Фрактально-квантовое соответствие логической структуры изучаемых дисциплин особенностям работы функциональных систем головного мозга

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

УДК 159.9

A.А. Добряков

д. психол. наук, профессор

B.П. Печников

к.т.н., доцент

Факультет «Специальное машиностроение» Московский государственный технический университет

им. Н.Э.Баумана

ФРАКТАЛЬНО-КВАНТОВОЕ СООТВЕТСТВИЕ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ИЗУЧАЕМЫХ ДИСЦИПЛИН ОСОБЕННОСТЯМ РАБОТЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ГОЛОВНОГО МОЗГА

Аннотация

Формирование ментально-деятельностной компетентности специалиста может происходить путём изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин, структурированных с учётом содержательных составляющих обобщённой мыслительной грамотности. С этой целью логическая структура изучаемых предметно-ориентированных дисциплин подстраивается под специфические особенности функциональных систем головного мозга обучающихся в соответствие с объективно существующими закономерностями работы их памяти и мышления. Таким образом, содержание всех дисциплин учебного плана получает ещё и единую, предметно-инвариантную, методологическую структуру. Это даёт возможность повысить эффективность подготовки специалистов технического профиля.

В статье приводится общая схема ментально структурированной матрицы фрактально-квантового преобразования любых информационных материалов и структурные схемы аналогичных матриц для квалификационных работ и домашних заданий.

Ключевые слова

Мыслительная грамотность, функциональные системы головного мозга, ментально-структурированная информация, фрактально-квантовая образовательная технология.

Введение

Основное противоречие высшего образования как у нас в стране, так и за рубежом в настоящее время заключается между экспоненциально возрастающими информационными потоками и ограниченными возможностями функциональных систем головного мозга к их восприятию и переработке. При этом трудно ожидать в обозримом будущем увеличение срока обучения, отводимого на высшее образование.

Постановка задачи

Путём анализа особенностей работы функциональных систем головного мозга можно выявить следующие принципиальные направления формирования в процессе обучения дополнительного интеллектуального потенциала:

1. Ускоренного развития как логических, так и внелогических ресурсов мозга, в том числе с помощью возможностей предоставляемых современной вычислительной техникой.

2. Методологической адаптации логической структуры изучаемого предметного содержания под природно-сообразные особенности работы функциональных систем головного мозга.

Первое направление формирования в процессе обучения дополнительного интеллектуального потенциала исследовалось, например, в работах [1, c.2; 2, с.4]. Второе направление практически не исследовано и в подобной постановке этот вопрос рассматривается впервые.

Ключевой содержательной особенностью этой проблемной ситуации является базовое положение о том, что не только обучающиеся, т.е. функциональные системы их головного мозга, должны

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

преобразовываться, видоизменяться или «подстраиваться» под особенности содержания, изучаемой предметной области, но и логическая структура поступающей на «вход» головного мозга учебной информации также должна быть адаптирована к возможностям памяти и мышления для того, чтобы адекватно и полноценно воспринимать и перерабатывать эту информацию.

Практическая реализация задачи С целью наиболее полной гармонизации параметров источника и приёмника учебной информации проведён параметрический анализ особенностей работы функциональных систем головного мозга при обработке ими поступающих информационных потоков.

Установлено, что на различных уровнях мыслительной деятельности имеют место повторяющиеся предметно-инвариантные смысловые рамки или поведенческие последовательности, обозначаемые в дальнейшем как ментальные фракталы, которые в большей степени соответствуют особенностям функционирования правого полушария головного мозга.

В последующем ментальные фракталы заполняются конкретным предметно-ориентированным содержанием, расчленённым на различные инфо-кванты, параметрические характеристики которых в большей степени соответствуют особенностям функционирования левого полушария головного мозга. Этот фрактально-квантовый дуализм связан с природно-сообразной спецификой функциональной асимметрии полушарий головного мозга всех высокоразвитых существ.

В таблице 1 представлены виды взаимосвязей характеристических параметров различных функциональных механизмов и видов мыслительной деятельности.

Таблица 1

Функциональные и содержательные соответствия ментальных составляющих мыслительной деятельности.

Типы мозговых механизмов, информационные объёмы их психо-квантов, типы мышления и памяти.

1. Наглядно-образный

2.Разновидности мыслительной деятельности и соответствующие им ориентирующие вопросы.

Восприятие

3.Виды памяти

Иконическая ( образная) Кратковременная Оперативная Рабочая Долговременная

4.Временные и объёмные характеристики видов памяти

t = ~2-3сек.; v = мгновенно q <50бит. t = ~10 сек. v = ~16 бит/сек. q = ~160 бит. t =~ мин., часы v = ~ 5 бит/сек. q =~480 бит. t = ~ дни, недели. v = ~ 0,7 бит/сек q = ~ 2*104 бит. t = ~ месяцы, годы v = ~ 0,1 бит/сек q = ~ 2*107 бит.

5.Типы мышления

Визуальное Латеральное Критическое Дивергентное Комбинационное

6. Составляющие мыслительной грамотности

Когнитивная Функциональная Корпоративная Креативная Социальная

Предварительное логическое структурирование поступающей на вход головного мозга обучающихся учебной информации, т.е. «подстройка» под особенности работы их памяти и мышления облегчает работу функциональных систем головного мозга. Благодаря этому, активизация работы функциональных систем

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

головного мозга обуславливает возможность увеличения объёма информации при неизменном сохранении и даже повышении его качества при тех же сроках обучения. Кроме того, одновременно с изучением специфических особенностей той или иной предметной области, включённой в учебный план, в этом случае формируются ещё и предметно-инвариантные навыки и умения, более высокого (над предметного) методологического уровня, которые присущи специалистам, владеющим дополнительным интеллектуальным потенциалом к действиям.

На этой содержательной основе разработан комплексный фрактально-квантовый формат предварительного преобразования («подстройки») логической структуры поступающих на «вход» головного мозга обучающихся информационных материалов любой физической природы, под объективно существующие закономерности работы их памяти и мышления.

Такой формат, предварительно преобразовывающий («подстраивающий») любую логическую структуру поступающих на вход головного мозга информационных потоков в единый ментально-структурированный формат, соответствующий объективно существующим закономерностям работы памяти и мышления, представлен в таблице 2.

Таблица 2

Матричный формат ментальной карты фрактально-квантовой образовательной технологии

1. Последовательность предметно-инвариантных

ментальных фракталов

2. Последовательность 1. 1 .Постановка задачи 1.2.Ключевая идея или гипотеза

предметно-ориентированных (левополушарных) инфо-квантов (презентация), отвечающая на вопрос: о чём ЭТО? исследования, отвечающая на вопрос: зачем ЭТО? (Кратковременная память,

2.1 Аннотация или введение. 1.1 + 2.1 1.2 + 2.1

Содержательная «канва»

2.2 Актуальность и значимость. 1.1 + 2.2 1.2. + 2.2

Содержательный «контекст».

2.3 Способ разрешения. Содержательный «текст» 1.1 + 2.3 1.2. + 2.3

2.4 Конечные результаты Итоговое «обсуждение» 1.1 + 2.4 1.2. + 2.4

2.5 Заключение и перспективы «Обобщение» 1.1 + 2.5 1.2. + 2.5

3. Перечень формируемых навыков Содержательные составляющие и их оценка.

3. 1 Составляющие мыслительной 1 .Когнитивная 2.Функциональная грамотность

грамотности грамотность

3.2 Приобретаемые виды знаний, умений и навыков. 1.Декларативные

3.3 Оцениваемые способности. 1.Умение лаконично излагать и 2.Умение самостоятельно

грамотно отвечать на вопросы. приобретать и применять знания

1. Последовательность предметно-инвариантных (правополушарных) ментальных фракталов

1.3.Основное 1.4. Анализ приемлемых 1.5.Практические результаты,

содержание, альтернатив, отвечающие на вопрос: как ЭТО

отвечающее на вопрос: как ЭТОГО достичь?

