Forschungsmethoden der Psychologie Tutorium 6

Übersicht Informationsverarbeitungsmodelle Signal-Entdeckungstheorie (SET) Theorie der kognitiven Entwicklung von Siegler

Verhalten Behaviorismus Neobehaviorismus z.B. SET oder Siegler S=Stimuli R= Reaktion O= Organismus, vermittelnde Instanz zwischen Stimulus und Reaktion schaltet - Behaviorismus verlassen, da Prognose nicht über Ursache-Wirkung-Zshang erklärbar ist, sondern intentionale Erklärung - Neo-Bebhaviorismus: Annahmen über die Abläufe in der black-box S-O-R ( O=Organismus)  Organismusvariable als vermittelnde Instanz und damit im Neobehaviorismus als black box nicht unmittelbar Beobachtbar; z.B. Pawlow, Skinner Intervenierende Variablen, die durch Beobachtbare Referenzoperationen operationalisierbar sind.

Intervenierende Variablen Edward Tolman (1937) fing seine wissenschaftliche Karriere als Behaviourist an und wollte mit rein operational definierten Konstrukten erreichen, dass in seiner Theorie auf nicht beobachtbare Größen wie Persönlichkeitseigenschaften, Bewusstseinsinhalte, Wünsche, Einstellungen usw. verzichtet werden kann. Er hat aber den Weg für Neobehaviorismus vorbereitet und den Begrief intervenierende Variable eingeführt. Intervenierende Variable ist ein hypothetischer innerlicher Zustand, der zum Erklären von Beziehungen zwischen beobachtbaren unabhängigen und abhängigen Variablen benutzt wird. Bsp: Motivation, Intelligenz, Erwartungen…

S-O-R Quelle: http://www.lifecircles-inc.com/Learningtheories/behaviorism/Tolman.html

Einführung in SET Der erste Anstoß zu dieser Forschung – der nicht vom Radar erkannte japanische Luftangriff auf Pearl Harbor im Dezember 1941. Die SET kann bei jeder Art von Diagnostik zur Anwendung kommen; einige ihrer Anwendungsfelder sind: Medizin (u. a. Beurteilung von Röntgenbildern, Labortests usw.); Qualitätsmanagement; Gepäckkontrolle (z.B. in Flughäfen) Psychologie: wie die Menschen die Entscheidungen unter Bedingung der Ungewissheit treffen (z.B. Wahrnehmen der Distanz im Nebel; Erkennen von zuvor gelernten Wörtern; Erkennung von Signale/Geräusche) Die SET wurde von John A. Swets und David M. Green entwickelt und erstmals 1966 in ihrem Buch Signal Detection Theory and Psychophysics vorgestellt. (Signal/Geräusch Originalexperiment) Den ersten Anstoß zu dieser Forschung lieferte im Dezember 1941 der japanische Luftangriff auf Pearl Harbor, der weder vom Radar, noch von der Funküberwachung der US-amerikanischen Abwehr entdeckt worden war. Daher stammt auch der Name receiver operator characteristic (s.u.). Green und Swets spielten ihren Probanden viele Geräuschproben vor, die zum Teil nur Rauschen enthielten, zum anderen Teil zusätzlich einen kaum vernehmbaren Ton. Die Versuchspersonen gaben an, ob sie einen Ton gehört haben oder nur Rauschen. Wie schon bei den meisten früheren psychophysischen Experimenten zeigte sich, dass ihre Leistung nicht nur vom Signal-Rausch-Abstand (also wie deutlich der Ton sich vom Rauschen abhob) und ihrer tatsächlichen Detektionsleistung abhing, sondern von vielen zusätzlichen Faktoren beeinflusst wurde, u. a. Motivation, Vigilanz/Müdigkeit, Ablenkung durch Störeinflüsse, Information wie viel Prozent der Geräuschproben Töne enthielt usw. Green und Swets besonderes Interesse galt jedoch der Antworttendenz, die die Probanden zeigten, wenn sie sich unsicher waren: Manche entschieden sich häufiger für „ja, ich habe einen Ton gehört“ (sogenanntes liberales Kriterium), während andere im Zweifelsfall eher „nein, ich habe keinen Ton gehört“ antworteten (konservatives Kriterium). Die tatsächliche Detektionsleistung kann nur ermittelt werden, wenn die Antworttendenz herausgerechnet wird, wie folgendes Beispiel zeigt:

