Развитие интуиции и параллельного мышления методом системной динамики

РАЗВИТИЕ ИНТУИЦИИ И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО МЫШЛЕНИЯ МЕТОДОМ СИСТЕМНОЙ ДИНАМИКИ

Интуиция, мышление, чувственное мышление, модельное мышление, абстрактное мышление, последовательное и параллельное мышление, метод системной динамики, средства развития интуиции.

Для человеческого ума недоступна совокупность причин явлений. Но потребность отыскивать причины вложена в душу человека. И человеческий ум, не вникнувши в бесчисленность и сложность условий явлений, из которых каждое отдельно может представляться причиною, хватается за первое, самое понятное сближение и говорит: вот причина.

Л.Н. Толстой. Война и мир, т. 4, ч. 2

В отличие от компьютеров человек не способен просчитывать оптимальный вариант при большом количестве исходных данных, однако он может принимать правильные решения, используя опыт чаще на подсознательном, интуитивном уровне. Игнорирование интуитивного мышления в методических системах предметной подготовки учащихся зачастую препятствует достижению высокой результативности обучения. Желание все учесть, боязнь ошибиться приводят человека к последовательному мышлению, что порой занимает много времени, и нередко к неуспеху (синдром отличника). Многие ученые признаются, что открытиям, успехам в науке они обязаны своей интуиции, эвристическому чутью. Говорят, что выдающаяся деятельность Юлия Цезаря отличалась от других руководителей параллельным стилем мышления. Можно ли развивать интуицию вообще, в предметной подготовке учащихся в частности?

Цель настоящей статьи — сформировать проблемное поле и обосновать возможности компьютерных технологий в развитии предметной интуиции и нелинейного, в частности параллельного, мышления учащихся (на примере естественно-научных дисциплин), с помощью метода системной динамики.

Чтобы ответить на вопрос, как перевести интуицию из разряда «дар» в разряд «навык», необходимо рассмотреть известные в когнитивной психологии исследования сознания, мышления. В первую очередь нужно определиться с сущностью понятия «интуиция».

Интуиция (позднелат. шйийо — «созерцание», от глагола тШеог — пристально смотрю) — чутьё, проницательность, непосредственное постижение истины без логического обоснования, основанное на воображении, эмпатии и предшествующем опыте (из Википедии).

В психологии общепринято следующее определение: интуиция — это способность прямого, непосредственного постижения истины без предварительных логических рассуждений и без доказательств [Психология XXI века, 2003, с. 293].

Однако ни одно из существующих определений практически не объясняет механизм, сущность этого понятия.

Рассмотрим модель мозга, основанную на пространственно-временной структуре памяти [Пак, 2012, с. 48], запоминающей удачные и неудачные действия субъекта в реальной среде в виде комплексных образов (нейронных деревьев) объектов и событий окружающей действительности. Совокупность этих образов следует назвать жизненным опытом.

На рис. 1 представлена схема циркуляции информационных потоков в организме человека. Каждый человеческий орган существует за счет двигательной и эмоциональной деятельности, обеспечивающейся с помощью моторной и эмотивной систем (МС и ЭС). Запоминание удачных и неудачных действий, связанных с положительными или отрицательными эмоциями органа, происходит в моторной и эмотивной памяти (МП и ЭП). Состояние органа зависит от окружающей среды, поэтому нужна еще память, в которой фиксируется динамика образов объектов и событий этой среды. В сенсорной памяти (СП) информация запоминается за счет поступающих сигналов от сенсорной системы (СС). В ней следует выделить оперативную (ОП), кратковременную (КВП) и долговременную память (ДВП).

Рис. 1. Обобщенная структура мозга

Образы моторной, эмотивной и сенсорной памяти взаимосвязаны и образуют комплексный древовидный образ любого действия.

На рис. 2 реальный образ некоторого запомненного действия представлен в виде графа из сплошных линий, связывающих модельные образы из разных видов памяти. Активация образа сенсорной памяти за счет взаимодействия сенсорной системы с окружающей средой (например, встреча с ямой при прогулке по тропинке) вызывает активацию всего нейронного дерева, обеспечивающего реализацию соответствующего действия и проявления эмоции (перепрыгнуть или обойти стороной в зависимости от своего опыта).

