Умственное развитие и обучение на основе информационных образовательных технологий

УДК 159.92:378.147 УМСТВЕННОЕ РАЗВИТИЕ И ОБУЧЕНИЕ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Алексеев В.И., Чередниченко А.И.

Показаны ступени отражения действительности и эффективность использования структурированной информации. Для доказательств роли логической структурированности представлены используемые в когнитивной психологии модели и схемы поиска информации на основе пропозиционных сетей, обобщенные схемы репрезентации действия. Из которых следует, что полная ориентировочная основа действий для каждой области деятельности в мышлении представляется отдельной когнитивно-репрезентативной структурой. Такие структуры складываются в процессе жизнедеятельности и обучения в сознании человека и отображают формирующуяся у него картину мира, общества и самого себя. При этом умственное развитие осуществляется от общего к частному, что может составить основу отбора содержания и структуры учебных элементов обучающих программ, автоматизированных дидактических программ.

Ключевые слова: информационные образовательные технологии, когнитивная психология, когнитивно-репрезентативные структуры, умственное развитие, естественнонаучный цикл.

INTELLECTUAL DEVELOPMENT AND TRAINING ON THE BASIS OF INFORMATION EDUCATIONAL TECHNOLOGIES

Alekseev V.I., Cherednichenko A.I.

Steps of reflection of reality and efficiency of use of structured information are shown. For proofs of a role of logic structure models used in cognitive psychology and information search schemes on the basis of the pro-item networks, the generalized schemes of a reprezentatsiya of action are presented. It is shown that the full rough basis of actions for each sphere of activity in thinking is represented a certain and cognitive and representative structure. Such structures develop in the course of life and training in consciousness of the person and display the picture which has developed at it of the world, society and itself. Thus intellectual development is carried out from the general to the particular that can make a basis of selection of the contents and structure of educational elements of the training programs, the automated didactic programs.

Keywords: information educational technologies, cognitive psychology, cognitive and representative structures, intellectual development, natural-science cycle.

Задача подготовки компетентных специалистов, поставленная Федеральными государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования имеет эффективное решение лишь при индивидуализации обучения, которая в массовом образовании может быть обеспечена лишь с участием в образовательном процессе компьютера. Целостную и законченную общую теорию образования в условиях все углубляющейся компьютеризации всей человеческой интеллектуальной деятельности создал В.П. Беспалько [1]. Практически со многим изложенным в предложенной теории следует согласиться. Показана, действительно, реальная возможность индивидуализации образования путем персонализации обучения, обеспечиваемой участием в обуче-

нии компьютеров. Особый интерес, естественно, вызывает представленная методика создания обучающих программ для автоматических дидактических систем в рамках, так называемого, программированного обучения.

Многие элементы данной теории находятся в стадии весьма широкого использования в форме модульной рейтинговой системы оценки успешности обучения. Однако осуществленных оценок эффективности таких систем по отношению к развивающему обучению весьма мало. Очевидно, существует несоответствие между тем, что закладывается в качестве целей обучения, содержанием учебных элементов и имеющихся в них потенциалами умственного развития обучаемых. Педагоги вузов могут назвать множество факторов, обуславливающих данную ситуацию. Но на наш взгляд необходимо разобраться в том, какие закономерности должны быть взяты за основу построения автоматизированных обучающих систем.

С точки зрения философско-методологического анализа, в процессе обучения учащимися осуществляется процесс познания, который представляет собой обусловленный развитием общества, исторической практикой процесс отражения и воспроизведения в мышлении взаимодействий субъекта и объекта, результатом которого являются новые знания о мире [2]. Этот процесс осуществляется в соответствии со следующими гносеологическими принципами:

1. отображения;

2. сравнения объектов познания;

3. восхождения от конкретного к абстрактному и нисхождения от абстрактного к конкретному;

4. персонификации. (Особо следует обратить внимание в условиях информационных технологий!);

5. восхождение от абстрактного к конкретному;

6. конкретности истин.