Beispiel 1 Zwei Medizinstudenten sollen je 20 Röntgenaufnahmen begutachten, von denen, was sie aber nicht wissen, 10 einen Tumor zeigen. Student A möchte möglichst nichts übersehen und entscheidet sich bei 13 Aufnahmen für die Diagnose „Tumor“. Davon sind 9 richtig erkannt und 4 falsch. Student B hingegen möchte sich ganz sicher sein und entscheidet sich bei 7 Aufnahmen für „Tumor“. Davon sind 6 richtig und 1 falsch. Beide haben also die gleiche Leistung (9 – 4 = 6 – 1), nur dass Student A ein liberaleres Antwortkriterium als B hat.

Beispiel 2 Tatsächlich ‚alt‘ Tatsächlich ‚neu‘ Man sagt ‚alt‘ Treffer Die Teilnehmer versuchen zu erkennen, ob die Wörter bekannt sind oder nicht (alt/neu). Uns interessieren: Bekanntheitsdifferenz (d`) und Entscheidungsstrategie (ß) Tatsächlich ‚alt‘ Tatsächlich ‚neu‘ Man sagt ‚alt‘ Treffer Fehlalarm Man sagt ‚neu‘ Verpasst Korrekte Ablehnung

Beispiel 2 Tatsächlich ‚alt‘ Tatsächlich ‚neu‘ Man sagt ‚alt‘ 40 5 Man sagt ‚neu‘ 10 45 Insgesamt 50 1. Trefferquote (man sagte ‚alt‘ für ‚alte‘ Wörter) ist 40/50 oder p= .80. Fehlalarmquote (man sagte ‚alt‘ für neue Wörter) ist 5/50 oder p= .10. Jetzt machen wir z-transformation von p Werte (keine Panik, es gibt eine Tabelle!) d' = z(FA) - z(T) ß= z-Score von Fehlalarmquote Larger absolute values of d' mean that a person is more sensitive to the difference between the Signal Present and Signal Absent distributions. d' values near zero indicate chance performance. Bias is the extent to which one response is more probable than another. That is, a receiver may be more likely to respond that a stimulus is present or more likely to respond that a stimulus is not present. Bias is independent of sensitivity. For example, if there is a penalty for either false alarms or misses, this may influence bias. If the stimulus is a bomber, then a miss (failing to detect the plane) may increase deaths, so a liberal bias is likely. In contrast, crying wolf (a false alarm) too often may make people less likely to respond, grounds for a conservative bias. We define the Criterion as the z score on the Signal Absent distribution. A larger value of the Criterion implies that the respondent requires stronger evidence before saying that the signal is present. Aus treffer- u Fehlalarmquote kann immer auf Bekanntheitsdiff d´u Entscheidungstrategie ß geschlossen werden u umgekehrt, d.h. Bekanntheitsdiff d´u Entscheidungstrategie ß nicht unabhängig von Treffer un Fehlalarmquote => Tautologie

Larger absolute values of d' mean that a person is more sensitive to the difference between the Signal Present and Signal Absent distributions. d' values near zero indicate chance performance. A larger value of the Criterion ß implies that the respondent requires stronger evidence before saying that the signal is present.

