CC BY
194
О КОНЦЕПЦИИ ИНФОРМАиИОННОГО ПОДХОДА
В ОБУЧЕНИИ
Информационный подход, информационные постулаты, информационная модель,
информационное моделирование, тезаурус, информационная энтропия, знание.
Информационная природа познания позволяет говорить об информационном подходе к проектированию и диагностике образовательных систем, процесса обучения. Информационный подход в образовании следует формировать на базе информационных постулатов, методе информационного моделирования сущности. Цель обучения в этой парадигме - формирование информационной модели мозга учащегося с заданным объемом и качеством тезауруса, развитие его знания как механизма восприятия и извлечения информации из естественных и искусственных сообщений.
Основу разумной деятельности человека обеспечивают информационные процессы возникновения, восприятия, запоминания и извлечения информации [Мозг..., 2010, с. 75-82]. Изучение этих процессов невозможно без привлечения метода информационного моделирования.
Информационное моделирование является основным способом познания информационной природы мира [Пак, 2010, с. 27-28]. Результатом глобального моделирования должно стать построение такой информационной картины мира, которая бы обеспечивала устойчивое прогнозируемое развитие человеческой цивилизации. Частные задачи теории информационного моделирования связаны с построением и изучением моделей информационных процессов. Прикладной аспект информационного моделирования заключается в построении и развитии информационных моделей объектов, событий и человеческой деятельности.
Информационная модель объекта — это зафиксированный его образ на некотором физическом носителе средствами языка в принятой пространственно-временной мере, позволяющий воспринимать приемником (носителем языка) его состояние и закономерности их смены в результате взаимодействия с другими объектами.
Мера — характеристика фиксации фрагмента вселенной в структуре приемника. Для человека мерой для формирования сообщений, фиксации окружающего мира являются пространство и время, которые дают возможность использовать соответствующие им метрики: длину, площадь, объем, вес, силу, знаки, символы и пр.
Пространство — форма существования материальных объектов и событий в сознании человека, характеризует их структурность и очертания. По-видимому, оно полностью адекватно сферической трехмерной структуре нашей нейронной сети (рис. 1).
Нейронная сеть отображает все объекты окружающего мира, а ее трехмерная структура определяет характеристики окружающего пространства. На рис. 1 сегмент нейронной сети, активированный с помощью зрительного канала, зеркально в некоторой пропорции (с некоторым масштабным коэффициентом) отражает все объекты, попадающие в «поле зрения», т. е. в угловой сегмент реального простран-
ства. Таким образом, структура и очертание образа объекта определяются конфигурацией участка нейронной зоны, отражающей и фиксирующей этот объект.
В силу относительности пространства (вернее говорить об относительности расположения человека, его нейронной сети в окружающей среде) принято фиксировать некоторую точку отсчета, относительно которой определяются координаты объекта. Форма и очертание отдельных фрагментов материи измеряются длиной. Сам объект в пространстве может характеризоваться длиной, шириной, высотой. Производными от меры длины стали понятия площадь, объем тела. Кроме длины, важнейшей световой мерой в пространстве является цвет.
Меры звука происходят от физических характеристик звуковой волны: частоты, амплитуды и фазы. Это громкость, высота, тембр и др. Меры вкуса и запаха определяются ощущениями вкусового и обонятельного органов чувств.
Рис. 1. Пространство - форма существования материальных объектов
и событий в нейронной сети
Большой спектр составляют тактильные меры: плотность, вес, температура и др. Измерение признаков объекта - длины, площади, объема, веса, температуры и пр. — проводится опытным путем, с помощью различных средств измерений, например, весов, термометра. Значения этих признаков называют данными. Данные объекта меняются с течением времени. Их фиксация в некоторый момент времени определяет состояние объекта. Существование объекта в пространстве и времени — это смена его состояний.
Информационное, моделирование - это процесс построения информационной модели объекта, позволяющей зафиксировать тот или иной уровень познания этого объекта для описания его строения и предсказания его поведения.
Физически каждый образ (мысль) представляет собой определенное состояние одной из зон нейронной сети. Сознание (разум) - это совокупность мыслей, формирование определенных цепочек мыслей.
