Erwerb, Repräsentation und Nutzung von Wissen

Fragestellungen und Ziele

Gegenstand des Schwerpunkts sind Untersuchungen zum Erwerb und zur Veränderung von Wissen in Lern- und Problemlöseprozessen, zur internen Repräsentation von Wissen sowie zur Anwendung verfügbaren Wissens in verschiedenen Domänen.

Der Begriff Wissen umfaßt dabei nicht nur statische Begriffsmerkmalsstrukturen, sondern auch Wissen über Ursachen und Wirkungen, algorithmische Fertigkeiten sowie heuristisches Wissen. Er umfaßt damit sowohl mitteilbares Wissen über Sachverhalte als auch nicht verbalisierbares Wissen, etwa in Form von Prozeduren (vgl. auch die Unterscheidung deklarativen und prozeduralen Wissens).

Theoretische und experimentelle Untersuchungen sollen die Prüfungen und den Vergleich von Modellen zum Ziel haben sowie zur Entwicklung von Modellen in diesem Schwerpunkt einen Beitrag liefern.

Im Mittelpunkt stehen Analysen wissenschaftlicher Entdeckungsprozesse. Durch die Rekonstruktion bedeutender wissenschaftlicher Entdeckungen soll gezeigt werden, daß eine Beschreibung und Erklärung kreativer Problemlöseprozesse ohne den üblichen Bezug auf nicht weiter analysierbare intuitive Einsichten möglich ist. Das Ziel des Vorhabens ist die Modellierung historischer Fallstudien und der Nachweis von Entdeckungsmethodologien. In diesem Zusammenhang spielen Wissensvoraussetzungen für Problemlöseprozesse, die Nutzung von verfügbarem Wissen für Problemlöseziele sowie Prozesse der Generierung von Wissen, z. B. die Entdeckung von Kausalzusammenhängen eine zentrale Rolle. Dies sind zugleich die verknüpfenden Elemente zwischen den verschiedenen philosophischen und kognitionspsychologischen Vorhaben des Schwerpunkts.

Spezifischere, v. a. experimentelle Analysen gelten Fragestellungen, die sich im Kontext menschlicher Problemlöseprozesse ergeben: (a) Fragestellungen bezüglich der internen Repräsentation von Problemsituationen: Wie wirkt sich die interne Repräsentation von Problemstellungen auf die Lösungssuche aus? Lassen sich plötzliche Einsichten auf veränderte Repräsentationen zurückführen? (b) Fragestellungen bezüglich der Lernprozesse bei wiederholter Bearbeitung von Problemen: Welches Wissen wird erworben? Welches Wissen wird genutzt? Welche kognitiven Fertigkeiten werden ausgebildet? Wie verändert sich die Kodierung und Verarbeitung der Problemsituation?

Allen Vorhaben gemeinsam sind wichtige methodologische Probleme, die selbst wieder Gegenstand theoretischer und experimenteller Analysen sind: (a) Methoden der Analyse menschlichen Wissens; dies schließt auch die Auseinandersetzung mit der Problematik der Verbalisierbarkeit von Wissen ein. (b) Methoden der Modellentwicklung und Modellprüfung; dies schließt u. a. die Auseinandersetzung mit der Nutzung empirischer Einzelfallanalysen für die Konstruktion von Modellen menschlichen Problemlöseverhaltens ein.
 

Projekte


Doktoranden und Postdoktoranden

Gerd Graßhoff, Michael May, Marcus Winteroll: Epistemische Systeme

Das Erfinden wissenschaftlicher Hypothesen ist ein Paradigma kreativen Problemlösens. Das traditionelle Dogma, wonach die wissenschaftliche Theorienbildung auf unanalysierbaren intuitiven Einsichten beruht und sich einer methodischen Analyse verschließt, wird durch Forschungsergebnisse aus den Bereichen der Wissenschaftstheorie, der Kognitiven Psychologie und der KI zunehmend unplausibel (vgl. etwa Giere, Hrsg., 1992). In unserem Forschungsprojekt zeigen wir durch die Modellierung historischer Fallstudien, daß Entdeckungsmethodologien in unterschiedlichen wissenschaftlichen Bereichen und methodischen Situationen existieren. Kreative Problemlösungsprozesse können, entgegen der traditionellen Ansicht, erklärt werden durch methodische Regeln, denen ein Forscher auf seinem Entdeckungsweg folgt.

Wir haben ein weites Spektrum wissenschaftshistorischer Fälle untersucht. Obwohl die konkreten Problemstellungen und die disziplinspezifischen Methoden stark divergieren, zeichnet sich ein (von uns zunächst nicht erwarteter) gemeinsamer Bestand methodischer Prinzipien ab, der allgemeine Modellbildungsheuristiken sowie Regeln zur Generierung und Bewertung von Kausalhypothesen umfaßt.