How to find out the truth? Beispiel 3 How to find out the truth? Exercise to the Signal Detection Theory How to find out the truth? A construction worker sued his employer over a work-related injury. He contended that loud noises at the construction site ruined his hearing, leaving him totally deaf. The insurance company representing the construction company wanted to find out how damaged his hearing really is. To do so, they constructed a "yes-no" hearing test in which half of the trials contain a signal that is quiet, but is readily perceivable to someone with normal hearing, and half contain no signal. The response rates are listed in the table below. Calculate d' and give your conclusion as to whether the worker really is totally deaf. Proportions:  Signal Present .10 Signal Absent .50 Say "yes" .90 Say "no" .50 Hit rate = ; False Alarm rate = ; d' = ; Criterion = What's your conclusion concerning his hearing status? Why? Answer The construction worker is probably malingering. That is, he is pretending to have a greater hearing deficit than he actually does. How do we know this? If he was actually deaf, his hit rate and false alarm rate would be approximately equal, producing d' near zero. His false alarm rate is .50, as would be expected if he was guessing, but his hit rate is .10. These hit and false alarm rates yields a d' value of -1.28. What this means is that in situations where there was no signal, he was simply guessing (false alarm rate = .50). If he really couldn't hear any of the test stimuli, then his hit rate should also have been around .50. However, his very low hit rate of .10 suggests that when he heard a signal he was more likely to say "no" than "yes" and that produced a negative d' value. We can see from this example that Signal Detection Theory can be used to measure sensitivity to different types of items as well as decision strategies of participants.

SET: Struktureller Theoriekern Fünf Axiome Jedes Wort hat einen Bekanntheitsgrad Bekanntheitsgrade der präsentierten Wörter sind normalverteilt Lernen einer Wörterliste erhöht den Bekanntheitsgrad dieser Wörter um den selben Betrag Wörter werden als bekannt bezeichnet, wenn Bekanntheitsgrad den Wert ß übersteigt Fehlalarmquote = prob(Y>=ß) = 1- Ф ß Trefferquote = (prob X>=ß) = 1- Ф(ß-d`) 5. Kriteriumswert ß ist inter- u. intraindividuell verschieden – Entscheidungsstrategie der Vpn

Modellvorstellung Signal –Bekanntheitsgrad Strategie –Kriterium Kempf, 2006, S.296 Signal –Bekanntheitsgrad Strategie –Kriterium

SET: Struktureller Theoriekern Hat selbst keinen empirischen Gehalt (bei SET nur teilw./empir. gehaltvolle Zusatzannahmen wie Normalverteilung des Bekanntheitsgrads) Kann deshalb auch nicht an der Erfahrung scheitern Wenn eine Prognose sich als falsch erweist, wird nicht der strukturelle Theoriekern falsifiziert, sondern nur die daraus abgeleitete Hypothese

SET: Empirische Prognosen Empirische Annahmen: Lerndurchgänge erhöhen d‘, beeinflussen  (Trefferquote , Fehlalarmquote bleibt gleich) Androhung von Strafpunkten für Fehlalarme führen zur Änderung der Strategie = restriktiver (Trefferquote , Fehlalarmquote )

SET Normalverteilungs-Annahme Normalverteilungsannahme erlaubt genauere empirische Prognosen, ist aber beliebig und rein technischer Natur Verschärfe ich strategie, ß wird größer, 1-ß wird kleiner, d.h. weniger Fehler 1-(ß-d´) bei 2,7 senkt trefferquote Kempf, 2006, S.298

Struktureller Theoriekern Mit Intentionalem Erklärungsmodell erklärt: Das System verfolgt das Ziel, auf eingehende Informationen (input) angemessen zu reagieren (output) Als Mittel dienen dazu bestimmte Info-Verarbeitungsstrategien Also produziert System jenen output, der aus den Strategien resultiert

Sehr gute Übungen zur SET Fragen Sehr gute Übungen zur SET http://wise.cgu.edu/sdtmod/index.asp

Einführung zur Sieglers Theorie der kognitiven Entwicklung Robert Siegler, * 1949

Experiment!

