Znalosti a řešení problémů

Znalosti a řešení problémů

Dokonce i osoby, které nedisponují odbornou znalostí kognitivní psychologie, si jsou vědomy toho, že znalosti, zejména ty odborné, značně přispívají ke zdárnějšímu řešení problémů. Proč mohou odborníci (experti) řešit problémy ve svém oboru úspěšněji než začátečníci? Znají odborníci více algoritmů, heuristik a dalších strategií řešení problémů? Znají snad odborníci lepší strategie, nebo je jen užívají častěji? Čím je způsobeno, že proces řešení problémů, který používají odborníci, je efektivnější než proces, jejž používají začátečníci? Je to vše nadání, nebo jen získané znalosti?

#Organizace znalostí

William Chase a Herbert Simon (1973) se snažili studovat odborné znalosti tím, že hledali, v čem se zkušení šachoví hráči liší od začátečníků. V jedné ze svých studií nechali obě tyto skupiny krátce si prohlédnout šachovnici s uspořádanými šachovými figurkami a poté reprodukovat jejich pozice. Výkon zkušených hráčů byl obecně lepší než výkon začátečníků - ale pouze v tom případě, že rozmístění figurek na šachovnici dávalo z hlediska skutečné hry smysl (viz také Vincente a De Groot, 1990). Při nahodilém rozmístění si zkušení hráči původní pozice nevybavili o nic lépe než začátečníci (viz obr. 11.14).

@Obr. 11.14 (Obr. 11.14): Odborná znalost ve hře šachu

Odborníci a začátečníci byli požádáni, aby reprodukovali reálné uspořádání šachových figurek: a) v případě uspořádání a) odborníci předvedli mnohem lepší výkon, jak ukazuje graf b). Nicméně, když měli reprodukovat jejich nahodilé uspořádání c), nebyli odborníci o nic lepší než začátečníci, jak ukazuje graf d).@@

#Elaborace znalostí

Chaseova a Simonova práce v kombinaci s dřívější prací Adriana De Groota (1965) naznačila, že to, co odlišovalo odborníky od začátečníků, bylo množství, organizace a využití znalostí. Oba úkoly týkající se šachovnice - ať už s nahodilým, nebo smysluplným uspořádáním figurek - vyžadovaly po zkušených hráčích použití heuristik pro uchování a opětovné vybavení si informací o umístění figurek na šachovnici.

Podle těchto badatelů byl klíčový rozdíl v tom, že zkušení hráči si v paměti ukládali a organizovali desítky tisíc jednotlivých pozic. Když uviděli smysluplné uspořádání šachovnice, mohli využít těchto znalostí ze své paměti k tomu, aby jim pomohly vybavit si různá rozmístění kamenů jako jednotné, uspořádané shluky informací. Avšak při nahodilých umístěních jejich znalosti ničím nepomohly, to znamená, že neměli nad nováčky žádné výhody. Stejně jako začátečníci se museli pokusit naučit se zpaměti vztahy mezi mnoha různými figurkami a jejich pozicemi.

Nedávná Gobetova a Simonova (1996a, b, c) série článků potvrzuje dřívější Chaseovu a Simonovu práci. Demonstruje fakt, že vybavovací proces zahrnující rozpoznání šachovnicových uspořádání je, v porovnání se začátečníky, nástrojem úspěchu šachových velmistrů. Dokonce i tehdy, když se velmistři ocitají pod časovým tlakem, což omezuje dlouhodobé plánování postupů, se jejich výkony podstatným způsobem neliší od výkonů při časově neomezené hře. Z toho plyne, že uspořádaný systém znalostí je pro zkušené hráče (konkrétně pro jejich výkony) relativně důležitější než procesy týkající se předvídání budoucích tahů.

Poté, co Chase a Simon dokončili svou studii, začala spousta dalších badatelů (např. Reitman, 1976) studovat obrovské množství odborníků v odlišných oblastech (jako např. radiologie - Lesgold, 1988; fyzika - Larkin, McDermott, Simon, 1980) s tím, že stále znovu a znovu nacházeli stejné výsledky. To, co odlišovalo odborníky od začátečníků, byla jejich schémata řešení problémů ve svých doménách - oblastech odborných znalostí (Glaser, Chi, 1988). Schémata odborníků se vyznačují vysoce propojenými soubory znalostí, jež jsou uspořádány na základě hlubších strukturních shod jednotlivých souborů. Schémata začátečníků se oproti tomu vyznačují relativně malými a nepropojenými soubory znalostí, které jsou uspořádány podle vnějších podobností (např. Bryson, Bereiter, Scardamalia, Joram, 1991). Toto pozorování může ukazovat na rozdíly v tom, jak odborníci oproti začátečníkům: a) třídí problémy (Chi, Glaser a Rees, 1982); b) popisují hlavní podstatu problémů (Larkin, 1980); c) určují a popisují metody řešení problémů (Chi, 1982).

