WA

TU_Wien-Wissenschaftliches_Arbeiten_SE_(diverse)_-_Wissenschaftliches_Arbeiten_Inoffizielles_Skriptum.pdf

Wissenschaftstheorie

Verwandt mit Erkenntnistheorie

Definition

Aufklärung → Moderne Wissenschaft

Glaube an Gott → Verstand und Vernunft, Ratio

Immanuel Kant: "Sapere Aude", "Gebrauche deinen Verstand"

Ziel der Wissenschaft

"Warum ist etwas so?"

Erkenntnissgewinn

= Gewinnung von objektiver, wissenschaftlicher Erkenntnis

= begründetes Wissen erlangen

= Beantworten einer Fragestellung, Problemstellung

= Neugier, "Erkenntnis-Interesse" stillen

= Verstehen von Entwicklungen, Gesetzesmäßigkeiten, Zusammenhängen, komplexe Probleme lösen, optimieren ...

Aktuelle wissenschaftliche Wissensbasis vergrößern, neue Lösungen entwickeln, alte Lösungen verbessern.

Kennzeichen von Wissenschaft

Beobachten, Hinterfragen, Unterscheiden, das Dahinterliegende ergründen

Begründungsanspruch

= rational geführte Argumentation, Begründung, Belegung von Aussagen, Behauptungen

Mittelstraß: Wenn wir unsere Aussagen gut begründen können, dann können sie in jeder gut kompetent geführten Diskussion Zustimmung finden.

geht über Alltagswissen hinaus

erweitert bestehendes wissen (state-of-the-art), knüpft daran an und schreibt nicht ab

Methodisch Ergebnis und Vorgehensweise reproduzierbar, nachvollziehbar

Reproduzierbar

Relevant für wissenschaftlichen Fortschritt

Objektiv Sachbezogen, Nicht subjektiv, Ergebnisse unabhängig von Forscher

Konsistent Widerspruchsfrei

Stringent Schlüssige, nachvollziehbare Argumentationsfolge

Kritisch Nichts einfach hinnehmen sondern hinterfragen (auch aus der Wissenschaft)

Diskursiv Diskussionen mit diversen Disziplinen, Kommunikation mit Öffentlichkeit

Wissenschaftssprache vs. Alltagssprache

Eindeutige, präzise definierte Begriffe → stringente Argumente

Bedeutung nicht gleich wie aus dem Alltag auch für denselben Begriff

Wörter in Alltagssprache abhängig von Kontext

Nicht-Wissenschaft

= Glauben, Subjektive Meinung (persönliche Präferenz), Handwerk ("Kunstfertigkeit"), Kunst

Praktisches Wissen basiert nicht auf wissenschaftlicher Erkenntnis

Diese Dinge können aber Gegenstand wissenschaftlicher Forschung sein.

Handwerk / Fertigung verwendet Erkenntnisse / Ergebnisse der Wissenschaft, ist selbst nicht Wissenschaft per se.

Gegensätze der Wissenschaft

Esoterik, Populismus, Vorurteile, Alternative Facts, Intuition, Feelings, Verschwörungstheorien, Stammtischgespräche

Warum machen wir Wissenschaft?

Exkurs: Steuerung

Unbelebtes

kann keine Entscheidungen treffen, feste Gesetzmäßigkeiten

keine Steuerungsprobleme

Belebtes

feste Aktionsprogramme

höhere Lebewesen können Lernen, individuelle Entscheidungen treffen, steuern

Warum ist Wissenschaft wichtig?

Weil Alltagswissen nicht mehr ausreicht um in einer komplexen Welt richtige Entscheidungen zu treffen.

Steuerung von Institutionen, Organisationen, Gesellschaften.

Menschen sind in der Lage zu lernen und Entscheidungen zu treffen
Aneignung (= aktive Auseinandersetzung) statt anpassung
nicht mehr determiniert durch Umweltbedingungen (dadurch auch orientierungslos)

Menschen können miteinander sprechen
= symbolische Bearbeitung (nicht mehr das Ding selbst sondern die Idee davon)
Erst durch Sprache wird Wissenschaft und Reflexion möglich.

Dadurch: Wissen über Sprache weitergeben

Erfahrungen austauschen = Lernen ohne zu erfahren.

