Глава 7. обсуждаются критерии, которым должна удовлетворять хорошая аналогия

обсуждаются критерии, которым должна удовлетворять хорошая аналогия. Их подход сводится к четырем принципам. Первый принцип состоит в том, что аналогия должна применяться в той области, в которой студент уже приобрел достаточные знания. Например, Геншер [45] объясняла студентам свойства электрического тока, проводя аналогии с потоком воды. Однако результаты обучения по данному методу оказались ниже, чем ожидалось. Позднее Гентнер установила, что участники эксперимента не уяснили предложенной аналогии, поскольку не очень хорошо понимали принципы движения потока воды.

Второй принцип заключается в том, что области цели и источника должны различаться как можно меньшим числом размерностей. То, что кажется учителю блестящей аналогией, может быть недоступно пониманию обучаемого. Те два объекта, которые входят в аналогию, могут различаться настолько сильно, что обучаемый может не заметить связей, которые помогли бы ему понять природу сходства этих объектов.

Третий принцип состоит в том, что те операции, которые являются естественными в области цели, должны также быть естественными в области источника. Румельхарт и Норман [76] обсуждали обучение школьников действиям с дробями, используя аналогию со слоеным пирогом. Используя такую аналогию, вполне естественно добиться усвоения понятий сложения и вычитания дробей. Однако она не помогает при обучении действиям умножения и деления дробей. (Что значит умножить половину одного слоя пирога на одну треть другого?)

Наконец, четвертый принцип заключается в том, что неподходящие операции должны быть таковыми как в области цели, так и в области источника. Использование этого принципа снижает вероятность того, что учащийся будет по аналогии применять неподходящую операцию или ложный признак.

Этап компиляции знаний. Считают, что знания, относящиеся к развитию когнитивного навыка, становятся скомпилированными после первоначального этапа решения задачи на основе только что полученных декларативных знаний. На этом этапе исполнение нужного действия становится более согласованным главным образом потому, что все больше и больше той информации, которую раньше требовалось хранить в рабочей памяти, переходит в форму более специализированных продукций и становится постоянно доступной. Конкретная задача теперь решается с помощью вызываемых из памяти уже заученных процедур, а не путем применения фактических знаний. Этот момент соответствует самому началу приобретения опыта. Обучающийся начинает распознавать те ситуации, для которых ранее уже были заучены стандартные комбинации действий, обес-

Научение в забывание

печивающие в своей Совокупности общую реакцию на данную ситуацию. Другими словами, обучающийся начинает распознавать характерные требования к ответу на самые общие ситуации вместо того, чтобы, как раньше, искать в памяти возможные способы ответа на каждую конкретную ситуацию, которая перед ним возникает.

Андерсон [5] рассматривал две стадии этапа компиляции знаний — композицию и формирование процедуры. Обе они могут рассматриваться как процессы работы с продукционными правилами в продукционной памяти.

Композиция — это процесс объединения в одну продукцию двух продукций, которые согласованы во времени и связаны с общей целью. Для иллюстрации этого положения рассмотрим следующий пример, тесно связанный с работой продукционной системы, разработанной для стирания слов в рукописи при редактировании [72]. Предположим, что после того как задача стирания выполнена несколько раз, обучаемый запомнил следующие две продукции, которые выполняют эту задачу:

Продукция 1. Если цель состоит в стирании <конкретного слова), слово начинается в точке с координатами (х, */> и курсор не находится в положении (х, у}, то переместить курсор в положение <#, */>.

Продукция 2. Если цель состоит в стирании <конкретного слова), слово начинается в точке <*, уу и курсор находится ь (.х, уу, то нажать на клавишу стирания.

После того как эти две продукции применены последовательно, в результате композиции может получиться третья продукция, имеющая следующий вид:

Продукция 3. Если цель состоит в стирании (конкретного слова), слово находится в точке {х, у} и курсор ие находится в (.х, у}, то переместить курсор в точку <*, */> и нажать на клавишу стирания.

