КОГНИТИВНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ: ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ.
А.Г.Соболева, А.Я.Аноприенко
Донецкий национальный технический университет
Тезисы доклада на I Республиканской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «КОМПЬЮТЕРНЫЙ МОНИТОРИНГ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ», ДонНТУ, май 2005 г.
Когнитивное компьютерное моделирование (далее ККМ) сравнительно молодое направление в науке. По сути, оно является лишь инструментом в решении задач из других научных областей. Собственно под когнитивным подходом понимается решение традиционных для данной науки проблем методами, учитывающими когнитивные аспекты, которые включают процессы восприятия, мышления, познания, объяснения и понимания.
В своей работе Дж. Лакофф [1] так определяет задачи когнитивной науки: «выявить механизмы мышления и, соответственно, определить структуру категорий». Первый тип – визуализация тех человеческих знании, для которых невозможно или трудно найти соответствующее текстовое описание и представление. Второй тип – поиск путей перехода от наблюдаемых моделей к формулировке гипотез о механизмах и процессах, скрытых за динамикой модели. Рассмотрим более подробно задачи каждого типа.
Основная трудность представления и передачи знаний состоит в том, что в течении многих тысячелетий основными носителями интеллектуального человеческого знания являлись речь, текст и статичное изображение. Но все эти носители могут лишь описывать динамику какого-либо процесса, но не воспроизводить ее. Со временем человеческое знание углубляется и значительно усложняется, поэтому для его передачи необходимы средства, способные отображать динамику. Одним из первых таких носителей являлось видео изображение. В дальнейшем для более качественного представления динамики абстрактных процессов и ее анализа стало использоваться компьютерное моделирование.
Но недостаточно просто передать знание. Необходимо передать его в такой форме, чтобы оно было доступно для понимания познающего. В когнитивных моделях должна быть выбрана такая репрезентация научных понятий, которая бы способствовала запуску механизмов мышления и побуждала обучаемого не запомнить какие-то знания, а осознавать их.
В данном направлении существует на сегодняшний день несколько разработок. Среди них особого внимания заслуживает совместная работа нескольких российских вузов: виртуальный фонд естественнонаучных и научно-технических эффектов "Эффективная физика". Проект является учебно-методическим и справочным средством, реализованным на основе современных Internet-технологий и ориентирован на разные уровни образования. Каждый эффект в фонде помимо формализованного и обычного описания имеет анимацию, иллюстрирующую сущность эффекта.
В разработках технопарка ДонНТУ класс анимируемых явлений ориентирован на использование в учебном процессе университета. В частности, уже несколько лет существует портал магистров, в котором начиная с 2004 года практически каждая научная работа содержит поясняющую анимацию. Недавно открыт первый раздел портала моделирования ДонНТУ, в котором представлены когнитивные модели наиболее древних артефактов связанных с вычислительным моделированием . В настоящий момент ведутся разработки по созданию каталога учебных анимаций на основе технологии Flash.
Еще одним инструментом повышения когнитивности обучения является визуальное программирование, которое помогает преодолеть координационный барьер и барьер понимания. К таким средам разработки можно отнести VUFC (Visual Unix Filter Components), SIVIL (язык программирования и библиотека подпрограмм в картинках), LegoRobolab и многие другие [2].
Что касается выявления механизмов мышления или путей перехода от наблюдаемой модели к гипотезе о ее внутренней динамике, то в этой области работ еще меньше чем в предыдущей. Однако здесь можно перечислить следующие работы:
Если сопоставить эти типы задач с современными представлениями о функционировании человеческого мозга (например, работы Маслова [6]), то задачи первого типа стимулируют работу левого полушария головного мозга, тогда как задачи второго типа – работу правого. Учитывая все вышеизложенное можно сделать вывод, что при использовании информационных технологий в образовании следует ориентироваться на использование ассоциативного и абстрактного мышления обучаемого.
Автором в качестве прототипа будущего семейства моделей была разработана когнитивная модель представления архитектуры фон Неймана, обладающая указанными выше свойствами. Модель предназначена для использования в курсе информатики средней школы и позволяет облегчить понимание внутренней организации компьютера методом проведения аналогий с более простыми моделями, отражающими повседневную реальность.
Ссылки:
[1] Дж.Лакофф Когнитивное моделирование//Язык и интеллект. М.: “Прогресс”, 1996.
[2] Зубинский А. Визуальное программирование //Компьютерное Обозрение №14.- 2005- С. 58-60
[3] ЗенкинА.А, .ЗенкинА.А., Когнитивная Реальность: Порождение Творческих Решений В Науке, Образовании, Управлении. //Труды Международной конференции "Пользовательский интерфейс в современных компьютерных системах". - Орел, Россия, 1999
[4] АноприенкоА.Я. Когнитивные мегакарты: опыт реконструкции культуро-образующих моделей и образов мира // Научные труды ДонНТУ. Выпуск 39 - Донецк: ДонГТУ. - 2002 - С. 206-221
[5] КулиничА.А. Субъектно-ориентированная система концептуального моделирования «Канва». Материалы 1-й Международной конференции «Когнитивный анализ и управление развитием ситуаций». Москва, октябрь, 2001 г.
[6] Маслов С. Ю. Асимметрия познавательных механизмов и ее последствия.-
Семиотика и информатика, 1982, N 20, с. 3-34. Библ. 30 назв.