Kognitiv psykologi Tänkande: Hur vi löser vi problem och representerar kunskap Anders Jansson Kognition / Tänaknde Kognitionsmodeller IP-modellen, Konnektionistiska teorier, Prototypteori, Kognitiv semantik, Situerad kognition Kognitiva processer Perception, Uppmärksamhet, Minne, Problemlösning, Kategorisering, Språk, Tänkande, Beslutsfattande m.fl. Ett filosofiskt problem. the problem of mental representation might be the most difficult problem to solve in all of the sciences (Paivio, 1986) 1
Tänkande Människan använder tre olika former av tänkande Induktion Vi konfirmerar hellre än falsifierar tidigare kunskap Deduktion Vi drar rimliga men inte alltid rationella slutsatser Abduktion Vi konstruerar troliga orsaker baserat på tidigare vetskap Induktion Erfarenhetsbaserade resonemang Instans 1 + Instans 2 = Kunskap Leder till generaliseringar Går ut på att resonera från det enskilda fallet till alla fall Deduktion Hypotetiska resonemang Premiss 1 + Premiss 2 = Slutsats Leder till konklusioner Går ut på att resonera från givna premisser (utsagor) till det enskilda fallet 2
Abduktion Orsakssökande resonemang Händelse X - Händelse X-1 osv. Leder till förklaringar Går ut på att resonera baklänges från verkan till orsak Interaktionsdesign För att underlätta användning av naturlig induktion och deduktion bör man vara mycket konsekvent vid utformning av symboler, menyer, funktionsknappar, mappar mm. Rimliga deduktioner Människan resonerar ofta rimligt, men inte alltid rationellt och logiskt Logik och sanning är inte samma sak Rationalitet och rimlighet är inte samma sak Rationalitet och logik kräver tunga beräkningar. Vårt psyke klarar inte alltid dessa procedurer. Vi använder istället tumregler (heuristiker) 3
Exempel på tänkande E K 4 7 På varje kort finns det en bokstav på ena sidan och en siffra på andra sidan. Vilka kort måste man vända på för att ta reda på om följande regel är sann eller ej: Om det är en vokal på ena sidan av kortet, då är det ett jämnt nummer på andra sidan av kortet. Rimliga induktioner Induktion är den vanligaste formen av resonemang Bygger på principen hellre bekräfta än kritisera Induktiva resonemang stärker vår uppfattning och medför att vi slipper den kritiska analysen Dominansstrukturering En speciell form av induktion Rekonstruktion av motiv i efterhand för att rationalisera beteenden och beslut Positiva aspekter förstärks Negativa aspekter förträngs 4
Abduktion Används ofta vid analyser av olyckor och tillbud Sökning bakåt i orsakskedjan för att hitta den utlösande faktorn Vanlig form av analys för att identifiera den mänskliga faktorn Kognitiv kontroll Medvetna processer Begränsad kapacitet Långsamma Ansträngande Sekventiella Utförliga Nödvändiga i vissa situationer Automatiserade processer I princip obegränsade Snabba Vältrimmade Parallella Tysta Hanterar rutiner och regelbundenheter Medveten process Använder arbetsminnet i hög utsträckning Informationsinnehållet i medvetna tankeprocesser är lätta att uttrycka Ger upphov till felhandlingar som följer planen, men planen är fel Vi upplever medvetna processer som pålitliga, men de är instabila 5
Automatiserad process Sedan länge invanda rutiner Består av tyst kunskap som oftast inte går att förklara Ger upphov till fel som är uppenbara i samma stund som de realiseras Vi är ofta osäkra på om vi kan lita på dem, och underskattar därför deras reliabilitet Kognitiva beslutsnivåer Tre nivåer av problemlösning och tänkande hos användare och operatörer Kunskapsnivån Regelnivån Skicklighetsnivån Medveten nivå Automatiserad nivå Kognitiva nivåer Hög, medveten kognitiv nivå Låg, automatiserad kognitiv nivå En sak åt gången Hög parallellkapacitet 6
Uppgiftskontinuum I Intuition (automatiskt) Intuition (automatiskt) Naturligt uppgiftskontinuum Analys (medvetet) Analys (medvetet) Kognitivt uppgiftskontinuum Uppgiftskontinuum II Intuition Intuition Intuition Naturligt uppgiftskontinuum Artificiellt uppgiftskontinuum Kognitivt uppgiftskontinuum Analys Analys Analys Problemlösning: två sätt Genom problemrymder Etablering av problemrymd Mål-medelanalyser Etablera delmål Begränsad kapacitet Tumregler hjälper Via analogier Referensproblem med strukturell likhet Strategierna följer med på köpet Risk för överutnyttjande 7
Framing Att veta hur man ska förstå ett problem är en viktig del av problemlösningen Kreativitet och nytänkande ofta nödvändigt Att pröva en tanke genom att fullfölja dess konsekvenser, t.ex. genom simulering, används ofta Ett filosofiskt problem. the problem of mental representation might be the most difficult problem to solve in all of the sciences (Paivio, 1986) Representationer Externa representationer Föreställningar i form av bilder, diagram, ritningar mm. Språkliga föreställningar Interna (mentala) representationer Symboliska Analoga Propositioner Objekt Relationer Schemata Distribuerade 8