эс мс

Рис. 2. Дерево связи нейронных образов в СП, ЭП и МП

Совокупность всех подобных нейронных деревьев образует чувственный или жизненный опыт человека. Накопление этого опыта (обучение) происходит в течение жизни методом проб и ошибок, путем постоянного приспособления и взаимодействия с окружающей средой.

При этом процесс обучения напрямую зависит от предыдущего опыта и от активности и многообразия ситуаций взаимодействия с окружающей средой.

Необходимость коммуникации и обмена опытом формирует и развивает у человека модельное отражение мира, в начале с помощью жестов и звуков, затем материальных объектов-заменителей (камни, ветки и пр.). Большая часть чувственного опыта фиксируется и осознается с помощью его модельного представления. В этой связи следует признать, что актом рождения сознания является появление модельного образа объективной реальности. Запоминание модельных образов происходит в тех же зонах памяти, в которых сохраняются элементы нейронного дерева действий в виде надстроечных к нему нейронных структур. Появление речи, письменности порождает понятийную надстройку уже над модельной областью памяти.

С позиций информационного подхода [Пак, 2011, с. 92] под информацией в рассматриваемом контексте будем понимать совокупность информационных образов объектов, событий и поведения окружающего мира, их моделей и связанных с ними понятий.

Запомненная информация в памяти образует определенную структуру из трех взаимосвязанных ансамблей: образов реальных объектов и событий, образов модельных их представлений и тезауруса (рис. 3).

К примеру, в чувственной зоне памяти формируется образ реального объекта — «луна». Моделью это образа служит рисунок в виде окружности или шара. В понятийном тезаурусе формируются аудиальные и им соответствующие текстовые понятия: луна, круг и шар.

Формирование чувственного, модельного и предметного тезауруса обеспечивается информационными процессами восприятия, запоминания и извлечения информации. Восприятие — это целостное отражение объектов и событий объективного мира при их непосредственном воздействии на органы чувств. Запоминание информации - фиксация связей между нейронами, обеспечивающих формирование совокупности чувственных нервных деревьев с модельной и понятийной надстройками.

Образы реального мира: «луна», «река», «смена дня и ночи»,...

и

Модели образов реального мира: круг или шар, треугольник, маятник или периодическая функция времени, ...

II

Понятийный тезаурус: луна (круг или шар), дельта реки (треугольник), смена дня и ночи (маятник или функция), ...

Рис. 3. Структура запомненной информации в памяти

Извлечение информации — это формирование звукового (речь) или текстового (письмо) сообщения с помощью понятий тезауруса и моделей для вложения в него определенного смысла, связанного с образами реального мира. Обратно, при восприятии неким приемником сообщения происходит декодирование модельно-по-нятийных знаков в образы реальных объектов и событий, обеспечивающих понимание (осознание, осмысление) этого сообщения.

Извлечение и осознание воспринимающей информации происходят в процессе мышления. Мысль — это активированное нервное дерево в памяти. Формирование цепочки мыслей представляет мыслительный процесс. Рассмотренная структура памяти позволяет определить три типа мышления: чувственное (это есть интуиция, подсознание), модельное (ритуальное, образное) и абстрактное (понятийное, логическое). Следует предположить, что качество каждого типа мышления напрямую зависит от объема, содержания и структуры соответствующих зон памяти.

Мыслительный процесс или формирование цепочек мыслей может происходить разными способами: последовательно или параллельно, упорядоченно или стихийно, логично или нелогично, алгоритмично или нет. В соответствии с этим следует различать разные стили мышления. Интуитивный тип мышления реализует параллельный, стихийный, нелогичный и неалгоритмический стили. Модельному типу свойственны последовательно-параллельный и стихийный стили мышления. Абстрактный тип опирается на последовательное, упорядоченное, логическое и алгоритмическое мышление.

Образовательный процесс необходимо нацеливать на формирование и развитие вышеназванных трех зон памяти в части увеличения объема тезауруса, его содержания и упорядочения структуры запоминаемой информации.

Понятийная или абстрактная зона памяти, как правило, формируется в процессе предметной подготовки ученика в школе, затем студента в вузе. Современные методы педагогики и дидактики обеспечивают формирование бытовых и научных понятий различных областей человеческого знания.

Различные способы применения метода моделирования в общем, математического и компьютерного моделирования в частности обеспечивают развитие модельной зоны памяти и модельного мышления.