Примем информационные постулаты.
1. Мир целостен, состоит из частей, обладающих целостностью.
2. Мир колеблется и отражает колебания. Любая ее часть колеблется и отражает внешние колебания.
3. Мир рекурсивен, каждая ее сущность проявляется через саму сущность.
4. Мир цикличен, ее сущности повторяются периодически во времени.
Эти положения являются отражением свойств материи и разума. Действительно, свойства материи проявляются наличием и особенностями разума, что дает основание рассматривать его (разум) с точки зрения этих же постулатов.
Выделим основные принципы преобразования информации в информационных моделях.
1. Суперпозиция (представление сущности на основе комбинаций элементарных базовых сущностей — отражение первых двух постулатов).
2. Рекурсия (прямая и косвенная, определение сущности на основе этой сущности — отражение третьего постулата).
3. Цикличность (многократное переопределение сущности по циклической спирали - отражение четвертого постулата).
Подобно тому как качественно различные материальные тела складываются из относительно небольшого числа типов элементарных частиц, точно так же из небольшого числа базовых понятий и элементарных правил преобразования информации формируются сложные, информационно емкие понятия и правила преобразования сложной информации.
Можно выделить три подхода к созданию информационных моделей: структурный, системный, объектно-ориентированный.
Неизменную сущность, фундаментальную основу информационной модели называют структурой.
Выделяют три базовые информационные структуры: линейную, иерархическую и сетевую.
Любую структуру информационной модели окружающего мира можно отобразить в виде комбинации эти трех базовых структур на основе вышеназванных принципов преобразования информации (суперпозиции, рекурсии, цикличности).
В этом заключается сущность структурного подхода.
Системный подход является частным случаем структурного подхода и основан на понятии система. Системой называют совокупность некоторых элементов, находящихся между собой во взаимодействии. Элемент - это компонент системы, рассматривающийся далее как неразложимый. Взаимодействие между элементами системы — такая существенная взаимосвязь между ними, которая позволяет установить границу системы как целостной сущности. Относительно устойчивые взаимосвязи и взаимодействия между элементами определяют структуру системы. Информационное моделирование на основе системного подхода позволяет строить информационные модели систем. Систематизация и классификация объектов, событий, понятий в каждой научной области являются основными методами системного подхода.
Информационные модели структуры или системы состоят из объектов. В структурном и системном анализе объект определяют как множество экземпляров, имеющих одни и те же характеристики и подчиняющиеся одним и тем же правилам. Экземпляром называют представление предмета реального мира с помощью некоторого набора его характеристик (признаков), существенных для решения данной информационной задачи.
Представление объектов в формате «признаки — состояние — поведение» позволяет описывать их унифицированно. Примером реализации объектного подхода служит парадигма объектно-ориентированного программирования.
Сам разум можно представить одной из информационных структур [Пак, 2008, с. 26-30].
Известно, что основу разумной деятельности человека составляет память. Память — это человеческий орган, основанный на нейронной сети. Сигналы, поступающие от органов чувств и других органов, возбуждают некоторые нейроны и фиксируют связи между ними. Совокупность возбужденных нейронов представляет физический образ отражаемых сигналов. Активированные образы в чувственных зонах нейронной сети обеспечивают человеку воображение окружающего мира и его отдельных частей.
Неудовлетворенность организма откликом на свой запрос (программным кодом образа, извлеченного мозгом из памяти) заставляет разум извлекать извне сигналы. Новые сигналы меняют (обогащают) образы, накопленные в памяти, и улучшают качество удовлетворения запросов от органов человеческой системы. Чем дольше эксплуатируется нейронная зона (образ), тем выше энергетический уровень ее возбуждения, тем ярче и дольше сохраняется этот образ в неактивном состоянии. Таким образом, понятия оперативной, кратковременной и долговременной памяти следует связывать с уровнем возбуждения и состоянием заданных участков нейронной сети.
Следует предположить, что память представляет совокупность линейных, иерархических и циклических структур образов окружающего мира, базовыми вершинами которых являются наследственные образы (коды), регламентирующие поведение соответствующих человеческих органов.
