Entstehung von Sachkenntnis

1. Universität PotsdamInstitut für InformatikProfessur Didaktik der InformatikDidaktische Grundfragen der InformatikWS 2002/2003 Entstehung von Sachkenntnis Autor: Marian Kulisch

2. Literatur • John R. AdersonSpektrum Verlag“Kognitive Psychologie” • Jucks, R.Münster Verlag“Was verstehen Laien?” • Reimann, PHogrefe VerlagNovizen- und Expertenwissen

3. Einleitung • Ablegen des Führerscheins: • theoretischer Teil; befähigt die Anforderungen am Straßenverkehr und teilnehmenden Verkehrsmittel zu verstehen • praktischer Teil; befähigt bekannte Typen von Fahrzeugen zu führen und einzuschätzen

4. Unterschied Novize und Experte, Genie • Anfänger = Laie + Angleichung Wissens- und Verständnisstand • Novize = Anfänger • Experte = Novize + Übung • Genie = Experte + langjährige Übung

5. Phasen beim Erwerb von Fertigkeiten • kognitive Phase • Einprägen und Abrufen von Fakten • assoziative Phase • Fehler entdecken, Verbindungen stärken • autonome Phase • Automatisierung von Fertigkeiten

6. Folgen des Übens von Fertigkeiten • Gewinnen an Schnelligkeit • höhere Genauigkeit • besserer Überblick • angemessene Handlungsweise • eigenständige Weiterentwicklung

7. Potenzgesetz der Übung 1 Ausführung T (Zeit) T = Zeit der Ausführung a = Anfangswert ohne Übung P = Umfang der Übung ß = Lernparameter Logarithmisierung der Potenzfunktion ergibt linearen Zusammenhang: log T = log a -ß log P -ß T = a P Umfang der Übung

8. Potenzgesetz der Übung 2 • Zusammenhang: • Zeit für Ausführung einer Aufgabe und zum Einüben der Prozeduren • Grenzwert: • Übungsnutzen stagniert nach gewisser Zeit • Zeit zum Erlernen von Prozeduren geht bei längerem Üben gegen Null

9. Potenzgesetz der Übung, Beispiel 1 • Programmierer machen nach jeder Übung weniger Fehler pro Zeile geschriebenen Quellcodes • Programmierer benötigen nach jeder Übung immer weniger Zeit zur Problemlösung

10. Potenzgesetz der Übung, Beispiel 2 • Kolers 1979: Lesefertigkeiten von invertierten Texten: • Lesegeschwindigkeit nach 200 Seiten entspricht fast der normalem Textes • Wiederholung nach einem Jahr: Anfangsgeschwindigkeit 5 mal so hoch • Endgeschwindigkeit vom ersten mal schon nach 50 Seiten

11. Übung beeinflussende Faktoren • wie und unter welchen Umständen • Art der Lernformen: • verteiltes • massives • taktisches • strategisches Lernen

12. Verteiltes Lernen vs. massives Lernen • Verteiltes Lernen: • Fertigkeiten in Teilfertigkeiten zerlegbar • Teilfertigkeiten unabhängig zu einander • Massives Lernen: • Fertigkeiten bilden ein Ganzes • Stoffgebiet überschaubar

13. Taktisches vs. strategisches Lernen • Taktisches Lernen: • Erlernen dienlicher Handlungssequenzen • Lernen und Erkennen von Mustern • Strategisches Lernen: • Organisation der Lösung • struktureller Aufbau des Problemlösens

14. Formen des Wissens • Deklaratives Wissen (knowing that) • Faktenwissen mit den Merkmalen: • Bewußtheit • Verbalisierbarkeit • Prozedurales Wissen (knowing how) • Wissen, das ermöglicht: • komplexe kognitive und motorische Handlungen auszuführen • ohne die einzelnen Bestandteile zu kontrollieren

15. Was Experten anders machen (1) • Expertenwissen ist bereichsspezifisch • Wahrnehmung von bedeutsamen, fachrelevanten Einheiten • Sehen von Lösungen ohne Reflexionsphase • wichtig/unwichtig-Diskriminierung • Fallbezogenheit des Wissens

16. Was Experten anders machen (2) • Aufgabenlösung: • Experten lösen fachspezifische Aufgaben schneller und fehlerfreier als Novizen • Experten bewältigen fachspezifische Anforderungen flüssiger, reibungsloser, flexibler • unmittelbare Auslösung bewährter Routinen • Einsatz differenzierter Handlungsroutinen • Wahrnehmung und Handlungsauslösung durch Schemata: Aktivitäts-Szenarien

