Механізм розвитку когнітивного простору студентів в процесі математичної підготовки в сучасному університеті

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Проблема формування когнітивних здібностей особистості в освітньому просторі вищої школи, будучи міждисциплінарною, одночасно визначає напрямок розвитку системи неперервної професійної освіти. Вивчення цієї проблеми з метою детального осмислення механізму розвитку когнітивного і метакогнітивного простору особистості в контексті фундаменталізації вищої освіти забезпечить якісний стрибок математичної та професійної культури і стане однією із стратегічних складових модернізації математичної підготовки в системі триступеневої вищої освіти.

Інтерес становить визначення особливостей механізмів розвитку когнітивного і метакогнітивного простору студентів. Дослідження механізмів конструювання пізнавального простору проведено в рамках сучасних поглядів з моделювання функціональних властивостей нейронних мереж. Ця інформація дозволить відповісти на питання про структурні напрями, принципи формування та характеристики як когнітивних, так і мета когнітивних, функцій мислення особистості.

Сучасною парадигмою системи освіти є компетентнісний підхід до навчання, який здатний вирішити завдання стосовно розвитку здібностей особистості до продуктивної діяльності у сучасному суспільстві [1, с. 96].

Опубліковано багато робіт з дослідження функцій когнітивних здібностей і механізмів їх формування. Їх автори пропонують різні моделі функціонування нейронних мереж, що пояснюється наростаючим інтересом до проблемам моделювання неприроднього інтелекту. З'являються наукові праці з моделювання нейронних мереж біологічних систем. [6, 7]. Вчені пропонують нейронні мережеві моделі когнітивних функцій, моделі семантичних мереж, які відтворюють образи динамічних і статичних інформаційних потоків. Через надзвичайну складність функціонування нейронних мереж, відповідальних за процеси мислення особистості, в цих моделях відображено окремі аспекти роботи нейронних мереж. У роботі [7] здійснено огляд моделей нейронів і нейронних архітектур. Результати введення в мережеві структури хаотичних нейронів дискутуються в працях [2, с. 57; 16, с. 246]. Деякі автори обговорюють функціонування нейронних мереж з синергетичних позицій, з позицій підходу до хаосу, який самоорганізується. [6, с. 29; 12, с. 73]. Науковці досліджують також моделі організації і синхронізації динамічних систем, нейродинамічних біологічних структур, в яких здійснюються режими формування метастабільних станів [10; 12; 13; 15].

Можливості розумової діяльності, здібності особистості відображають характеристики її пізнавального простору, визначеного когнітивним і метакогнітивним потенціалом. Доведено, що вдосконалення когнітивних процесів за постійної планомірної навчальної діяльності можливе, в результаті навчального процесу підвищується ефективність когнітивного потенціалу розумової діяльності, відповідно, здібностей особистості [8; 9]. В роботах [3; 4; 5] визначені особливості структурних компонентів механізму розвитку когнітивних здібностей студентів у системі неперервної математичної освіти. пізнавальний компетентнісний студент

Метою статті є психолого-педагогічне висвітлення проблеми визначення механізму розвитку когнітивного і метакогнітивного простору студентів на базовому математичному рівні вищої освіти, дослідження когнітивних і метакогнітивних функцій мислення в рамках сучасних підходів до модулювання нейронної системи як нейронної мережевої організації, аналіз відтворювання образів динамічних і статичних інформаційних потоків.

У контексті когнітивного підходу до розвитку особистості вводиться поняття «когнітивний простір особистості». Усі властивості цього простору проявляються у процесі функціонування і трактуються як пізнавальні здібності особистості. У пізнавальній системі діють функціональні та операційні механізми. Для розвитку операційних механізмів потрібен певний рівень функціонального розвитку. Відносно розвиток операційних механізмів переводить в нову фазу розвитку функціональні механізми, що підвищує їх можливості. [8, с. 19-20].

Пізнавальний простір особистості - це простір когнітивних і метакогнітивних функцій. Останнім часом з'являються публікації, в яких автори намагаються визначити і пояснити механізми індивідуальної пам'яті. Такі явища пізнавальної діяльності, як сприйняття і відтворення подій, можуть бути зрозумілі як механізми мозкової діяльності особистості, лише на основі аналізу різних форм активності за допомогою моделі нервової системи, моделі ретикулярної формації нейронного середовища [11, с. 44].

Будемо розглядати механізми пізнавального процесу - сприйняття та відтворення - з позицій нейродинамічної концепції авторів [13]. Сучасний стан теорії нелінійних динамічних систем, дисипативних структур, процесів у відкритих дисипативних динамічних середовищах має математичний апарат, здатний моделювати механізми мозкової діяльності. Так, у роботі [14] встановлено, що в дисипативних динамічних системах відбувається збудження структур різної складності, визначено їх організація в просторі та еволюція в часі. Параметри структур визначаються профілями власних функцій автомодельного завдання. Відзначається, що порушення структур зумовлено виникненням локалізованих процесів, які, відповідно, можуть бути об'єднані за певними законами в більш складні організації [13, с. 27].

Нейродинамічна концепція процесів передбачає можливість вибудовування режимів локалізації, синхронізації, стабілізації метастійких хаотичних структур в ретикулярних середовищах нейронної системи. [2]. Складні біологічні системи не піддаються точному опису через неперервне хаотичне змінювання параметрів таких систем у фазовому просторі станів. Ця динаміка характерна для нейронних мозкових процесів, які формують модельні уявлення ментальних образів.

У ретикулярному нейронному середовищі відбуваються процеси, аналогічні тим, які спостерігаємо в дисипативних динамічних системах. Ці процеси супроводжуються виникненням «простих» структур, що відповідають власним дискретним значенням нелінійної задачі. «Прості» структури характеризуються областю локалізації. За певних умов, у вигляді зовнішнього або за рахунок внутрішнього джерела, при перекритті фундаментальних довжин «простих» структур, створюється одна складна чи декілька складних структур. Встановлюється режим організації складних структур, який має метастабільний характер. [15, с. 1330]. У ретикулярному нейронному середовищі такий режим відповідає створенню метастабільних структур ансамблю нейронів.

Розглянемо більш докладно відгук ретикулярного середовища з нейронами у вузлах на вхідний сигнал, який поступає у вигляді збурень. Останні можуть мати не тільки зовнішню, й суто внутрішню природу. Результатом їх впливу є активація нейронів, як відгук на збурення. Активовані нейрони створюють мозаїчну картину «простих» структур. Залежно від параметрів сигналу збурення фундаментальні довжини створених «простих» структур можуть перетинатися, в такому разі у середовищі з «простих» створюються складні структури, деякі з яких характеризуються метастабільністю.

Цілком обґрунтованим є припущення, що функціональні структури, які виникають в дисипативній динамічній системі як відгуки на впливи, - це модельні уявлення, еквівалент ментальних образів. Можна сказати, що кожному метастабильному стану співвідноситься певний ментальний образ.

При відключенні збурення модельні уявлення з часом (часом релаксації) зникають: дисипативна динамічна система переходить в функціональний режим, який задають внутрішні нейрофізіологічні процеси. Повторне збурення системи в період релаксації знаходить відгук у вигляді появи тих же функціональних структур і модельних уявлень. За резонансного збігу характеристик збурення з параметрами складної структури певного метастабільного стану відповідне модельне уявлення істотно посилюється, виділяючись серед створених структур. При відключенні сигналу відбувається релаксація системи в інший функціональний режим, модельні уявлення образів зникають. Процес релаксації запускає відображення в когнітивний простір створених метастабільний структур - модельних уявлень образів. Вони зберігаються в когнітивному просторі особистості функціональними закодованими одиницями. Потенціал активації збережених модельних уявлень образів зростає при повторному відображенні в когнітивний простір. Можна стверджувати, що модельні уявлення у вигляді функціонально активних одиниць утворюють статичне різноманіття когнітивного простору.

Якщо механізми побудови ментальних образів-інформацій можна вивчати в контексті застосування динамічної дисипативної теорії до біологічних систем, що підтверджується проведеними дослідженнями [13], то в механізмах відновлення або відтворення ментальних образів досі залишаються «білі плями». Опубліковано чимало наукових робіт, у яких пропонуються моделі побудови неприродних нейронних мереж, навчання та відтворення отриманої ними інформації. Біологічні системи безперервно хаотично змінюють параметри елементів та характеризуються хаотичною організованістю. [16; 17].

Останнім часом з'являються роботи, автори яких показують, що складні біологічні системи неможливо описати через неперервні хаотичні зміни параметрів систем у фазовому просторі станів. Подібна динаміка характерна для нейронних мереж мозку, її елементів - нейронів. Робиться висновок про те, що елементи такої системи, як і сама система, перебувають у постійному динамічному хаосі, що їх будь-яка фазова траєкторія неповторна і невідтворна. В рамках цієї парадигми вибудувана модель хаотичного нейрона, котрий безперервно змінює конфігурацію своєї активності, яка хаотична, але обмежена. [2,с. 58]. У фазовому просторі в системі координат: «величина потенціалу активації» - «швидкість його зміни», стан нейрона знаходяться в деякій сфері, яка зветься квазиаттрактором. У межах теорії хаосу рух нейрона в фазового простору трактується як самоорганізація в межах квазиаттрактора. [6, с. 30].

Модель хаотичної епізодичної пам'яті Осани - модель нейронної асоціативної мережі з додаванням хаотичних нейронів [2, с. 58]. У цій моделі хаотичні і нехаотичні нейрони відрізняються значеннями параметрів загасання зв'язків і сили пригнічення активності. Роль хаотичних нейронів зводиться до виділення певного контексту (ланки, що несе певний сенс, алгоритму) з однієї структури та його конкатенації (зчеплення) в іншу. Подібний процес зі структурами функціональної системи призводить до нових, не характерних для даної системи, «складних» метастабільних структур. Виникають модельні уявлення образів, які не можуть бути сформовані за законами дисипативних динамічних процесів у ретикулярних нейронних системах. Ці модельні уявлення образів несуть в собі ознаки непередбачуваності.

Розглянемо більш детально механізм створення модельного уявлення образу-інформації, враховуючи хаотичний характер параметрів системи. Сигнал-інформація як збурення повинен перевести дисипативну динамічну систему в режим створення метастабільних структур з «простих» і складних станів. Хаотичність параметрів елементів у системі встановлює «нові» правила побудови метастабільних структур, здійснюючи їх «переформатування». Такий процес, коли утворюються нові структури системи одного режиму, назвемо гомогенним переходом. При відключенні сигналу релаксаційний процес запускає відображення метастабільних модельних уявлень непередбачуваних образів в статичне різноманіття когнітивного простору у вигляді функціональних закодованих метаодиниць. Можна стверджувати, що метастабільні модельні уявлення непередбачуваних образів містять інформацію про характеристики нейродинамічної активності системи, мають генетичні корені.

Розглянемо механізм створення модельних уявлень образу в тому випадку, коли наступний сигнал потрапляє в систему, яка ще знаходиться у релаксаційному режимі. Це означає: поряд з існуючими метастабільними структурами з'являються елементи режиму, що створює інші «прости» та складні стани, інші метастабільні структури. Запускається процес формування метаструктур, конкатенації метастабільних структур обох режимів. Подібний процес, процес конкатенації структур різних режимів, називаємо гетерогенним переходом. У результаті до когнітивного простору потрапляє відображення метамодельного гетерогенного уявлення непередбачуваного ментального образу. У цьому контексті можна пояснити механізм формування в когнітивному просторі динамічного різноманіття метастабільних модельних уявлень ментальних просторово-часових ситуацій.

Аналізуючи природу гомо- і гетерогенних процесів у нейродинамічній системі, приходимо до обговорення механізму формування елементів непередбачуваності в модельних уявленнях ментальних образів і просторово-часових ситуацій. Формування непередбачуваних ментальних образів і просторово-часових ситуацій у когнітивному просторі можна трактувати як елементи метапізнання в процесах мислення студентів.

Статичне різноманіття (безліч модельних уявлень ментальних образів) і динамічне різноманіття (безліч модельних уявлень ментальних просторово-часових ситуацій) існують як підмножини когнітивного простору. У зв'язку з цим цікаві «топологічні» властивості когнітивного простору.

Когнітивний простір - це пізнавальний простір особистості, простір когнітивних здібностей, інтелекту, навченості, креативності. Вивчаючи можливість цілеспрямованого формування і розвитку когнітивних здібностей, ми повинні відповісти на питання про механізми формування і розвитку когнітивних здібностей [5, с. 91]. Механізми формування когнітивного простору виявляються пов'язаними з механізмами обробки інформаційних потоків в хаотичних самоорганізуються ретикулярних нейронних системах з подальшим відображенням у когнітивний простір.

Детальне вивчення механізмів формування і розвитку когнітивного простору, простору здібностей студентів додасть нового імпульсу в розумінні підходів до розвитку мислення студентів у процесі вивчення математичних і професійних дисциплін.