Внешние сигналы, полученные органами чувств, а также внутренние сигналы мыслительного процесса постоянно активируют нейроны согласно определенной структуре, соответствующей образу объектов, событий, действий или понятий.
Вся нейронная сеть отражает целостную информационную картину мира. В ней реальное отображение фрагмента окружающего мира (объекта, события, действия) — это процесс последовательной смены во времени активированных состояний некоторой совокупности нейронов, зависящих от поступающих внешних и внутренних сигналов.
Таким образом, в памяти фиксируются образы объектов, событий (объектно-со-бытийная зона), действий (программная область), понятий (понятийная зона).
В каждой из них есть циклические структуры (цельные образы) и развивающиеся фрактальные структуры. Например, цифры и буквы - это фиксированные неизменные образы. Образы понятий иерархичны либо рекурсивны и являются развивающимися.
Все слова языка в текстовой и звуковой формах также сохраняются в понятийной зоне. Аудиальные образы слов являются первичными, они формируются раньше зрительных с младенческого возраста (согласно эволюционному процессу). На их основе происходят сцепки и ассоциативные связи с текстовыми словами. Поэтому слова для восприятия мы озвучиваем про себя (или вслух), как при написании текста, так и при его чтении.
Рассмотрим информационную модель разума на примере одного органа (рис.2). Орган, находясь в положительном или отрицательном состоянии (соглас-
но 2-му постулату), посылает запрос мозгу в виде короткого стимула, который имеет некий образ в памяти мозга. Этому образу соответствует управляющий код (программа), который определяет поведение органа. Выполняя свои функции, орган взаимодействует с окружающей средой, из которой извлекаются нашими органами чувств сигналы, которые распознаются и обогащают образы в памяти. Происходит накопление опыта, или, другими словами, эмпирическое обучение.
Рис. 2. Схема циркулирования информационных сигналов для отдельного органа
Мышление (мыслительный процесс) заключается в том, что мозг под управлением какого-либо кода из своей зоны активирует определенным образом (логично, последовательно или хаотично) образы нейронной сети. Тем самым: а) закрепляя и усиливая образы (долговременное запоминание), которые давали органам наилучший или наихудший способ их функционирования; б) формируя новые образы, на основе имеющихся путем суперпозиции, рекурсии, цикличности. Если по сформированному мыслительным способом образу (теория) будет осуществляться управление организмом и отклик будет положительным или отрицательным, образ запомнится. Происходит обогащение образов, или когнитивное (абстрактное) обучение.
Образы в нейронной сети со своими кодами образуют тезаурус как совокупность отраженных и зафиксированных образов объектов, событий, действий и понятий, связанных с управляемыми кодами (алгоритмами) для функционирования всех человеческих органов, а также образов мыслительных процессов, полученных путем информационных преобразований (суперпозиции, рекурсии, итерации).
Восприятие человеком окружающей среды происходит путем распознавания сигналов и сообщений (как естественных, так и искусственных).
Восприятие - это целостное отражение объектов и событий объективного мира при их непосредственном воздействии на органы чувств. Развитие восприятия имеет большое значение для познания, научной и учебной деятельности.
Стимуляцией для мозга как устройства управления извлечь из памяти некоторый сохраненный код (образ, предшествующий опыт) являются некоторая проблема, угроза, неопределенность, потребность.
Неопределенность, проблема (с точки зрения психологии цель, мотивация) возникают как формирующийся в оперативной памяти мозга образ, полученный
с помощью сигналов из окружающей среды и запросов организма, который не может быть распознан с достаточной степенью полноты. Степень распознавания формирующего образа или его неопределенность (энтропия источника сигналов) зависят от наиболее близкого к нему кодового образа из тезауруса человека. Согласно этому образу мозг осуществляет управляющие воздействия: на органы чувств с целью извлекать из окружения новые сигналы, чтобы снимать неопределенность; на выходные устройства с целью осуществления деятельности, в результате которого возникают сигналы от объекта неопределенности.
Таким образом, информационное взаимодействие с окружающей средой происходит в рамках замкнутого непрерывного цикла. Человек осуществляет деятельность, чтобы извлекать информацию из окружающего мира, воспринимает ее, запоминает, использует запомненную информацию для последующей деятельности.