#Stanovení problému

Další rozdíl mezi odborníky a začátečníky lze pozorovat tehdy, když řešitelé problémů nahlas sdělují své úvahy, když se snaží řešit různé problémy (Bryson, 1991; De Groot, 1965; Lesgold, 1988). Pozorovatelé mohou srovnávat jejich vyjádření („ústní protokoly“), čas strávený nad různými aspekty problémů a vztah mezi strategiemi určenými pro řešení problémů a dosaženými řešeními. Na základě těchto studií se zdá, že odborníci stráví nad určováním způsobu, jak daný problém reprezentovat, poměrně více času než začátečníci (Lesgold, 1988). Na druhé straně ale stráví mnohem méně času při realizaci strategie řešení.

Rozdíly mezi odborníky a začátečníky lze z hlediska vynaloženého času vnímat v tom, nač se zaměřují a jak postupují, když řešení uskutečňují. Odborníci zřejmě stráví relativně více času rozvažováním, jak informaci týkající se úlohy (Co vím o problému?) sladit s již vytvořenými schématy (Jak informace o problému souvisí se systémem mých odborných znalostí?). Jakmile naleznou správnou souvislost, mohou rychle vybavit z paměti a realizovat problémovou strategii. Z toho vyplývá, že odborníci jsou schopni vyvíjet činnost směřující dopředu od dané informace (Co vím?) k nalezení neznámé informace (Co potřebuji zjistit?) tím, že realizují správný sled kroků založený na vybavených strategiích, které jsou uloženy v podobě schémat v dlouhodobé paměti (Chi, 1982).

Zvažme např. způsoby, jak lékař-odborník a lékař-začátečník zachází s pacientem, který má řadu příznaků. Začátečník si není jistý, co z nich vyvodit, a poněkud namátkově nařídí dlouhé a nákladné série různých vyšetření v naději, že s tímto množstvím nalezených informací bude schopen učinit správnou diagnózu. Na druhé straně u zkušenějšího lékaře je pravděpodobnější, že příznaky okamžitě seřadí do diagnostických kategorií. Zažádá pouze o malé množství vysoce cílených testů, aby z omezeného počtu možností vybral správnou diagnózu, a pak svou činnost zaměří na léčbu rozpoznané nemoci.

Zdá se, že začátečník stráví relativně málo času při snaze reprezentovat problém a svou činnost směřuje směrem zpět od neznámé informace (Co potřebuji zjistit?) k informaci dané (Jaká informace se nabízí a jaké znám strategie, které by mi mohly pomoci najít chybějící informaci?). Začátečníci často aplikují analýzu prostředků a cílů (Hunt, 1994; připomeňme, že Newell a Simon tuto strategii popsali jako heuristiku pro řešení dobře vymezených problémů). Oproti odborníkům tak zvažují více možných strategií (Holyoak, 1990). Analýza prostředků a cílů slouží odborníkům pouze jako strategie záložní, ke které se uchylují pouze tehdy, když nejsou schopni vybavit si vhodnou strategii založenou na již vytvořených schématech.

Odborníci nemají jen více znalostí, ale mají je také lépe zorganizované, což jim umožňuje je lépe využívat. Kromě toho, schémata odborníků neobsahují pouze více deklarativních poznatků o problémech, ale i více procedurálních poznatků o strategiích relevantních dané doméně (oblasti činnosti experta). Odborníci mnohem výstižněji předvídají náročnost řešení problémů, což je pravděpodobně díky lepšímu porozumění požadovaným strategiím (Lesgold, Lajoie, 1991). Rovněž své strategie řešení problémů v průběhu práce monitorují, sledují pečlivěji než začátečníci (Schoenfeld, 1981).

#Automatické odborné postupy

Během praxe v používání strategií dochází k zautomatizování různých činností, které pak lze dále lehce vybavovat a provádět (VanLehn, 1989). Během procesu schematizace (vyvíjení bohatých, vysoce organizovaných schémat) a automatizace (ustalování sledů jednotlivých kroků do jednotných běžných procesů, které vyžadují malou nebo žádnou vědomou kontrolu) mohou odborníci přesunout zátěž vznikající při řešení problémů z omezené kapacity pracovní paměti do neomezené kapacity dlouhodobé paměti, čímž budou v rostoucí míře jejich výsledky vysoce efektivní a přesné. Uvolnění kapacity jejich pracovní paměti jim umožní lépe monitorovat postup řešení a jeho přesnost. Začátečníci musí oproti tomu používat svou pracovní paměť, aby udrželi množství charakteristických znaků problémů a různých možných alternativních strategií, proto mají méně místa v pracovní paměti pro sledování své přesnosti a pokroku v řešení úlohy.