Die Elemente, die für die Modellierung einer Entdeckungsgeschichte relevant sind, werden zu einem Epistemischen System zusammengefaßt. Ein solches System ist ein dynamisches Modell einer wissenschaftlichen Entdeckung. Es umfaßt Inferenzprinzipien, Handlungsanweisungen, verschiedene Typen propositionaler Einstellungen, Handlungen und Sachverhalte. Welche Elemente für die Modellierung eines historischen Falles relevant sind, wird nicht apriori, sondern durch die Rekonstruktion der Entdeckungsgeschichte entschieden.

Um die Wechselwirkungen eines solchen hochkomplexen Beziehungsgeflechts erfassen zu können, wird das Verhalten des Epistemischen Systems auf einem Computer modelliert. Für die Computermodellierung von Forschungsprozessen wurde in der Arbeitsgruppe die auf PROLOG aufbauende Programmiersprache EPILOG entwickelt, die zur Wissensrepräsentation und -verarbeitung dient (Graßhoff 1992). Hiermit ist es möglich, das komplexe Zusammenspiel der kognitiven Komponenten wie propositionale Einstellungen und methodisches Wissen zu untersuchen.

Gerd Graßhoff: Forschungsstrategien und wissenschaftliches Problemlösen am Beispiel der Quasarforschung

In den kommenden Jahren soll die entwickelte Methodologie des Entdeckens erstmalig in einer Simultanstudie über ein laufendes Forschungsprojekt angewendet werden. Zu diesem Zweck wurde eine Zusammenarbeit mit der Quasar-Forschungsgruppe der Hamburger Sternwarte eingeleitet. Ein primäres Ziel der Durchmusterung eines großen Bereiches des Südhimmels, die von den Astrophysikern der Hamburger Sternwarte und dem European Southern Observatory durchgeführt wird, ist die Identifikation von Quasaren. Eine wichtige Teilaufgabe der Quasarsuche wird als Modellbildungsprozeß von den Astrophysikern und den Methodologen simultan bearbeitet. Zum ersten Mal wird eine Gruppe von Wissenschaftstheoretikern in einen laufenden Forschungsprozeß integriert und dort die Fruchtbarkeit ihrer methodologischen Konzepte unter Beweis stellen müssen. Dabei soll (1) eine Diagnostik verwendeter Forschungsstrategien für Simultanprojekte entwickelt und (2) gezeigt werden, wie computermodellierte Entdeckungsmethodologien in der Forschung eingesetzt werden können.

Hilde Haider: Erwerb kognitiver Fertigkeiten

Im Rahmen meiner Habilitation habe ich mich mit dem Erwerb kognitiver Fertigkeiten beschäftigt. Hierbei standen insbesondere Fragen über Möglichkeiten der Vereinfachung der Aufgabenbearbeitung im Vordergrund. Ziel der Arbeiten war es zunächst, aufzuzeigen, daß Menschen mit zunehmender Übung lernen, zwischen aufgaben-relevanter und aufgaben-irrelevanter Information zu unterscheiden und ihre Aufgabenbearbeitung auf die aufgaben-relevante Information zu beschränken. Wir konnten zeigen, daß Menschen mit zunehmender Übung tatsächlich lernen, ihre Aufgabenbearbeitung auf die aufgaben-relevante Information zu begrenzen (Haider & Frensch, 1996). Bei dieser Informationsreduktion handelt es sich um einen eigenständigen Lernmechanismus, der zu einer Auswahl der Information auf perzeptueller Ebene führt (Haider & Frensch, 1999). Darüber hinaus zeigte sich, daß neben dieser selektiver werdenden Informationsnutzung die Übungsverläufe diskontinuierlich sind (Haider, 1997; Haider & Frensch, 1997, Haider & Frensch, eingereicht), obwohl im Bereich des kognitiven Fertigkeitserwerbs bislang immer kontinuierlich verlaufenden Lernkurven postuliert wurden. Während in den vorliegenden Modellen zum Erwerb kognitiver Fertigkeiten entsprechend in erster Linie Lernmechanismen diskutiert werden, die einer willentlichen Steuerung des Subjekts wenig oder nicht zugänglich sind, konnten wir damit zeigen, daß am Erwerb kognitiver Fertigkeiten sowohl automatische (datengetriebene) Lernmechanismen als auch strategische Prozesse beteiligt sind (Haider & Frensch, 1999).
Ziel des derzeitigen Forschungsvorhabens ist es deshalb, die Rolle höherer kognitiver oder strategischer Prozesse in ihrem Zusammenwirken mit anderen Lernmechanismen genauer zu analysieren. Es handelt sich damit um Forschungsfragen, in denen Fragen der Wissenspsychologie einerseits und der Aufmerksamkeit, des Gedächtnisses und basaler Lernmechanismen (i.S. perzeptuellen und impliziten Lernens) andererseits miteinander verbunden werden. Praktische Relevanz hat das Thema insbesondere für Bereiche, in denen Menschen neue Strategien zur Aufgabenbearbeitung erwerben müssen, wie z.B. im Bereich des Mathematiklernens.