В данном случае с помощью композиции по существу произошла замена двухэтапной операции на одноэтапную. Одно из достоинств одноэтапной операции — быстрота выполнения. Если допустить, что продукции выполняются с более или менее постоянной скоростью, то комбинированное продукционное решение будет достигаться в два раза быстрее, чем решение, получаемое в два этапа (вспомним приводившиеся выше доводы о том, что продукционный цикл — основная мера скорости переработки информации). Однако после выполнения композиции нельзя выяснить характер отдельных этапов в данной процедуре. Другими словами, как только сформирована продукция 3, обучаемый теряет доступ к отдельным этапам и потому не способен точно сказать, какие именно операции с ними связаны. Достигший данного этапа обучения не сможет быть хорошим

330 Глава 7

учителем для новичка. В разное время многим из нас приходилось бывать по разные стороны барьера наставник — ученик, когда первый старается передать второму некоторый комбинированный навык. Наставник говорит: «Если вы увидите это, то просто сделайте х, потом у, а затем г». Ученик в ответ: «А как вы делаете я?»

Данный пример позволяет обнаружить ключевой ингредиент ускорения композиционного обучения: комбинируемые продукции должны быть объединены общей целью (в рассмотренном примере цель — стирание слова). Рассмотрим теперь, что произойдет, если две продукции не выполняются последовательно, а прерываются применением четвертой продукции, которая не связана с той же целью, например (на основе сходного примера Андерсона [5]):

Продукция 4. Если начальник слегка хлопнет вас по спине и задаст вопрос, то отвечайте на этот вопрос.

В этом случае нет смысла комбинировать продукции 1 и 4, поскольку это приведет к возникновению бесполезной продукции:

Продукция 5. Если цель состоит в стирании (конкретного слова), слово начинается в точке (х, у}, курсор не находится в (х, у} и начальник хлопает вас по спине и задает вопрос, то переместите курсор в <я, i/> и отвечайте на вопрос.

Это привело бы к замедлению обучения. Таким образом, принцип ускорения обучения состоит в том, чтобы обучаемый работал с согласованным набором целей. Один из способов достичь этого — избегать применения продукций, управляемых данными (как в описанном примере) с помощью, например, создания таких условий, в.которых подобные прерывания будут менее вероятными. Многие математики и статистики, по-видимому, бессознательно используют этот принцип, поскольку они так устраивают свои рабочие места, чтобы меньше отвлекаться от работы (например, видом монографии на книжной полке, которую необходимо прочитать). Они любят располагаться в тихом месте со слабым освещением и использовать только узкий пучок света от настольной лампы.

В лабораторных условиях было показано, что данный принцип— наиболее важный показатель, стал ли некоторый навык автоматическим (т.е. возможно ли его использование в системе переработки информации с малыми затратами и низкой стоимостью). Шнайдер и Фиск [87] обнаружили, что те навыки, которые приобретаются в процессе тренировки в адекватных условиях (т.е. в таких условиях, когда конкретные паттерны адекватно связаны с конкретными реакциями), прочно усваиваются до уровня автоматических после небольшого числа повторений. С другой стороны, если тренировка проходит в таких

Научение и забывание

условиях, когда степень соответствия между стимулом и реакцией меняется (т. е. часто меняется парная ассоциативная связь между стимулом и реакцией), это может быть препятствием тому, чтобы процесс стал автоматическим.

Наконец, следует рассмотреть характер протекания во времени композиционного научения. Если бы композиция была единственным механизмом научения, то следовало бы ожидать, что оно должно описываться скорее экспоненциальной, чем степенной функцией. Кроме того, если после каждого цикла комбинируются две продукции, то показатель степени должен равняться половине. Степенная зависимость по существу отражает тот факт, что скорость изменения снижается во времени [66], т. е. при длительной тренировке композиция становится все менее эффективной. В работе [64] дано гипотетическое объяснение этого факта, а также показано, каким образом композиционное научение может дать зависимость, описываемую степенной функцией.

Формирование процедуры так же, как и композиция, используется для усиления продукций, что ускоряет развитие когнитивного навыка. Суть формирования процедуры заключается в том, чтобы поменять в продукционных условиях переменные на константы. Данный прием позволяет ввести декларативные знания непосредственно в продукцию. Рассмотрим все тот же пример со стиранием слова. Положение курсора и цели (координаты х и у) определяется двумя переменными. Чтобы выбрать продукцию 1, испытуемый должен хранить в рабочей памяти как координаты курсора, так и координаты слова-цели. Предположим, что если слово имеет конкретное местоположение х, у (например, 1,1), то имеется общая операция стирания. Предположим еще, что для перехода в точку с координатами 1,1 имеется специальная функция key. Тогда с помощью компиляции испытуемый может получить продукцию, в которой две переменные (х, у} заменены соответственно константами <1,1> и <1,1 key).

