1. Быстрота восприятия (Thurstone, 1955)

2. Интеллект (по Bayley, 1970)

3. Суждения (Thurstone, 1955)

Рис 9 13. Интеллектуальное развитие ребенка и подростка. Видно, что три различных интеллектуальных качества развиваются сходным образом и что к 8 годам развитие осуществлено уже наполовину, а к 12 годам -на три четверти

К сожалению, в низших слоях общества эти условия создаются гораздо реже, чем в привилегированных классах.

Существует, однако, еще один очень важный фактор, тесно свя­занный с влиянием внешней среды. Дело в том, что интеллектуальное развитие происходит главным образом в первые 20 лет жизни, причем в разном возрасте с различной скоростью. Этот факт обязательно должны учитывать педагоги.

Действительно, как по теории Пиаже, так и в соответствии с данны­ми, полученными Тёрстоуном (Thurstone, 1955) или Бейли (Bayley, 1970) (рис. 9.13), к шести годам интеллектуальное развитие осуществляется уже больше, чем на треть, к 8 годам наполовину и к 12 годам на три четверти ¹. Таким образом, эти годы играют важнейшую роль и состав­ляют критический период, от которого зависит все будущее человека. То, как взрослый человек будет воспринимать и познавать мир, рас­суждать, выносить оценки или самовыражаться, в большой степени

¹ Если вернуться к нашей аналогии с карточной игрой, то можно предста­вить себе, что из десяти карт три разыгрываются уже в 6 лет, пять -в 8 лет, семь -в 12 лет, и забрать свой ход обратно независимо от того, был ли он плох или хорош, мы уже не можем

470 Глава 9

определяется тем, как сформируются умственные структуры в детстве.

Мы уже видели, что собой представляет современная школа. Оста­ется лишь надеяться, что высказанные здесь соображения когда-нибудь будут восприняты людьми, отвечающими на разных уровнях за обра­зование, и что все будет сделано для повсеместного искоренения раз­личий в окружающей среде и каждый сможет максимально развить свои врожденные способности. Этого требует наше человеческое достоин­ство.

Досье 9.2. Интеллект компьютера и интеллект человека

По-видимому, одним из самых крупных сдвигов в нашей культуре за последние 10 лет было массовое внедрение компьютеров в повседневную жизнь. С появлением терминалов в кассах банков, транспортных агентств и административных учреждений изменилась их деятельность и взаимо­отношения с клиентами. Вскоре и сами эти кассы (как это уже происхо­дит в банках) уступят место автоматам, благодаря которым будет осуществляться прямая связь с компьютером. Со стремительной быст­ротой размножились компьютерные игры; сегодня существуют шах­матные программы, способные побеждать гроссмейстеров. Стоимость персонального компьютера такова, что его вполне можно подарить ребенку на Новый год.

Однако самое большое влияние компьютеры оказали на произ­водство и обучение. Жизнь рабочих, занятых физическим трудом, претерпевает резкие изменения в связи со все большим внедрением робототехники и кибернетики в производство. С каждым днем стано­вится все яснее, что «искусственный интеллект» будет играть большую роль в воспитании новых поколений.

Здесь возникают или по крайней мере вырисовываются некоторые вопросы, нередко основанные на мифах и фантастике. Какое место займет компьютер в жизни человека? Всегда ли он будет рабом составленных человеком программ? Или когда-нибудь компьютеры смогут самовоспроизводиться, самоуничтожаться и уничтожать людей, как в некоторых фантастических фильмах? Сможет ли компьютер заменить рабочего или учителя? Будет ли когда-нибудь создан супер­интеллект, способный превзойти и подчинить себе своего творца?

Пока что думать так нет оснований. Современный компьютер работает только в пределах тех программ, которые в него заложены. Однако в этом разделе книги мы еще столкнемся с новыми поколениями компьютеров, которые сейчас только появляются и вскоре смогут обрабатывать и выдавать информацию наподобие человеческого мозга, а также обладать сходным стремлением к познанию. Не исключено, что в связи с разработкой этих новых машин мы сможем сказать, что когда-нибудь подобные компьютеры, способные мыслить и воспро­

471

Адаптация и творчество

изводить себе подобных, возьмут на себя функции человеческого мозга, отделяя тем самым сознание от его биологических корней...

