Entstehung von Sachkenntnis

Präsentation zum Thema: "Entstehung von Sachkenntnis"—  Präsentation transkript:

1 Entstehung von Sachkenntnis
Universität Potsdam Institut für Informatik Professur Didaktik der Informatik Didaktische Grundfragen der Informatik WS 2002/2003 Entstehung von Sachkenntnis Autor: Marian Kulisch

2 Literatur John R. Aderson Spektrum Verlag “Kognitive Psychologie”
Jucks, R. Münster Verlag “Was verstehen Laien?” Reimann, P Hogrefe Verlag Novizen- 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
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 Sachkenntnis auf der Basis von:
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