Принцип улучшения научения в этом примере во многом такой же, как при композиции: постоянная тренировка ускоряет научение. Если при редактировании от обучающегося лишь изредка требуется выполнение операции редактирования в точке с координатами <1,1>, то эта продукция никогда не сможет войти в содержание процедуры. Тренировка на конкретных задачах с наибольшей вероятностью приводит к включению продукций в состав процедуры.

332 Глава 7

7.3.3. Настройка

Настройка — это процесс, с помощью которого процедуры делаются более эффективными посредством изменения (ограничения или увеличения) числа ситуаций, в которых они могут быть применены, или благодаря повышению их надежности. Таким образом, настройка связана с переструктурированием и логически из него следует. Однако характерные особенности процессов настройки и переструктурирования заметно различаются, что дает нам право рассматривать их по отдельности.

Характерные примеры научения посредством настройки можно найти в практических задачах, отличающихся наличием максимумов рабочих характеристик, т. е. когда после длительной тренировки достигается совершенный результат. Совершенствование двигательных навыков (например, при печатании на машинке) или когнитивных навыков (как при распознавании образов или при опознавании самолета) происходит в процессе многочасовой (или даже многолетней) тренировки и квалифицируется как «настройка». Такое совершенствование продолжается в течение долгого времени после первоначального оформления навыка и превращения его в процедуру.

Поскольку процедуры можно представить в виде продукционных множеств, полезно считать настройку модификацией индивидуальных продукций. Продукции можно сделать более развернутыми в процессе обобщения. В то же время в процессе дискриминации (различения) они могут быть сделаны такими, что будут применяться в ограниченном наборе ситуаций. Надежность применения продукций можно увеличить просто путем тренировки, а также с помощью одновременно проводимого процесса усиления продукций.

Несмотря на то что ортодоксальному бихевиористу все три механизма настройки (обобщение, дискриминация и усиление) хорошо знакомы, можно показать, что их легко адаптировать н использовать в рамках информационного подхода, где они будут выглядеть гораздо более внушительными. Андерсон [5] описал, каким образом по трем этим направлениям можно модифицировать продукции.

Обобщение. Посредством обобщения можно расширить условия применения продукции двумя способами. Один способ заключается в том, чтобы устранить проверку в той части продукции, где стоит условие «если». Можно снова рассмотреть пример с набором продукций для стирания слов. Этот набор может быть распространен на случай стирания чего-то другого (слова, строки, числа) и получения соответствующей пэолукпии

Научение и забывание

если из описания теста устранить проверку на то, является ли цель словом.

Второй способ обобщения состоит в обращении композиции, т. е. в замене константы на переменную. Например, если вместо того, чтобы сначала учиться главной продукции 1, студенту дается продукция 5, то обычно наблюдается тенденция к тому, что в процессе тренировки происходит обобщение продукции 5 и формируется продукция I.

Различение. Процесс различения является по существу обратным процессу обобщения. Обучающийся модифицирует имеющиеся продукции путем прибавления дополнительного пункта проверки в часть «если». Классическим и наиболее понятным случаем различения является овладение языком в раннем возрасте. Дети заучивают такие общие правила, как «для изображения действия в прошлом прибавь ed>. Однако постепенно обучаясь и совершая ошибки (например, goed, hitted, runned), ребенок научается быть более внимательным и различать случаи употребления правила относительно окончания ed. Применение процесса различения в данном случае приводит к тому, что вырабатывается дополнительное условие проверки, которое должно гарант.-ровать, что рассматриваемый глагол не является исключением из общего правила.

Усиление. У:иление продукции — это средство, с помощью которого в соответствующих целевых ситуациях отдельные продукции вызываются более надежно. В процессе тренировки при использовании определенной продукции обучающийся все с большей уверенностью применяет ее в конкретных обстоятельствах.

Можно говорить также и об ослаблении тех продукций, которые ранее были усилены. Некоторые продукции (например, старые привычки) могут стать настолько сильными, что их трудно подавить. Андерсон [5] предположил, что всякий раз, когда результат применения продукции оказывается положительным, ее «вес» увеличивается. Если же результат применения некоторой продукции оказывается отрицательным, то посредством того или иного вида отрицательной обратной связи «вес» продукции снижается. Когда Андерсон занимался машинным моделированием процесса «решения задач», он использовал уменьшение «веса» продукции до 25%.