Sechs Aufgabetypen

Erste Entwicklungsstufe Kids beachten nur 1 Aspekt, z.b. Gewicht Zuerst wissen die Kinder lediglich, dass das Verhalten der Balkenwaage etwas mit Gewichten zu tun hat. Das größere Gewicht entscheidet (Stufe 1)

Zweite Entwicklungsstufe Kids beachten zunächst nur 1 Aspekt, z.b. Gewicht d.h. wenn G gleich, aber D verschieden merken sie dass sich D auswirkt

Dritte Entwicklungsstufe

Dritte Entwicklungsstufe D u nd G spielen eine gleichwertige Rolle Wenn G nicht gleich sagen sie nicht mehr spontan, dass größeres G nach unten, Sondern prüfen D, wenn D u G beide auf einer Seite, dann klar, wenn nicht Widersprechen sie sich, kann das Kind nur raten Bsp li D3,G1 u re D1,G4

Vierte Entwicklungsstufe D u nd G spielen eine gleichwertige Rolle Widersprechen sie sich, entscheidet das Drehmoment, d.h. Produkt aus G und D Vorteil der Theorie: Da wir Lösungsstrategien wissen, können wir für jede Stufe charakteristische Antwortmuster vorhersagen Vergleicht man tatsächliche Antw. Muster mit Prognose kann man Entw. Stufe der Kids diagnostizieren Am Ende haben sie den richtigen Algorithmus gefunden und bewältigen auch die Konflikt-Aufgaben, indem sie das Drehmoment (=Produkt aus Gewicht x Distanz) berechnen (Stufe 4)

Erste schlussfolgerungen Struktureller Theoriekern: Jede Entwicklungsstufe baut auf der vorhergehenden auf Empirischer Anteil: Wechsel von einer Stufe zur nächsten ist erfahrungsbedingt (kann man im Experiment testen) Stufenlogik: jede Stufe baut auf der vorhergenehnden auf u in jeder neuen Stufe wird weiteres Wissen integriert - Liegt am kulturellen Umfeld, welche Erfarhungen man tatsächlich gemacht hat

Zum Nachlesen Siegler, Robert. 1976. Three aspects of cognitive development. Cognitive psychology 8, 481-520.

Methoden der Prüfung der Theorie von Siegler 1. Empirische Reduktion Pragmatische Evaluation Genetische Rekonstruktion Empirische Reduktion = Schluss von Theorie auf Verhalten Pragmatische Evaluation = Entwicklung konkreter Maßnahmen zur Förderung der Entw. Der Kids /Lernen fördern Genetische Rekonstruktion = jede Stufe baut auf der vorhergehenden auf

Empirische Reduktion Von Antwort der Person auf Entwicklungsstufe, auf der sie steht, schließen = empirische Reduktion Dazu verschiedene Aufgabentypen: Gewichte gleich, Distanz gleich Distanz gleich, Gewichte verschieden Gewichte gleich, Distanz verschieden Gewicht und Distanz gegenläufig (Konflikt) - höheres Gewicht überwiegt Distanz..... Rekonstruktion der Handlungsgründe von unten, d.h vom Verhalten (Antwortmuster) her Scheitern der empirischen Reduktion, wenn das aufgrund der unterstellten Sinngehalte (Entwicklungsstufen) prognostizierte Verhalten nicht eintritt

Scheitern der pragmatischen Evaluation Kind mit Aufgaben konfrontieren, die an gegenwärtigen Wissensstand anknüpfen Feedback über Verhalten der Waage Annahme: Kind will Verhalten der Waage korrekt voraussagen

Auch von Siegler gemacht!