Усвоение любой информации идет в две ступени: сначала чувственное и затем рациональное отражение действительности [2]. Особую роль играет вос-

приятие, являющееся результатом активного деятельностного отношения к внешней среде. Поэтому обучение в процессе общения с компьютером должно быть активным процессом в форме диалога. Он позволяет не только получать информацию, но и одновременно выступает в форме контролера.

Если информация заложена в ЭВМ в сжатом, структурированном виде, то это позволяет быстро и эффективно освоить больший, в отличие от печатной информации, объем. Информационные технологии расширяют возможности интеллектуальных действий в области переработки информации и, следовательно, эти возможности и должны быть использованы при реализации информационных технологий обучения на основе исследования подходов к отбору и структурированию содержания обучения. Определенный интерес представляет одно из прикладных направлений психологии познавательных процессов - когнитивная психология [3]. Это направление базируется на исследовании времени реакции человека и, соответственно, скорости анализа информации в процессе переработки оператором поступающей информации. На основе данных таких экспериментов казалось возможным анализировать сложные процессы, происходящие в высших инстанциях человеческого мозга не только по получению информации, но и ее преобразованию. Смысловая сторона языка составляет предмет семантики. В связи с этим под семантической организацией информации понимается разделение близких по значению элементов на кластеры, т.е. систематизацию и структуризацию понятий в памяти.

Одним из экспериментов, показывающих роль логической структурированности в процессе запоминания и воспроизведения, является исследование списка песен. Если список совпадал по структуре со схемой (рис. 1), то воспроизводилось участниками эксперимента значительно большее количество песен.

Рис. 1. Стимульная таблица с логично расставленными названиями разделов,

Ш^ет (1986) [4]

Когнитивные модели, систематизирующие данные семантических экспериментов, подразделяются на групповые модели сравнительных семантических признаков, сетевые и пропозициональные сети.

Знания как категориально-понятийный аппарат мышления - это совокупность взаимосвязанных понятий и суждений, поэтому наибольший интерес представляет рассмотрение семантической информации в пропозициональном виде. Д.А. Андерсон [3] определял пропозиции как наименьшие единицы знания, которые могут быть выделены в отдельные высказывания. (Пропозиции -это элемент системы знаний).

Схема обработки информации, модель структуры участка пропозициональной сети и схема поиска информации в памяти приведена на рис. 2.

Обработка информации

стимулы анализируются во внутренней репрезентации

Структура

Общаться Светская девица Этой ночью в парке хиппи общался со светской девицей.

Доступ к информации в памяти

СОПОСТАВЛЕНИЕ: процесс поиска в памяти дерева, лучше всего соответствующего входному

С = Контекст F = Фактор L = Место Т = Время S = Субъект Р = Предикат R = Отношение О = Объект

Рис. 2. Основные компоненты АПЧ (ассоциативной памяти человека). Адаптировано из Anderson and Bower (1973) [4]

Д. Румельхарт, Р. Линдсей, Д. Норман создали модель семантической памяти «ЭЛИНОР» в виде сложной сети узлов и линий. Узлы соответствуют понятиям или событиям, а линии представляют смысловые связи [4].

Понятие (в логике) - это мысль, в которой обобщаются и выделяются предметы некоторого класса по определенным общим (классификационным) и характерным специфическим для них признакам. Понятие конкретизируется тремя типами отношений: класс, свойство и частный случай (экземпляр).

Событие - это ситуация, где есть действие, действующие лица и объекты. Репрезентация события может быть легко изображена через структуру действия (рис. 3).

События могут быть объединены в некоторый эпизод пропозициональными связями, различающимися временем действия.

Рис. 3. Репрезентация действия: а - обобщенная структура действия; б - конкретный пример: «Мать убирает комнату Хьюберта» (цитируется по [3]).

На схеме события, объединенные в эпизод, представляются в виде семантической сети. Термины в овальных узлах отражают наименьшие единицы знаний, которые могут быть выделены в отдельное высказывание - т.е. соответствуют пропозициям. Термины в угловых скобках раскрывают конкретное содержание информации.

Таким образом, анализ семантической организации памяти показывает, что данная проблема непосредственно смыкается с представлением процесса познания как знаковой деятельности [5]. Любое знание отражает обобщенные признаки объекта, т.е. инвариантные относительно множества объектов, элементом которого выступает данный и обобщенный признаки субъекта. Знание

об объекте, поскольку оно становится отдельным компонентом сознания, означено - ему ставится в соответствие некоторый простой или сложный знак [5]. Структура гносеологических отношений представлена на рис. 4.