1.3 + 2.1 1.4 + 2.1 1.5 + 2.1

1.3 + 2.2 1.4 + 2.2 1.5 + 2.2

1.3 + 2.3 1.4 + 2.3 1.5 + 2.3

1.3 + 2.4 1.4 + 2.4 1.5 + 2.4

1.3 + 2.5 1.4 + 2.5 1.5 + 2.5

3. Перечень формируемых навыков и их оценка. Содержательные составляющие

3. Креативная грамотность 4. Корпоративная грамотность 5. Социальная грамотность

3. Процедурные

3. Способность порож-дать новое информационное содержание 4.Способность к ассоциативным переносам знаний в новые условия. 5 .Профессионально-значимые качества

В таблице 2 предметно - инвариантные ментальные фракталы или смысловые рамки (п.п. 1.1-1.5), относящиеся в основном к работе правого полушария головного мозга, в виду его ассиметрии, заполняются предметно-ориентированным содержанием (2.1-2.5) левополушарной частью мозга. При этом информационное содержание для удобства восприятия и переработки функциональными системами головного мозга заранее расчленено на инфо-кванты в соответствии с рекомендациями таблицы 1.

По своей содержательной сути эта матрица представляет собой природно-сообразную ментальную карту любого вида учебной информации. Ментально неупорядоченные информационные учебные продукты, представляемые в логике той или иной предметной области, сначала преобразуются в матрицу предварительного структурирования (таблица 2), т.е. к виду удобному для их последующего восприятия и переработки функциональными системами головного мозга. Практически это означает, что часть психической энергии, затрачиваемой пользователем (обучающимся) на эти цели, уже предварительно реализована в логической структуре матрицы. Благодаря этому, высвобождается определённый биоэнергетический ресурс, который в последующем может составить основу дополнительного интеллектуального потенциала. Предлагаемая матрица предварительного ментального структурирования учебных информационных материалов, поступающих на вход головного мозга обладает преимуществами, по сравнению с известными средствами упорядочения мыслительной деятельности человека, применяемыми в других областях [3, с.11; 4, с.145]. Они заключаются в следующем.

1.Природно-сообразная матрица предварительного структурирования мыслительной деятельности человека по закономерностям его памяти и мышления включает в себя всё многообразие логических схем перечисленных выше авторов, которые в большинстве своём опираются на здравый смысл и опыт прошлого, в то время как природно-сообразная матрица опирается на объективно существующие закономерности работы функциональных систем головного мозга и является их научно-обоснованным обобщением,

Подобная матрица подобно сетке кроссворда обладает предсказательной силой, подкрепляющей его эвристический выход.

2.Логическая структура этой матрицы придаёт изучаемому предметному содержанию дополнительные, предметно-инвариантные методологические свойства, так как в процессе обучения формируются не только содержательные составляющие изучаемой, предметной области, но и предметно-инвариантные составляющие обобщённой мыслительной грамотности, а также и ряд других свойств, представленных в разделе 3 таблицы. Матричный формат ментально-структурированного преобразователя логической структуры информационного учебного продукта, обеспечивает таким образом принципиальную возможность ускоренного, целенаправленного формирования в процессе обучения дополнительного интеллектуального потенциала к действиям.

3. Логическая структура предварительно структурированной матрицы имеет ещё одно предназначение. Она может быть методологической основой гармонизированного функционального симбиоза возможностей функциональных систем головного мозга и возможностей, предоставляемых современными ЭВМ, с целью ускоренного развития содержательных составляющих человеко-машинного интеллекта.

Примеры дипломного проекта и домашнего задания, адаптированных к возможностям памяти и мышления

Представленные ниже примеры природно- сообразных ментально-структурированных квалификационных работы (таблица 3) и домашнего задания (таблица 4) составлены в соответствии с

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

матричным формат предварительно структурированной ментальной карты фрактально-квантовой образовательной технологии (таблица 2).

Их логические структуры легко установить из рассмотрения тематических блоков и соответствующих им подписей. Следует отметить, что структура дипломного проекта для выпускника технического вуза исторически сложилась как ментально-структурированная ментальная карта с разделами (фракталами), заполняемыми смысловыми инфо-квантами.

Таблица 3

Матричный формат ментальной карты «Дипломный проект инженера»

Наименование 1.Общая часть О чем это? 2. Конструкторская часть Зачем это?