Externa representationer Skillnader mellan bilder och språkligt baserade representationer Bildbaserade representationer ligger närmare verkligheten eftersom de återger en struktur av den, rumsliga relationer är gratis Flera skillnader. Språkliga representationer Diskreta symboler med en minsta del Explicita symboler med exakt definition Grammatiska, klara regler för sammansättning av ord Abstrakt, och oberoende av sinne Bildbaserade representationer Godtycklig indelning ingen minsta del Distinkta symboler saknas, implicit Inga klara regler för vad som kan kombineras Konkret, kopplad till specifikt sinne Interna representationer Teorier om mentala representationer i egenskap av propositioner Mentalase: En kod eller ett språk som är universellt och oberoende av sinne Modelleras med hjälp av logiska språksystem Predikatkalkyler för enkla samband: relationer och objekt Mer komplexa strukturer (situationer och händelser) hanteras via scheman och skript 9
Interna representationer Teorier om mentala representationer i egenskap av analoga strukturer Inre föreställningar medger en rad olika funktioner Mentala rotationsövningar möjliga Direktskanning av spatiala strukturer Omtolkning av tvetydiga figurer Två system av mentala representationer Paivio s teori om dubbel kodning Logogens Verbalt symbolsystem för kodning (representation) av kunskap Minst tre sinnen Imagens Icke-verbalt symbolsystem för lagring av kunskap Troligen alla fem sinnena Empiriska undersökningar ger stöd för dubbla system 10
Processövergripande inre representationer Kosslyn s teori om analoga representationer binder samman inre föreställningar med visuell perception Konnektionistiska teorier ger förklaringar i termer av nivåer Analoga och språkliga inre föreställningar är restprodukter som speglar distribuerade, neurala representationer på lägre nivå. Sammanfattning om mental representation Föreställningen av ett äpple Förklaring i termer av propositioner bilden av ett äpple är en biprodukt av en språklig kunskapsrepresentation Analog förklaring bilden av ett äpple är en unik och distinkt form av kunskapsrepresentation Distribuerade processers förklaring bilden av ett äpple finns representerad neuralt i form av noder i hjärnan Mentala modeller En vanlig missuppfattning är att mentala representationer och mentala modeller är samma sak En mental modell = en mental simulering av ett händelseförlopp, kan vara en produkt av olika former av mentala representationer 11
Olika typer av kunskap Deskriptiv kunskap Ger en bra översikt Är lätt att delge Ger en bra helhet Kräver strategier på hög nivå Procedurell kunskap Ger en bra operativ förmåga Är svår att förmedla Ger många detaljer Kräver strategier på låg nivå Olika mentala modeller Deskriptiv kunskap Ger en bra översikt Är lätt att delge Ger en bra helhet Kräver strategier på hög nivå Strukturella mentala modeller Procedurell kunskap Ger en bra operativ förmåga Är svår att förmedla Ger många detaljer Kräver strategier på låg nivå Funktionella mentala modeller Mentala modeller forts. Strukturell modell T.ex. en mental karta över tunnelbanan eller hur en bilmotor är uppbyggd + Behövs för helheten - Omfattande och ibland överflödig information Funktionell modell T.ex. kunskap om hur man åker tunnelbana, eller använder en bil + Snabb, effektiv och praktisk - Inte tillräcklig vid större förändringar 12
Mentala modeller forts. Strukturell modell Dessa modeller är ofta oberoende av kontext och har därmed fördelen att de kan användas i fler sammanhang genom att de integreras med annan kunskap Funktionell modell Dessa modeller är kontextberoende och har därmed fördelen att man snabbt och enkelt lär sig en viss situation Gränssnittsdesign Systemutvecklarens uppgift är att ge användaren ett verktyg som stödjer användningen av den mentala modell som användaren behöver för att utföra sin arbetsuppgift Varning: se upp för felaktiga mentala modeller! Funktionella modeller Många av de modeller vi använder är bristfälliga eller felaktiga Särskilt förståelse av fysiska lagar, ekologiska samband samt biologiska och kemiska processer är svåra att helt korrekt uppfatta Intuitiva uppfattningar om krafter, rörelser, strömmar mm. 13
Dagens lokförarmiljö 9 0 1 3 5 Pre-indicator Main indicator ETCS-gränssnittet Förarens planeringsvy 14
Kunskapsorganisation Kunskap måste organiseras för att vi ska kunna använda den effektivt Lång filosofisk diskussion All kunskap är medfödd All kunskap är inlärd Begreppssystem måste ha god kognitiv ergonomi Begrepp och objekt organiseras i hierarkier Kategorisering Kategoritillhörighet avgörs till stor del av hur typiskt ett objekt är Kategorier har inga klara gränser Vissa objekt klassas som typiska, andra som så icke-typiska att tillhörigheten ifrågasätts (såväl inom som mellan personer) Hierarkier av kategorier Huvudsakligen använder vi tre nivåer för att organisera objekt Övergripande nivå Mellannivå Undergrupper En av nivåerna agerar basnivå, och där sker alla klassificering Naturliga och artificiella objekt verkar skilja sig vad gäller klassificeringens basnivå Expertis medför annorlunda basnivå 15
Kategorisering? Bagage Garage Bandage Komage Potatismos Rotmos Klätterros Plåttermos Gränssnittsdesign Olika användargrupper kan behöva olika sökmöjligheter vid t.ex. sökning i databaser Domänexperter och expertanvändare är ofta bra på att använda flera olika sökstrategier Nybörjare är beroende av en kunskapsorganisation som är enkel att navigera i 16