Теория интеллекта по Ж. Пиаже: операциональный аспект

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 007.5

Теория интеллекта по Ж. Пиаже: операциональный аспект

К. А. Найдёнова

Аннотация

“ In the narrow sense, AI is concerned with extending

the capacity of machines to perform functions that

would be considered intelligent if performed by people.

Its goal is to construct machines and, in doing so, it can

be thought of as a branch of advanced engineering. But

in order to construct such machines, it is usually necessary

to reflect not only on the nature of machines but on the

nature of the intelligent functions to be performed.”

Saymour Papert

В работе рассматривается теория интеллекта Ж. Пиаже с точки зрения формирования и постепенного совершенствования операций мышления. Особое внимание обращается на операциональный аспект конструирования знаний и когнитивных структур. Выясняется роль теории интеллекта Ж.Пиаже в решении проблем моделирования мыслительных операций в искусственном интеллекте.

интеллект пиаже когнитивный мыслительный

Ключевая проблема интеллекта (как естественного, так и искусственного) - это конструирование знаний и рассуждений. Современная методология ИИ имеет ряд недостатков, затрудняющих конструирование когнитивных структур, источником которых были бы операции и принципы, заложенные в компьютер, а не прямое отображение знаний эксперта.

В понятие схемы в ИИ вкладывается смысл графической структуры, отображающей отношения между единицами знаний. Когнитивные машинные структуры декларативны, механизмы их использования задаются заранее и, как правило, фиксируются. В этом смысле можно сказать, что в ИИ царствует априоризм. Источник когнитивных структур - эксперт, структура знаний отчуждается от него и вкладывается в компьютер. Правила “если-то” являют собой законченную форму или результат мыслительной работы эксперта. Рассуждения дедуктивные, то есть поиск и применение правил, моделируются отдельно от рассуждений индуктивных, связанных с автоматизированным формированием правил по примерам. Таким образом, активность знаний остаётся свойством, которым знания в компьютере не обладают.

Между тем, в психологии мышления, в эпистемологии - науке о знании - признаётся, что основной задачей интеллекта является конструирование знаний индивидуумом [1]. Понять, что же такое знание и каковы процессы его создания у человека - вот задача, которую поставил перед собой Ж. Пиаже. С этой целью он предпринял исследование детского развития от рождения и до подросткового возраста. В результате им были разработаны новые научные направления - психология развития и генетическая эпистемология.

Суть теоретических выводов, сделанных Пиаже, заключается в том, что знание им рассматривается не как «факт», не как «состояние сознания», а как процесс [1]. Знание конструируется ребенком и мыслительные операции, ответственные за конструирование знания, постепенно развиваются, совершенствуются. Действия ребенка в реальном мире с различными предметами есть «генерализованные активности» [2], которые последовательно трансформируются (к 7-8 годам) во внутренние операции, скоординированные в группы. На формирование этих операций влияет вся активность индивидуума - двигательная, речевая, коммуникативная и т. д. Знания есть результат в целом всей поведенческой активности, очень вероятно, что когнитивные функции выполняют общую координацию активности индивидуума.

Пиаже критикует в своих работах, те теории, которые рассматривают суждение как принимаемое или отвергаемое отношение или состояние мышления (труды вюрцбургской школы, главным образом, труды К. Бюлера и Зельца [3]). В этих теориях “мысли предстают либо в форме сознания отношений (например, А < В), либо в форме сознания правил “если-то”, либо в форме чисто формальных интенций [3]”. Таким образом, “психология мышления сводится к описанию интеллектуальных состояний, которые строятся параллельно логическому анализу и совершенно не объясняют операций мышления, как таковых”.

В 80-90-е годы закладывались основы инженерии знаний, поэтому был закономерен интерес исследователей, прежде всего к тому, как устроены знания человека и как эти знания можно использовать в интеллектуальных системах. Между тем ясно, что недостаточно знать, как устроены знания, то есть какова их структура. Не менее важен операциональный аспект знаний, то есть понимание процессов их конструирования, тех механизмов, в результате которых порождается знание. Вот почему нам кажется интересным обращение к операциональной теории интеллекта, которая рассматривает мысль как интериоризованное ментальное действие и не отрывает мышление от неинтериоризованных действий в реальном мире.



Наша первоначальная цель обращения к работам Ж. Пиаже заключалась в том, чтобы получить психологическое обоснование для разрабатываемой модели концептуального типа данных и рассуждений, использующей операции скоординированных между собой алгебраических структур. Нам казалось важным опереться на данные психологии, полученные экспериментальным путем. Однако “погружение” в психологию мышления Пиаже привело нас к осознанию, что его работы имеют огромное методологическое значение для решения ключевых проблем ИИ. Отметим, что сегодня можно уже с уверенностью сказать, что положения теории интеллекта Пиаже выдержали “испытание на прочность”, и доказательством этого может служить то, что они признаются психологами, работающими в русле кросс культурной психологии - науки будущего (см. [4]).

Природа интеллекта

Пиаже исходил из представлений об интеллекте как о механизме (одном и том же как на биологическом, так и на когнитивном уровне), с помощью которого организм адаптируется к среде, то есть вырабатывает такие схемы действия или поведения, которые позволяют ему быть в равновесии с окружающей средой. Имеется в виду равновесие динамическое, оно достигается с помощью двух глобальных процессов, выступающих в разной форме в зависимости от сферы действия интеллекта - ассимиляции и аккомодации. Ассимиляция это переработка внешних стимулов с помощью уже сконструированных схем поведения, без их изменения (как знакомых, узнаваемых стимулов). Если же не удается ассимилировать стимул, схема действия обнаруживает свою неадекватность, то выступает на сцену механизм аккомодации, то есть изменения схемы действия или изобретения новых схем для освоения нового стимула.