Однако развитие чувственной зоны в процессе предметной подготовки обучаемого, как правило, остается в стороне. Интуитивное мышление, реализующее параллельный или стихийный стили, во многих случаях является единственно возможным.

О д

В обучении необходимо создать ситуацию, когда студент вынужден сформулировать решение до того, как он успел осмыслить условия задачи, в противовес тому, как раньше учили его принимать решения, опираясь на логику и исходные информационные данные.

Одним из замечательных способов развития интуиции является метод системной динамики. Суть метода можно раскрыть на примере задачи о бумеранге. Когда абориген бросает бумеранг, его мозг решает задачу Коши. Бумерангу надо придать такую скорость и вращение, чтобы он, описав дугу, подбил в своем полете птицу и возвратился к охотнику.

Будущий охотник учится на примерах, методом «проб и ошибок», запоминая удачные пробы. Обучение не сводится к чистому отбору удачных проб (такое число было бы практически бесконечным). Мозг довольно быстро обучается формировать общую картину полета бумеранга. Охотник учится «предвосхищать» события. Так формируется некоторый механизм разума, создающий интуитивную картину «причина - далекое следствие».

Собственно весь жизненный опыт (чувственная зона) человека состоит в формировании подобных интуитивных картин.

Автор задачи Алан Кей говорит о трех методах обучения. Первый — запоминание поучительных историй; иногда они формулируются в виде афоризмов, пословиц и поговорок. Это народные предания, фольклор. Второй — метод логических рассуждений, метод изучения цепочек причинно-следственных связей. Это линейный путь математики и формальной логики. Третий — метод «системной динамики». Метод создания в мозгу интуитивных картин поведения тех или иных объектов и систем, принадлежащих внешнему миру.

Системная динамика — это современное направление в изучении сложных систем, исследующее их поведение во времени и в зависимости от структуры элементов системы и взаимодействия между ними. Как правило, метод системной динамики опирается на имитационное моделирование, позволяющее понять сущность сложной задачи.

К первым, наиболее впечатляющим примерам использования системной динамики следует отнести имитационные модели АУОКЬБ-1,2,3. Они, получившие название глобальных, начали возникать в 70-х годах прошлого века. Наиболее продвинутой оказалась модель АУОКЬБ-З. Ее основное назначение — представить возможные пути достижения экономикой такой численности населения планеты, которая может поддерживаться окружающей средой неопределенно долгое время. Динамика численности населения — интегральная характеристика, которая вбирает в себя множество факторов, некоторые из которых носят случайный характер.

Другой пример — известная компьютерная игра «Хаммурапи». Каждый пользователь выступает в роли Хаммурапи — властителя государства Шумерии. Его задача — засевать землю, собирать урожай и кормить своих подданных. Если они будут сыты, то вы будете править Шумерией год за годом. Если голодны — то подданные поднимут восстание.

В компьютерный вариант задачи встроены генераторы случайностей. Они управляют погодой, которая влияет на урожайность; они могут вызывать моровую язву, которая погубит часть населения; они определяют количество беженцев, которых вы примите в свое подданство; они, наконец, могут вызвать нашествие неприятеля, армия которого имеет непредсказуемую численность.

Играя с компьютером, игрок «кожей начинает чувствовать» смысл различных экономических категорий, оценивать последствия принимаемых решений. Эта иг-

ра учит его манипулировать ресурсами, выбирая разумный путь в житейском море методом проб и ошибок.

Каким образом можно использовать метод системной динамики в процессе предметной подготовки учащихся?

В первую очередь необходимо пересмотреть теорию и практику конструирования задач с использованием компьютерных технологий, поскольку традиционные задачи, как правило, развивают лишь алгоритмическое и логическое мышление.

Например, при изучении элементов теории вероятности и освоении технологий компьютерного моделирования может оказаться полезной задача в следующей формулировке.

Пусть интервал движения автобуса составляет 10 мин. Необходимо экспериментально определить среднее время его ожидания. Путем компьютерного моделирования найти среднее время ожидания транспорта, если имеются два подходящих маршрутных автобуса с интервалами 10 и 15 мин. Изучить зависимость среднего времени ожидания от количества подходящих автобусов, от их интервалов движения.