Рис. 4. Структура гносеологического отношения: О - объект познания; Ч - человек; ОО - образ объекта в сознании человека; Ягн - человек как гносеологический субъект; Япс - человек как психологический субъект; Оi - элемент объектно-вещевой среды; Чi - члены социума; Зi - знаки. Адаптировано по [6].

Надо отметить, что в отечественной психологии представления о неких структурах в сознании человека, обеспечивающих мышление, возникло в 80-х гг. XX столетия, в частности, Л.С. Выгодский сформулировал положение о структурной и функциональной сторонах мышления [6].

Дальнейшее развитие данной идеи наиболее четко было сформулировано на основе деятельностного подхода П.Я. Гальпериным при изучении особых познавательных структур - обобщенных схем мышления [7]. В процессе обучения прежде всего должна быть сформулирована полная ориентировочная основа действий для каждой определенной области знаний.

Таким образом, современная психология особое внимание как следует из выше приведенных схем уделяет представленности в мышлении, то есть «репрезентация» и «когнитивно-репрезентативные структуры» [8]. Последнее понятие обозначает внутренние психологические структуры, которые складываются в процессе жизни и обучения в сознании человека и в которых представлена сложившаяся у него картина мира, общества и себя самого. Хранятся эти структуры в виде абстрактных продуктов умственной переработки воспринятого, образующих упорядоченную иерархическую структуру. Это не только системы хранения знаний, но и средства познания, чем они более развиты, тем больше возможности анализа и синтеза информации. Именно они помогают, например, врачу по набору симптомов ставить верный диагноз болезни, а ученику распознавать классы типовых задач.

Таким образом, созданная в середине прошлого века теория П.Я. Гальперина вполне соответствует современной когнитивной психологии, а именно представлению о том, что формирование мышления учащихся есть не просто сообщение новых знаний, а процесс углубления упорядоченности репрезентативной системы знаний, в котором отдельные сведения сопоставляются и соотносятся в разных отношениях, составляют новые цепочки причинноследственных связей, что ведет к развитию мышления в рамках движения от общего к частному.

Идея умственного развития от общего к частному и идея дифференциации как основного закона умственного развития, как отмечает Н.И. Чуприкова [8, с. 40], была сформулирована еще Я.А. Каменским в работе «Великая дидактика», а в настоящее время фактических данных подтверждающих универсальность хода умственного развития от общего к частному, от целого к частям и более дробным элементам, которых очень много. Поэтому выше рассмотренные положения когнитивной психологии с полным основанием могут быть положены в основу отбора содержания учебных элементов, их структурирования для создания обучающих программ автоматических дидактических систем [1].

В Дальрыбвтузе с 1994 г. разрабатываются основы создания программированного естественнонаучного цикла высшего профессионального образования специалистов, деятельность которых связана с объектами биосферы.

Имеются в виду такие направления подготовки как: водные биоресурсы и аквакультура, экология, биотехнология, экономика, менеджмент [9].

В первом варианте Государственного образовательного стандарта в большинстве случаев цель изучения естественнонаучного цикла была сформулирована следующим образом: знать особенности и закономерности взаимосвязи процессов в неживой и живой природе и уметь использовать их в профессиональной деятельности при решении задач с естественнонаучным содержанием.

Следует отметить, что данная цель естественнонаучной подготовки была сформулирована в период когда человечество стало осознавать значимость и глубину проблемы Глобального экологического кризиса.

Для подготовки специалистов способных к решению данной проблемы была разработана теория интеграции естественнонаучных дисциплин в техническом высшем образовании [9]. На ее основе в рамках ФГОС ВПО основная образовательная программа должна в качестве одних из основных целей обеспечивать формулирование следующих общекультурных компетенций:

1. Наличие у специалиста коэволюционного мышления, то есть способности и готовности осуществлять профессиональную деятельность, не нарушая систему экологического гомеостаза в биосфере;

2. Владение основными методами и средствами получения, хранения и переработки информации, навыками работы с компьютером, как средством управления информацией.

