1. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ УЧЕНИЯ
Процесс обучения состоит в передаче учащимся (младшему поколению) познавательного опыта, накопленного человечеством. Оно осуществляется учителем, то есть представителем старшего поколения.
Эффективность обучения определяется такими процессами, как восприятие и запоминание новой информации, абстрактно-логическое и конкретно-образное мышление, и характеризуется определенными физиологическими и психологическими закономерностями.1.1. КАК РАБОТАЕТ МОЗГ. Согласно нейрофизиологической те-ории, мозг представляет собой совокупность связанных между собой нервных клеток — нейронов, каждая из которых может находиться в возбужденном и невозбужденном состояниях. Нейроны соединены между собой и образуют сложные нейронно-сетевые структуры, определяющие мыслительную деятельность человека.
. _ Рис. 1.1.
Представьте себе робота с электронной "нервной системой", состоящей из связанных между собой электронных блоков, моделирующих нейроны (рис. 1.1). На вход поступают сигналы Хі, С выхода снимаются сигналы уНа результат работы нейросети влияют межнейронные коэффициенты Qiij, /3jk¦ Обучение нейросети приводит к изменению коэффициентов межнейронных связей и к образованию новых связей. При этом устанавливаются ассоциации между предъявляемым образом О и уже знакомыми образами Oi, О2, ...Одг. При этом информация, которую запомнила нейросеть, распределена по всем образующим ее нейронам. Так возникает распределенная память.
Распознавание человеком конкретного образа О предмета Р (например, автомобиля) связано с нахождением в ассоциативной памяти, хранящей образы 0i,02, наиболее близкого этому предмету Р
образа Ok- Функционирование ассоциативной памяти аналогично качению тяжелого шарика по неровной поверхности. Углубления на поверхности соответствуют образам, хранящимся в памяти. При скатывании шарика в одну из ям происходит распознавание предъявленного человеку предмета.
За счет того, что нейроны образуют сложную сеть, импульс возбуждения может передаваться по разным путям.
В этом смысле мозг — достаточно надежная система: даже если часть нейронов вышла из строя, а также когда распознаванию предъявлено неполное или зашумленное изображение предмета, мозг способен восстановить ключевой образ. В результате обучения укрепляются имеющиеся связи между нейронами, образуются новые.Итак, мозг — это сложная нейросеть, представляющая собой активную среду, в которой возникают синхронные возбуждения многих нейронов, распространяются волны. Обычно она находится вблизи одного из критических состояний. Небольшие изменения входного сигнала приводят к "переключениям" нейросети, — мозг переходит в другое состояние. При этом сигнал, поступающий на вход нейросети, приводит к изменению состояния выходного нейрона. Способность мозга решить конкретную задачу характеризуется средним числом К нейронов, возбуждаемых одним нейроном. Если К меньше нижнего порога Ктіпі то информация в нейросети распространяться не будет (уровень подсознания). Если число К больше верхнего порога Ктах, то все нейроны будут связаны друг с другом (озарение, интуиция, сверхсознание). В случае, когда Ктіп < К < КтаХ1 говорят, что мозг находится в состоянии сознания.
"Мы мыслим мозгом и с его помощью можем видеть и слышать, способны различать уродство и красоту, добро и зло, то, что приятно и неприятно".
Гиппократ
Мозг состоит из двух полушарий, соединенных мозолистым телом, через которое реализуются перекрестные связи между полушариями. У правшей левая половина мозга отвечает за абстрактно- логическое мышление и хранение абстрактных образов. В ней осуществляется линейная обработка информации, ее анализ, связь идей, формирование категорий, проведение логических рассуждений, математических операций. Правое полушарие обеспечивает эмоционально-образное мышление и отвечает за интуицию, озарение, синтез, зрительную память, распознавание образов, нахождение сходства, знание без четких определений. Недостаточная сфор- мированность функциональной структуры правого полушария ведет к притуплению восприятия цвета, запаха, вкуса, к потере интереса к чему-либо, снижает эмоциональную и творческую активность.
Как установили ученые, мозг ведет себя подобно микрочастице, находящейся в потенциальной яме.
Аналогом координаты является объем знаний, скорость и направление мыслей — аналог импульса микрочастицы. Мозг, как и микрочастица, находится в непрерывном движении. Решение задачи аналогично прохождению микрочастицы через потенциальный барьер. Если задача трудная, а знаний мало (потенциальный барьер высок, энергия частицы мала), то вероятность ее решения (преодоления потенциального барьера частицей) не-велика. После решения задачи состояние мозга изменяется — человек начинает думать о чем-то другом, приобретает новые интеллектуальные умения.В процессе измерения микроскопическая система взаимодействует с измерительным прибором, и ее состояние изменяется. Аналогично, при определении уровня знаний и других характеристик мозга происходит изменение его состояния. При прохождении теста, содержащего достаточно трудные задания, человек чему-то учится, у него появляются новые мысли и т.д. Если учащемуся предложить простые задания, то состояние его мозга не изменится, но и оценить уровень знаний не удастся. Выпускник школы легко и безошибочно решит арифметические примеры за первый класс. При этом он ничему не научится, и оценить его знания не удастся. Если тест содержит слишком сложные задания, то учащийся с ними не справится и тоже ничему не научится. В оптимальном случае тест должен состоять из последовательности задач, сложность которых постепенно нарастает. Это позволит выявить задачи, которые учащийся может решить, и тем самым оценить его уровень знаний.
Определенную роль в работе мозга играют случайные процессы. Ученые, занимающиеся проблемой искусственного интеллекта, для исследования процесса творчества рассматривают мозг как кибернетическую систему из генератора случайных идей и блока отбора разумных идей. Генератор случайных идей вырабатывает идеи и решения, к которым нельзя прийти в результате логических рассуждений. Наиболее ценные идеи отбираются и затем используются для решения задачи.