Wissensbasis erweitern.

auf Erfahrungen der vergangenen Generationen aufbauen

nicht mehr determiniert an Umweltbedingungen

Umgang mit Wissen: Routinemodus vs. Reflexionsmodus

Routinemodus des Alltagsbewusstsein
Funktioniert nur wenn keine Probleme auftreten - Abläufe als Routinen.
Selectiver Blickwinkel, Egozentrisch
Behauptungen ohne Verpflichtung zur Begründung

Reflexionsmodus
Wenn Probleme / Schwierigkeiten auftreten - Problem Bewusst beobachten.
Gezieltes Nachdenken in Sondersituationen wo Handlungszwang reduziert ist.
Ziel: Objektive Erkenntnis, Überwindung des Egozentrismus.
Langsamer aber bessere Problemlösung und Vergrößerung des Handlungsspielraumes.
Behauptungen müssen begründet werden.
Reflexion nur möglich ohne unmittelbaren Handlungszwang

Wissenschaftliche Institutionen

Wissenschaftliche Institutionen = Sonderfall von institutionalisierter Reflexion

Institutionalisierung von Reflexion = Systematische Schaffung von Sondersituationen ohne Handlungszwang

Systematische Untersuchung, Auswertung

Wichtig für die Gesellschaft (Siehe Geschichte der Industrialisierung)

Geschichte der Wissenschaft

Entstehung von Wissenschaft als Welterklärung

Mythos
Erzählungen über gesellschaftliche Themen, Entstehung der Welt zB Schöpfungsmythen.
Reine Überzeugung.
Keine Experten, Mythos als gemeinsame Leistung.

Religion
Viele Menschen auf ausgedehntem Raum haben gemeinsame Mythen gebraucht.
Systematisiert, theologische Welterklärung.
Experten: Herrscher, Priester - Haben ihre Macht mit Religion gerechtfertigt.

Philosophie → Wissenschaft
Das erste mal im antiken Griechenland
Größere Aggregationen (Städte)
Keine Herschende Klasse
Bürgerliche Gesellschaften (Handwerker, Handel, Dienstleistungen)
Lebensmittel verfügbar durch Sklaven oder Handel.
Dadurch:
Loslösung von Religion, neuer Bedarf an Erkenntnis
Experten aber viel Kritik und Diskurs
Mehr Selbststeuerung der Gesellschaft

Industrialisierung, Moderne, Spätmoderne
Zunehmende Bedeutung von Wissenschaft

Einteilung der Wissenschaft

Einteilung nach Gegenstandsbereich durch Begründungsart und Methode

Wissenschafts-Arten

Fragestellung / Problemstellung → Forschung

Formalwissenschaft

Problemstellungen im symbolischen Bereich

Realwissenschaft (Natur oder Kulturwissenschaftlich)

Problemstellungen der realen Welt

Forschungsmethodologie

Forschung

systematisches Suchen nach neuen Erkenntnissen

Wissenschaftliche Methode

= Weg von Frage (Problemstellung) zu Antwort (wissenschaftliche Erkenntnis).

Abhängig von

Forschungsgegenstand (= Gegenstandsbereich der Wissenschaft)

Forschungsfrage

Forschungsgegenstand → Forschungsmethode

Gegenstandsbereiche bestimmen Realitäten, Theorie-Strukturen, Konzepte, Forschungsmethoden

Formalwissenschaft (Deduktiv)

symbolischer Bereich

formale Systeme genutzt für Erkenntnisgewinnung

Realwissenschaft (Induktiv)

Analyse der äußeren Wirklichkeit

Naturwissenschaft (Induktiv)

induktiv, empirisch-quantitativ, experimentell

denotative Theorien → Erklären von Gesetzmäßigkeiten

fixer Gegenstandsbereich, "nomologische Realität"

innerhalb bestimmter Grenzen konstant

Kulturwissenschaften (Induktiv-hermeneutisch)

induktiv-hermeneutisch, empririsch-quantitativ und qualitativ

konnotative Theorien → Verstehen von Zusammenhängen im Kontext

variabler, kontextabhängiger Gegenstandsbereich, "autopoietische Realität"

In Wechselwirkung mit Kontext, nicht determiniert mit Kontext.