Die genetische Rekonstruktion Narratives Erklärungsmodell Wechsel von Stufe 1 zu Stufe 2 t1 = 1. Stufe: nur Gewichte werden beachtet Erfahrung, dass bei Aufgabe (D) trotz gleicher Gewichte die Waage kippt. Suche nach Ursache Erkennen, dass D verändert Vermutung, dass D = Ursache Erkennen, dass Seite mit größerer D runtergeht Genetische Argumentation bei Wechsel von Stufe 1^zu 2 t2 t3 = 2. Stufe: Gewichte und Distanz werden beachtet

Die genetische Rekonstruktion Typischer Entwicklungsverlauf / kulturelle Rahmenbedingungen Wechsel von Stufe 3 zu Stufe 4 t1 = Kind auf Stufe 3 rät nur Kind sucht nach Verrechnungsalgorhythmus um bei Konflikt-aufgaben G und D zu verrechnen Kind vermutet, dass Produkt (GxD) Genetische Argu bei wechsel von –Stufe 3 zu 4 Hier muss man voraussetzen, dass Kids beim Wechsel auf Anhieb richtigen Algorhythmus finden, oder solange raten bis sie ihn gefunden haben Plausibler wäre, dass es Zwischenschritte gibt: Stufe 3a von May t2 t3 = Kind auf Stufe 4 löst Aufgaben durch Berechnung

Die genetische Rekonstruktion Stufe 3a mit Algorhythmus G+D lässt sich aus Sieglers Theorie nicht konstruieren!  Dazu neue Aufgaben von May entwickelt Vor allem Konfliktaufgaben müssen weiter differenziert werden: Siegler hatte nur 3 Typen KONFLIKT. Höheres G überwiegt höhere D (Konflikt G) Höhere D überwiegt höheres G (Konflikt D) Höheres G u. höhere D kompensieren sich gegenseitig (Konflikt B)

Sieglers Theorie der kognitiven Entwicklung Erweiterung durch May (1979) Sprung bei Wechsel von Stufe 3 auf 4 Stufe 3: Verwirrung Stufe 4: korrekter Lösungsalgorithmus  Stufe 3a: Summe aus G + D

Kempf, 2006, S.303 G = Waage geht nach unten, wo höheres Gewicht ist B = Balance D = Waage geht runter, wo größere Distanz ist = richtig gelöst = falsch gelöst Allgemein Tabelle erklären Um herauszufinden, ob May recht hat, braucht es neue Aufgabentypen 10 Typen nach May: Harmonie = beide Regeln führen zu selbem Ergebnis Konflikt G-G = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel G, nach Prod-Regel größeres G Konflikt G-D = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere D, nach Prod-Regel größeres G Konflikt G-B = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel balance, nach Prod-Regel größeres G Konflikt D-G = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere G, nach Prod-Regel größeres D Konflikt D-D = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere D, nach Prod-Regel größeres G Konflikt D-B = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere D, nach Prod-Regel größeres D Konflikt B-G = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere G, nach Prod-Regel B Konflikt B-D = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere D, nach Prod-Regel B Konflikt B-B = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel B, nach Prod-Regel B 5 Entw.Stufen Jetzt kann man genau unterscheiden, ob kind nach Summenregel oder Produktregel geantwortet hat Kempf, 2006, S.303

 Sagt uns nichts über die Entwicklungsstufe aus G = Waage geht nach unten, wo höheres Gewicht ist B = Balance D = Waage geht runter, wo größere Distanz ist = richtig gelöst = falsch gelöst Allgemein Tabelle erklären Um herauszufinden, ob May recht hat, braucht es neue Aufgabentypen 10 Typen nach May: Harmonie = beide Regeln führen zu selbem Ergebnis Konflikt G-G = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel G, nach Prod-Regel größeres G Konflikt G-D = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere D, nach Prod-Regel größeres G Konflikt G-B = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel balance, nach Prod-Regel größeres G Konflikt D-G = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere G, nach Prod-Regel größeres D Konflikt D-D = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere D, nach Prod-Regel größeres G Konflikt D-B = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere D, nach Prod-Regel größeres D Konflikt B-G = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere G, nach Prod-Regel B Konflikt B-D = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere D, nach Prod-Regel B Konflikt B-B = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel B, nach Prod-Regel B 5 Entw.Stufen Jetzt kann man genau unterscheiden, ob kind nach Summenregel oder Produktregel geantwortet hat Kempf, 2006, S.303  Sagt uns nichts über die Entwicklungsstufe aus