Организация поведения (любого - сенсомоторного, речевого, когнитивного и т.д.) выражается в конструировании схем поведения. Схема или структура - одно из самых основных понятий Пиаже, однако оно не тождественно схеме отношения. Оно есть динамическое единство отношения и операций по его конструированию и интерпретации, а также процессов, которые представляют собой свободное комбинирование операций. Именно свободное комбинирование операций позволяет строить и затем воспроизводить типичные их последовательности в типичных ситуациях действия.

Схема всегда, в любой сфере поведения, направлена на сохранение тождественности организма самому себе, тем самым и на сохранение его представлений о среде. Так, сенсомоторные схемы формируют понятие целостного объекта внешнего мира: с объектом можно производить разные операции - переворачивать, бросать, прятать. При этом объект остается тождественным самому себе, сохраняя цвет форму, размер и т.д. Сенсомоторные операции придают гибкость двигательному поведению: объект можно достать разными способами, подойти к нему из разных точек пространства. Сенсомоторные операции составляют группу операций, инвариантных по отношению к множеству объектов внешнего мира, но и объект есть инвариант по отношению к этой группе операций. Аналогично обстоит дело с понятиями в когнитивной сфере поведения: понятие есть инвариант по отношению к операциям, с помощью которых человек рассуждает (операции умножения и сложения понятий). Можно по-разному назвать один и тот же объект: например, выражения “река, на берегу которой съели Кука” и “река в Австралии, берущая начало в Н, имеющая длину 3000 км”, могут обозначать одну и ту же реку. В то же время операции рассуждения являются инвариантными по отношению ко всему множеству понятий, которыми оперирует человек.

В свете адаптивной природы интеллекта мы можем дать следующее определение рассуждениям: рассуждения это мыслительные действия, которые выражаются с помощью языка и направлены на то, чтобы формировать концептуальные (понятийные) структуры и поддерживать их в равновесии при постоянном взаимодействии с окружающим миром (людьми и объектами).

Пиаже говорит о существовании баланса между ассимиляциями и аккомодациями. Должно быть, есть в организме критерий оптимальности, который не позволяет одному из процессов превалировать над другим. Возможно, что при создании когнитивных структур индивидуум стремится обеспечить адекватное поведение при наименьшем числе аккомодаций.

Итак, интеллект, согласно Пиаже, не есть способность. Это форма равновесия, к которой тяготеют все взаимодействия организма со средой от высших ступеней мышления до всей совокупности разнообразных низших биологических, физиологических, сенсомоторных адаптаций. Этот ряд адаптаций следует рассматривать как ряд, строящийся по законам эволюции, так что каждая форма адаптации обеспечивает более устойчивое и более широко распространяющееся равновесие тех процессов, которые возникли еще в недрах предшествующих форм. Гибкое и одновременно устойчивое структурированное равновесие - вот что такое интеллект.

Существует проблема определения нижней границы интеллекта. И нижняя граница все более отодвигается. Например, исследователи показали, что некоторые птицы и приматы обладают зачаточным знанием о числе [4]. Шимпанзе Сара, ставшая известной благодаря работам Дэвида Примака, была способна нумеровать объекты от одного до четырех и выбирать по заданию объект с нужным номером [4]. Она также научилась подбирать наборы объектов в однозначном соответствии друг с другом. Однако она не справилась с аналогичным заданием на новом стимульном материале; способность оказалась жестко встроенной в контекст [4]. Сара Бойзен показала, что когда тренировка навыков действий с числами встроена в образ жизни и вырастает из ранее установившихся отношений, основанных на игре, шимпанзе оказываются способными не только понять соответствие, но могут научиться считать, складывать и даже решать арифметические задачи, с которыми справляются трехлетние дети.

Встает вопрос и об определении особенностей высших форм интеллекта, присущих именно человеку. Новые формы поведения связаны с новыми формами ассимиляции и аккомодации. Люди изменяют и создают новые материальные и ментальные объекты (артефакты), используя их как средства регулирования своего взаимодействия с физическим миром и между собой. В широком смысле артефакты это не только орудия труда, но представления, понятия, операциональные схемы, которые являются мыслимыми конструкциями, изобретаемыми, в полном смысле слова, человеком, и без них, без этих ментальных артефактов не возможно создание новых объектов в реальном мире. Верно и обратное утверждение - интеллектуальная активность невозможна без практических действий во внешнем мире. В создании артефактов выражается активность знаний, активность интеллекта [5].

Важно также, что развитие интеллекта совершается в социуме, то есть во взаимодействии с другими людьми. То, что изобретается индивидуумом не жизнеспособно, если оно не будет передано другим людям, не будет освоено другими людьми. Через культурное взаимодействие артефакты совершенствуются и осваиваются обществом.

Индивидуумы, подобно обществам и культурам являются активными субъектами своего развития, хотя их действия в конкретной среде не полностью определяются их собственным выбором. Однако человек обладает одной принципиальной чертой, отличающей его от животного мира, - человек осознает свои ментальные операции, он может активно их применять, управлять ими, улучшать, доводя их до совершенства, и тем самым менять самого себя, как существо, мыслящее о мире и о себе. Человек учится, изобретает новые ментальные функции, используя те мыслительные операции, которые он уже освоил и осознал.

