Cognitive Psychology Theories for Knowledge Management Tobias Ley, Know-Center aposdl aposdle – New w w ays ... ... ... to w w ork, l lear arn and col nd collabor aborat ate! e!
02 Dec 2008 / 2 Overview � What is Cognitive Psychology? � Theories in Cognitive Psychology and Applications in Knowledge Management � Knowledge Space Theory � Application in the APOSDLE Project TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 3 Cognitive Psychology: What it is � Psychology: The study of Human Behavior Explanation and Prediction of Human Mental Processes und Behavior � Validation of Theories and Models � � Areas Cognition , Emotions � Social and Group Interactions � Individual Differences and Personality � Organizational & Work, Educational, Clinical, Traffic, Forensic � � Cognition High level functions carried out by the human brain, including comprehension and � formation of speech, visual perception and construction, calculation ability, attention (information processing), memory, and executive functions such as planning, problem- solving, and self-monitoring. � Methods Clinical Diagnostic Findings, Expert-Novice Contrasts, Reaction Time Experiments, � Computational Models, Brain Imaging Techniques http://www.lhsc.on.ca/programs/msclinic/define/c.htm TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 4 Cognitive Psychology: Why it is relevant for Knowledge Management � Changing Human Behavior in Organizational Settings � How to design organizational settings to change human behavior? � Effectiveness, efficiency, health, motivation, satisfaction, … � Focussing on the Human Factor in Interacting with Computers � How to design interaction, interfaces and information? � Usability, joy of use, learnability, fault tolerance, … � Focussing on Intelligent Applications � Designing computers to behave like humans � More “intelligent” software applications and agents, adaptivity, … TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 5 Theories and their applications � The role of Working Memory: Cognitive Load and Learning � Long term Memory: Propositions and Associative Networks � Long term Memory: Mental Models and Metaphors � A Structural Model of Knowledge Representation: Knowledge Space Theory TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 6 Cognitive Load and Learning TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 7 Die Struktur des Gedächtnisses Cooper (1998) TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 8 Sensorisches Gedächtnis � Ultrakurze Speicherungsdauer � Visuell (~ 0,5 sec) � Auditiv (~ 3 sec) � Prä-attentive Verarbeitung � Wahrnehmungsorganisation nach Gestaltgesetzen TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 9 Langzeitgedächtnis � Inhalt: � Wissen und Fertigkeiten � Kapazität: � Prinzipiell unlimitiert � Prozesse � Aktivierung der Inhalte erfolgt über Anfragen des Arbeitsgedächtnisses TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 10 Arbeitsgedächtnis � Inhalte � Getrennte Systeme für auditiv-sprachliche Inhalte (phonological loop) und visuell-bildliche Inhalte (visual sketchpad) � Kapazität � Begrenzte Zahl an Einheiten (<9) � Chunking � Prozesse � Zentrale Rolle des AG für die Enkodierung � Rolle der Aufmerksamkeit TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 11 Cognitive Load Theory – Theorie der kognitiven Belastung � Was ist kognitive Belastung? � Maß an mentaler Aktivität, die das Arbeitsgedächtnis in einer bestimmten Zeiteinheit belastet � Abhängig von der Anzahl der Einheiten, die bewusst verarbeitet werden muss � Cognitive Load ist nicht gleich Aufgabenschwierigkeit � Beispiel: Merken von Zahlenreihen TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 12 Die Rolle der kognitiven Belastung beim Lernen Warum ist bestimmtes Material schwer zu erlernen? � Anzahl an zu lernenden Elementen ist hoch 1. Zusammenhang zwischen den Elementen ist groß (“Item Interactivity”), 2. d.h. Elemente können nicht unabhängig von anderen verstanden werden Beispiel Sprachenlernen � Vokabeln (low item interactivity) � Grammatik (high item interactivity) � Beispiel Verwandtschaften (vgl. Cooper, 1998) � True or false? � „My father‘s brother‘s grandfather is my grandfatrher‘s brother‘s son“ TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 13 Cooper (1998) TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 14 Zwei Arten von kognitiver Belastung (1) � Aufgaben-inhärent (“intrinsic”) � Nur abhängig von der Schwierigkeit des zu lernenden Stoffs � Zahl und Zusammenhang der Einheiten Cooper (1998) � Aufgaben-extern (“extraneous”) � Abhängig vom instruktionalen Design und vom verwendeten Lernmaterial TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 15 Zwei Arten von kognitiver Belastung (2) leichter Stoff schwieriger Stoff & unpassendes Material schwieriger Stoff & passendes Material Cooper (1998) TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 16 Beispiel: Split Attention Effect Sweller, Chandler, Tierney & Cooper (1990) TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 17 Longterm Memory: Propositions and Associative Networks TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 18 Propositionalen Repräsentationen beim Textverstehen {Lincoln; Präsident-von; USA} {Lincoln; befreien; Sklaven} {Krieg; bitter} Anderson (2000) TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 19 Der Aufbau von propositionalen Repräsentationen beim Textverstehen � Repräsentation ist elementaristisch � Prozess ist additiv � Verknüpfung von Elementen erfolgt im Arbeitsgedächtnis � direkt wenn beide Propositionen im AG repräsentiert sind � schwieriger wenn eine Proposition aus dem LZG abgerufen werden muss � am schwierigsten wenn eine „Lücke“ entsteht und eine Inferenz (neue Proposition) gebildet werden muss TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 20 Spreading Activation Model des Abrufs aus dem Langzeitgedächtnis � A i = B i + Σ w j S ji S ji = 2-log(Fan j ) � Untersuchungen zum Fächereffekt (“Fan Effect”) Anderson & Lebiere (1998) TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 21 Longterm Memory: Mental Models & Metaphors TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 22 Empirische Probleme mit Propositionalen Repräsentationen � Hans war auf dem Weg zur Schule … � An der Kinokasse … TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 23 Der Aufbau vom mentalen Modellen beim Textverstehen � Holistische analoge Repräsentationsform i.ggs. zu Propositionen als digitale Repräsentation � � Aktivierung von Vorwissen � Elaboration von „Szenarien“ Skripts, Schemata, Frames � � Top-Down Verarbeitung „Leerstellen“ als Fragen an den Text � Informationssuche oder Inferenz � � Fortlaufende Evaluation des Mentalen Modells Übereinstimmung mit dem Text � Plausibilität und Vollständigkeit � TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 24 Empirische Belege Mentale Rotation � Schemata bei Schach-Experten (Chase & Simon, 1973) � Navigationsaufgaben in einer Stadt (Perrig & Kintsch, 1985) � Lernen von Zeitzonen (Schnotz & Bannert, 1999) � Lernen von Technischen Systemen (Mayer, Mathias & Wetzel, � 2003) TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 25 Schnotz & Bannert, 2002 TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 26 Beispiel: Mentale Repräsentation von technischen Systemen � Mentales Modell des Systems erlaubt Bilden von Inferenzen � Interne mentale Simulation von � Abläufen Beantwortung von � Transferaufgaben � Lernen als 2-stufiger Prozess Zerlegen des Systems in � Teilkomponenten Bilden eines kausalen mentalen � Modells Mayer, Mathias, & Wetzell (2003) TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 27 Longterm Memory: Metaphors & Mental Models TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
02 Dec 2008 / 28 Metaphern im Wissensmanagement � Implizites Wissen über “Wissen” � Wissen als Bibliothek � Wissen als umkämpfter Schatz � Wissen als Kanalisationssystem Moser (2003) TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
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02 Dec 2008 / 30 Overview � Knowledge Space Theory: the fundamentals � A competency based extension : the Competence Performance Approach � Applying Knowledge Space Theory in modelling for work- integrated learning � Three scenarios for supporting work integrated learning � work-integrated assessment � competency gap analysis � validation TUG 707.009 Foundations of Knowledge Management
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