Sieglers Theorie der kognitiven Entwicklung 6 verschiedene Aufgabentypen 4 Entwicklungsstufen Stufenentwicklung der Intelligenz Intelligenzsprünge Sukzessiver Wissenszuwachs

Statistische Regelmäßigkeit des Entwicklungsverlaufs Entwicklungspsychologische Regelmäßigkeiten: = Empirische Regelmäßigkeiten  Naturgesetze i. S. des D-N-Modells = statistische Regelmäßigkeiten, die sich aufgrund struktureller Gesetzmäßigkeiten aus empirischen Randbedingungen ergeben Als strukturelle Gesetzmäßigkeiten kommen 1) intentionale Erklärungsmodell, 2) die Entwicklungslogik der Informationsverarbeitungsstrategien zum Tragen. Empirische Randbedienungen sind z.B. Motivation der Probanden, kulturelle Umfeld, u.s.w. Aus Siegelrs Theorie können wir entw. Psy. Regelmäßigkeiten ableiten Empirische Regelmäßigkeiten = Entw.stufen sind alterskorrelliert, steigt sprunghaft an  Naturgesetze i. S. des D-N-Modells = statistische Regelmäßigkeiten, da Varianz und Abweichungen vorhanden struktureller Gesetzmäßigkeiten = intentionales Erklärungsmodell, Stufen bauen aufeinander auf empirischen Randbedingungen = Lernerfahrung nötig,Motivation, kulturelles Umfeld, Integration der Lernerfaarhung in eig. Infoverarbeitungsstrategieergeben Entw. Stufen sind alaterskorrelliert – s. Buch S. 302/3 Anstieg sprunghaft und auch Abstieg der Leistung Warum? – Stufe der Verwirrung

Lösungswahrscheinlichkeit Abb. 3.6.5 Kempf, 2006, S.306 Lebensalter Aufgabenart Links Rechts Entwicklungs-Stufen G D 1 2 3 3a 4 Distanz B Konflikt Distanz-Distanz ? Konflikt Balance-Balance 6 5 Konflikt D-D = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere D, nach Prod-Regel größeres D Konflikt B-B = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel B, nach Prod-Regel B 45

Lösungswahrscheinlichkeit Abb. 3.6.8 Kempf, 2006, S.307 Lebensalter Aufgabenart Links Rechts Entwicklungs-Stufen G D 1 2 3 3A 4 Konflikt Gewicht-Distanz 6 Raten Konflikt Gewicht-Balance 5 B Konflikt G-D = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel größere D, nach Prod-Regel größeres G Konflikt G-B = G unterschiedlich, D unterschiedlich, nach Summenregel balance, nach Prod-Regel größeres G 46

Unterschiede zwischen SET Siegler‘s Theorie: Erlaubt eine empirische Reduktion der Informationsverarbeitungsstrategien auf das Antwortverhalten der Vpn Verzicht auf empirisch gehaltvolle „technische“ Zusatzannahmen Handlungstheoretische Begründbarkeit Empirische Reduktion Genetische Rekonstruktion Pragmatische Evaluation Im Gegensatz zu SET keine techn. Zusatzannahmen nötig Handlungstheoret. Begründbar Technische Zusatzannahme = Annahme der Normalverteilung bei signal-Entd-Theorie /=reine Berechnung/Technik Gehaltvoll empirisch = man kann es prüfen Handlungstheorie = VP versucht angemessen zu reagieren (Bsp. Golli, Intention, Vorsatz...) Handlungstheoretische Begründbarkeit sowohl des Modells als auch der empirischen Prognosen (Empirische Reduktion ohne Zusatzannahmen Genet. Argumentation: Theorie aufstellen: Rekonstruktion der Entw. Stufen: , => Theorie differenzieren, man entdeckt Widerspruch => Präzisierung dr Aufgaben => Weiterentw. Der Theorie)