego rozwiązywania problemów

24. 1/ próby i błędy Podejmowanie różnych prób pozbawionych planu. 2/Metoda redukcji różnicy Ustalenie punktu wyjścia i celu, podejmowanie prób zmniejszenia odległości między nimi; czyniąc tylko jeden krok w kierunku celu ( jeden operator) ; zawsze każdy krok ma zbliżać do celu 3/ Analiza celów i środków Polega na analizie sytuacji problemowej i podziale problemu zasadniczego na pod-problemy, z których każdy ma swój odrębny cel, podporządkowany celowi zasadniczemu. Realizacja wymaga zaplanowania wielu kroków wprzód. Odmiany: strategia powracającego celu 4/ Droga do przodu Podejmowanie prób, idąc od punktu wyjścia do celu 5/ Droga wstecz Podejmowanie prób, wychodząc od celu i idąc wstecz do punktu wyjścia. Czasami pozwala osiągnąć cel mniejszą liczbą kroków (do problemów transformacyjnych) Pięć heurystyk rozwiązywania problemów

25. Strategie a struktura problemu, a fazy procesu rozwiązywania procesy angażowane w rozwiązywanie problemów „dobrze” i „źle określonych” mogą być podobne (Greeno, 1980;) • Problemy źle zdefiniowane będą wymagały zaangażowania strategii pozyskiwania informacji, albo dokonana redefinicji problemu • Inne strategie, takie jak transfer przez analogię, można użyć tak do redefinicji problemu jak i do poszukiwania rozwiązań.

26. 1/ Metoda prób i błędów • polega na dokonywaniu przypadkowych zestawień elementów sytuacji problemowej, w nadziei, że któreś z nich okaże się rozwiązaniem problemu. • Przeszukiwanie pola problemowego, kiedy nie wymaga systematycznego planu odbywa się losowo lub przypadkowo, bez „bezmyślnie.”

27. Problem: Misjonarze i kanibale • Trzech misjonarzy i trzech kanibali, pragnie przedostać się przez rzekę; • Znaleźli łódź. • Należy znaleźć najprostszy schemat przeprawienia przez rzekę całej szóstki • Łódź mieści nie więcej niż dwa osoby. • Nie może się jednak zdarzyć, aby w którymkolwiek momencie liczba Kanibali na którymkolwiek z brzegów była większa niż liczba Misjonarzy, bowiem ci ostatni zostaliby zjedzeni. • Należy przyjąć, że wszyscy pasażerowie wysiadają z łodzi po przepłynięciu rzeki (nie można nikogo zostawić w łodzi) i • konieczna jest obecność w łódce co najmniej jednej osoby w każdej przeprawie. • Problem ten można rozwiązać w minimum jedenastu krokach • W zadaniu możliwe są dwa rodzaje ruchów — takie, które przybliżają nas do rozwiązania i takie, które pozwalają na powrót do poprzedniego stanu.

28. Problem misjonarze i kanibaleujęty w języku teorii Newell i Simona • Problem Podaj plan przeprawienia szóstki osób z jednego brzegu na drugi • Stan początkowy: 3 misjonarze i 3 kanibale na lewym brzegu • Stan końcowy (cel): 3 misjonarze i 3 kanibale na prawym brzegu • Operator: ruch łodzi • Ograniczenia: • 1/ Przy przeprawie, najwyżej dwie, najmniej jedna osoba w łodzi • 2/ Po przeprawie, wszyscy wysiadają na brzeg • 3/ Na brzegu, liczba misjonarzy nie mniejsza niż liczba kanibali

29. Stany w przestrzeni problemu M – misjonarze N - kanibale

30. 2/ Analiza celów i środków • Polega na analizie sytuacji problemowej i podziale problemu zasadniczego na pod-problemy, z których każdy ma swój odrębny pod-cel, podporządkowany celowi zasadniczemu. Potem planuje sposoby ich uzyskania. • Realizacja wymaga zaplanowania wielu kroków wprzód. • „Ktoś obmyśla cele i wymyśla środki ich osiągnięcia (operatory)” Pod- cel: Przeprawić jednego misjonarza i jednego ludożercę Odmiany: strategia powracającego celu: wielokrotne powtarzanie jednego działania, kiedy prowadzi do celu

31. 3/ Metoda redukcji różnicy • W heurystyce redukcji różnicy, wyboru działania (operatora) dokonuje się tylko ze względu na jedno przekształcenie; zawsze każdy krok ma zbliżać do celu • „ Zróbmy coś, a co będzie potem, to się zobaczy” (E. Nęcka); • Heurystyka wprowadza rozbieżność do podstawowego kryterium: • Czasem trzeba się oddalić od celu, aby w ogóle do niego dotrzeć; wymaga więc uwzględnienia dalszego kryterium, innej heurystyki • Korzyścią tej heurystyki jest to, że im bliżej celu, tym większa dostępność dodatkowych operatorów

32. A Metoda redukcji różnicy B Analiza celów i środków C Droga do przodu

33. A B C

34. 4/ Heurystyki rozwiązywania problemów • Droga do przodu Podejmowanie prób, idąc od punktu wyjścia do celu • Droga wstecz Podejmowanie prób, wychodząc od celu i idąc wstecz do punktu wyjścia. Czasami pozwala osiągnąć cel mniejszą liczbą kroków (uwaga: do problemów transformacyjnych)

35. Droga do przodu Droga wstecz

36. 7 faz rozwiązywanie problemówWg Sternberga (1986a) Hayesa (1993) W zależności od rodzaju problemu, kontekstu, wiedzy niektóre fazy mogą być pominięte, inne cyklicznie powtarzane; rzadziej proces rozwiązywania przebiega wszystkie faz