Тренировка и обратная связь. При любом из трех видов настройки самыми важными показателями эффективности научения являются тренировка и обратная связь. Чтобы происходила настройка, обучаемый должен постоянно практиковаться, при-

334 Глава 1

чем процесс выработки продукций должен сопровождаться получением обратной связи для того, чтобы можно было определить, полезно ли сохранять в памяти сформированные продукции.

В системе Андерсона обобщение и различение происходят более или менее совместно. Механизм усиления продукции управляется главным образом посредством обратной связи. Обратная связь может быть установлена извне (например, с помощью наставника), однако она может быть обеспечена и внутренними механизмами. Имеется в виду, что обучение может стимулироваться внутренней моделью осваиваемого навыка, которая может обеспечивать внутреннюю обратную связь. В действительности оказалось, что данный вид обратной связи имеет важное значение для достижения высокой эффективности научения через действие [10].

7.3.4. Заключение: виды научения

В данном разделе, посвященном видам научения, представлена их таксономия, причем особое внимание уделено тем условиям (относящимся как к обучающемуся, так и к ситуации научения), которые оказывают влияние на научение и эффективность последующего применения данного навыка. Согласно Румель-харту и Норману [76], рассматривались три вида научения: наращивание знаний, переструктурирование и настройка.

Научение посредством наращивания знаний облегчается в условиях, определяемых общим принципом: осмысленный материал легче запомнить, чем произвольный. Обучающийся либо придает смысл изучаемому материалу, либо извлекает его из материала. Описано несколько мнемонических приемов и стратегий, позволяющих добиться этого. Достоинствами этого принципа может воспользоваться учитель, тренер или преподаватель, так организовав ситуацию научения, чтобы осмысленность и организация материала были очевидны обучающемуся. Осмысленный материал, который хорошо организован и вызывает конкретные зрительные ассоциации, выучивается быстрее всего и запоминается на более длительное время.

Способ научения путем переструктурирования разбивается для удобства на два последовательных этапа (по предложению Андерсона [5]). На первом этапе обучающийся решает задачу после запоминания относящихся к ней фактов либо с помощью универсальных процедур, либо по аналогии. Он может усилить свои способности решать задачи, если будет изучать стандартные универсальные процедуры и способы решения задач, а затем применять их иа практике и использовать в различных ситуациях. При рассмотрении обучения по аналогии бы-

Научение и забывание

ли описаны стратегии, которые может использовать преподаватель для создания аналогий. На втором этапе процесса переструктурирования обучающийся компилирует фактические знания в процедурные знания, используя для этого операции композиции и формирования процедур. Если действуют оба этих механизма, то научение облегчается при наличии согласованных внешних условий и при отсутствии прерываний процесса.

Научение путем настройки— заключительная фаза процесса научения. Она длится достаточно долго после первоначального усвоения навыка. В контексте настройки или формирования продукций были описаны два механизма: обобщение и различение. Кроме того, было показано, что происходит взаимодействие между механизмом усиления (увеличение «веса») и другими механизмами настройки. Наиболее важный показатель эффективности настройки — практическая деятельность обучающегося при наличии обратной связи, которая обеспечивается либо его внутренней моделью задачи научения, либо извне (например, учителем, тренером или преподавателем).

7.4. Некогнитивные переменные обучения

Данный раздел посвящен проблеме когнитивных коррелятов и показателей обучения. В нем излагаются данные о таких некогнитивных переменных, которые влияют на процесс обучения. Несмотря на наличие книг, посвященных изучению роли в обучении и познании эмоциональных и побудительных переменных [34, 93], систематические исследовательские программы по данной проблематике были развернуты только недавно. До сих пор сравнительно мало известно относительно некогнитивных сторон обучения, а то, что известно, можно отнести к двум направлениям исследований: 1) побудительных и мотивацион-ных показателей обучения, 2) эмоциональных аспектов (например, влияния на обучение и память настроения). Ниже рассматриваются в основном вопросы, связанные с мотивацией и настроением.

7.4.1. Мотивация

Для обычного человека (или обычного менеджера на производстве) наиболее важной детерминантой успешности научения, по-видимому, является мотивация. В то же время многочисленные лабораторные исследования показали, что намерение (один из видов мотивации) учиться не имеет прямой связи с успешностью научения. Скорее важно другое: вероятность воспроизведения более тесно связана с объемом операций по обработке входного стимула.