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Universität PotsdamInstitut für InformatikProfessur Didaktik der InformatikDidaktische Grundfragen der InformatikWS 2002/2003
Entstehung von Sachkenntnis
Autor: Marian Kulisch
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Literatur
John R. AdersonSpektrum Verlag“Kognitive Psychologie”
Jucks, R.Münster Verlag“Was verstehen Laien?”
Reimann, PHogrefe VerlagNovizen- und Expertenwissen
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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
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Unterschied Novize und Experte, Genie
Anfänger = Laie + Angleichung Wissens- und Verständnisstand
Novize = AnfängerExperte = Novize + Übung
Genie = Experte + langjährige Übung
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Phasen beim Erwerb von Fertigkeiten
kognitive Phase Einprägen und Abrufen von Fakten
assoziative Phase Fehler entdecken, Verbindungen stärken
autonome Phase Automatisierung von Fertigkeiten
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Folgen des Übens von Fertigkeiten
Gewinnen an Schnelligkeithöhere Genauigkeitbesserer Überblickangemessene Handlungsweiseeigenständige Weiterentwicklung
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Potenzgesetz der Übung 1
Ausführung T (Zeit)
Umfang der Übung
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
-ßT = a P
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Potenzgesetz der Übung 2
Zusammenhang: Zeit für Ausführung einer Aufgabe und
zum Einüben der ProzedurenGrenzwert:
Übungsnutzen stagniert nach gewisser Zeit
Zeit zum Erlernen von Prozeduren geht bei längerem Üben gegen Null
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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
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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
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Übung beeinflussende Faktoren
wie und unter welchen UmständenArt der Lernformen:
verteiltes massives taktisches strategisches Lernen
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Verteiltes Lernen vs. massives Lernen
Verteiltes Lernen: Fertigkeiten in Teilfertigkeiten zerlegbar Teilfertigkeiten unabhängig zu einander
Massives Lernen: Fertigkeiten bilden ein Ganzes Stoffgebiet überschaubar
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Taktisches vs. strategisches Lernen
Taktisches Lernen: Erlernen dienlicher Handlungssequenzen Lernen und Erkennen von Mustern
Strategisches Lernen: Organisation der Lösung struktureller Aufbau des Problemlösens
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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
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Was Experten anders machen (1)
Expertenwissen ist bereichsspezifisch
Wahrnehmung von bedeutsamen, fachrelevanten Einheiten Sehen von Lösungen ohne Reflexionsphase wichtig/unwichtig-Diskriminierung Fallbezogenheit des Wissens
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Was Experten anders machen (2)
Aufgabenlösung: Experten lösen fachspezifische Aufgaben
schneller und fehlerfreier als Novizen Experten bewältigen fachspezifische
Anforderungen flüssiger, reibungsloser, flexiblerunmittelbare Auslösung bewährter RoutinenEinsatz differenzierter HandlungsroutinenWahrnehmung und Handlungsauslösung
durch Schemata: Aktivitäts-Szenarien
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Was Experten anders machen (3)
Analyse: Experten verwenden in neuen
Situationen größere Zeit auf Problemanalyse
Verwendung von Lernmodellen: Produktionensystemmodelle Schema-basierte Modelle Fallbasiertes Denken
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Produktionensystemmodell
Bereichswissen in Form von elementaren Regeln
Problemlösung = RegelabarbeitungWiederholte Anwendung der Lösung und
Kompilierung Lernschritte:
Erwerb (deklarat.) Wissens Kompilierung
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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
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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
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Repräsentation von Problemen
Chi, Feltovich und Glaser 1981:
Aufgabe zur Klassifizierung:Novizen gehen nach oberflächlichen
ÄhnlichkeitsmerkmalenExperten klassifizieren nach den zu Grunde
liegenden PrinzipienExperten haben größeres Fachvokabular
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Entstehung einer Problemlösungsstrategie
Larkin 1981, Problemlösungen von: physikalischen Aufgaben:
Novize: RückwärtssucheExperte: Vorwärtssuche
Programmieraufgaben:Novize und Experte: RückwärtssucheNovize: in die TiefeExperte: in die Breite
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Modell des Expertise-Erwerbs
Erwerb deklar. Wissen (Theorie, Experiment ...)
Anwendung unter Handlungsdruck (Praktikum)
berufl. Erfahrung (Handeln + Reflexion)
HandlungsformForm der Problemlösung
Experte
AnfängerSuche in Erfahrungs- u. Faktenwissen
Schema
Fälle
Kompilierung(Automatisierung)
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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?
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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
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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
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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
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Transfer von Fähigkeiten
Thorndike 1906:
menschlicher Geist entsteht aus:Gewohnheiten und Assoziationen
Transfer zwischen ähnlichen FertigkeitenLateinkenntnisse steigern Fähigkeit Französisch
zu lernen
negativer Transfer nicht beobachtet
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Folgerung für pädagogische Kontexte
Verbesserung von FähigkeitenEinsatz beherrschungsorientiertes
LernenRückmeldung beim Erlernen
komplexen StoffesAufdeckung von Lernschwächen
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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
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Zusammenfassung 2
Krems 1994 vier Eigenschaften eines Experten:
Effizienz Genauigkeit Wissen Erfahrung