37. 7 faz rozwiązywanie problemów Wg Sternberga (1986a) Hayesa (1993) • 1/ identyfikacja problemu, • 2/ definiowanie problemu i budowanie jego poznawczej reprezentacji, • 3/ budowanie strategii rozwiązywania problemu, • 4/ zdobywanie lub przywoływanie informacji na temat problemu, • 5/ alokacja zasobów poznawczych, niezbędnych do rozwiązania problemu, • 6/ monitorowanie postępu w zmierzaniu do celu, • 7/ ocena poprawności rozwiązania

38. 1/ identyfikacja problemu • Problem może być przez kogoś zadany, a więc nie wymaga identyfikacji. Może wymagać doprecyzowania, albo nawet redefinicji Np. rozwiąż to a to. • Problem może być przez nas wykryty. Chodzi o takie problemy, które obiektywnie istnieją, ale nie były dostrzeżone, bądź były niewłaściwie zdefiniowane. np. jak usunąć zatykanie się nożyka • Problem może zostać wykreowany; nie istniał, zanim ktoś go nie stworzył. ?

39. 1/ identyfikacja problemu • Codziennie zatyka się mi golarka podczas golenia, i płuczę ją w strumieniu wody. (Brak identyfikacji problemu) • Złości mnie codziennie zatykanie się golarki podczas golenia ( problem zatykania się golarki), i płucząc ją pod kranem zużywam wiele wody i tracę cenny rankiem czas (problem straty pieniędzy na opłatę za wodę). identyfikacja dwóch problemów (powiązanych przyczynowo) • Jak usunąć zatykanie się golarki ? W konsekwencji, skrócić czas golenia się, zmniejszyć straty wody? (postawienie problemu)

40. 2/ definiowanie problemu i budowanie jego poznawczej reprezentacji • Reprezentacja problemu dotyczy sposobu, w jaki informacja o problemie zostaje mentalnie przedstawiona i zorganizowana. • Reprezentacja powinna zawierać wszystkie cztery elementy definiujące przestrzeń problemu: • reprezentację stanu początkowego, • reprezentację celu, • reprezentację dopuszczalnych reguł przekształcenia stanów rzeczy/ wiedzy i koniecznie restrykcji.

41. 3/ Budowanie strategii rozwiązywania problemu • Stosowanie strategii, podobnie jak heurystyk, ma na celu redukcję wymagań poznawczych, jakie stawia przed człowiekiem problem, szczególnie jeśli jego złożoność jest duża; • Rozwiązując problemy, człowiek wykorzystuje różne strategie ogólnego zastosowania, • Analityczną: polega więc na rozbiciu problemu na jego składowe; • Syntetyczną: na jego całościowym ujęciu

42. Faza alokacji zasobów • Alokacja zasobów jest nie tyle osobną fazą rozwiązywania problemów, ile procesem towarzyszącym innym fazom, ponieważ każda z nich wymaga innego rodzaju zasobów. • Po pierwsze, ustalenie rodzaju wymaganych zasobów, takich jak czas, • przedmioty materialne, • siła fizyczna, • wysiłek umysłowy, • zaangażowanie emocjonalne, • wiedza, • technologia itd. • Po drugie, dopasowanie zasobów do fazy rozwiązywania problemu. Ważny jest przydział zasobów w trakcie procesu szukania rozwiązania,

43. Faza zdobywania informacji • tej fazie zdobywane są niezbędne Informacje o problemie dopasowane tylko do jego struktury i charakteru, ale też do wcześniej wybranej strategii działania. • Np. jeśli chcemy kupić samochód używany, trzeba zdobyć • Informacje o samochodach tej marki • sprawdzić legalność zakupu stanu technicznego.

44. Faza monitorowania postępu • Monitorowanie postępu jest procesem kontrolnym. To bieżące śledzenie biegu procesu rozwiązywaniu problemu i związanych z tym postępów lub objawów impasu. • Dokonywanie diagnozy ewentualnych błędów, ich korekta, albo rozpoczynanie pracy od początku, np. powrót do definicji problemu. • Analiza protokołów werbalnych prowadzi do wniosku, że proces monitorowania czynności może być uruchamiany dzięki werbalizacji.

45. Faza oceny poprawności rozwiązania • Od tej oceny zależy, + czy rozwiązanie problemu zostanie zrealizowane, - czy też trzeba wznowić poszukiwanie rozwiązania, co oznacza powrót do poprzednich faz. • Podobnie jak proces alokacji zasobów czy monitoringu, również ocena poprawności może być uruchamiana w różnych fazach pracy nad problemem. • Ocenie podlegać może sposób zdefiniowana problemu i adekwatność strategii jego rozwiązywania. • Ocenione muszą zostać również podcele formułowane w przypadku złożonych problemów (np. dzięki analizie środków i celów) oraz ich realizacja.

46. Fazy rozwiązywania problemówModel I.D.E.A.L. System Brandsforda i Steina (1993) • Identyfikację problemów i możliwości, • Definiowanie celów, • Eksplorację możliwych strategii działania, • Antycypację wyników i podjęcie działania, • Lustrację wyników i wyciąganie wniosków na przyszłość

48. Przykład: łamigłówka „Krzyż”

49. 1/ identyfikacja problemu Problem: Zbuduj krzyż z danych elementów

50. 2/ definiowanie problemu i budowanie jego poznawczej reprezentacji • Jaki krzyż?