Теоретические и методологические основания диагностики строения индивидуальной структуры знаний, формирующейся в ходе изучения школьного курса физики

Представление о ментальных внутренних репрезенттативных структурах знания занимает важное место в современной когнитивной психологии. Этому относительно новому психологическому конструкту отводится значительное место в работах Б. М. Величковско-го, М. А. Холодной, Н. И. Чуприковой, У. Найссера, И. Хоффмана. В идеальном случае иерархически организованная и пронизанная разнообразными связями система таких структур представляет в сознании и памяти человека не только относительно целостную картину окружающего мира, но и более менее обобщенную систему представлений о способах, приемах и схемах взаимодействия с этим миром. Внутренние репрезентативные структуры также выступают активными инструментами извлечения, анализа и структурирования информации об окружающей среде, а также полем мысленного моделирования деятельности человека и средством прогнозирования последствий такой деятельности. Такие ансамбли взаимопроникающего декларативного и процедурного знания принято именовать резепрентативно-когнитивными структурами. Предполагается, что адекватность различных аспектов поведения и деятельности человека напрямую связана со степенью подробности и достоверности такой системы когнитивных структур. Следует отметить, что в зависимости от функционального контекста допустимо употреблять как термин репрезентативные структуры, так и выражение когнитивные структуры, подразумевая при этом единую сущность.

Проблема репрезентации знания в мозгу человека в виде определенных структур сознания находилась в поле внимания исследователей с самого начала становления научной психологии. Отметим вклад в разработку этой проблемы Т. Рибо, Ф. Бартлетта, представителей гештальтистского направления, работы Ж. Пиаже и его школы.

Известный прогресс в исследованиях репрезентативно-когнитивных структур отмечается в 60-х годах, когда под влиянием быстрого развития вычислительной техники в психологической науке на Западе и особенно в США сформировалась и заняла доминирующие позиции парадигма когнитивной психологии. Возникнув на основе компьютерной метафоры, в рамках которой познавательные процессы трактовались по аналогии с процессом переработки информации в сложном вычислительном устройстве, когнитивная психология сегодня интегрирует все те направления исследований в психологии, которые разделяют тезис об определяющей роли знаний в организации поведения человека. В этот период представление о репрезентативнокогнитивных структурах развивается в работах У. Найссера, Дж. Брунера, Р. Клацки, М. Минского, Э. Рош, Р. Шенка. Репрезентативнокогнитивные структуры становятся междисциплинарной категорией и активно используются при рассмотрении познавательных процессов не только в психологии, но и в прикладной лингвистике, теории познания, работах по искусственному интеллекту.

В отечественной психологической науке тематика форм внутреннего представления знаний в памяти разрабатывалась в трудах Л. С. Выготского, Л. М. Веккера, М. А. Холодной, а последнее время в работах Н. И. Чуприковой.

Поскольку общая картина окружающего мира и способов взаимодействия с ним постоянно расширяется, детализируется и уточняется, то указанная система когнитивных структур представляет собой достаточно динамичное образование и в целом прогрессивно развивается на протяжении большей части жизни человека.

В психологии известно множество фактов, позволяющих обоснованно считать, что развитие когнитивных структур идет по линии их прогрессивного усложнения и подчиняется принципу системной дифференциации. Согласно этому принципу, развитие структур идет путем расчленения, разграничения и структурирования ранее целостных и глобально-диффузных репрезентаций [Werner 1957; Чуприко-ва 1997; 2007]. Н. И. Чуприкова убедительно показывает, что процесс дифференциации репрезентативно-когнитивных структур составляет суть процесса умственного развития человека в онтогенезе [Чуприкова 2007].

Согласно существующим представлениям, сформированные репрезентативно-когнитивные структуры хранятся в долговременной памяти индивида и лишь при определенных условиях они активируются и переводятся в поле сознания. Поэтому исследование содержания когнитивных структур является по сути исследованием структуры репрезентации соответствующей информации в долговременной памяти.

Центральный вопрос любого исследования долговременной памяти — в какой форме хранятся в памяти индивида знания об окружающем мире и социальной среде, приобретаемые им в течение всей жизни. Поскольку невозможно предположить, что индивид в состоянии помнить все сенсорные стимуляции, испытанные им в течение всей своей жизни, то в памяти человека очевидно должны быть репрезентированы обобщенные характеристики предметного мира и обобщенные отношения между его компонентами. Такие репрезентации явлений и связей объективного мира принято именовать семантическими репрезентациями.