Данные компетенции объединяет системно-информационный алгоритм деятельности, овладение которым обеспечивает развитие профессионального мышления и образования, навыка построения профессиональной деятельности.

Сущность данного алгоритма основана на отображении в сознании человека или общества образ любого реального объекта пятью последовательными этапами. На первом этапе представляется некоторая целостность с определенным набором свойств - система, описываемая набором переменных величин. Далее объект при этом представляется как совокупность элементов, связанных между собой определенными соотношениями. Понятие «система» взаимосвязано с понятиями «окружающая среда»" и «граничная поверхность». Типы выделяемых отношений между элементами определяются целью рассмотрения системы.

Когнитивно-репрезентативная структура, представляющая логическую взаимосвязь понятий, лежащую в основе принципа раскрытия семантических свойств материального объекта приведена на рис. 5.

Соответственно учет системных понятий при анализе процессов в Природе и Обществе обязательно предполагает рассмотрение следующих системных аспектов, которые составляют основу когнитивно-репрезентативной структуры памяти:

1. макроскопического (отношения системы с внешней средой и представления состояния системы через набор переменных, соответствующих основным целостным свойствам системы);

2. иерархического (порядка разбиения системы на подсистемы);

3. микроскопического (перечня элементов и типов отношений);

4. процессуального (последовательности состояний, характеризующих период жизни системы);

5. функционального (набора реализуемых в системе свойств подсистемы и элементов и корреляционных связей между переменными отображающими свойства объекта).

Рис. 5. Когнитивно-репрезентативная структура понятий, раскрывающих сущность рационального представления об объекте.

Предлагаемая когнитивно-репрезентативная схема, представленная на рис. 5, отображает развитие глубины мышления, последовательность того, как первичная малоопределенная целостность (выделенная на чувственном уровне часть окружающей среды - объект) в процессе абстрактного описания переменными величинами свойств (декомпозиции) на подсистемы приобретает определенность в составе элементов и структуре их непосредственных взаимосвязей. На следующем этапе выделяются и количественно описываются изменения во времени переменных состояния. Далее при анализе корреляции между переменными состояния уясняются функциональные взаимосвязи между ними. Осуществляемый таким образом анализ сущности объекта и синтез рационального представления о нем в форме системы переменных составляют одну из важнейших процедур коэволюционного (ноосферного) мышления.

Данный алгоритм мыслительной деятельности позволяет оценить характер взаимодействия объекта с внешней средой, выделить и исследовать влияние лимитирующих и управляющих факторов развития эволюции и исследовать их значимость в процессе математического моделирования.

Следует отметить особое значение рассмотренной когнитивнорепрезентативной схемы для обучения и обеспечения умственного развития. На ее основе возможно не только отображение объекта в сознании в качестве системы, но и синтез, построение объекта с заданными свойствами в виртуальной форме с целью последующего перевода его в реальность.

Таким образом, основываясь на рассмотренных закономерностях когнитивной психологии возможно обеспечить построение компьютерного учебника, направленного не только на передачу и обеспечение усвоения знаний, но и способного быть средством проектирования, моделирования и исследования мира, построенного обучающимся, то есть компьютерного учебника третьего поколения [10].

Список литературы

1. Беспалько В.П. Образование и обучение с участием компьютеров (педагогика третьего тысячелетия). М.: Изд-во МПСИ, 2002. 352 с.

2. Ким В.В. Семантические аспекты системы научного познания. Философско-методологический анализ. Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та, 1987. 224 с.

3. Солсо Р.Л. Когнитивная психология. М.: Три вола, 1996. 600 с.

4. Линдсей П., Норман Д. Переработка информации у человека (введение в психологию). М.: Мир, 1974. 550 с.

5. Гинецинский В.П. Знания как категория педагогики: Опыт педагогической когнитологии. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. 142 с.

6. Выгодский Л.С. Избранные психологические исследования. М.: Изд-во АПИ РСФСР, 1956. С. 309.

7. Гальперин П.Я. К исследованию интеллектуального развития ребенка // Вопросы психологии. 1969, №1. С. 15-25.