Dobrý příklad toho, jak automatizace zvyšuje výkon, podávají studie čtení. Wagner a Stanovich (1996) se zabývali otázkou expertního výkonu ve čtení ve snaze vysvětlit individuální rozdíly. Proč jsou někteří lidé, zejména děti učící se číst, ve čtení lepší než ostatní? Poukázali, že čtení (v angličtině) zahrnuje dva odlišné procesy: a) proces přeměny z ortografického kódu (souvisejícího s vizuálním vzhledem písmen) na kód fonematický (souvisí se zvukovým záznamem jazyka); b) proces založený na fonematickém slovním rozpoznávání. Část rozdílů ve schopnosti číst je tedy pravděpodobně způsobena tím, že v průběhu procvičování čtení dochází postupně k automatizaci procesu přeměny ortografického kódování slov do kódování fonematického (Samuels, R. J. Sternberg, Wagner, 1982).

Na druhé straně, proces automatizace vlastně může brzdit řešení problémů v situaci, kdy se odborníci vypořádávají s problémy, které se strukturálně liší od problémů, se kterými se obvykle setkávají (Frensch a Sternberg, 1989). Začátečníci mohou zpočátku podat lepší výkon, jestliže se problém jeví od normy strukturálně odlišně. Nicméně výkony odborníků je časem většinou doženou a překonají (Frensch a Sternberg, 1989; Lesgold, 1988), pravděpodobně díky bohatě rozvinutým schématům a jejich zvýšeným schopnostem sebemonitorování. (Tabulka 11.4 shrnuje různé charakteristiky odborného řešení problémů.)

Tab. 11.4: Co charakterizuje odbornost?

#Vrozené nadání a získané dovednosti

Ačkoli je pro experty vysoce precizní znalostní základna (báze) v určité oblasti stěžejní, přetrvávají rozdíly, které jsou pouze z hlediska úrovně znalostí nevysvětlitelné. Existuje významná debata o tom, zda rozdíly mezi nováčky a odborníky a mezi jednotlivými odborníky navzájem jsou způsobeny vrozeným nadáním, nebo množstvím a kvalitou praxe v duchu hesla „Žádný zkušený z nebe nespadl“ (viz Ericsson, 1996; Sloboda, 1996; R. J. Sternberg, 1998). Praxe by měla být záměrná a měla by raději zdůrazňovat osvojování nových dovedností než mechanické opakování toho, co zacvičovaný odborník již ví. Nicméně, někteří badatelé obhajují alternativní přístup, který uznává význam praxe v budování znalostního a dovednostního základu odbornosti, současně však zdůrazňují význam talentu. Interakce mezi vrozenými schopnostmi a zkušenostmi je široce akceptována jak v oblasti učení se jazyku (viz kap. 9), tak i v dalších oblastech.

Jak upozornil R. J. Sternberg (1996), spousta vědců minimalizuje podíl talentu na výkonu experta tím, že tento pojem nepokládají za odborný termín. Máme zde tedy termín, který lidé obecně značně používají, ale jemuž chybí adekvátní a empiricky ověřitelné vymezení.

Zdá se, že genetické dědictví způsobuje rozdíly v nabývání přinejmenším některých druhů odborných znalostí, např. při výzkumu dědičnosti (specifických) poruch čtení byl zjištěn velký vliv genetických činitelů (viz DeFries, Gillis, 1993; Olson - v tisku). Kromě toho se Wagner a Stanovich (1996) domnívají, že rozdíly ve fonematickém uvědomování, které jsou spojeny se schopností číst, by mohly být činitelem, v němž jsou individuální rozdíly čtenářského výkonu (v angličtině) přinejmenším částečně genetické. Dříve jsme zmínili, že procvičování čtení může zlepšovat automatizaci přeměny ortografického kódu na fonematický. Oproti tomu Wagner a Stanovich tvrdí, že fonematické schopnosti nejsou ovlivňovány rostoucí praxí a že nedostatky ve čtení se vztahují k fonematickým schopnostem. Nejlepším kandidátem na genetický faktor nadání pro čtení může tedy být určitý aspekt složky fonematického uvědomování.

Přestože praxe má velký vliv na růst odbornosti, ve světě silné konkurence mohou podle Shiffrina (1996) k individuálním rozdílům značně přispívat genetičtí činitelé.

Aplikace odborných (expertních) přístupů na řešení problémů vyžaduje zaměřit se na jediné správné řešení z široké škály možností. Doplňující předností je tvořivost, kdy osoba rozšiřuje rozsah pro zvážení nikdy předtím neprozkoumaných možností. Abychom byli schopni odpovědět na složitou otázku, musíme spoustu problémů řešit pouze tím, že budeme vymýšlet a objevovat strategie.