Существует представление о том, что даже люди с самым высоким интеллектом используют возможности своего мозга лишь на десятую долю. Значит, у человека есть значительный резерв, который он еще сможет использовать, если будет такая необходимость, а главное, если в системе образования произойдут надлежащие перемены. Однако, как мы увидим, компьютер может послужить средством, позволяющим, с одной стороны, лучше понять мышление и тем самым расширить его возможности, а с другой - разработать новую систему обучения детей, при которой они уже с очень раннего возраста смогут практически бесконечно накапливать опыт.

Человеческий мозг и компьютер

Прежде чем сравнивать мышление человека с искусственным ин­теллектом, необходимо сначала остановиться на некоторых общих чертах организации мозга и компьютера.

1. Обработка информации. Легко можно провести параллель между обработкой информации компьютером и человеческим мозгом. Дея­тельность компьютера, как и мозга, включает четыре этапа -кодиро­вание, хранение, обработку информации и выдачу результата.

Первый этап в случае компьютера -это ввод информации с клавиату­ры или с дискеты, на которой записана программа. Новейшие техни­ческие разработки позволяют осуществлять голосовой ввод или ввод с помощью светочувствительных элементов.

Второй этап, столь же важный для компьютера, как и для мозга, - это память. От ее емкости, которая может варьировать от нескольких тысяч до нескольких миллионов единиц¹, зависит мощность компьютера. У компьютера имеются два вида памяти. В постоянной памяти запи­саны все программы, определяющие работу компьютера (язык, инструк­ции, конфигурации алфавитно-цифровых знаков и т.д.). Эту память можно сравнить с врожденным багажом животных того или иного вида -будь то звуки, которые они способны издавать, или механизмы функционирования интеллекта. Что касается оперативной памяти, то в ней, как

' Основная единица памяти в теории информации - это бит. Бит соответст­вует одному двоичному выбору, т. е. отражает тот факт, что некоторый элемент может находиться в одном из двух состояний - 1 или 0; например, определенный электронный контур в компьютере может быть открыт или закрыт, т. е. пропус­кать (1) или не пропускать (0) ток. Существует более крупная единица-байт, равная 8 бит. Емкость памяти карманных микрокалькуляторов составляет 1000 байт (1 килобайт, или Кбайт) или 2000 байт (2 Кбайт). Память очень мощных машин может достигать тысяч килобайт. Персональные компьютеры обычно обладают памятью в 128 или 256 Кбайт.

472

необходим_____________Глава 9____________________

Третий

совокупное и у человека, могут записываться или стираться данные. Именно данные для выполнения программы. симости о', важнейший блок-это процессор. Он представляет собой в компью-сть контуров и служит «корой головного мозга» компьютера.

Наконец осуществляет операции, указанные в программе, выдачу инструкций и данных, хранящихся в памяти или вводимых на экран, пpоцессep.

голоса вьпп, в компьютере имеются механизмы вывода, ответственные может бьпрезультатов операций. Эти результаты могут выдаваться на щими припечатываться на принтере или же с помощью синтезатора.

Из всегзодиться в речевой форме. Кроме того, устройство вывода мозга и к<ь связано с какой-то аппаратурой или роботами, исполняю-турна. Мосазы компьютера.

и машины о этого видно, что аналогия между основными структурами два примермпьютера совершенно очевидна, хотя и несколько карика-

2. Кибе'жно провести аналогии и на уровне деятельности мозга пьютер, ка. Чтобы проиллюстрировать эти аналогии, мы рассмотрим связи. Cai^a-из области кибернетики и решения проблем. жизни. Имрнетика. Речь здесь пойдет о саморегуляции, которую ком-окруж-.ющк и мозг, осуществляет с помощью отрицательной обратной изменяем 1Юрегуляция - это неотъемлемая часть нашей повседневной закона зф^енно благодаря той информации, которую мы получаем от

Возьметей среды, мы либо продолжаем, либо прекращаем, либо с помощы^аши действия. Собственно говоря, именно в этом сущность деляющий,>екта и принципа подкрепления. осуществлю простейший пример. Представим себе, что человек бреется тельность f3 электрической бритвы. В этом случае ввод данных, опре-тера. следует ли продолжать или прекращать эту операцию, будет

В языкепъся путем ощупывания кожи рукой. Таким образом, дея-товых ком^озга и руки можно сравнить с функционированием компью-струкции н

такую инс' Бейсик-самом простом языке, который используется в бы-причем тр1'пьютерах, - саморегуляция осуществляется с помощью ин-

1) пров»а английском языке „IF...THEN..." (если... то...). Используя

2) пров(фукцию, мы можем написать программу из пяти строк',

3) IF кс1 первые строки образуют цикл:

4) IF ксЭДение бритвой по коже;

5) прекрдение рукой по коже;

>жа не гладка, THEN 1;

.|жа гладка, THEN S ;

1 ^а ращение бритья.

