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© Fraunhofer FKIE Experimente in der Linguistik apl. Professor Dr. Ulrich Schade Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie.

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Präsentation zum Thema: "© Fraunhofer FKIE Experimente in der Linguistik apl. Professor Dr. Ulrich Schade Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie."—  Präsentation transkript:

1 © Fraunhofer FKIE Experimente in der Linguistik apl. Professor Dr. Ulrich Schade Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie 2. Vorlesung ( )

2 © Fraunhofer FKIE apl. Professor Dr. Ulrich Schade Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie (FKIE) Neuenahrer Straße Wachtberg Telefon: Fax: Kontaktdaten Experimente in der Linguistik

3 © Fraunhofer FKIE Leistungsschein: a) Anwesenheit (= maximal zweimal unentschuldigtes Fehlen) b) Mitwirken an einem selbst gewählten Experiment (Gruppen bis zu 3) c) Präsentation des Experiments und seiner Ergebnisse (15 Minuten) d) Dokumentation des Experiments Teilnahmeschein: a) Anwesenheit b) Mitwirken an einem selbst gewählten Experiment (Gruppen bis zu 3) Scheinkriterien Experimente in der Linguistik

4 © Fraunhofer FKIE Überblick Folgende Aspekte werden in der Vorlesung behandelt: Einführung Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Hypothesenbildung Statistische Auswertung Beispiele für Experimente in der Linguistik Experimente in der Linguistik

5 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Definition: Experiment nach Wikipedia ( ) Ein Experiment (von lateinisch experimentum Versuch, Beweis, Prüfung, Probe) im Sinne der Wissenschaft ist eine methodisch angelegte Untersuchungsanordnung. Experimente in der Linguistik

6 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Definition: Experiment nach Wikipedia ( ) Experimentelle Forschung unterscheidet sich von nichtexperimenteller Forschung in zwei Punkten: Aktive Veränderung, indem der Experimentator systematisch mindestens eine Unabhängige Variable variiert und registriert, welchen Effekt diese aktive Veränderung auf die Abhängige Variable hat. Ausschaltung der Wirkung anderer Variablen (Kontrolle von Störfaktoren) Experimente in der Linguistik

7 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Definition: Experiment nach Wikipedia ( ) Ein Experiment unterscheidet sich von der reinen Betrachtung dadurch, dass zunächst eine genau definierte Situation präpariert wird. Anschließend wird das Verhalten des präparierten Systems beobachtet beziehungsweise gemessen und mit den Voraussagen des zugrunde liegenden Modells verglichen. Auf diese Weise kann eine in einer Theorie gemachte Behauptung (These / Hypothese) untersucht werden, und das Experiment kann diese entweder stützen oder widerlegen. Experimente in der Linguistik

8 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Definition: Experiment ( experiment, experimental investigation ). [1] Verfahren zur empirischen Überprüfung von Beziehungen zwischen unabhängigen und abhängigen Variablen unter kontrollierten, objektiven und wiederholbaren Bedingungen. Fröhlich (2003: 170ff) Fröhlich, Werner (2003): Wörterbuch Psychologie. München: dtv, 24. Auflage (Neuere Auflagen sind vorhanden.) Experimente in der Linguistik

9 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente in der Linguistik Modell Phänomene / Daten Simulation Experiment Theorie Intuition Evaluation Der methodologische Zyklus

10 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente in der Linguistik Modell Phänomene / Daten Intuition Der methodologische Zyklus Aus der Beobachtung von Phänomenen und Daten lassen sich Modelle ableiten, welche möglichst zu den beobachteten Phänomenen und Daten passen sollten.

11 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente in der Linguistik Modell Phänomene / Daten Simulation Intuition Der methodologische Zyklus Komplexe Modelle müssen mit Simulationen auf ihre interne Widerspruchsfreiheit (Kohärenz) hin überprüft werden.

