Heuristiek
Definitie
...
Alias:
Zie ook:
Heuristieken
Een heuristiek is een zoekprocédé dat een weloverwogen aanpak van een probleem bevordert. Aldus wordt de kans op het vinden van een bevredigende oplossing vergroot. (Het begrip heuristiek is afgeleid van het Griekse woord heuriskoo: vinden.)
In tegenstelling tot algoritmen, die - mits correct uitgevoerd - gegarandeerd tot de juiste oplossing leiden, vergroten heuristieken slechts de kans op een goede oplossing. Heuristieken hebben het karakter van verstandige adviezen en zijn vooral nuttig voor het helpen oplossen van ingewikkelde, slecht-gedefinieerde problemen.
Bron: Lesgeven en zelfstandig leren, Tjipke van der Veen & Titus Geerligs
- De probleemsituatie wordt nauwkeurig geanalyseerd in termen van wat men precies moet bereiken (als oplossing) en in stappen die nodig zijn om zover te komen;
- Het probleem wordt in een aantal deelproblemen opgesplitst en deze worden successievelijk in de juiste volgorde aangepakt.
Bron: Het didactische werkvormenboek, Piet Hoogeveen & Jos Winkels
Roozenburg en van Eekels beweren dat alle ontwerpmethodieken, die niet tot een algoritme, te herleiden zijn, heuristische methoden zijn. Een algoritme is een eenduidige rij van vragen of opdrachten die in de aangegeven volgorde behandeld moeten worden, dat gegarandeerd leidt tot het bereiken van een duidelijk omschreven type resultaat. De grens tussen een algoritme en een heuristische methode is evenwel niet altijd scherp te trekken, omdat een methode die ten opzichte van een subdoel algoritmisch is, ten opzichte van het hoofddoel heuristisch kan zijn.
Bron: Heuristische methoden, M.H.U. Ubbens, M.A.T.P. Breugelmans
Heuristieken
Garanderen algoritmen bij een juiste toepassing het vinden van de juiste oplossing of het goede antwoord, heuristieken doen dit niet. Wel kunnen ze de benadering van een probleem vereenvoudigen, omdat ze bestaan uit een verzameling aanwijzingen die het vinden van een goede oplossingsrichting bevorderen. De aanwijzing 'herleid een onbekende figuur tot een samenstel van bekende figuren' is bijvoorbeeld zeer nuttig als het gaat om oppervlakteberekeningen of het tekenen van een object. Heuristieken bieden de mogelijkheid ingewikkelde problemen te herleiden tot oplosbare deelproblemen.
Bron: Van leertheorie naar onderwijspraktijk, Tjipke van der Veen & Jos van der Wal
Algoritmen en Heuristieken
Algoritmen zijn vaste paden die je kunt volgen om een probleem op te lossen. Elk kookboek staat vol algoritmen. De auteur begint met het opsommen van de ingrediënten en geeft vervolgens een beschrijving hoe je de ingrediënten moet bewerken om het gerecht klaar te maken.
Bij heuristieken is het pad niet voorspelbaar. Het gaat meer om vuistregels waarmee de kans op succes bij het oplossen van een probleem wordt vergroot. Als je een gerecht in je hoofd hebt, maar er is geen kookboek voorhanden, kun je na gaan denken over een soortgelijk gerecht waarvan je de bereidingswijze wel weet. Of je kunt naar iemand toelopen en het vragen.
Algoritmen
In de bedrijfseconomie zijn volop algoritmes aanwezig. Bij elk vraagstuk hoort een algoritme, namelijk de uitwerking van het vraagstuk. De docentenhandleiding staat er vol mee.
Dat wil zeggen, het algoritme is te vinden door de getallen uit de berekening weg te halen en daarvoor de namen van de grootheden in te vullen.
Als er bij een handelaar bijvoorbeeld staat:
de nettowinst = € 50.000 - € 30.000 = € 20.000, dan is het algoritme doorgaans:
nettowinst = brutowinst - bedrijfskosten.
Het probleem is alleen dat leerlingen en studenten die algoritmen niet kennen. Ten minste dat is de bedoeling. Een vraagstuk moet iets nieuws bieden en dus bevat het een oplossing die nog niet eerder is voorgekomen. En dus een onbekend algoritme.
Soms is het algoritme eenvoudig te achterhalen. Om de studenten op gang te helpen, geeft de auteur vaak een mooi voorbeeld. In het boek staat dan een vraagstuk met een uitwerking. Die uitwerking bevat een algoritme.
Nieuwe vraagstukken kunnen erg veel lijken op het voorbeeld, bijvoorbeeld door alleen de getallen te veranderen. Het algoritme verandert dan niet, en het volstaat om nieuwe getallen in te voeren in het oplossingspad van het voorbeeld.