Суммируя сказанное, можно сделать вывод, что для высшей формы интеллекта характерно изменение окружающей среды - материальной, природной, социальной, ментальной - в огромных и все возрастающих масштабах во времени и пространстве. В человеческом обществе развивается структура коммуникаций и по интенсивности, и с точки зрения средств осуществления, в пространстве и во времени. Увеличиваются возможности движения и перемещения, развиваются средства запоминания, накопления знаний, происходит активное изменение как структуры обществ и окружающей среды, так и ментальных структур индивидуумов. Но при этом высшие формы интеллекта обеспечиваются низшими его формами, и их невозможно оторвать друг от друга.

Стадийность интеллектуального развития

Большое значение в теории Пиаже имеет понятие стадийности интеллектуального развития. Пиаже выделяет четыре основных стадии: восприятие и сенсомоторный интеллект, дооперациональный интеллект (развитие представлений, символьное мышление, употребление знаков и речь), стадия конкретных ментальных операций, тесно «спаянных» с контекстом, и стадия формальных операций, когда мыслительные действия преобразуются в систему операциональных группировок, становятся инвариантными по отношению к объектам и переносимыми из одного контекста в другой контекст (то, что не удается обезьянам). Последнюю способность можно связать с операцией унификации сложных структурных образований - схем действия, или сложных функций. Последняя стадия развивается только благодаря осознанию субъектом производимых им мыслительных операций в течение предыдущей стадии конкретных ментальных операций. Осознав, что операцию, производимую над парой конкретных объектов, можно также произвести над любой парой аналогичных объектов, над любым подмножеством аналогичных объектов, субъект становится способным освободить операцию от контекста, управлять ею, сделать ее объектом математических, философских, эстетических и т. п. рассуждений.

Стадии развития интеллекта или, лучше сказать, сферы развития интеллекта тесно связаны между собой. Интеллектуальные способности развиваются и последовательно, и параллельно. На каждой стадии доминирует развитие некоторых способностей, однако и все другие интеллектуальные способности также развиваются. То есть, интеллект развивается как система скоординированных операций, которые становятся все богаче и сложнее, приобретают все новые свойства. Например, параллельно с развитием сенсомоторного интеллекта, с которым связаны операции выделения объектов реального мира и формирование пространственно-временных отношений, формируются понятия причинности и цели. Ребенок начинает понимать причинные связи между объектом и его свойствами, между свойствами объекта и теми действиями, которые с ним можно производить, а также теми действиями, которые объект может вызвать. Ребенок начинает действовать целесообразно, целенаправленно, используя освоенные им движения и способности. В самом начале второго года жизни возникает вербальное указывание. Элизабет Бейс (цит. по [4]) приводит следующее наблюдение за 13 - месячной девочкой: «К. сидит в коридоре перед кухонной дверью. Она смотрит на мать и зовет ее, издавая на высоком тоне звук «Ха». Мать подходит к ней. К. продолжает смотреть в сторону кухни, вытягивая в этом направлении плечи и верхнюю часть туловища. Мать несет ее в кухню и К. показывает на раковину. Мать дает ей стакан воды, и девочка с удовольствием пьет».

Дети довольно рано начинают понимать, что люди, в отличие от неодушевленных предметов, действуют намеренно: так, они не пытаются смотреть туда, куда смотрит кукла. По мнению Томазелло М. и его коллег (цит. по [4]) возникновение способности относиться к другим, как к существам, руководствующимся намерениями, играет роль в возникновении подражательных форм поведения.

Коммуникативная функция в процессе сенсомоторного развития также становится более сложной. Если по полу неожиданно проедет игрушечная машинка, годовалые дети, как правило, укажут на машинку, а потом посмотрят, заметила ли ее мать. Около 18 месяцев ребенок, как правило, сначала посмотрит на мать, видит ли она машинку, и лишь затем покажет на нее. Если дети этого возраста одни, то они не укажут на машинку до тех пор, пока в комнату не войдет взрослый.

То, что ребенок достигает более высоких уровней развития, не означает, что интеллектуальные способности, появившиеся ранее не меняются. Напротив, они продолжают развиваться. Так, например, такие сложные движения, как слалом, жонглирование, акробатика, виндсерфинг, не могут осуществиться на ранних стадиях, так как они требуют более развитого логического мышления и способности к конструированию представлений. Сложным движениям человек учится, и в этом процессе научения участвуют память, речь, сенсорные, мышечные и зрительные образы, скоординированные между собой. Л.Ф. Егупов, изучавший самоотчеты слаломистов при анализе ими новой трассы перед соревнованиями, сообщает [12]: слаломист несколько раз пешком обходит трассу, изучает состояние снега, крутизну спуска, расстояние между препятствиями, определяет скорость, которую нужно и можно развить на каждом участке, запоминает всю трассу так, чтобы мысленно воссоздать (представить) свое будущее движение по трассе. Аналогичные примеры можно найти в [10].

Целесообразное поведение на уровне сенсомоторного интеллекта связано с развитием механизмов антиципации. Антиципация позволяет координировать действие индивида с действиями других людей.

Стадийность, параллельность и скоординированность интеллектуальных действий объясняют отчасти то, что некоторые отношения и операции, сформировавшиеся на более ранних этапах развития, оказываются впоследствии неосознаваемыми. Например, мы не воспринимаем связи между объектом и его признаками или между классом и его признаками как причинно-следственные связи.