12 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Erst nach einer solchen Überprüfung gilt: Whether or not it is the right theory depends on whether it fits the facts [ = Phänomene / Daten ], but at least it has succeeded in avoiding vagueness, confusion, and the mystical incantation of empty verbal formulae. Johnson-Laird, P.N. (1988): The Computer and the Mind : An Introduction to Cognitive Science. London: Fontana (S. 26) Experimente in der Linguistik

13 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente in der Linguistik Modell Phänomene / Daten Simulation Theorie Intuition Der methodologische Zyklus Was ist der Unterschied zwischen Theorie und Modell?

14 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Ein Modell ist ein Abbild des Untersuchungsgegenstands. Beispiele: Ein Sprachproduktionsmodell ist ein Modell des kognitiven Prozesses der Sprachproduktion. Kalottenmodell des Wassermoleküls Experimente in der Linguistik

15 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Ein Modell ist ein Abbild des Untersuchungsgegenstands. Das Modell soll helfen, den Untersuchungsgegenstand besser zu verstehen. Daher werden nur die Eigenschaften des Untersuchungs- gegenstands berücksichtigt, die derjenigen, die das Modell aufstellt, als relevant erscheinen. Das Modell ist also eine Verkürzung des Untersuchungsgegenstands. Durch diese Verkürzung kann das Modell auch Eigenschaften haben, von denen man weiß, dass sie falsch sind, oder Eigenschaften, die unter einander im Widerspruch stehen. Wichtig ist lediglich, den Untersuchungsgegenstand besser zu verstehen, um neue Erkenntnisse gewinnen zu können. Experimente in der Linguistik

16 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Auch Theorien sind vereinfachte Abbilder von Untersuchungs- gegenständen. Sie sollen aber auch intern widerspruchsfrei (konsistent) sein. Theorien (und Modelle) sollen auch überprüfbar sein. Eine solche Überprüfung geschieht durch Experimente. Experimente in der Linguistik

17 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente in der Linguistik Modell Phänomene / Daten Experiment Der methodologische Zyklus Modelle werden durch Experimente überprüft.

18 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente in der Linguistik Modell Phänomene / Daten Experiment Der methodologische Zyklus Die Analyse der Modelle führt zu (manchmal unerwarteten) Vorhersagen, die man experimentell testet. Erkenntnis! TestAnalyse

19 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente in der Linguistik Modell Phänomene / Daten Experiment Der methodologische Zyklus Die Analyse der Modelle schließt Simulationsläufe ein. Manchmal ergeben sich erst aus der Simulation die zu testenden Vorhersagen. Test Simulation Analyse

20 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente in der Linguistik Modell Phänomene / Daten Experiment Datengenerierung Der methodologische Zyklus Durchgeführte Experimente liefern (neue) Daten und zeigen (neue) Phänomene. Erkenntnis!

21 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente in der Linguistik Modell Phänomene / Daten Experiment Evaluation Der methodologische Zyklus Für die durch die Experimente ermittelten Daten muss überprüft werden, ob sie durch das Modell vorhergesagt bzw. erklärt werden (Evaluation des Modells).

22 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente bilden den Anker zur Wirklichkeit. Sie erlauben die Evaluation des Modells an der Wirklichkeit. Aus ihnen ergeben sich neue Daten zum Gegenstandsbereich und damit Erkenntnisgewinn. Experimente in der Linguistik

23 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten aber: Experimente bestätigen oft nur bereits vorliegende Meinungen. Beispiel: Experiment zur Bestätigung des eigenen Modells. Experimente benötigen insofern den Rückhalt von Modellen, als durch die Modelle die Vorgaben geklärt werden die gelten sollen. ( Überprüfbarkeit von Modellen) Experimente in der Linguistik

24 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Gütekriterien für Modelle Wahrheit / Widerspruchsfreiheit Ein Modell ist keine Theorie. Falsifizierbarkeit Gefordert ist Beschreibungsadäquatheit. Einfachheit Generalisierbarkeit Erklärungsadäquatheit Ziel: Bewährung des Modells Experimente in der Linguistik Was wird als wichtiger eingeschätzt?