Rainer Kluwe: Erwerb und Nutzung von Wissen in komplexen Problemlöseprozessen

Gegenstand der Arbeiten in diesem Bereich ist die Analyse der Wissensvoraussetzungen für Problemlöseprozesse in komplexen Realitätsbereichen. Das Ziel der Arbeiten ist aufzuzeigen, daß es erforderlich ist, zwischen verschiedenen Kategorien von Wissen zu unterscheiden, die bei der Lösungssuche in komplexen Realitätsbereichen relevant sein können. Dies impliziert, daß es auch erforderlich ist, verschiedene Methoden und Instrumente zur Analyse und Erfassung individuellen Wissens einzusetzen. Der Realitätsbereich, an dem dies untersucht wird, sind u. a. simulierte dynamische Systeme, deren Zustände zu kontrollieren sind. Es wird davon ausgegangen, daß der Erwerb und die Nutzung von Wissen bei der Bewältigung von Problemstellungen in einem Realitätsbereich auch von den individuellen Zielsetzungen des Problemlösers abhängig ist.

 Es konnte gezeigt werden, daß Wissenserwerb und -nutzung mit erheblichen interindividuellen Unterschieden einhergehen. Die Art und Umfang des erworbenen Wissens steht vermutlich mit den individuellen Zielsetzungen bezüglich der Problemlöseleistung in Zusammenhang. Ferner zeigt sich, daß durch Instruktion vermitteltes Wissen in sehr unterschiedlicher Weise für Problemlöseprozesse genutzt wird. Es gibt Problemlöser, die sofort in der Lage sind, nach Lernen durch Instruktion deklaratives Wissen für Problemlöseprozesse zu nutzen. Daneben gibt es Problemlöser, die solches Wissen erst nach und nach anzuwenden und zu nutzen lernen. Damit zusammenhängende Fragestellungen bedürfen der weiteren empirischen Analyse.

 Von besonderer Bedeutung ist das Konzept der Reichweite von Wissen: Es wird angenommen, daß bezogen auf den gleichen Realitätsbereich unterschiedliche Lernprozesse (Lernen durch Instruktion, Lernen durch Beobachtung, Lernen an Beispielen) zu qualitativ unterschiedlichem Wissen über einen Realitätsbereich führen. Als Folge davon unterscheidet sich auch das Spektrum an Problemstellungen, welches von einem Lerner in einem Realitätsbereich bewältigt werden kann. Dieser Zusammenhang zwischen Lernformen, Wissenserwerb und Problemlöseleistungen soll weiter und genauer untersucht werden.

 Ein weiterer Arbeitsbereich dieses Projekts betrifft methodologische Fragen. Es geht dabei um die Durchführung von Einzelfalluntersuchungen und um die Analyse daraus erhaltener Verbal-, Verhaltens- und Leistungsdaten. Die Bedeutung von Einzelfallstudien liegt v. a. in ihrer Verknüpfung mit der Entwicklung von Modellen menschlichen Problemlösens. Generell zeigt sich, daß es Defizite in der kognitionspsychologischen Problemlöseforschung hinsichtlich der Nutzung von Einzelfalluntersuchungen für die Modellkonstruktion gibt; ein weiteres methodisches Problem besteht in der Evaluation von Modellen menschlicher Problemlöseprozesse.

Detlef Rhenius: Die Verbalisierbarkeit von Wissen und Denken

Nach mehreren Untersuchungen zur Brauchbarkeit von Verbalisierungsprotokollen bei der Untersuchung von Wissensverarbeitungsprozessen soll nun der Frage nachgegangen werden, welche Arten des Denkens und welche Strukturen des Wissens überhaupt verbalisierbar sind. Die Bereiche "Implizites Wissen, Denken und Lernen" "Automatisierte Verarbeitungsprozesse", "Denken mit Einsicht", "Fertigkeiten", "Expertenwissen" und andere sind offensichtlich zu großen Anteilen nicht verbalisierbar. Sie deuten auf eine Wissensverarbeitung hin, die in Teilen unbewußt abläuft (und daher nicht verbalisiert werden kann).

Es sollen Ansätze weiterverfolgt werden, die in den letzten Jahren unter dem Begriff "Kognitive Theorie des Bewußtseins" (z. B. Baars 1988; Perrig & Perrig-Chiello 1993; Gadenne, 1996) vorgestellt worden sind. Dabei geht es theoretisch auch um eine Verbindung der Modelle des Konnektionismus und der Symbolverarbeitung, die keineswegs als Gegensätze angesehen werden müssen. Experimentell besteht hier vor allem Interesse an automatisierten Prozessen und an Einsichtsprozessen, zu denen hier bereits gearbeitet wurde, sowie um das Phänomen des "tip of the tongue". Insgesamt geht es darum, Verfahren zu finden, mit denen man auch Spuren solcher Prozesse der Wissensverarbeitung erkennen kann, die nicht verbalisierbar sind.

Graduiertenkolleg Kognitionswissenschaft
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letzte Änderung: September 2000  grkk-koord@informatik.uni-hamburg.de