17. Was Experten anders machen (3) • Analyse: • Experten verwenden in neuen Situationen größere Zeit auf Problemanalyse • Verwendung von Lernmodellen: • Produktionensystemmodelle • Schema-basierte Modelle • Fallbasiertes Denken

18. Produktionensystemmodell • Bereichswissen in Form von elementaren Regeln • Problemlösung = Regelabarbeitung • Wiederholte Anwendung der Lösung und Kompilierung • Lernschritte: • Erwerb (deklarat.) Wissens • Kompilierung

19. Schema-basiertes Modell • Phasen der schemabasierten Problemlösung • Zu welcher Problemklasse gehört die Aufgabe? • Welche Lösungsmethode ist passend? • Ausführung • Hierarchie von Schemata durch allgemeine spezielle Lernschritte: • Wachstum • Anpassung • Umstrukturierung

20. Fallbasiertes Denken • Anpassung erprobter Lösungen an aktuellen Fall • Unterscheidung von Skripts und konkreten Fällen durch Kontextbezug • Lernschritte: • Neue Fälle speichern • Bestehende Erinnerung in Folge Erfahrung umstrukturieren

21. Repräsentation von Problemen • Chi, Feltovich und Glaser 1981: • Aufgabe zur Klassifizierung: • Novizen gehen nach oberflächlichen Ähnlichkeitsmerkmalen • Experten klassifizieren nach den zu Grunde liegenden Prinzipien • Experten haben größeres Fachvokabular

22. Entstehung einer Problemlösungsstrategie • Larkin 1981, Problemlösungen von: • physikalischen Aufgaben: • Novize: Rückwärtssuche • Experte: Vorwärtssuche • Programmieraufgaben: • Novize und Experte: Rückwärtssuche • Novize: in die Tiefe • Experte: in die Breite

23. Modell des Expertise-Erwerbs Form der Problemlösung Handlungsform Erwerb deklar. Wissen (Theorie, Experiment ...) Anfänger Suche in Erfahrungs- u. Faktenwissen Anwendung unter Handlungsdruck (Praktikum) Kompilierung (Automatisierung) Schema berufl. Erfahrung (Handeln + Reflexion) Experte Fälle

24. Problemlösen in der Physik 1 • Aufgabe: • Ein Auto wird aus einer Geschwindigkeit von 25 m/s mit einer konstanten Bremsrate in 20 s zum Stillstand gebracht. • Wie lang ist der Bremsweg?

25. Problemlösen in der Physik 2 • (G1) Bremsweg = (Anfangsg. * Zeit) + 1/2 Beschleunigung * Zeit² • (G2) Bremsweg = Durchschnittsg. * Zeit • (G3) Endgeschwindigkeit = Anfangsg. + (Beschleunigung * Zeit) • (G4) Durchschnittsg. = (Anfangsg. + Endg.)/2

26. Problemlösen in der Physik 3 Novize: Rückwärtsverkettung Ausgangspunkt: gesuchte Größe Lösungsweg: G1 => Beschleunigung ?, G3 => Beschleunigung ?, G3 in G1 => Bremsweg Experte: Vorwärtsverkettung Ausgangspunkt: bekannte Größen Lösungsweg: G4 => Durchschnittsgeschwingigkeit, G2 => Bremsweg

27. Expertenvorteile bei der Mustererkennung • Behandlung von Problemen als Chunks • Nutzung des Arbeits- und Langzeitgedächntisses • Erinnern und Abrufen von umfangreichen Mustern in großer Anzahl • Aufbau einer Abrufstruktur

28. Transfer von Fähigkeiten • Thorndike 1906: • menschlicher Geist entsteht aus: • Gewohnheiten und Assoziationen • Transfer zwischen ähnlichen Fertigkeiten • Lateinkenntnisse steigern Fähigkeit Französisch zu lernen • negativer Transfer nicht beobachtet

29. Folgerung für pädagogische Kontexte • Verbesserung von Fähigkeiten • Einsatz beherrschungsorientiertes Lernen • Rückmeldung beim Erlernen komplexen Stoffes • Aufdeckung von Lernschwächen

30. Zusammenfassung 1 • Sachkenntnis auf der Basis von: • Prozeduren als Muster für Lösungen • Problemlösung durch Vorwärtsschließen • besseres Gedächtnis für Programme, Muster und Strukturen von Programmen • langjähriges Üben

31. Zusammenfassung 2 • Krems 1994 • vier Eigenschaften eines Experten: • Effizienz • Genauigkeit • Wissen • Erfahrung