25 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Wahrheit / Widerspruchsfreiheit sind nicht immer wichtig. Sie behindern unter Umständen den Erkenntnisgewinn bzw. die Verbesserung eines Modells, weil sich der Erkenntnisgewinn nur aus einem unvollkommeneren Modell ergibt. Wir fordern aber in jedem Fall, dass ein Modell überprüfbar sein soll. Das bedeutet insbesondere auch, dass es falsifiziert werden kann. Wichtig ist auch die Beschreibungsadäquatheit: Das Modell soll die relevanten Aspekte so beschreiben, wie es den Daten entspricht. Experimente in der Linguistik

26 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Einfachheit und Generalisierbarkeit sind oft nicht zugleich erreichbar. Man kann ein Modell komplexer gestalten, um damit zusätzliche Daten über den Gegenstandsbereich zu erklären. Hat man zwei Modelle, die dieselben Daten erklären, nutzt man das einfachere (Occams Razor). [Wilhelm von Ockham, ] Einfachere Modelle sind im Prinzip leichter zu falsifizieren. Experimente in der Linguistik

27 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Bewährung nach Karl Popper (1934/1935): Logik der Forschung. Wir sagen nicht, dass der Ausgang eines Experiments (im Erfolgsfall) ein Modell beweist, sondern dass sich das Modell bewährt – Gegenteil der Falsifikation –, weil z.B. das Modell durch das nächste Experiment falsifiziert werden könnte. Experimente in der Linguistik Sir Karl Raimund Popper

28 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Experimente in der Linguistik a) Aus dem Modell M sowie aus allgemein akzeptierten Annahmen H lässt sich P ableiten. b) P ist nicht bereits allgemein akzeptiert und nicht aus H allein ableitbar. c) Es gibt kein bereits akzeptiertes Modell L, für das a) gilt. d) Im Gegenteil: Aus allgemein akzeptierten Modellen und H ist P ableitbar. Bewährung des Modells M

29 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Der günstigste Fall für die Durchführung eines Experiments liegt dann vor, wenn es zwei Modelle M 1 und M 2 gibt und aus dem einen Modell P und aus dem anderen Modell ¬P ableitbar ist. In diesem Fall ist das Experiment so zu gestalten, dass sich entweder P oder ¬P als Resultat ergibt. Dies ist nicht immer so einfach, wie es klingt. Beispielsweise gibt es konkurrierende physikalische Modelle, die P bzw. ¬P vorhersagen, wobei aber das entscheidende Experiment nicht durchgeführt werden kann, weil ein entsprechendes Experiment eine zu große Energiedichte voraussetzt. Experimente in der Linguistik

30 © Fraunhofer FKIE Zur wissenschaftstheoretischen Bedeutung von Experimenten Wir betrachten hier keinen Gegenstandsbereich der Physik, sondern als Gegenstandsbereich kognitive Prozesse wie den Spracherwerb, die Sprachproduktion und die Sprachrezeption (bzw. deren Teilprozesse). Die wissenschaftstheoretischen Grundlagen sind aber häufig dieselben. Auch in der psycholinguistischen Forschung sind nicht alle möglichen Experimente durchführbar, manchmal insbesondere auch aus ethischen Gründen. Experimente in der Linguistik

31 © Fraunhofer FKIE Beispiel konkurrierender Modelle im Bereich Sprachproduktion, Teilprozess: lexikalischer Zugriff Zweistufenansatz kaskadierendes interaktives Modell Modell Experimente in der Linguistik Konzept Lemma Form t1 t2 t1 t2 t1 t2 t1

32 © Fraunhofer FKIE Beispiel konkurrierender Modelle im Bereich Sprachproduktion, Teilprozess: lexikalischer Zugriff Das interaktive Modell verfügt (im Gegensatz zu den anderen beiden Modellen) über eine Feedback-Verbindung zwischen den Lemmata und den Wortformen. Gibt es diese, sollte sie sich in Bezug auf Wortversprecher auswirken. Bei Wortversprecher gibt es solche, bei denen sich das Zielwort und das Fehlerwort semantisch ähneln, und solche, bei denen sie sich formal ähneln. Eine Feedback-Verbindung müsste bewirken, dass es viele Wort- versprecher gibt, bei denen sie sich in beiderlei Hinsicht ähneln. Experimente in der Linguistik