Многочисленные исследования подтверждают предположения о существовании ментальной репрезентации информации, абстрагированной от физических свойств передающих ее стимулов. Методика соответствующих экспериментов основана на демонстрации того факта, что информация, переданная словом, рисунком, последовательностью сцен или предложением, хранится в памяти в отрыве от свойств соответствующих физических стимулов. Обзоры таких исследований представлены в работах как отечественных [Величковский 2006; Чуприкова 2007], так и зарубежных авторов [Андерсон 2002; Клац-ки 1978; Хоффман 1986].

Большинство моделей семантической репрезентации информации в памяти человека исходят из того, что такую репрезентацию можно описать с помощью двух типов структурных элементов: понятий, отражающих классы объектов, и отношений, отражающих связи между понятими.

Поскольку категория понятия является междисциплинарной и пока не существует однозначной и общепринятой его трактовки, для нужд нашего исследования рассматривались прежде всего те подходы к этой категории, в которых подчеркивается структурообразующая роль понятий в представлении знаний [Выготский 1956; Веккер 1976; Хоффман 1986].

Согласно существующим в современной когнитивной психологии подходам, для репрезентации понятий в памяти могут быть использованы различные формы представления.

Наиболее простым является предположение, что репрезентация понятия — это сохраняемое в памяти упорядоченное множество всех принадлежащих к нему объектов. Результаты достаточно большого количества исследований, проведенных для проверки данного предположения, позволяют с высокой степенью достоверности сделать следующий вывод: множественная репрезентация понятий может иметь место, по-видимому, только тогда, когда между объектами, обобщаемыми в понятии, отсутствуют непосредственно воспринимаемые связи и их понятийная общность задается искусственно

В ряде исследований [Franks at al. 1971; Rosch, Mervis 1975] получены результаты, позволяющие по отношению к структурно однород ным множествам объектов с большой вероятностью предположить, что в памяти существуют прототипы, репрезентирующие наиболее типичные свойства всех объектов класса. Однако в силу ряда причин эта гипотеза оказывается малопригодной для описания понятий в памяти человека и, по-видимому, подтверждается лишь в отдельных случаях репрезентации весьма однородных объектов реальности. Причем для прототипической репрезентации характерна опора именно на образное представление

Уже первые попытки экспериментального исследования процесса образования понятий исходили из определения понятий с помощью набора признаков [Ach 1921; Hull 1920]. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что в большинстве случаев понятия формируются в результате создания и трансформации гипотез об искомых структурах признаков, хотя также допускается возможность репрезентации некоторых понятий на основе непосредственного знания о принадлежности объекта к понятию. Отметим, что в когнитивной психологии «признак понятия» трактуется как обобщение всех единиц памяти, позволяющих различать между собой репрезентации понятий. Экспериментальные исследования выявили, что в качестве признаков понятий может использоваться весьма различная информация. Гипотеза репрезентации признаков понятия признается наиболее адекватным приближением к реальному положению вещей. Репрезентация признаков означает, что структуры семантической памяти могут быть расчленены на элементы, отражающие свойства классифицируемых объектов, а также отношения между ними. Анализ признаков, входящих в состав различных понятий, позволяет различать два типа понятий. Сенсорные понятия репрезентированы в памяти преимущественно признаками, отражающими обобщенные наглядные свойства объектов. Репрезентацию категориальных понятий составляют, главным образом, признаки, отражающие типичные связи множества принадлежащих к понятию объектов с другими понятийными классами.

Объективно существующие отношения между реальными предметами, обозначаемые словами, определяют, предположительно, структуру хранения слов в памяти. Отражение отношений между реальными предметами предполагает установление специфических связей между понятийными репрезентациями этих предметов в памяти. Такие связи принято называть семантическими отношениями. Существует точка зрения, что семантические отношения хранятся, подобно понятиям, в виде отдельных единиц декларативной информации. Такое допущение ведет к моделям типа семантических сетей. Традиция семантических сетей восходит от работ Ч. Пирса и О. Зельца, а в когнитивной психологии их использование связано прежде всего с работами Дж. Андерсона и Д. Нормана [Андерсон 2002; Норман 1979]. Понятия изображаются в виде узлов, а соединяющие их ребра представляют семантические отношения. Для некоторых видов семантических отношений допускается также возможность процессуального хранения. Семантические отношения рассматриваются в этом случае как предписания о выполнении определенных операций, реализация которых позволяет проверить наличие в памяти того или иного отношения. Такая репрезентация ведет к моделям типа фреймов [Минский 1978] или скриптов [Шенк 1979].