Операциональность интеллекта

Суть понятия операциональности интеллекта заключается в том, что всякое отношение имеет два аспекта: декларативный и продуктивный. Как установить, что 7 больше 2? С помощью операции, которая из 7 единиц удалит 2 единицы и установит, что число оставшихся единиц не равно нулю. То же относится и к отношению «это есть» между именами понятий (классов). Это отношение интерпретируется на множестве объектов. «А есть В» выполняется тогда и только тогда, когда множество I(А) всех мыслимых объектов класса А включено во множество I(В) всех мыслимых объектов класса В. Все операции с понятиями также интерпретируются на множестве объектов (мыслимом или реальном). Операция умножения понятий А*В = С есть операция нахождения наибольшего класса (понятия), который одновременно включает объекты и класса А и класса В, то есть I(С) = I(А) I(В), и I(С) I(А), и I(С) I(В). Отношение «А есть В» верно тогда и только тогда, когда I(А) I(В) = I(А). Например, ОТЕЦ это РОДИТЕЛЬ, то есть тот, кто имеет ребенка, и одновременно он МУЖЧИНА. Образуя пересечение множества всех мыслимых родителей и всех мыслимых мужчин, мы с необходимостью получим множество всех мыслимых отцов и только их.

Понятие групппировки

Декларативная часть отношения - это выражение, построенное из концептов с помощью операций. Оно отображается в языке и выражается, передается с помощью слов, например, «млекопитающее это животное». Продуктивная часть отношения это ментальное действие, совершаемое над мыслимыми множествами объектов. Любое ментальное действие развивается в процессе приобретения опыта вначале при манипулировании с реальными объектами, а потом с их представлениями.

Группировка или целостность, согласно Пиаже, по сути, соответствует определению алгебраической структуры в математике. Вот как Пиаже описывает законы группировки: коммутативность: А+В=С, обратимость: А = С-В, В = С-А, ассоциативность (А+В)+С = А+(В+С), идентичность: А-А=0, тавтология А+А=А. Пример аддитивной группировки: множество классов с операцией сложения. Обозначим через А, В, С - классы (понятия), через а, в, с - свойства классов. Логический класс это соединение объектов, совокупно представляющих одно и то же свойство. Так, класс А, например, соединение бусинок, определяемых свойством “а”: “деревянные коричневые”, а класс В - соединение бусинок “не-А”, в частности бусинок В с их свойством “в”: “деревянные белые”. Сложить два класса А + В = С значит определить наименьший из классов, включающий в себя оба класса, причем класс С определяется свойствами, общими всем А и всем В, то есть в данном случае свойством “с”: “деревянные” (“деревянные” бусинки есть пересечение свойств “коричневые деревянные” бусинки и “белые деревянные” бусинки, то есть с = а в).

Одной операции сложения над понятиями не достаточно. Как образовать множество объектов, которые принадлежат одновременно разным классам, например, водный транспорт, горный ландшафт? Необходима операция умножения классов. Умножить два класса это значит найти наибольший из классов, включающий в себя объекты, принадлежащие одновременно этим классам, то есть такие объекты, которые одновременно совмещают в себе свойства, соответствующие классу А и классу В): А*В=С (“водный транспорт” есть объединение свойств “плавать по воде” и “быть транспортом”, то есть с = а в).

Одно из самых существенных свойств мыслительных операций, согласно Пиаже, это их обратимость. Обратной к сложению является операция вычитания (А=С-В), обратной к умножению является операция деления (А=С:В). Если операция вычитания очевидна (диссоциация классов), то операция деления - нет. Мы представляем операцию деления следующим образом. Пусть ребенок, увидев на картинке лису, сказал, что это собака. Собака и лиса в представлении малыша очень похожи. Однако, взрослый не соглашается и объясняет, что это не собака, она не лает, она дикая, живет в лесу, таскает кур, собака всего этого не делает, она живет с человеком, сторожит кур, ест пищу, которую ей дает человек и т.д. Операция деления нужна тогда, когда необходимо разделить понятия. Пусть понятие Z = СОБАКА + ЛИСА, z - свойство, общее для собаки и для лисы. Для того, чтобы разделить понятия СОБАКА и ЛИСА, надо найти такое свойство y, что при умножении y на z мы получим свойство с = y z, которое соответствует (присуще) только множеству собак, то есть такое, что I(с) = I(СОБАКА).

Обратимость операций, согласно Пиаже, возникает из осознания самих мыслительных операций благодаря логическому мысленному опыту. Обратимость операций дает возможность освободиться от противоречий, которые могут возникнуть при наблюдении за явлениями реального мира.

Операции над понятиями имеют сложную структуру. С одной стороны это операции над именами понятий (знаками): водный транспорт, летающие тарелки, ребенок коровы. С помощью этих операций образуются выражения, имеющие логическую интерпретацию. Например, летающая тарелка образуется при умножении двух классов - класса летающих объектов и класса объектов, которые имеют форму тарелок. Здесь слово «тарелки» означает мыслительную операцию обобщения, построения класса всех объектов в форме тарелки, это отнюдь не класс всех тарелок. Слово «тарелки» связано только с одним свойством тарелок - их формой.

Мы не будем здесь анализировать языковые явления, связанные с изменением смысла слова в зависимости от контекста, это слишком сложная и самостоятельная проблема. Важно то, что выражениям языка соответствуют логические выражения, построенные из концептов и операций над ними, а логическим выражениям соответствуют операции над мыслимыми множествами объектов. Мыслимые объекты образуются исходя из представлений об объектах. Что же такое представление? Его, по-видимому, следует отличать от образа, объекта и множества объектов. В представлении заложено знание обо всей совокупности реальных объектов некоторого класса. Например, в представление коровы входит знание, что она может быть белого, черного, коричневого цвета, что она может быть пестрой, иметь рога и т.д. Каждый раз, называя те или иные признаки коровы, мы вызываем в памяти (конструируем) образ реального животного. Представление «работает» как некая генетическая программа, которая «генерирует» по конкретным признакам, выбранным в той или иной ситуации, образ конкретного объекта. Понятие через представление связано с объектами реального мира.