Daarnaast kan een auteur nieuwe data toevoegen die leiden tot een uitbreiding van het algoritme. Of de auteur kan de wendbaarheid van de kennis testen door de onbekende uit eerdere opgaven een waarde te geven en een van de oorspronkelijke data tot onbekende te verheffen.
In dergelijke wendbaarheidsvraagstukken, moet het algoritme omgegooid worden. Bijvoorbeeld, de opgave kan aangeven dat een handelaar streeft naar een winst van € 25.000 euro en verwacht dat zijn bedrijfskosten € 32.000 zijn. Welke brutowinst is dan nodig?
Het algoritme is nu te vinden door het algoritme uit het eerdere voorbeeld om te draaien:
nettowinst = brutowinst - bedrijfskosten, wordt nu:
vereiste brutowinst = verwachte bedrijfskosten + gewenste nettowinst.
Heuristieken
Maar hoe moet je als leerling / student weten wat je moet doen als je een nieuw vraagstuk onder ogen krijgt?
“Als u het uitlegt, snap ik het helemaal. Maar als ik thuis zelf zo'n vraagstuk moet maken, dan weet ik niet waar ik moet beginnen.” Die wanhopige kreet hoorde ik vaak tijdens mijn lessen.
Thuis heb je een opgave die bestaat uit een heleboel gegevens en een of meer vragen. Soms is de eerste vraag de opstap naar de tweede vraag en soms is die tweede vraag dan weer de opstap naar een derde.
In feite geeft de auteur met die aanpak al een deel van het oplossingspad prijs. In plaats van alleen de einduitkomst te vragen, helpt hij door tussenresultaten te vragen.
Dit betekent dat hij de grote lijnen van het algoritme prijs geeft. De eerste heuristiek is dus kijken hoe de berekening in delen is te splitsen, delen die elk een tussenresultaat opleveren.
“Als ik al die getallen zie, zet ik er alvast wat bij elkaar en dan reken ik alvast iets uit. Dan kijk ik naar de eerste vraag en meestal staat er dan al iets goeds op papier.”, zei een leerling eens.
Ja, zo kan het ook en soms werkt het. Maar het is toch een slechte heuristiek. Het oplossen van problemen kan met betere heuristieken worden aangepakt. De belangrijkste is de SPA-methode.
SPA staat voor Systematische ProbleemAanpak. Dat is een reeks heuristieken waarmee je op een goede manier de fasen kunt doorlopen die nodig zijn om het juiste algoritme te achterhalen.
Oplossen begint met Goed Lezen: waarnemen, aanvullen en interpreteren. Daarna moet je het PAD vaststellen, d.w.z. de weg van de onbekende naar de beschikbare data.
Vervolgens kun je deze weg in omgekeerde richting aflopen. Je hebt dan het algoritme (zie links) achterhaald. Daarmee kun je de berekening uitvoeren.
Oh, ja ook nog even Controleren of alles klopt.
Bron: Algoritmen en Heuristieken
Heuristisch leren
In het omgaan met ‘opgaven’ worden zoek-, denk-, en handelingsstrategieën onderscheiden. Daarbij kan gebruik gemaakt worden van diverse procedures:
(1) Op goed geluk: ‘trial and error’. Niet bewust, niet systematisch, niet doelgericht en daarom eerder een anti-methode;
(2) Algoritmen;
(3) Heuristieken;
(4) Denkregels volgens de logica.
Algoritmen
Algoritmen kunnen worden gedefinieerd als vindregels. Het zijn specifieke bewerkings- en oplossingsmethoden die gekenmerkt worden door hun mechanische karakter: mits juist toegepast, garanderen zij altijd het vinden van het juiste resultaat. Er wordt geen inventiviteit verwacht. Een voorbeeld zijn de regels voor een rekenkundige bewerking als vermenigvuldigen.
Algoritmen zijn slechts voor een beperkt soort opgaven geschikt. Daarom worden ook heuristieken onderscheiden.
Heuristieken
Heuristieken hebben het karakter van zoekregels, vuistregels, handreikingen of verstandige adviezen. Het zijn ‘regels’ op grond waarvan men in een bepaald type situaties effectiever kan handelen. Ze maken ‘verstandig proberen’ mogelijk.
Het is een handelingsstrategie waarbij sprake is van onderzoekend-handelen. In tegenstelling tot algoritmen leiden ze namelijk niet altijd tot succes of het vinden van de oplossing. Gebruik maken van ervaringen, intuïtie en inzicht zijn belangrijke heuristische middelen.
Bron: De leerweg in supervisie - een model voor het geven van leerhulp, Louis van Kessel
Oplossingsproces
Kennis dient goed georganiseerd te zijn in hiërarchische structuren om een bijdrage te leveren aan deskundig probleemoplossen. De gebruikswaarde van kennis kan verhoogd worden door deze geordend in de cognitieve structuur op te nemen en door het frequent toepassen ervan in uiteenlopende situaties. Hierbij is het van belang goed onderscheid te (kunnen) maken tussen oplossingsstrategieën die wel en die niet effectief zijn.
In de leerpsychologische literatuur wordt er een driedeling gemaakt in denkmethoden waarmee een probleem wordt opgelost.
i. Algoritmen zijn oplossingsmethoden voor convergente problemen. Bij juiste toepassing garanderen ze de goede oplossing. Ze automatiseren het oplossingsproces. Ze zijn als het ware voorschriften voor standaardproblemen waarvan de eindsituatie een gesloten karakter heeft. Het opstellen van een algoritme is echter geen eenvoudige zaak.
ii. Garanderen algoritmen bij een juiste toepassing het vinden van de oplossing of het goede antwoord, heuristieken doen dit niet. Wel kunnen ze de aanpak van een probleem vereenvoudigen, omdat ze bestaan uit een verzameling aanwijzingen die het vinden van een goede oplossingsrichting bevorderen. Het belangrijkste element van heuristieken is dat ze de probleemoplosser stimuleren om het probleem vanuit een ander, soms misschien zelfs ongebruikelijk perspectief te benaderen. Als het oplossingsproces blokkeert, omdat er hopeloos wordt vastgehouden aan de toepassing die in vergelijkbare situaties succesvol is gebleken, is er sprake van functionele gefixeerdheid.
iii. Ten slotte zijn er nog algemene denkregels. Hoewel ze minder oplossingsgericht zijn dan algoritmen of heuristieken kunnen ze structuur geven aan denkprocessen.
Het uiteindelijke doel van het aanleren van denkmethoden is de leerling uit te rusten met een arsenaal van mogelijkheden om meer greep te krijgen o peen voor hem nieuw probleem. Wanneer een methode te algemeen is, verliest hij zijn toepassingswaarde voor een concreet probleem. Is de methode daarentegen te specifiek, dan loop je de kans probleemgebonden te worden en is hun transferwaarde gering.
Bron: https://lerarenopleidingengels.files.wordpress.com/2014/02/onderwijskunde-samenvatting-met-leerdoelen.pdf
Heuristiek
Planmatige oplossingsmethode voor een probleem waarbij de kans op een goede oplossing verhoogt, maar niet gegarandeerd kan worden.
Bron: Handwoordenboek Basisonderwijs - Karl Baert, Sofie Bamelis, Hadewych Coppens & Annemie Desoete
Heuristiek
Naast algoritmen spelen ook heuristieken een belangrijke rol. Heuristieken zijn aanwijzingen voor handelingen die de uitkomst waarschijnlijk wel dichterbij brengen maar niet garanderen.
[Voor een schaker is] een heuristiek: "Biedt de tegenstander ruil van een paard tegen loper aan, ga daar dan op in als het de eigen slechte Loper betreft" (Mettes en Pilot, 1980). Heuristieken kunnen zeer algemeen van aard zijn maar ook specifiek voor een vak of een onderdeel daarvan. Het voordeel van algemene heuristieken is dat ze generaliseerbaar zijn over problemen en vakken. Daarentegen geeft kennis van specifieke heuristieken meer kans op succes.
Ter illustratie het volgende. Een algemene heuristiek kan zijn: als een principe niet op het probleem als totaal toegepast kan worden probeer dan het probleem op te splitsen in deelproblemen.
Een meer specifieke heuristiek kan zijn: wanneer een principe niet op een oppervlak als geheel praktisch toepasbaar is probeer dat oppervlak dan in gelijkwaardige samenstellende delen te bekijken.
Bron: Voorwaarden voor het succesvol oplossen van problemen, A.J.M. de Jong & M.G.M Ferguson-Hessler (pdf)
Onderscheid tussen algoritmen en heuristieken
Ten eerste is in het geval van algoritmen gaan men er van uit dat dit een soort probleemoplossingsstructuur is die zorgt voor 100 procent antwoord. Bij heuristieken is dit niet het geval. Ten tweede hebben we bij algoritmen te maken met bepaalde begrippen die binnen een bepaald domein behoren. Heuristiek is een bepaald feit, maar geeft geen garanties. Bijvoorbeeld leren voor een examen, meestal betere resultaten. Een heuristiek is een algemene probleemoplossingsmethode. Je komt niet altijd tot een juiste oplossing.
