Starrheit im Problemlöseverhalten

1. Fragestellung

Hintergrund

Diese Untersuchung beschäftigt sich mit dem menschlichen Problemlöseverhalten und wurde im Rahmen einer Einführungsveranstaltung in die Psychologie von den Seminarteilnehmern zusammen durchgeführt. Es wird angenommen, dass Menschen dazu tendieren, eine eingeübte und bewährte Lösungsstrategie immer wieder anzuwenden – auch wenn eine andere Lösungsstrategie wesentlich einfacher und schneller zum Ziel führen würde. Dieses Verhalten nennen wir Starrheit im Problemlöseverhalten. Weiterhin soll bei diesem Experiment der Einfluss von Zeitdruck auf das Lösungsverhalten untersucht werden. Es wird vermutet, der Zeitdruck verstärkt die angenommene Starrheit beim Problemlösen noch zusätzlich.

Hypothesen

Die Untersuchung basiert auf den folgenden beiden Hypothesen:

1. Menschen behalten beim Aufgabenlösen eine vorher eingeübte Lösungstechnik auch dann bei, wenn die Aufgaben nach einer einfacheren, weniger umständlichen Methode gelöst werden können (Hypothese der Starrheit beim Problemlösen).

H₀: Eine vorher eingeübte Lösungstechnik hat keinen Einfluss auf das Lösen weiterer Probleme der gleichen Art.

H₁: Eine vorher eingeübte Lösungstechnik steht mit dem Finden neuer, einfacherer Lösungswege bei weiteren Problemen dieser Art in einem negativen Zusammenhang.

2. Die „Starrheit beim Problemlösen“ wird durch Zeitdruck verstärkt.

H₀: Zeitdruck hat keinen Einfluss auf die Starrheit beim Problemlösen.

H₁: Zeitdruck steht mit Starrheit beim Problemlösen in einem positiven Zusammmenhang

Messinstrument

Definitionen

Innerhalb dieses Versuchskonzepts benutzen wir den Begriff Set-Bildung, worunter wir das „Einschleifen“ einer bestimmten Lösungsstrategie verstehen. Wenn mehrere Probleme der gleichen Art mit einer einzigen Lösungsstrategie zu lösen sind entsteht bei dem Problemlöser ein Set zu diesem Problem – also diese Lösungsstrategie wird mit Problemen dieser Art automatisch in Zusammenhang gebracht und angewendet. Bei der Set-Bildung wird also zu einer bestimmten Art von Problemen ein Set von spezifischen Lösungsstrategien gebildet.

Konzeptspezifikation

Abb. 1. Versuchsplan

Wir wollen unsere Hypothesen anhand eines zweifaktoriellen Versuchplans überprüfen. Die gewählte Lösungsstrategie zu einem Problem ist für die Überprüfung der Hypothesen von entscheidener Bedeutung und soll deshalb als abhängige Variable operationalisiert werden. Um verschiedene Lösungsstrategien zu einem Problem erfassen und unterscheiden zu können haben wir als Problem verschiedene mathematische Aufgaben der gleichen Art gewählt. Die verschiedenen Lösungswege, die zur Lösung angewendet werden können, sind hierbei die verschiedenen Lösungsstrategien. Hierbei werden den Probanten zehn einfache Rechenaufgaben gestellt von denen die letzten fünf die Messung sind. Die ersten fünf Aufgaben sollen Ausprägungen der unabhängigen Variable erzeugen. Die eigentliche Messung erfolgt also anhand der Auswertung der Lösungswege von mathematischen Aufgaben. Es werden hierfür mathematische Aufgaben gewählt, bei denen drei Wasserkrüge angenommen werden, die je nach Aufgabe unterschiedliche Mengen an Wasser aufnehmen können (z.B. Krug A 21 Liter, Krug B 130 Liter und Krug C 3 Liter). Mit diesen Krügen soll dann eine bestimmte Menge Wasser abgemessen werden (z.B. 100 Liter). Die drei verschiedenen Krüge können über einen Wasserhahn beliebig oft gefüllt werden. Es soll ein Weg gefunden werden, die erfragte Menge Wasser mit den drei Krügen abzumessen. Dieser Weg soll dann als Formel angegeben werden. Um 100 Liter mit den Beispielkrügen abzufüllen ist es notwendig Krug B komplett zu füllen und aus Krug B dann einmal Krug A und drei mal Krug B abzuschöpfen – der Lösungsweg läßt sich mit der Formel B minus A minus 3C („B – A – 3C“) angeben. Somit können bei diesen Aufgaben dann einfache Lösungen (z.B. „A + C“ oder „B – A“), komplizierte Lösungen (z.B. „B – 2C – A“) und falsche Lösungen unterschieden werden. Die letzten fünf Aufgaben sind also das Messinstrument. Aufgabe 6 und 7 können mit beiden Lösungswegen („einfache Lösung“ und „komplizierte Lösung“) gelöst werden. Die achte Aufgabe ist eine kritische Aufgabe. Sie kann nur mit einem einfachen Lösungsweg („A+ C“) gelöst werden. An dieser Stelle zeigt sich dann erwartungsgemäß die Starrheit beim Problemlösen. Die letzten beiden Aufgaben sind wieder mit beiden Strategien zu lösen. Hieran läßt sich jetzt ablesen, ob die Versuchspersonen ihre alte Strategie wieder aufnehmen oder jetzt auch nach einfachen Lösungswegen zu suchen beginnen.

Auf. Nr.	Aufgabenserie für E₁ und E₂			Abzumessende Menge	Lösungsweg	Aufgabenserie für K			Abzumessende Menge	Lösungsweg
	Aufgabenserie für E₁ und E₂					A	B	C
	A	B	C			A	B	C
1	20	57	2	33	B-A-2C	23	7	53	33	C-A-2B/A-B
2	5	58	9	35	B-A-2C	17	5	49	35	C-A-2B/A+B
3	5	48	8	27	B-A-2C	43	9	91	27	A-B
4	3	69	4	58	B-A-2C	17	6	39	58	C-A-2B
5	11	42	6	19	B-A-2C	25	8	74	19	C-A-2B/A+B
6	7	38	8	15	B-A-2C/A+C	7	38	8	15	B-A-2C/A+C
7	4	17	3	7	B-A-2C/A+C	4	17	3	7	B-A-2C/A+C
8	9	29	6	15	A+C	9	29	6	15	A+C
9	17	37	3	14	B-A-2C/A-C	17	37	3	14	B-A-2C/A-C
10	9	30	4	13	B-A-2C/A+C	9	30	4	13	B-A-2C/A+C

Tabelle 1. Die Aufgabenserien für die Gruppen E1 und E₂ und für die Kontrollgruppe

Operationalisierung

Deshalb konstruieren wir die abhängige Variable „Lösungsweg“ mit den Merkmalsausprägungen „einfache Lösung“, „komplizierte Lösung“ und „keine/falsche Lösung“ um verschiedene Lösungsstrategien zu einem Problem unterscheiden und messen zu können. Diese Variable soll nun zweifaktoriell von den unabhängigen Variablen „Set-Bildung“ und „Zeitdruck“ beeinflusst werden. Die Variable „Set-Bildung“ kann dann die Merkmalsausprägungen „mit Set-Bildung“ und „ohne Set-Bildung“ annehmen, die Variable „Zeitdruck“ die Ausprägungen „mit Zeitdruck“ und „ohne Zeitdruck“. Wir operationalisieren die Variable „Set-Bildung“ indem wir den eigentlichen Aufgaben, die als Messung dienen, fünf Aufgaben voranstellen. Wenn diese fünf Aufgaben nur nach einer einzigen und komplizierten Methode lösbar sind (z.B. „B – A – 2C“) nimmt die Variable „Set-Bildung“ die Ausprägung „mit Set-Bildung“ an, wenn die Aufgaben sowohl „einfach“ (z.B. „A + C“ oder „B – C“) als auch „kompliziert“ lösbar sind nimmt sie die Ausprägung „ohne Set-Bildung“ an. Die Variable „Zeitdruck“ operationalisieren wir durch unterschiedliche Arbeitsanweisungen. Die Ausprägung „mit Zeitdruck“ soll durch eine Anweisung, die suggestiv Zeitdruck erzeugen soll, erzeugt werden. Die Anweisung, die die Ausprägung „ohne Zeitdruck“ herstellen soll, ist in einem beruhigenden Stil formuliert.

Untersuchungsdesign

Die Fragestellung der Seminaraufgabe wird also mit einem vorexperimentelles Design bearbeitet. Dem experimentellen Design entspricht die Aufteilung in drei Gruppen. Es wird eine Gruppe E₁ mit dem experimentellen Faktor X₁ = „unter Zeitdruck“ und „mit Set-Bildung“ und eine weitere Versuchsgruppe E₂ mit dem Faktor X₂ = „ohne Zeitdruck“ und „mit Set-Bildung“ gebildet. Die Kontrollgruppe wird mit X₃ = „ohne Zeitdruck“ und „ohne Set-Bildung“ behandelt. In diesem Blindversuch bleiben die unabhängigen Variablen den Versuchspersonen durch die Versuchsanleitung verborgen. Aufgrund der Unmöglichkeit die Bedingungen bei der Versuchsdurchführung mit 16 verschiedenen Versuchsleitern und bis zu 48 verschiedenen Versuchsbedingungen zu kontrollieren sind die Anforderungen an ein experimentelles Design nicht erfüllt. Weiterhin erfordert ein experimentelles Design eine Randomisierung der Versuchsgruppen.

E₁: X₁ --> M

E₂: X₂ --> M

K: X₃ --> M

Abb. 2. Untersuchungsdesign

Stichprobe

Wir haben die Seminarstruktur zur Stichprobenbildung genutzt. Jeder Student der sechzehn Seminarteilnehmer hat drei verschiedene Versuchspersonen befragt, wobei jede Versuchsperson einer der drei Versuchsgruppen (E₁, E₂ oder K) zugeordnet wurde. Es ergab sich somit eine Stichprobe vom Umfang N=48.

Durchführung

Bevor die Seminarteilnehmer den Versuch mit den Versuchspersonen als Versuchsleiter durchgeführt haben wurde im Seminar ein Pretest mit den Seminarteilnehmern durchgeführt. Bei der anschließenden Durchführung des Versuchs wurde allen drei Versuchspersonen die folgende Versuchsanweisung vorgelesen:

„Stellen Sie sich vor, es seien ihnen drei Krüge gegeben: Krug A fasst 21 Liter, Krug B 130 Liter und Krug C 3 Liter. Außerdem verfügen Sie über einen großen Wasserbehälter, in den Sie Wasser einfüllen können. Aus einem Wasserhahn können Sie unbegrenzt Wasser zapfen.

Sie sollen nun mit Hilfe der Krüge 1000 Liter abmessen. Sie dürfen die einzelnen Krüge mehrmals verwenden, aber keinen mehr als dreimal. Die Lösung verläuft folgendermaßen:

Sie entnehmen der Wasserleitung mit Krug B 130 Liter, danach schöpfen Sie aus ihrem gefüllten Krug B mit Krug A 21 Liter und danach mit Krug C noch dreimal drei Liter ab. Sie haben somit 100 Liter abgemessen.

Abgekürzt hieße die Lösung:

130 minus 21 minus 3 mal drei oder b minus a minus 3c.“

Den Versuchspersonen, die den Gruppen E₂ und K zugeordnet werden sollen, wird dann die folgende Fortsetzung vorgelesen:

„Sie bekommen nun hintereinander ähnliche Aufgaben, bei denen jedesmal mit Krügen bekannter Größe eine bestimmte Menge Wasser abgemessen werden soll. Insgesamt sind es zehn Aufgaben. Gehen Sie bitte ruhig und überlegt vor. Die Lösungszeit, die ich lediglich zur Vergleichbarkeit mit der ersten Aufgabe festhalte, spielt keine Rolle. Überlegen Sie bei jeder Aufgabe, wie Sie am Besten vorgehen. Wenn Sie die Lösungsmethode gefunden haben, geben Sie das bitte bekannt. Sagen Sie mir bitte die Lösungsformel, etwas wie bei der Aufgabe oben: „B minus A minus 3C“. Arbeiten Sie ruhig und überlegt und ohne auf die Zeit zu achten.“

Die Versuchsperson, die später der Gruppe E₁ zugeordnet wird, wird mit der folgenden Fortsetzung unter Zeitdruck gesetzt:

„Sie bekommen nun hintereinander ähnliche Aufgaben, bei denen jedesmal mit Krügen bekannter Größe eine bestimmte Menge Wasser abgemessen werden soll. Dabei kommt es darauf an, dass Sie die Lösung so schnell wie eben möglich finden . Wenn Sie die Lösungsmethode gefunden haben, geben Sie das bitte bekannt, damit ich die Zeit festhalten kann, die Sie dazu benötigen. Sagen Sie bitte die Lösungsformel, etwa wie bei der Aufgabe oben: „B minus A minus 3C“. Haben Sie noch Fragen? Denken Sie Dran, dass die von ihnen zur Lösung benötigte Zeit hier eine wichtige Rolle spielt.“

Die Aufgaben der beiden Serien werden auf Aufgabenkarten geschrieben. Während die Versuchsperson eine Aufgabe rechnet, wird die Zeit gemessen und aufgeschrieben, die sie zur Lösung der einzelnen Aufgabe gebraucht hat. Die Aufgaben werden nach dem Vorlesen der Versuchsanweisung hintereinander auf den Karten den Versuchsperson vorgelegt. Nach der letzten Aufgabe werden die ausgefüllten Aufgabenkarten zurückgenommen. Anschließend wird den Versuchspersonen der Versuch erklärt. Die Lösungen, die die Versuchsperson auf die Karten geschrieben haben werden jetzt ausgewertet und zusammen mit der Zeit in Protokolltabellen eingetragen.

Datenerfassung

Mit Hilfe der der Protokolltabellen werden die Daten im Seminar auf die einzelnen Versuchsgruppen aufgeteilt und ausgewertet.