offener Entwicklungshorizont

innerhalb bestimmter Grenzen veränderlich

Informatik als Wissenschaft

Informatik lange missverstanden: Teilgebiet der Mathematik.
Formalwissenschaftlich
Laufzeizabschätzung
Formale Verifikation
Realwissenschaftlich
UI / UX
Benchmarking von Algorithmen

Forschung

Systematische Suche nach Erkenntnissen

Grundlagen-Forschung (An Universitäten)
1. Reine Grundlagenforschung
  Allgemein, Methodisches Fundament der Disziplin
1. Anwendungsorientierte Grundlagenforschung
  alles obige + Anregung für praxisrelevante Probleme

Angewandte-Forschung (An Fachhochschulen)
Theoretische Basis für Entwicklung
Ausweitung, Anwendung von Forschungsergebnissen

Entwicklung

Anwendung von Erkenntnissen die produktionsfähig, marktfähig sind

Verfahren und Produkte

Innovation

Radikale Innovation, Disruption

Inkrementelle Innovation, Folgeinnovation

Schließen

Wissenschaftliche Methoden, Methodologie, Herangehensweise

Deduktion
Schluss von Allgemein $\rarr$ Spezifisch
Ableitung, Beweis
- Beispiel
```
1. Alle Bohnen aus diesem Sack sind weiß
2. Diese Bohnen sind aus diesem dem Sack
---------------------------------------
3. Diese Bohnen sind weiß
```
- Beispiel
  Ableitung von einer Aussage aus einem Anderen.
  Ausgangspunkt: Axiome die nicht bewiesen werden müssen.

Induktion
Schluss von Allgemein $\larr$ Spezifisch
Beobachtung einer Regelmäßigkeit, emprirische Methode
Falsifikationsprinzip: Schlussfolgerungen gelten so lange bis sie falsifiziert werden
Aussagen können nicht verifiziert, nur falsifiziert werden
Stichprobenstatistik
Wahrscheinlichkeitsaussagen über Grundgesamtheit durch repräsentativen Stichproben
Unterschiedliche Reichweite von Aussagen
All-Sätze in Naturwissenschaften (universelle Geltung)
Teils-Teils-Sätze in Kultuwissenschaften (nicht verallgemeinerbar, kontextabhängig)
- Beispiel
```
1. Diese Bohnen sind aus diesem Sack
2. Diese Bohnen sind weiß
---------------------------------------
3. Alle Bohnen aus diesem Sack sind (sehr wahrscheinlich) aus dem Sack
```

Hermeneutik
Rekonstruktion von Sinnzusammenhängen, Bedeutungszusammenhängen
Erkenntnis durch sinnhaftes Verstehen
Einzelereignis (Inzidenz) als Hinweis auf allgemeines zugrundeliegendes Muster interpretiert.
Hermeneutischer Zirkel
Ganzes / Allgemeines $\leftrightarrows$ Inzidenz / Teil
1. Allgemeines durch Einzelfälle verstanden
  Vorläufiges (tenatives) Verstehen vom Ganzen durch Einzelfälle
1. Einzelfälle durch bisheriges Verständnis vom Ganzen verstanden
Hermeneutische Spirale
Wiederholung des Zirkels
zb In User-Research, Soziologie

Abduktion (keine Wissenschaftliche Methode des Erkenntnisgewinns)
Eher plausible Vermutungen als Schlussfolgerungen
Braucht Kontext und viel implizites Wissen
zB in der Diagnostik der Medizin, um Forschungsideen zu finden in der Wissenschaft
- Beispiel
```
1. Diese Bohnen sind weiß
2. Alle Bohnen aus diesem Sack sind weiß
---------------------------------------
3. Diese Bohnen sind (sehr wahrscheinlich) aus diesem Sack
```
  Wenn 3 unter der Annahme von 2 wahr wäre, müsste daraus 1 folgen.

Induktion: Emprisch-Quantitativ vs. Empirisch-Qualitativ

Experiment

Italienisch für: Versuch, Probe, Beweis

Beobachten

Hypothese über Zusammenhänge

Experiment

Vorhersage über Ergebnisse
Bestätigung (keine allgemeine Verifikation) - stützt Hypothese
Falsifikaiton - lehnt Hypothese ab (Ablehnung, Veränderung, Störhypothese)

(Oft wiederholen für Statisik)

Statistik

Baseline als Referenz festgelegt

Abhängige Variable - Messung von Output

zB execution time, temperatur, ...