Несмотря на то, что категория репрезентационно-когнитивной структуры в своих различных формах получила достаточно широкое распространение в когнитивной психологии, в большинстве случаев эта категория используется в качестве определенного методологического конструкта, позволяющего объяснить факты и обосновать теоретические построения, имеющие важное значение для понимания функционирования и генезиса интеллектуальной деятельности. Однако внутреннее содержание и организация когнитивных структур остаются, как правило, вне поля интереса исследователей. Между тем, знание содержания и закономерностей организации конкретных когнитивных структур имеет, по нашему мнению, важное теоретическое и прикладное значение.

В практике обучения и деятельности человека неверно либо не полностью сформированные когнитивные структуры являются на наш взгляд одной из существенных причин искаженного восприятия реальных или учебных ситуаций и соответственно, неверного на них реагирования. Кроме того, поскольку формирование и развитие новых структур базируется на уже существующих, то дефектность существующих структур существенно затрудняет, а в некоторых случаях полностью блокирует возможности их дальнейшего развития, что прежде всего выражается в нарастающих проблемах и трудностях обучения.

Соответственно в аспекте совершенствования эффективности познавательной деятельности встает проблема исследования, диагностики и коррекции конкретных когнитивных структур. Существенным методологическим препятствием на этом пути является тот факт, что когнитивные структуры в научной психологической литературе во многих случаях выступают лишь в качестве определенной объяснительной схемы, а рассматриваемые конкретные содержательные структуры часто имеют в большинстве случаев характер иллюстраций на случайном и произвольном материале. Можно констатировать, что на сегодняшний день существуют практически единичные исследования, раскрывающие конкретное содержание когнитивных структур, которые формируются в процессе школьного обучения, и репрезентируют научно обоснованную картину мира [Верньо 1982; Терехина 1988; Волкова 2008; Stasz at al. 1976]. Ощущается также острая необходимость в разработке подходов и методик, позволяющих исследовать содержание указанных структур и определять уровень их сформированности.

Когнитивные структуры представляют собой весьма развитые и сложно организованные образования, исследование которых нуждается в системном подходе. Согласно разработанным в отечественной методологии представлениям, системный подход исходит из того, что специфика сложного объекта (системы) не исчерпывается особенностями составляющих его элементов, а коренится прежде всего в характере связей и отношений между определенными элементами [Блауберг, Юдин 1973: 168]. К тому же сложный объект обычно представляет собой иерархическое, полиструктурное, многоуровневое образование, изучаемое с разных сторон различными науками, и характер структуры, связей и отношений, выделяемых в нем той или иной наукой и являющихся предметом ее изучения, существенным образом зависит от степени ее развития и применяемых ею исследовательских средств.

Согласно предложенной И. В. Блаубергом и Э. Г. Юдиным классификации, психологические системы попадают в разряд органических систем. В основе вычленения класса органических систем лежат особенности присущих им процессов развития; структура такой системы является результатом и проявлением этих процессов и сама должна быть объяснена из них. Органическая система есть саморазвивающе-еся целое, которое в процессе своего индивидуального развития проходит последовательные этапы усложнения и дифференциации. Этим объясняется ряд специфических особенностей органических систем, среди которых выделим следующие:

  • — наличие в системе не только структурных, но и генетических связей;
  • — наличие не только связей координации (взаимодействие элементов), но и связей субординации, обусловленных происхождением одних элементов из других, возникновением новых связей и т. п.;

— основные свойства частей определяются закономерностями и структурой целого. Зависимость между системой и ее компонентами столь тесна, что элементы системы лишены способности к существованию вне системы.