Интерпретация сообщения происходит путем распознавания его образа прямым способом (тезаурусное распознавание), и / или косвенно, путем мыслительного процесса. Сложность сообщения Н (его неопределенность или информационная модель источника сообщения) определяется сложностью его распознавания, т. е. содержимым тезауруса и возможностью на его основе строить сложные образы информационным путем. В более употребительном виде логично назвать способность человека осуществлять мыслительный процесс по интерпретации сообщения, т. е. выстраивать информационную модель образа сообщения, знанием.
Следовательно, с информационной точки зрения обучение можно характеризовать тремя параметрами: объемом и содержанием тезауруса, а также качеством знания.
При этом объем тезауруса измеряется количеством отраженных и запомненных в памяти образов информационных моделей объектов, событий. Содержание тезауруса оценивается с помощью информационной энтропии, а качество знания — количеством и глубиной суперпозиции, рекурсии и цикличности базовых сущностей образов (информационных моделей) объектов, событий и действий.
Объем объектно-событийного тезауруса — это количественная характеристика, определяющая суммарный объем всех образов объектов и событий. Единицей измерения тезауруса может служить бит. Объем каждого образа — это информационный объем его кода, представленного в двоичном алфавите. Его целесообразно измерять с помощью специальных распознавателей, не требующих мыслительных процессов. Измерить личностный тезаурус предметной области отдельного человека — означает определить количественно уровень его соответствия эталону.
Содержание объектно-событийного тезауруса — это величина, обратная его информационной энтропии, равная сумме энтропии всех образов. В свою очередь, энтропия отдельного образа складывается из энтропий его свойств или состояний. При этом энтропия отдельного свойства определяется по формуле Хартли Н = LlOg2 1М, где N — число возможных дискретных состояний объекта по заданному свойству либо количество возможных состояний, в которые может перейти некоторый объект из заданного фиксированного состояния.
Сложнее определить объем и содержание образов понятий. Целесообразно объем понятия оценивать количеством образов, обобществленных в этом поня-
тии, а содержание понятия определять как сумму энтропий каждого образа, обобществленного в этом понятии.
Гораздо проще оценить образы действий: их объем — это количество элементарных операций, входящих в действие, а содержание — глубина суперпозиции, рекурсии и итерации, образующих действие как структурную целостность из элементарных операций.
Измерить знание человека — означает оценить его способность правильно интерпретировать сообщения с заданной энтропией. Уровень снятия неопределенности задачи или некоторой ситуации можно использовать для оценки знания.
Информационный подход не вступает в противоречие с компетентностным [Зимняя, 2003, с. 34—42] или деятельностным [Леонтьев, 1975] подходами. Действительно, тезаурус в информационном подходе является аналогом понятия «компетенция», а знание — «компетентность». А деятельностные образы тезауруса — это замороженные коды деятельности всех органов человека. Поэтому нет необходимости их противопоставлять. Выскажем тезис: все подходы (информационный, компетентностный, деятельностный, ЗУНовский) эквивалентны по отношению к процессам и результатам обучения в силу информационной природы познания и обучения. В каждой конкретной ситуации более разумно использовать тот или иной подход.
В некоторых случаях информационный подход облегчает формализацию понятийного аппарата, упорядочивает информационную картину мира, дополняет дидактику информационными процессами обучения, а методы дидактики вооружает информационными методами.
Библиографический список
1. Зимняя И.А. Ключевые компетенции — новая парадигма результата образования// Высшее образование сегодня. 2003. № 5.
2. Леонтьев А.Н. Деятельность. Сознание. Личность. М.: Политиздат, 1975. 304 с.
3. Мозг: фундаментальные и прикладные проблемы / под ред. акад. А.И. Григорьева М.: Наука, 2010. 285 с.
4. Пак Н.И. Информационное моделирование: уч. пособие / Краснояр. гос. пед. ун-т им. В.П. Астафьева. Красноярск, 2010. 152 с.
5. Пак Н.И. Проективный подход как информационный процесс: монография / Краснояр. гос. пед. ун-т им. В.П. Астафьева. Красноярск, 2008. 112 с.