Unabhängige Variable - Messung von Input

zB Algorithmus, CPU Architektur, ...

Empirisch quantitativ

Messbar

Reduktion des Informationsgehalts (zB Ankreuzen von Antworten)

Subjekt-Objekt-Relation: Forscher beobachtet das Beforschte

Experimente, auswertung statistischer Daten

Standardisierte Methoden

Korrelationen (können auch zufällig sein), Baselines, verschiedene Gruppen

Durch repräsentative Stichprobe (Zufallsstichprobe, Klumpenstichprobe, Quotenstichprobe) auf Grundgesamtheit schließen

Theorie (begründete Annahme) aufstellen, dann:

$\small H_0$ : Nullhypothese (Wiederspricht Forschungshypothese)

Es gibt keine Zusammenhänge, Effekte, Veränderungen

$\small H_1$ : Alternativhypothese (Forschungshypothese)

zB Es existiert ein Mittelwert-Unterschied zwischen 2 Gruppen

Deskriptive Statistik

Beschreibend, explorativ-heuristischer Wert

Prüfstatisik, Statistische Signifikanzprüfung

Wahrscheinlichkeit, dass Ergebnis nicht durch Zufall entstanden ist

5%-Niveau-signifikant ist Wahrscheinlichkeit für ein false-positive (Irrtumswahrscheinlichkeit)

Voraussetzungen

Objektivität Ergebniss von Untersuchungsperson unabhängig

Reliabilität Zuverlässigkeit, Exaktheit, Gleichheit von Messinstrumenten

Validität Gültigkeit von dem was gemessen wurde

Empirisch-qualitativ (Induktiv hermeneutisch)

Interpretierbar

Höherer Informationsgehalt (zB Befragte erzählen)

Interaktion zwischen Forscher und Beforschtem

Sinn und Bedeutungsstrukturen

Untersuchung von Erfahrungen und Bedürfnissen

Arbeitet nicht mit empririschen Untersuchungen und Hypothesen

Interpretativ, Analyse von verbalen, nicht numerischen Daten, keine Quantifizierung

Strukturiert, Theoretisch-Methodische Gewinnung von Daten und Auswertung, Begründung

zB Offene interviews, Diskussionsgruppen

"substantive theory"
Theorien nur für einem bestimmten Gegenstandsbereich

"grounded theory"
Generierung von Theorien aus empirisch erhobenen Befunden

Voraussetzungen (Nicht standardisiert, aber "Gütekriterien")

Sachbezogenheit quasi "Objektivität", Intersubjektivität

Reliabilität Ergebnisse Replizierbar

Validität Realitätshaltigkeit - Es muss das richtige untersucht werden

Ingenieurswissenschaften / Design Science

Problem-Löse-Paradigma

Relevante Probleme lösen

Beitrag zur wissenschaftlichen Basis

Entwicklung begründeter Theorien $\rarr$ Erkenntnis

Konstruktion von nützlichen Dingen / Artefakten $\rarr$ Nützlichkeit

Nach Hevner, 2004

Knowledge base $\rarr$

Applicable Knowledge $- \small{\textsf{ Rigor}}\rarr$

Develop and Build thoeries and artefacts $\leftrightarrows$ Evaluate usefulness (repeat this step)
Add to new knowledge to knowledge base

analyse - Vorfeldanalyse, Problemdefinition

build - Konstruktion, Herstellung eines Artefakts
Verschiedene Abstraktionen und Realisierungen
Sprachen für die Domäne
Modelle, Bechreibung eines Domänenausschnitts
Methoden, Algorithmen, Best-Practice Beschreibungen
Implementierungen
$\updownarrow$ (iterativ)

evaluate - Evaluation des Artefakts nach "praktischen Implikationen" (Folgen und Auswirkungen)
Fallstudie, Feldstudie, Kontrolliertes Expeirment, Functional Testing (Black Box), Structural Testing (White Box)
Ziel: Hohe Coverage
Kriterien: Funktionalität, Vollständigkeit, Konsistenz, Genauigkeit, Leistung, Zuverlässigkeit, Nutzbarkeit und Nützlichkeit, Passung zum Kontext, ...