Когнитивные структуры обладают всеми перечисленными особенностями. Таким образом, при исследовании структуры необходимо определить ее ключевые элементы, выделить связи между ними, определить характер этих связей и при возможности выделить иерархические уровни структуры и вычленить возможные подструктуры.

Поскольку структура системы является результатом и проявлением процессов развития, важно проанализировать те закономерности, в соответствии с которыми происходит формирование структуры сложных систем. Как показано в работах Н. И. Чуприковой [Чупри-кова 1997; 2007], понятие развития в современной науке неразрывно связано с понятием системы, поскольку не существует процессов развития которые могли бы происходить вне каких-либо систем.

Если подойти с системных позиций к понятию развития, то оно выступает как закономерный рост внутренней организации той или иной системы. Если же происходит обратный процесс — понижение уровня организации, то говорят об обратном развитии системы, об ее инволюции.

Из сказанного следует, что везде, где имеет место развитие, оно идет от состояния меньшей дифференцированности систем к состояниям все большей их дифференцированности и иерархической упорядоченности. Это положение в теории немецко-американского психолога X. Вернера получило статус ортогенетического принципа или закона развития [Werner 1957]. Как показано Н. И. Чуприковой современные исследования в самых разных областях психологической науки дают большое количество фактического материала, подтверждающего универсальность указанного закона [Чуприкова 2007].

Анализ возможных способов репрезентации знания, проведенный Л. М. Беккером, показал, что в случае понятий операндная структура обеспечивает большую инвариантность по сравнению с операциональной [Веккер 1976]. Таким образом, следует ожидать, что структуры, репрезентирующие понятийный состав соответствующих областей знания, у разных испытуемых достаточно похожи и допускают корректное сравнение.

Основываясь на вышесказанном, можно сформулировать критерии, которым должна удовлетворять исследуемая структура. С одной стороны, исследуемая структура должна быть достаточно большой по количеству элементов, иметь достаточно широкий набор типов связи и обладать внутренней иерархией, степень дифференциации которой позволяла бы судить о степени развития структуры. С другой стороны, эта структура должна быть и достаточно компактной, чтобы была возможность отразить ее в обозримой модели, а процесс исследования структуры укладывался в приемлемые временные рамки. Такая структура должна по возможности обладать свойством замкнутости, которое требует, чтобы подавляющее большинство структурообразующих связей группировалось внутри выделенной структуры. В заявленной области исследования указанным критериям хорошо соответствует структура, репрезентирующая знания из темы «Электростатика» школьного курса физики.

Поскольку содержание и организация когнитивных структур различны у разных учеников, а эти характеристики структур в значительной мере определяют познавательные и операциональные возможности учащихся, то исследование актуального состояния когнитивных структур можно рассматривать как своеобразное психодиагностическое исследование. Психодиагностика всегда направлена на измерение какого-то качества, постановку диагноза на этой основе, нахождение того места, которое занимает испытуемый среди других по выраженности изучаемых особенностей. Предполагается, что полученные результаты будут соотноситься с какой-то точкой отсчета либо сравниваться между собой. При этом принято говорить о двух возможных типах диагноза. В одном случае диагноз строится на сравнении полученных результатов с нормой либо неким критерием с целью определения степени приближения к нему и формулирования заключения о степени выраженности изучаемого качества. В другом случае диагноз позволяет находить место испытуемого на «оси континииума» по выраженности тех или иных качеств.

Поскольку целью нашего исследования было изучение индивидуальных когнитивных структур, то результатом данного исследования должен быть диагноз первого типа, предполагающий сравнения результатов с некой моделью идеально сформированной структуры.

В современной когнитивной психологии и работах по моделированию интеллектуальной деятельности используется целый ряд способов моделирования репрезентаций знания — продукционные правила, семантические сети, логика предикатов, фреймовые системы, скрипты. Выбор модели репрезентации определяется прежде всего содержанием моделируемой области знаний.

Для создания используемой нами модели был проведен структурно-семантический анализ темы «Электростатика». За основу было взято изложение этой темы в учебнике физики Г. Я. Мякишева и Б. Б. Буховцева. При проведении анализа темы было выделено около пятидесяти понятий, которые являются существенно важными для изложения и структурирования содержания темы. После этого был проанализирован характер основных связей между понятиями. С учетом проведенной работы была предложена модель в виде семантической сети, отражающая основные связи структуры.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >