Universitt Potsdam Institut fr Informatik Professur Didaktik der

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

Literatur z John R. Aderson Spektrum Verlag “Kognitive Psychologie” z Jucks, R. Münster Verlag “Was verstehen Laien? ” z Reimann, P Hogrefe Verlag Novizen- und Expertenwissen 2

Einleitung z Ablegen des Führerscheins: ytheoretischer Teil; befähigt die Anforderungen am Straßenverkehr und teilnehmenden Verkehrsmittel zu verstehen ypraktischer Teil; befähigt bekannte Typen von Fahrzeugen zu führen und einzuschätzen 3

Unterschied Novize und Experte, Genie z. Anfänger = Laie + Angleichung Wissensund Verständnisstand z. Novize = Anfänger z. Experte = Novize + Übung z. Genie = Experte + langjährige Übung 4

Phasen beim Erwerb von Fertigkeiten zkognitive Phase y. Einprägen und Abrufen von Fakten zassoziative Phase y. Fehler entdecken, Verbindungen stärken zautonome Phase y. Automatisierung von Fertigkeiten 5

Folgen des Übens von Fertigkeiten z. Gewinnen an Schnelligkeit zhöhere Genauigkeit zbesserer Überblick zangemessene Handlungsweise zeigenständige Weiterentwicklung 6

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

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

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

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

Übung beeinflussende Faktoren zwie und unter welchen Umständen z. Art der Lernformen: yverteiltes ymassives ytaktisches ystrategisches Lernen 11

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Entstehung einer Problemlösungsstrategie z. Larkin 1981, Problemlösungen von: yphysikalischen Aufgaben: x. Novize: Rückwärtssuche x. Experte: Vorwärtssuche y. Programmieraufgaben: x. Novize und Experte: Rückwärtssuche x. Novize: in die Tiefe x. Experte: in die Breite 22

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

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

Problemlösen in der Physik 2 z (G 1) Bremsweg = (Anfangsg. * Zeit) + 1/2 Beschleunigung * Zeit² z (G 2) Bremsweg = Durchschnittsg. * Zeit z (G 3) Endgeschwindigkeit = Anfangsg. + (Beschleunigung * Zeit) z (G 4) Durchschnittsg. = (Anfangsg. + Endg. )/2 25

Problemlösen in der Physik 3 Novize: Experte: Rückwärtsverkettung Vorwärtsverkettung Ausgangspunkt: gesuchte Größe bekannte Größen Lösungsweg: G 1 => Beschleunigung ? , G 4 => Durchschnittsgeschwingigkeit, G 3 => Beschleunigung ? , G 2 => Bremsweg G 3 in G 1 => Bremsweg 26

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

Transfer von Fähigkeiten z. Thorndike 1906: ymenschlicher Geist entsteht aus: x. Gewohnheiten und Assoziationen y. Transfer zwischen ähnlichen Fertigkeiten x. Lateinkenntnisse steigern Fähigkeit Französisch zu lernen ynegativer Transfer nicht beobachtet 28

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

Zusammenfassung 1 z. Sachkenntnis auf der Basis von: y. Prozeduren als Muster für Lösungen y. Problemlösung durch Vorwärtsschließen ybesseres Gedächtnis für Programme, Muster und Strukturen von Programmen ylangjähriges Üben 30

Zusammenfassung 2 z. Krems 1994 yvier Eigenschaften eines Experten: y. Effizienz y. Genauigkeit y. Wissen y. Erfahrung 31