Подобная формулировка задачи не требует специальных математических знаний. При ее решении важно понять целевую установку и использовать компьютер как инструмент, позволяющий провести любое количество испытаний на основе генератора случайных чисел. В процессе решения подобной задачи формируется чувственный опыт манипулирования случайными процессами.

Можно еще привести пример. Допустим, необходимо найти корни уравнения f(x) = 0. При традиционном подходе сначала изучают методы решения подобных уравнений, затем с помощью них определяют корни. Метод системной динамики предлагает на интуитивном уровне поиск корня методом подбора, используя вычислительные возможности, например, электронной таблицы. Поиск решения можно осуществлять в табличном или графическом виде, анализируя и обучаясь удачным и неудачным шагам. При этом у обучаемого возникает собственный алгоритм, который ему нужно осмыслить и облечь в модельную или понятийную форму. Этому будет способствовать уже доступное изучение соответствующей теории методов решения уравнений.

Примером успешного применения метода системной динамики для развития у обучаемого интуиции и навыка решения задач с помощью динамических тестов-тренажеров показал в своих исследованиях П.П. Дьячук [Дьячук, 2012, с. 103].

Большим подспорьем для развития интуиции учащегося является правильно подобранная и организованная научно-исследовательская поисковая деятельность. Формулировка гипотезы исследования, ее подтверждение или отрицание представляют хорошее дидактическое средство развития интуиции. В связи с этим организация научно-исследовательской и учебно-исследовательской работы студентов и школьников на платформе системной динамики представляет актуальную и значимую психолого-педагогическую проблему.

Особый интерес для развития интуиции человека представляют нелинейные, недетерминированные и параллельные виды деятельности [Сокольская, Степанова, 2012, с. 98] или имитация этих деятельностей, позволяющих формировать мощную по структуре и содержанию чувственную зону памяти. В этой связи большие надежды следует возложить на формирующийся курс «Параллельные вычисления и параллельное программирование» для подготовки будущих учителей и для профильной общеобразовательной школы. Необходимо в предметной подготовке обучаемых использовать недетерминированные, нелинейные (параллельные, рекурсивные и пр.) виды учебной деятельности.

Еще одной интересной проблемой становится поиск информационных и деятельностных средств развития интуиции. Книга годится для передачи информации и знаний на модельном и понятийном уровнях, но не подходит для передачи опыта методом системной динамики. А какие средства нужны для реализации метода системной динамики?

В первую очередь это программы имитационного моделирования. К примеру, программа АпуЪо^с поддерживает разработку и моделирование систем с обратной связью (диаграммы потоков и накопителей, правила решений, включая массивы переменных). Далее, это интерактивные программы случайного или недетерминированного поиска решений с контролем деятельности обучаемого, например динамические тренажеры. Среди электронных источников учебной информации, пожалуй, наиболее приспособленным является динамический трехмерный гипертекст с элементами динамической визуализации информации и знаний, гипермедиа, пространственно-временной топологии баз и банков педагогических данных и знаний [Хегай, 2011, с.20].

Таким образом, на базе обоснованных моделей трехзонной памяти и механизма мышления сформулированы актуальные проблемы исследований в области разработки новых средств обучения методом системной динамики и предложены способы развития интуиции учащегося в процессе его предметной подготовки.

Библиографический список

1. Дьячук П.П. Функциональные компьютерные системы управления деятельностью обучающихся решению задач // Информатика и образование. 2007. № 7. С. 102-104.

2. Пак Н.И О концепции информационного подхода в обучении // Вестник КГ11У им. В.П. Астафьева. 2011. № 1. С. 91-98.

3. Пак Н.И. Пространственно-временная информационная модель памяти // Материалы междунар. конф. «Фундаментальные науки и образование». Бийск, 2012. С. 48—53.

4. Психология XXI века: учебник для вузов / под ред. В.Н. Дружинина. М.: ПЕР СЭ, 2003.

5. Сокольская М.А., Степанова Т.А. Уточнение понятия «параллельный стиль мышления» на основе информационно-деятельностного подхода // Вестник КГПУ им. В.П. Астафьева. 2012. № 1 (19).

6. Хегай Л.Б. Представление научного текста с помощью гипертекстовой технологии // Материалы Российско-корейской науч. конф. Листвянка, 2011. С. 20.