Представление, быть может, промежуточная стадия на пути к пределу - понятию, выраженному одним словом. Нам кажется, что понятие не существует, если не совершен предельный переход от потенциально бесконечного множества всех реальных представителей данного класса, данного понятия к значению его предела, то есть к его имени. Этот предельный переход почти совершен в представлении, но от представления еще легко вернуться к образу и конкретному объекту. С помощью представления легко дифференцировать понятия, выбрав соответствующие дифференцирующие признаки.

Скоординированность операций мышления

Все интеллектуальные действия субъекта на всех уровнях скоординированы между собой. Эта скоординированность придает организму целостность. Например, можно наблюдать скоординированность зрительно-двигательных реакций. В [7] описаны наблюдения за детьми 3-5 лет, которые выполняли следующее задание: провести карандашом линию на бумаге и остановиться точно на указанной вертикальной прямой. Маленькие дети (три года) не могли справиться с заданием. У них зрение и движение руки еще не согласованы с необходимой точностью. Дети 5-6 лет могли выполнить задание точно и демонстрировали эффект предвосхищения приближения к линии. Е. К. Бережная показала [8], что при выполнении движений рукой по рабочему пространству зрение всегда проходит тот же маршрут, что и рука, но с опережением. Глаз направлен на цель движения руки. Смысл опережения взором руки - в сообщении руке осведомительной информации о нахождении цели. Глаз и рука сотрудничают как два «агента», точно согласовывая свои действия.

Рассмотрим скоординированность действий при построении понятий. В процессе построения понятий участвуют: 1) множество имен классов (понятий), 2) множество мыслимых объектов, 3) множество свойств. Мыслимые объекты связываются со свойствами причинно-следственными отношениями, аналогичную природу имеют связи между мыслимыми объектами и именами их классов (понятий) и между именами классов и свойствами, их определяющими. Классы и свойства по смыслу их связей с мыслимыми объектами по существу не различаются. Класс это артефакт (конструируемый человеком), а свойству соответствует наблюдаемое физическое явление или отношение. Классы логически определяются с помощью свойств.

Каждому классу (имени класса) и каждому свойству (имени свойства) соответствует единственное множество мыслимых объектов или интерпретация данного класса или свойства, то есть то множество мыслимых объектов, которые принадлежат данному классу или обладают данным свойством: А I(A) = {o: o A}, c I( с )= {o: o c}.

На множестве имен классов задаются операции сложения и умножения, интерпретируемые с помощью теоретико-множественных операций пересечения и объединения над множествами мыслимых объектов.

Каждому мыслимому объекту соответствует однозначно некоторое множество свойств С (o) = {c: o c}, o C(o). Назовем C(o) описанием мыслимого объекта “о”. На множестве описаний всех мыслимых объектов заданы две операции - операция генерализации описаний и операция “совмещения” описаний, первая из которых для пары описаний определяет их максимальную общую часть (общее свойство), а вторая по двум описаниям строит минимальное описание, которое включает эти два описания: C(o1) C(o2) = Cx, C(o1) C(o2) = Cy.

Скоординированность операций классификации означает, что операции умножения и сложения над именами классов, операции над множествами мыслимых объектов и операции над описаниями объектов являются скоординированными действиями, которые выполняются одновременно и во взаимной связи одни с другими. Для полноты задания операций мы должны рассмотреть случай пустой интерпретации для описания мыслимых объектов - может случиться, что при соединении описаний (умножении классов) будет образовано описание (класс), которому соответствует пустая интерпретация. В этом случае будем говорить, что описание противоречиво и результат операции совмещения описаний равен специальному символу - С0 - “невозможное описание” или “противоречие”. При операции генерализации описаний может случиться, что результат операции есть пустое описание. Это означает, что множество мыслимых объектов соответствующее образованному классу, не имеет общих свойств. Результат операции генерализации в этом случае будет равен специальному символу С1 - “самое общее описание”.

Операции классификации порождают некоторое множество логических утверждений, которые осознаются только, если операции классификации выполняются как система скоординированных операций. Это утверждения квантификации. Пусть А + В = С, тогда мы имеем следующие отношения квантификации:

не все С есть А, не все С есть В,

все В есть некоторые С, все А есть некоторые С,

некоторые С есть В, некоторые С есть А,

некоторые С не есть А, некоторые С не есть В.

Нарушение скоординированности операций классификации ведет к нарушению истинности рассуждений.

Пиаже показал, что 1) операциональное мышление есть результат постепенного развития, 2) формирование формальных операций связано с одновременным спонтанным возникновением способности координировать операции, 3) ключевая проблема в формировании способности к операциональной классификации состоит в понимании отношения включения; если нет понимания отношения включения, то оказывается невозможным как понимание операций классификации, так и понимание отношений квантификации.

Пиаже и Инельдер создали специальные тестовые задания с целью изучения процесса формирования операций классификации у детей от 3-х до 7-8 лет, результаты их исследований приведены в монографиии [2]. Дадим некоторые примеры.