Aufgabe	Vpn	Versuchsgruppe E₁			Versuchsgruppe E₂			Kontrollgruppe
Aufgabe	Vpn	Einfache Lösung	Komplizierte Lösung	keine/falsche Lösung	Einfache Lösung	Komplizierte Lösung	keine/falsche Lösung	Einfache Lösung	Komplizierte Lösung	keine/falsche Lösung
6	48	9	38	1	5	43	-	40	8	-
7	48	14	33	1	9	37	2	44	3	1
8	48	31	-	17	36	2	10	48	-	-
9	48	26	20	2	33	15	-	46	2	-
10	48	30	17	1	36	11	1	48	-	-

Tabelle 2. Zusammengezählte Daten von aller Seminarteilnehmer

Datenanalyse

grafische Auswertung

Versuchsgruppe E₁

Grafik 1. X-Achse: Anzahl der Lösungen; Y-Achse: Aufgabennummer

Versuchsgruppe E₂

Grafik 2. X-Achse: Anzahl der Lösungen; Y-Achse: Aufgabennummer

Kontrollgruppe

Grafik 3. X-Achse: Anzahl der Lösungen; Y-Achse: Aufgabennummer

kritische Aufgabe

Grafik 4. X-Achse: Versuchsgruppe; Y-Achse: Anzahl der Lösungen

Beschreibung der Ergebnisse

Bei den Aufgaben sechs und sieben liegt der Anteil an komplizierten Lösungen in den Versuchsgruppen E₁ und E2 immer über 75%. Sogar 89,58% der E₂-Gruppe lösen die Aufgabe sechs mit einer komplizierten Lösung. Die Kontrollgruppe findet hingegen überwiegend einfache Lösungen (Aufgabe 6: 83,33%; Aufgabe 7: 93,75%). An diesen beiden Aufgaben läßt sich schon zeigen, dass die Gruppen, die bei den ersten fünf Aufgaben immer mit dem komplizierten Lösungsschema erfolgreich waren, dieses Schema weiterhin anwenden ohne auf eine einfache Lösung zu achten – also eine neue Lösungsstrategie versuchen. Die achte Aufgabe, die nicht mit der bewährten Lösungsmethode gelöst werden kann, wird von der gesamten Kontrollgruppe richtig gelöst. Nur 64,56% von der E₁-Gruppe und 75% der E₂-Gruppe finden die einfache Lösung. Die Versuchsgruppen E₁ und E₂ haben sogar einen Anteil von 35,42% (E₁) und 20,83% (E₂) an falschen oder keinen Lösungen. In den Aufgaben neun und zehn greifen sogar jedesmal über 20% der Versuchsgruppen E₁ und E₂ wieder auf das komplizierte Lösungsschema zurück und finden eine komplizierte Lösung, die so gut wie nie in der Kontrollgruppe gefunden wird. Aufgabe 9 wird von der Versuchsgruppe E₁ sogar zu 41,67% wieder kompliziert gelöst. Bei den Versuchsgruppen E₁ und E₂ ist der Anteil an falschen oder keinen Lösungen bei Aufgabe 8 vergleichbar hoch mit dem Anteil an komplizierter Lösungen bei den Aufgaben neun und zehn. Diese Tatsache gibt Anlass zu der Vermutung, dass es Versuchspersonen gibt, die bis zum Ende des Tests nicht die Möglichkeit einer einfachen Lösung erkannt haben und deshalb bei Aufgabe acht keine Lösung gefunden haben. Bei den Aufgaben neun und zehn waren sie mit ihrer Strategie wieder erfolgreich. Aufgrund dieser Ergebnisse möchte ich die erste Hypothese annehmen. Die Ergebnisse deuten deutlich auf eine Starrheit beim Problemlösen hin.

Die E₁-Gruppe findet bei den Aufgaben sechs und sieben öfter eine einfache Lösung als die Gruppe E₂. Bei der kritischen Aufgabe ist der Anteil an falschen Lösungen bei der Versuchsgruppe E₁ um 14,59% höher als bei der Gruppe E₂. Bei den Aufgaben neun und zehn ist nun jedoch der Anteil an komplizierten Lösungen bei der E₁-Gruppe über 10% höher als bei der Versuchsgruppe E₂. Diese Umkehrung des Verhältnisses nach der kritischen Aufgabe zeigt, dass bei der Gruppe E₂ ohne Zeitdruck mehr Versuchspersonen durch die kritische Aufgabe gelernt haben nach einfachen Lösungen zu gucken, also weniger Probanten wieder in das alte Lösungsschema zurückfallen. Diese Zahlen deuten also auf einen positiven Zusammenhang zwischen Zeitdruck und der Starrheit beim Problemlösen hin und bestätigen die zweite Hypothese.

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