Техническое задание Исходные данные и ментально- Предназначение и концепция

структурированная презентация конструкторской разработки

Ментально- 1. 1 «Мотивация» - или аннотация 2.1 Общий вид изделия

структурированные

этапы и предметно- 1.2 «Информация» - основные 2.2 Концептуальные основы

ориентированные инфо-кванты положения разрабатываемого конструктивного элемента

1.3 «Понимание» - установление 2.3 Варианты конструктивно-

логических связей силовых схем

1.4 «Сопоставление» или 2.4 Предлагаемое проектно-

контрастный анализ. конструкторское решение

1.5 «Сохранение» - повторение в 2.5 Рабочие чертежи

другой моданности

ФКК Структуризатор деятельности

СОМГ Когнитивная грамотность Функциональная грамотность

Что оценивается Трудоспособность, объем тезауруса Умение применять знания для решения

и умение излагать нестандартных задач

3. Исследовательская часть 4. Технологическая часть 5.Социально-экономическая

Как этого достичь? Как это реализовать? часть. Что из этого получилось?

Расчетно-теоретический анализ Технология изготовления, Многопараметрическая оценка и

проблемы и синтез множества организация производства многокритериаль ный выбор

приемлемых альтернатив эколого-экономичного варианта

3.1 Изучение требований 4.1 Технологические процессы 5.1 Технико-экономическое

потребителя и анализ проблемной обоснование

ситуации

3.2 Выделение проектных 4.2 Сборочные стенды и стапели 5.2 Экологическое обоснование

критериев и расчёт вектора

приоритетов

3.3 Порождение необходимого 4.3 Варианты операционных схем 5.3 Многокомпонентный выбор

множества приемлемых рационального варианта

альтернатив

3.4 Многопараметрические оценки 4.4 Организация производства 5.4 Социально-экономическая

сгенерированных вариантов. коррекция

3.5 Многокомпонентный выбор и 4.5 Способы реализации 5.5 Построение ориентировочного

корректировка рационального бизнес-плана

варианта

Стимулятор порождающей Систематизатор операционных Активизатор целостного

деятельности действий (Когнитивные свертки) мышления

Креативная Корпоративная Социально-экономическая

грамотность Грамотность грамотность

Способность порождать новое Способность рассматривать Умение системно анализировать и

информационное содержание и сложные проблемы разрешаемых научно- обоснованно принимать

создавать логические схемы ситуаций решения

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

Здесь ФКК - формальные когнитивные карты (внешние информационные модели), подаваемые на «вход» головного мозга обучающихся, СОМГ - составляющие обобщённой мыслительной грамотности.

Таблица 4

Матричный формат ментальной карты домашнего задания «Закономерности порождения нового

информационного содержания»

1. Введение

№ Техническое задание, краткое содержание разделов, выводы и презентация Изучение и описание метода принятия решений в условиях значительной неопределенности Иерархически структурированный способ порождения необходимого множества приемлемых альернатив

А 1."Канва" Краткая аннотация (О чем это?) 2. "Контекст" Актуальность (Зачем это?) 3. "Текст" Основное содержание (Что это такое?) 4. "Обсуждение" Факторный анализ (Как этого достичь?) 5. "Обобщение" Ассоциативные переносы (Что из этого получилось?) 1 .Факторный анализ 2.Выделение базовых критериев и назначение вектора приоритетов 3.Порождение множества приемлемых альтернатив. 4.Многокомпонентный выбор 5.Корректировка, моделирование и ассоциативный перенос 1. Принципиальная схема разрешаемой проблемной ситуации 2. Содержательные принципы 3. Смысловыражающие метаправила 4. Практические способы реализации 5. Логическая сборка

Б Нарабатываются: внелогические знания Оценивается: трудоспособность и умение лаконично излагать. Формируется: умение самостоятельно осваивать новую информацию. Оценивается: уровень сложности и степень усво- ения учебного содержания. Формируется: умение системно порождать новое информационное содержание. Оценивается: тип генерируемой новизны и владение порождающими эвроритмами.

Таблица 4. Продолжение

4. Расчетно-практическая часть

Многопараметрический анализ и выбор рационального варианта. Принятие решений c учетом количественных и качественных факторов Оценка результатов, технико-экономическое обоснование и определение профессионального портрета.