Design-Science Research Guidelines

Design as Artifact

Problem Relevance

Design Evaluation

Research Contributions

Research Rigor

Ingenieruhandeln als Praxis vs. Ingenieurswissenschaft

Design als Praxis

= Routine-Design

Mit bestehendem Wissen etwas wirtschaftliches nach Best-Practice-Artefakten machen

Bastelei ist keine experimentelle Wissenschaft: basiert nicht auf und erweitert nicht Wissensbasis. Evaluiert Ergebnisse nicht

Design als Wissenschaft

= Design Science Forschung / Ingenieurswissenschaft

Bisher ungelöste Probleme innovativ lösen oder Lösungen verbessern

Wissenschaftlich fundierte Lösungsverfahren (Stringenz)

fundierte Evaluation der Ergebnisse

Beitrag zur wissenschaftlichen Wissensbasis

Verifikation richtige Entwicklung

Validierung richtiges Endresultat

Evaluation Tatsächliche Nützlichkeit

Ethik in Wissenschaft

Forschungsinteressen vs. Einhaltung von gültigen Normen und Werten

Ethical review Comittees

Hat der Forschungs-Prozess oder -Ergebnis negative Konsequenzen für Menschen, Gesellschaft, Umwelt, ...?

Wurde Forschung durch die Firmen die es finanziert haben beeinflusst?

Geheime Abhängigkeiten oder Verpflichtungen?

Einhaltung wissenschaftlicher Standards

Publikation von unerfolgreichen Ergebnissen?

Code of Ethics

Aufbau einer wissenschaftlichen Arbeit

Forschung $\rarr$ Präsentation

"Problem Definition" - Frage- und Problemstellung

Bestimmt Literatursuche, Vorgehensweise und Methoden, Aufbau der Arbeit, Roter Argumentationsfaden

Beschreibung des Problems, zentrale Frage, Relevanz, Perspektiven

Durchdringen des Problems

Literaturrecherche, Querverweise

Exzerpieren, Lesen, Zusammenfassen

Begrifflichkeiten klären

Anknüpfen an State-of-the-art

Neue Erkenntnisse gewinnen, Methoden durchführen

Begründung für Wahl der Methode

Durchführung des Vorhabens

Darstellung der Vorgehensweise / Resultate

Methodenkombination möglich / sinnvoll

Zusammenfassung der Ergebnisse, Schlussfolgerungen, Ausblick

Wie wurde durch die Wissensbasis erweitert?

Präsentation

Schriftliche Arbeit (Artikel, Buchbeitrag, Buch, Bachelor / Masterarbeit)

Slide-Präsentation

Poster-Präsentation

Richtiges Zitieren

Wissenschaft referenziert State-of-the-art und erweitert sie - plagiiert nicht.

Zitat

übernommener Inhalt, direkt oder indirekt

Quellenverweis im Text

steht nach Zitat je nach Zitierstil

Entweder Kurzverweis, Fußnote, Nummer

Quellenbeleg (Vollbeleg) im Literaturverzeichnis / Quellenverzeichnis

je nach Zitierstil am Ende der Arbeit oder am Ende der Seite

Zitieren mit Quellenverweisen und Quellenbelegen

Zitat

wortwörtliche Wiedergabe

Originalsprache (Übersetzung in Fußnoten)

Paraphrase (indirektes Zitat, sinngemäßes Zitat)

wiedergabe mit eigenen Worten

Verweis auf Ideen und Überlegungen eines anderen Wissenschaftlers

Kollegen erwähnen

Warum zitieren

Richtige wiedergabe prüfen lassen von Leser

Lektüre für Zusatzrecherche bereitstellen

Offenlegen worauf man sich stützt, Anerkennung schenken an Urheber

Zitierstile

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Vancouver-Konvention

IEEE-Editorial-Stil

Chicago-Stil

Geisteswissenschaftliche Zitierweise (vermeiden)

Quellen

Was man zitieren darf

Zeitschriftartikel

Konferenz-Proceedings

Bücher

relevante, seriöse Artikel

Eher vermeiden: Wikipedia, Produktdatenblätter, Manuals