8. Чуприкова Н.И. Умственное развитие и обучение (к обоснованию системно-структурного подхода). М.: Изд-во МПСИ, 2003. 320 с.

9. Алексеев В.И. Естественнонаучная подготовка и развитие профессионального образования в России. Владивосток: Дальнаука, 2000. 115 с.

10. Агапова О.И., Вербицкий А.А. Конструирование образа мира обучающимся: новый подход к компьютеризации учебного процесса: Тр. исслед. центра проблем качества подготовки специалистов / Под ред. Вербицкого А.А. М.: ИЦПКПС, 1992. С. 37-46.

References

1. Bespal'ko V.P. Obrazovanie i obuchenie s uchastiem kompjuterov (pedagogika tret'ego tysjacheletija) [Education and training with involvement of computers (pedagogics of the third millennium)]. M.: Izd-vo MPSI, 2002. 352 p.

2. Kim V.V. Semanticheskie aspekty sistemy nauchnogo poznanija. Filo-sofsko-metodologicheskij analiz [Semantic aspects of system of scientific knowledge. Philosophical and methodological analysis]. Krasnojarsk: Izd-vo Krasnojarskogo unta, 1987. 224 p.

3. Solso R.L. Kognitivnaja psihologija [Cognitive psychology]. M.: Tri vola, 1996. - 600 p.

4. Lindsej P., Norman D. Pererabotka informacii u cheloveka (vvedenie v psihologiju) [Information processing at the person (introduction in psychology)]. M.: Mir, 1974. 550 p.

5. Ginecinskij V.P. Znanija kak kategorija pedagogiki: Opyt pedagogicheskoj kognitologii [Knowledge as category of pedagogics: Experience of a pedagogical kognitologiya]. L.: Izd-vo LGU, 1989. 142 p.

6. Vygodskij L.S. Izbrannye psihologicheskie issledovanija [Selected psychological researches]. M.: Izd-vo API RSFSR, 1956. P. 309.

7. Gal'perin P.Ja. Voprosypsihologii, no. 1 (1969): 15-25.

8. Chuprikova N.I. Umstvennoe razvitie i obuchenie (k obosnovaniju sistemno-strukturnogo podhoda) [Mental development and training (to reasons for system and structural approach)]. M.: Izd-vo MPSI, 2003. 320 p.

9. Alekseev V.I. Estestvennonauchnaja podgotovka i razvitie professio-nal'nogo obrazovanija v Rossii [Natural-science preparation and development of professional education in Russia]. Vladivostok: Dal'nauka, 2000. 115 p.

10. Agapova O.I., Verbickij A.A. Konstruirovanie obraza mira obu-chajushhimsja: novyj podhod k kompjuterizacii uchebnogo processa: Tr. issled. centra problem kachestva podgotovki specialistov [Constructioning of an image of the world by the being trained: new approach to a computerization of educational process, Works of research center of problems of quality of training of specialists]. M.: ICPKPS, 1992. pp. 37-46.

ДАННЫЕ ОБ АВТОРАХ

Алексеев Владимир Иванович, профессор кафедры химии, доктор педагогических наук

Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет

ул. Луговая, 52б, г. Владивосток, Приморский край, 690600, Россия E-mail: Alekseevvi48@yandex. ru

Чередниченко Александр Иванович, доктор физ-мат. наук, профессор ДВФУ

Дальневосточный федеральный университет

ул. Суханова, 8, г. Владивосток, Приморский край, 690950, Россия

DATA ABOUT THE AUTHORS

Alekseev Vladimir Ivanovich, professor of chair of chemistry, doctor of pedagogical sciences

Far East state technical fishery university

52b, Lugovaya St., Vladivostok, Primorsky Krai, 690600, Russia E-mail: Alekseevvi48@yandex. ru

Cherednichenko Alexander Ivanovich, doctor physical - a mat. sciences, professor

Far Eastern Federal University

8, Sukhanov St., Vladivostok, Primorsky Krai, 690950, Russia Рецензент:

Гнитецкая Татьяна Николаевна, профессор, доктор педагогических наук, профессор Дальневосточного федерального государственного университета