Література

1. Ярхо Т.О. Діагностичний компонент фундаменталізації базової математичної підготовки майбутніх фахівців технічного профілю у вищих навчальних закладах / Т.О. Ярхо // Наукові записки ТНПУ ім. В. Гнатюка. Серія: педагогіка. - 2016. - № 3. - С. 94-100.

2. Бендерская Е.Н. Хаотические модели гиппокампа в задачах распознания динамических образов / Е.Н. Бендерская, А.О. Перешеин // Научно-технические ведомости СПб ГПУ. Информатика. Телекоммуникация. Управление. - 2015. - Вып. 6 (234). - С. 56-69.

3. Емельянова Т.В. Структурні компоненти механізмів розвитку здібностей студентів в системі неперервної математичної освіти / Т.В. Емельянова // Педагогічні науки: теорія, історія, інноваційні технології. - 2016. - № 7 (61). - С. 143-153.

4. Емельянова Т.В. Зміст і особливості системи контролю та оцінювання ступеню розвитку здібностей студентів технічного ВНЗ / Т.В. Емельянова // Педагогічні науки: теорія, історія, інноваційні технології. - 2015. - № 6 (50). - С.179-188.

5. Емельянова Т.В. Про механізм цілеспрямованого розвитку когнітивних здібностей студентів в процесі неперервної математичної підготовки/ Т.В. Емельянова// Гуманітарний Вісник ДВНЗ «Переяслав-Хмельницький державний педагогічний університет ім. Г. Сковороди». - Додаток 1 до вип. 37. - Том ІІ (70): Тематичний випуск «Вища освіта України в контексті інтеграції до європейського освітнього простору». - К.: Гнозис, 2016. - С. 86-95.

6. Еськов В.М. Медицина и теория хаоса в описании единичного и случайного / В.М. Еськов, В.В. Еськов, Л.Б. Джумагалиева, С.В. Гудкова // Вестник новых медицинских технологий: электронный журнал. - Тула: ТГУ, 2014. - Т.21. - № 3. - С. 27-34.

7. Карпенко М.П. Нейросетевое моделирование когнитивных функций мозга: обзор основных идей / А.Т. Терехин, Е.В. Будилова, Л.М. Качалова // Психологические исследования: электронный научный журнал. - М.: Солитон, 2009. - № 2 (4).

8. Карпов А.А. Общие способности в структуре метакогнитивных качеств личности: монография / А.А. Карпов. - 2014. - 272с.

9. Качество высшего образования / под ред. М.П. Карпенко. - М.: Изд-во СГУ, 2012. - 291с.

10. Лисин В.В. Нейродинамический механизм деятельности мозга и память / В.В. Лисин, Р.С. Макин.

11. Макин Р.С. Нейродинамический подход в исследовании механизмов индивидуальной человеческой памяти / Р.С. Макин, В.В. Лисин // Вестник Димитровградского инженернотехнологического института. - 2013. - № 1 (1). - С. 41-46.

12. Макин Р.С. Нейродинамические процессы организации и синхронизации в структурах мозга / Р.С. Макин, В.В. Лисин // Вестник Димитровградского инженерно-технологического института. - 2014. - № 1 (3). - С. 69-95.

13. Макин Р.С. Имплицитные процессы нейродинамического механизма деятельности мозга / Р.С. Макин, В.В. Лисин // Вестник Димитровградского инженерно-технологического института. - 2013. - № 2 (2). - С. 24-30.

14. Рабинович М.И. Нелинейная динамика мозга: эмоции и интеллектуальная деятельность / М.И. Рабинович, М.К. Мюезиналу // УФН. - 2010. - №4. - Т.180. - С. 371-387.

15. Самарский А.А. Горение нелинейной среды в виде сложных структур / А.А. Самарский, Г.Г. Еленин, Н.В. Змитренко и др. // Доклады АН СССР. 1977. - Т. 237. - № 6. - С. 1330-1333.

16. Соловьева К.П. Формирование самоорганизующихся отображений сенсорных сигналов на непрерывные нейросетевые аттракторы / К.П. Соловьева // Математическая биология и биоинформатика: электронный научный журнал. - 2013. - Т.8. - № 1. - С. 234-247.

17. Харламов А.А. Нейросетевая среда (нейроморфная ассоциативная память) для преодоления информационной сложности / А.А. Харламов, Т.В. Ермоленко.

Размещено на Allbest.ru