1. Оценочные (базовые) критерии 2. Приемлемые альтернативы 3. Требуемые значения для количественных и качественных критериев 4. Компоненты вектора предпочтений. 5. Столбиковые диаграммы суммарных потерь 1. Номер тематического раздела или блока. 2. Комплексная самооценка 3. Значимость в конечном результате 4. Предварительная оценка содержания преподавателем или ЭВМ 5. Результаты защиты.

Формируется: умение разрешать нечетко обусловленные проблемные ситуации. Оценивается: достоверность вектора приоритетов и механизм выбора рационального варианта Формируется: умение системно анализировать полученные результаты. Оценивается: .способность аргументированно доказывать и моделировать

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

Логическая структура самостоятельно выполняемых работ: ментально-структурированных дипломных проектов и домашних заданий реализуется в пентадном формате видов памяти, соответствующем объективно существующим закономерностям работы функциональных систем головного мозга [5, с.59].

Предметное содержание приведённой на рис. 4 логики построения ментально-структурированного домашнего задания заимствовано из курса «Инженерно-психологическое обеспечение творческих форм проектантов летательных аппаратов». Студенческая группа разбивается на ряд подгрупп по 3-5 человек, находящихся на «расстоянии» взаимного интереса (дополнительности). Каждая группа получает задание на разработку множества приемлемых альтернатив различных конструктивных элементов, которые в промышленности ещё не получили своего канонического решения. Оценивается тип генерируемой новизны из пяти возможных, а именно: модификационная или эволюционная новизна, комбинаторная новизна, без прототипная новизна, принципиальная новизна или научное открытие. Оценивается также и способность принимать многокомпонентные решения в условиях значительной неопределённости, как исходных данных, так и проектных критериев.

Заключение

Фрактально-квантовый преобразователь логической структуры адаптивного входа в силу своей «природно-сообразной» основы обладает (подобно сетке кроссворда) не только «предсказательной силой», но и включает в себя методологические средства, целенаправленно формирующие содержательные составляющие мыслительной грамотности, которые также способствуют ускоренному восприятию, усвоению и переработке учебного содержания.

Гармонизированное использование ментально-структурированных учебных процедур создаёт наиболее благоприятные условия для возникновения различных системных эффектов, например, эмерджентного, кумулятивного, прожекторного и др., которые, как известно, не равны простой сумме исходных составляющих. Если такие условия имеют место, то есть вероятность реализации в учебных процедурах когнитивного биоинформационного резонанса. Вследствие этого, фрактально-квантовый преобразователь адаптивного входа может быть положен в основу специализированной образовательной технологии, ориентированной на подготовку специалистов технического профиля, обладающих дополнительным интеллектуальным потенциалом к действиям.

Следует отметить, что фрактально-квантовый преобразователь адаптивного «входа» по своей содержательной сути представляет собой ускоритель функционального симбиоза человека и вычислительной машины. При этом ментальные фракталы считаются, в основном, прерогативой человека, а их заполнение инфо - квантами осуществляется с помощью соответствующих алгоритмов ЭВМ.

Список использованной литературы:

1. Добряков А.А., Печников В.П. Тренинг и оценка качества креативных способностей с помощью ЭВМ М.:Ж. Наука и образование. Электронное научно-техническое издание №1,2015, с.221-231,DOI: 10.7463/0115.0754865.

2. Добряков А.А., Печников В.П. Формирование интуитивных навыков специалистов технического профиля // Наука и образование. Инженерный вестник. Электрон. научно-техническое издание, №10, 2015, c.1038-1047, http://engbul .bmstu.ru/doc/82639,html.

3. Ишикава К. Что такое всеобщее управления качеством? Японский путь. М: АОЗТ «ТКБ Интерсертифика», 1998, с.112 [ Ishikawa K. What is Total Quality Control? The Japanese Way. London, Prentice Hall, INC Englewood 1985].

4. Тони Бьюзен «Научите себя думать» М.: ПОПУРРИ, 2014 г., c.224 [Tony Buzan «Use Both Sides of your Brain», New York: A Plum Penguin Book, 1991].

5. Дианов A. B. Мозг: популярная энциклопедия М.:ЭКСМО, 2014, c.225

© Добряков А.А., Печников В.П., 2016