33 © Fraunhofer FKIE Beispiel konkurrierender Modelle im Bereich Sprachproduktion, Teilprozess: lexikalischer Zugriff Wortversprecher mit semantischer Ähnlichkeit Das hat sie mir am Radio gesagt. Der war in der neunten Schule. Wortversprecher mit formaler Ähnlichkeit Wenn ich das auf zwei Professoren ähh Prozessoren verteile... Das letzte Stück hat mir besonders gut gefallen, das war ein Flamingo. Experimente in der Linguistik

34 © Fraunhofer FKIE Beispiel konkurrierender Modelle im Bereich Sprachproduktion, Teilprozess: lexikalischer Zugriff Das Experiment zu diesem Beispiel kann nun darin bestehen, dass man ein Korpus von Versprechern erstellt (oder ein bestehendes nutzt), um darin die Wortversprecher zu ermitteln. Dann schaut man sich diejenigen Wortversprecher an, bei denen Zielwort und Fehlerwort semantisch ähnlich sind. Für diejenigen bestimmt man dann den Anteil derer, bei denen Zielwort und Fehlerwort auch formal ähnlich sind. Experimente in der Linguistik

35 © Fraunhofer FKIE Beispiel konkurrierender Modelle im Bereich Sprachproduktion, Teilprozess: lexikalischer Zugriff Problem 1: Wann sind Zielwort und Fehlerwort semantisch ähnlich? Wann sind Zielwort und Fehlerwort formal ähnlich? Problem 2: Wie hoch ist die Chance, dass Ziel- und Fehlerwort sowohl semantisch als auch formal ähnlich sind, ohne dass dies durch das Modell evoziert wird? (Zufallswahrscheinlichkeit) Experimente in der Linguistik

36 © Fraunhofer FKIE Beispiel konkurrierender Modelle im Bereich Sprachproduktion, Teilprozess: lexikalischer Zugriff zu Problem 1: (Operationalisierung der Ähnlichkeiten) Wann sind Zielwort und Fehlerwort semantisch ähnlich? beim Vorliegen einer semantischen Relation zwischen beiden (insbesondere: Ziel und Fehler sind Ko-Hyponyme) Wann sind Zielwort und Fehlerwort formal ähnlich? gleiche Silbenanzahl, gleicher Anfangslaut, … Experimente in der Linguistik

37 © Fraunhofer FKIE Beispiel konkurrierender Modelle im Bereich Sprachproduktion, Teilprozess: lexikalischer Zugriff zu Problem 2: Unterschiedliche Autoren stellen dazu unterschiedliche Ansätze vor und kommen entsprechend zu unterschiedlichen Ergebnissen. Wir betrachten als Beispiel dafür folgendes klassisches Paper Dell, Gary S. & Reich, P. (1981). Stages in Sentence Production: An Analysis of Speech Error Data. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, 20, Experimente in der Linguistik

38 © Fraunhofer FKIE Beispiel konkurrierender Modelle im Bereich Sprachproduktion, Teilprozess: lexikalischer Zugriff Liste 1: Zielwörter und zugehörige Fehlerwörter aus dem Versprecherkorpus (289 Paare, davon 130 Paare mit semantischer Relation [= Antonyme, Ko-Hyponyme, Hyperonyme, Hyponyme, keine Assoziationen]) Liste 2: 464 Synonympaare Experimente in der Linguistik

39 © Fraunhofer FKIE Beispiel konkurrierender Modelle im Bereich Sprachproduktion, Teilprozess: lexikalischer Zugriff Übereinstimmung in sem. FehlerSynonyme 1. Phonem 20% 9% 2. Phonem 16% 8% 3. Phonem 11% 7% 4. Phonem 17% 8% Dieses Ergebnis spricht eher für ein interaktive Modell. Experimente in der Linguistik


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