Ребенку предъявляется серия из трех красных квадратов, двух голубых квадратов и трех голубых кругов. Типичный пример ответов маленького ребенка на вопросы экспериментатора:

Вопрос:

Все ли красные предметы квадраты?

Ответ:

Нет, они голубые и красные.

Вопрос:

Все ли голубые предметы - круги?

Ответ:

Да.

Вопрос:

Все ли круги голубые?

Ответ:

Да.

Вопрос:

Все ли квадраты красные?

Ответ:

Да.

Задавались вопросы двух видов:

1.Все ли элементы части А имеют свойства целого В?

2.Все ли элементы целого В имеют свойства части А?

Ошибки детей были связаны с тем, что они трансформировали вопрос “Все ли Х есть некоторые У” в вопрос “Все ли Х есть все У”? Более трудным оказывался вопрос “все ли А суть В, чем вопрос “все ли В суть А” (когда А В). Таким образом, маленькие дети относят квантор “все” ко всем фигурам сразу, понятие “некоторые” не формируется; ребенок не может соотнести слово “все” с подмножеством предметов, обладающих некоторым свойством. Например, в выражении “все круги”, “все” понимается как вообще все предъявленные предметы. Дети 6-7 лет начинают отвечать правильно на большинство вопросов, однако вопросы вида 1 все равно остаются для них более трудными.

Проблема формирования операционального мышления является предметом пристального внимания педагогов. Как добиться, чтобы ребенок начал производить в уме операции классификации или понял отношение транзитивности? Любая группировка есть система скоординированных операций, а в случае классификации мы имеем дело с тремя скоординированными группировками, и понимание не может происходить по частям, в этом состоит вся трудность. Но когда “сознание” схватывает суть мыслительных скоординированных операций, то, как будто, происходит гигантский скачок, границы мышления раздвигаются и одновременно, как следствие, появляются качественные изменения во всех сферах мышления - в логике, в понимании законов сохранения и т.д.

Антиципация

Антиципация это предвосхищение событий и действий как людей и объектов внешнего мира, так и своих собственных действий, то есть субъект может планировать свое поведение в соответствии со своими ожиданиями будущих событий или своих собственных состояний.

Взгляды Пиаже на антиципацию оказали большое влияние на отечественных психологов. Б.Ф. Ломов, Е.Н. Сурков подытожили в своей монографии [12] результаты многочисленных и очень интересных исследований антиципации в соответствии с уровнями интеллектуального развития, введенными Пиаже: сенсо-моторная антиципация, перцептивная антиципация, антиципация на уровне представлений, антиципация в рассуждениях (гипотеза как антиципация).



Приведем некоторые примеры антиципаций. Если понаблюдать за игроком в мяч, то мы увидим, что игрок заранее принимает позу, удобную для того, чтобы поймать мяч. Никифоров [11] изучал чувство дистанции у боксера. Боксер реагирует на целостный двигательный акт противника, прогнозируя его перемещение, положение отдельных частей его тела, направление возможного удара и его силу. То есть он предвосхищает всю совокупность сложных и скоординированных движений противника.

Кричевский изучал согласованность групповых действий в спортивных играх [10]. Игрок прогнозирует свои действия, действия противника и партнеров. В хорошей баскетбольной команде 3-4 игрока безошибочно предвосхищают замыслы друг друга за счет формирования одинакового видения игровой ситуации, они стараются опередить замысел противника. Как партнеры общаются? Они ловят взгляды, движения рук друг друга. Информация передается с помощью жестов и позы, используется сокращенная, но выразительная, эмоциональная речевая сигнализация.

В рассуждениях антиципация проявляется в процессах доопределения ситуации или образа по неполной информации: по части узнать целое, по наблюдаемой последовательности событий предсказать следующее событие, например, увидев хвост лисы, торчащий из-за дерева, представить всю лису. На антиципации построено во многом понимание речи - по ситуации, содержанию разговора и отдельным словам предсказывается (мысленно), что будет сказано, и потому происходит понимание с опережением. Известно, как трудно понимать речь на чужом языке, если известны все слова в отдельности, но нет представлений о содержании разговора.

Необычайно сложными и тонкими антиципациями обладают профессионалы. Сурковым Е.Н., Якобсоном Ю.С. (цит. по [12]) проведено исследование временных характеристик локомоций и диапазона временно-пространственных антиципаций у вратарей футбольных команд. Рубахин В.Ф. (цит. по [12]) описывает структуру антиципаций у геологов, занимающихся дешифрированием аэрофотоснимков. Антиципации геологов-дешифровщиков основаны на многоуровневых представлениях о местности и знании законов ее отображения на снимках. Это и схематические образы рельефа, и внутри ландшафтные экстраполяции, и карты - схемы, и региональные экстраполяции, и мета представления о земной поверхности [13].

Антиципация пронизывает действия акробата, совершающего сложный переворот [12]. Антиципация - продукт долгого обучения. Акробат в процессе отработки переворота слушает объяснения тренера, запоминает свои сенсорные ощущения и мышечные усилия на разных стадиях переворота, формирует представление о взаимосвязи отдельных составляющих движения (одно движение вызывает другое). Ему помогает и зрительный образ движения. В результате формируется целостный образ движения, и сам переворот совершается так, что каждый отдельный его элемент, усилие, ощущение, скоординирован со всеми другими элементами, все движения как будто сцементированы в целостный акт - переворот.

Механизмы антиципации, как и все интеллектуальные операции, развиваются от простых к сложным. Простые формы антиципации - рефлекс и навык (запоминание), более сложная форма - упреждающая программа (модель) скоординированных действий. В рассуждениях антиципация выступает в виде предвосхищения по одним свойствам - других свойств, по части - целого, по последовательности - следующего ее члена. Гипотезу можно рассматривать как форму антиципации, вытекающую из познания необходимости наступления тех или иных событий.

Какова роль группировок Пиаже в явлениях антиципации? Согласно Пиаже, антиципирующая схема это ничто иное, как схема группировки. Антиципация есть следствие приведения в действие законов группировки. Андре Реи поставил опыт, который может служить доказательством связи между группировкой и антиципацией [3],[9]. На квадратном листе бумаги (10 х 15 см) нарисован квадрат в несколько см. Испытуемому предлагается нарисовать квадрат самый маленький и самый большой на этом листе. Ребенок до 7-8 лет не может сделать этого. Он сначала рисует квадрат, лишь ненамного отличающийся, от заданного, так как он не предвосхищает конечного решения. В данном случае необходимо, чтобы ребенок осознавал группировку сериации, то есть все множество квадратов, упорядоченное по отношению “больше-меньше”. Единичное сравнение еще не является операцией группировки, оно остается на уровне интуитивного представления. Класс не существует сам по себе отдельно, вне классификации как процесса.

Конкретные проблемы, которые ставит мышление: что это такое? это больше или меньше, тяжелее или легче? ближе или дальше? где? когда? сколько? по какой причине? и т.д. являются, согласно Пиаже, функцией предварительных группировок. Индивид обладает классификациями, сериациями, объяснениями, субъективным пространством и хронологией, шкалой ценностей и т. д. Группировки возникают и сохраняются на протяжения всей жизни.

УНИФИКАЦИЯ

Подобно тому, как механизмы антиципации развиваются от низших форм к высшим, также развиваются и механизмы узнавания, без которых немыслима никакая ассимиляция. Первейшей формой узнавания (в эволюционном ряду) является узнавание на основе сходства. В качестве второй формы узнавания мы рассматриваем узнавание на основе логической тождественности или эквивалентности понятий. В качестве третьей формы мы рассматриваем процессы унификации, как распознавание сложных когнитивных конструкций, например, группировок или даже их совокупностей. Каждая из предыдущих форм узнавания ассимилируется последующей формой. Более того, результаты ранее происходивших узнаваний, например, установленные отношения близости между объектами или отношения тождества между понятиями (правила), сохраняются и облегчают осуществление более сложных процессов узнавания. Можно предположить, что коль скоро существует преемственность между воспринимаемыми стимулами, образами, представлениями и понятиями, то один раз установленные отношения сходства или тождества между стимулами на уровне восприятия будут формировать аналогичные отношения и между соответствующими образами, представлениями и понятиями на других уровнях интеллекта. Таким образом, мы должны рассматривать согласованные многоуровневые отношения сходства и различия, которые облегчают выполнение унификаций сложных когнитивных образований.

Нам представляется, что любое узнавание начинается с определения сходства поступившего стимула с теми, которые уже известны субъекту. То, что поиск “похожего“ происходит быстро, объясняется сохранением ранее установленных связей между сходными стимулами, образами, представлениями, понятиями.

Операция установления сходства на множестве стимулов одной природы образует группировку, свойства которой определяются свойствами операции сходства - это симметричная, но не транзитивная операция. Отношение сходства измеримо: мы говорим, что стимулы совсем не похожи, мало похожи, сильно похожи, тождественны. Мы можем построить замыкание по отношению сходства и объединить все стимулы, которые попарно сходны, с другой стороны, мы можем “разделить” стимулы, то есть упорядочить их по степени сходства. Таким образом, отношение сходства порождает две группировки - группировку с операцией определения сходства и сериацию, или группировку по степени сходства. Любая ассимиляция начинается с определения зоны сходных стимулов для поступившего стимула. Таким образом, через уже существующие связи организуется зона рассуждений. Ребенок, увидевший лису и назвавший ее собакой, быть может, просто опирался на самый близкий образ, который у него сформировался на основе предыдущего знакомства с животными.

Логическое тождество устанавливается на уровне понятий и, следовательно, требует умения классифицировать. Уже сам акт образования класса есть акт установления тождества между именем класса и свойствами, общими для всех объектов этого класса. Это тождество имеет логическое содержание: класс А тождественен свойству “а”, если и только если равны их интерпретации на множестве мыслимых объектов I(A) = I(a). Мы также можем определить отношение аппроксимации на объединении множеств концептов и свойств I(A) I(B) (I(A) I( c), I(a) I(c)). Тогда будем говорить, что A есть наилучшая аппроксимация B, если выполняется I(A) I(B) и не существует C, такого что имеет место I(A) I(С) I(B).

Ясно, что между свойствами, так же как и между классами можно рассматривать отношение (это есть): а в тогда и только тогда, когда I(а) I(в). Очевидно, что каждому набору свойств, полученному в результате операций генерализации и совмещения, соответствует одна и только одна интерпретация на множестве мыслимых объектов. Обратное неверно, то есть одному и тому же множеству объектов может соответствовать множество свойств (наборов свойств), интерпретация которых совпадает с этим множеством. Все эти свойства (наборы свойств) тождественны друг другу, их можно считать разными “именами” или разными способами назвать данное множество объектов.

На отношениях (это есть) и отношениях тождества основана возможность рассуждения то есть, перехода от одних свойств к другим, от одних классов к другим. Если наблюдаюся признаки а и в и имеется знание отношения в с, то сразу можно заключить о существовании одновременно свойства с, чего нельзя сделать, если правило в с отсутствует. Одна из фундаментальных способностей интеллекта заключается в том, что одной и той же схемой действия можно пользоваться при решении проблем в различных областях (одним - многое) и один и тот же результат может быть получен с помощью разных схем действия (одно - многими). Это связано с переносимостью, настройкой сложных схем действия в новых сферах приложения интеллекта. Например, Пиаже отмечал, что механизмы ассимиляции и аккомодации происходят по тем же законам, как на биологическом, так и на когнитивном уровне. Синтаксическая структура арифметического выражения аналогична синтаксической структуре рассуждения или синтаксической структуре предложения естественного языка. Например, найти x, y такие, что x+5y=32, означает нахождение одного из разложений числа 32. Аналогично, найти такие а и в, что «а + в синее = хорошая погода», означает найти одно из описаний понятия «хорошая погода», например, «солнышко + небо синее = хорошая погода». Мы называем унификацией распознавание сложных когнитивных структур и их перенесение на другие задачи, где производимые операции подчиняются тем же законам. Операции унификации, то есть узнавания сложных когнитивных структур и их погружения в новый контекст являются самыми совершенными распознающими операциями и их возникновение в мышлении, по-видимому, возможно только на стадии осознаваемых формальных операций.

Заключение

Наиболее выдающимся последователем Ж. Пиаже в области разработки теории обучения и развития знаний у ребенка является один из основателей искусственного интеллекта как научного направления Сеймур Пейперт. Под влиянием идей Пиаже, он создал новое направление в компьютерном обучении, предложив и реализовав язык программирования LOGOS. Он воспринял самое основное в учении Пиаже, именно то, что ребёнок не «сосуд» для помещения знаний, а их творец. Чтобы помочь ребенку учится, нужно создавать для него среду, микро модель мира, в котором ребенок может действовать, совершать различные операции над объектами и приходить постепенно к открытию общих принципов решения тех или иных задач. В действии ребенок вырабатывает самостоятельно новые для себя понятия, тем самым, расширяя свои знания и совершенствуя свои внутренние мыслительные операции. С помощью компьютера, стало возможно воплощать новые принципы обучения в программах, особенно наглядным примером служит обучение математическим понятиям. В настоящее время Сеймур Пейперт продолжает развивать идеи теории обучения, основанной на психологии развития, создателем которой по праву считается Жан Пиаже[6].



Теория интеллекта Пиаже имеет большое значение для моделирования концептуальных рассуждений в интеллектуальных компьютерных системах. Концептуальные рассуждения предполагают не только пассивную навигацию по уже готовым классификационным структурам, но и их конструирование, обновление, построение классов, выделение признаков, обнаружение функциональных или причинно-следственных зависимостей. Все эти процессы имеют общепсихологическую природу и должны автоматически выполняться для любого множества концептов независимо от проблемной области. Процессы дедуктивных рассуждений не должны отделяться от процессов индуктивных рассуждений, так как психологически они осуществляются одной и той же системой скоординированных операций. При моделировании рассуждений на компьютере совокупность этих операций, соединенных во взаимосвязанную систему, по существу позволяет сформулировать понятие концептуального типа данных и обеспечить его поддержку в различных проблемных областях.

Исследования Ж. Пиаже по генезису процессов классификации в мыслительной деятельности человека показали, что математической теорией концептуального типа данных должна быть теория алгебраических решеток. К этому же выводу пришли многие исследователи при практическом моделировании мыслительных процессов на компьютере в рамках теории искусственного интеллекта. Преимуществом алгебраической решетки является то, что она может быть определена и как отношение, то есть как декларативная структура, и как система операций, с помощью которых эта структура порождается. Применение алгебраической решетки как математической модели мыслительных процессов даёт возможность преодолеть неоперациональность многих подходов к использованию знаний в системах искусственного интеллекта.

Литература

1. Piaget J. Psychology and Epistemology: Towards a Theory of Knowledge. The Penguin Press, 1972.

2. Piaget J. La genese des structures logiques elementaires (avec Inhelder), Nuechatel, Delachaux et Niestee, 1959

3. Пиаже Ж. Избранные психологические труды. Психология интеллекта, стр. 55-232.

4. Майкл Коул. Культурно-историческая психология. Наука будущего. Москва, “Когито центр”, 1997.

5. Поспелов Д. А. Знания в интеллектуальных системах. Программные продукты и системы, N 3, 1990, стр. 65 - 80.

6. Papert, S. Mindstorms: Children, Cumputers and Powerful Ideas. 1980.

7. Гатев В.А. Развитие зрительно- двигательных реакций в детском возрасте. София, изд.-во АН, 1973.

8. Рокотова Н.А., Бережная Е.К., Горбунова И.М., Роговенко Е.С. Моторные задачи и исполнительская деятельность. Москва, Наука, 1971.

9. Burry J. Wadsworth. Piaget's Theory of Cognitive and Affective Development. Mount Holyoke,College, London. Fouth edition.

10. Кричевский Р.Л. Экспериментальные исследования тактического мышления в спорте - теория и практика физической культуры, 1968, N 8, стр. 13-15.

11. Никифоров Ю.Б. Чувство дистанции у боксера. Москва, Физкультура и спорт, 1971.

12. Ломов Б.Ф. Сурков Е.Н. Антиципация в структуре деятельности. Москва, Наука, 1980.

13. Рубинштейн С.Л. О мышлении и путях его исследования. Москва, изд.-во АН СССР, 1958.

Размещено на Allbest.ru