инструкции i

женное в тре

чески прекрати, деде инструкция 4 излишняя, так как переход к очередной фоизойдет автоматически, если не будет выполнено условие, зало-тьей строке. В случае если кожа станет гладкой, бритье автомати-тится.

Адаптация и творчество 474

Сходные закономерности действуют и во многих других областях повседневной жизни. Подобные программы используются домохозяй­кой при мытье посуды, гитаристом при настройке гитары, лектором (или конферансье), следящим за вниманием аудитории, и т. п. Такие же программы действуют и при формулировании гипотез, позволяющих воспринять или распознать предмет либо животное. Нетрудно пред­ставить себе программы из инструкций „IF... THEN...", с помощью которой мозг ребенка будет отличать кошку от собаки или даже от львенка.

Разумеется, существует множество других инструкций, позволяющих формировать циклы или даже вкладывать их один в другой. Однако подробный разбор таких инструкций не входит в наши задачи.

3. Решение проблем. Из главы 8 мы уже знаем, что для решения проблем необходимо объединение и обработка информации, содержа­щейся в памяти и поступающей из внешней среды. Для этого можно использовать разные процедуры, различающиеся по тому, в какой степени используется память и в какой -манипулирование самой ин­формацией (Norman, Lindsay, 1980).

Типы процедур. Возьмем простой пример: предположим, что нам необходимо умножить 12 на 12. Для этого можно использовать по меньшей мере три типа процедур.

Первая из них -это метод последовательных преобразований. При этом наш расчет может быть осуществлен с помощью 11 сложений:

12 + 12 = 24; 24 + 12 = 36; 36 + 12 = 48 и т. д.

Такая процедура требует очень малого участия памяти, но большого манипулирования информацией.

Второй тип процедур основан на использовании таблиц. При этом в памяти необходимо хранить как можно больше столбцов из таблицы умножения, и тогда ответ, взятый из столбца с множителем 12, авто­матически появится в голове или на экране. В отличие от первого способа здесь требуется очень небольшая обработка информации, но весьма обширная память.

Третья разновидность процедур -это своего рода компромисс между первыми двумя типами. Она основана на применении правил и требует среднего объема памяти и манипулирования информацией. В нашем примере для этого достаточно знать таблицу умножения для первых 10 чисел, а затем произвести несколько операций. Схема расчета будет такой:

(10-10) + (2-10) + (10-2) + (2-2) = 144.

Типы процедур, используемых для решения проблем, зависят от имеющегося опыта, от необходимого числа повторений одной и той же операции и от емкости памяти.

Для того чтобы узнать, какое вино подходит к тому или иному блюду, мы можем последовательно перепробовать различные вина, использовать таблицу, в которой к каждому блюду рекомендуется

474 Глава 9

какое-то вино, или же использовать общие правила соответствия вин различным типам мясных блюд. Инженер, проектирующий мост, и астроном, отыскивающий на небе звезду, будут таким же образом выбирать нужный тип процедуры.

Можно провести еще одну параллель между работой человеческого мозга и компьютера при решении проблем. Речь идет о применении тех стратегий, которые мы рассмотрели в главе 8.

Поскольку компьютер может работать только по программе, рас­сматривать здесь случайный перебор бессмысленно. В случае если речь идет об игре, в которой такая стратегия не используется, было бы неэкономно «заставлять» компьютер искать решение задачи с помощью этой стратегии.

Остальные две стратегии используются как человеком, так и компью­тером.

Рациональный перебор соответствует эвристическому методу, при котором процессор занимается поисками частичных решений, чтобы максимально повысить вероятность нахождения приемлемого решения, сведя к минимуму время и усилия на его поиск.

Систематический перебор соответствует алгоритмическому методу; в этом случае систематически просматриваются все возможные (при имеющемся наборе данных) решения с целью найти то из них, которое , наиболее эффективно. Однако компьютер, так же как и человек, не использует эту последнюю стратегию для решения сложных задач. Например, при игре в шахматы алгоритмический метод потребовал бы того, чтобы компьютер для полной уверенности в выигрыше каждый раз просматривал 10¹²⁰ возможностей. В подобных случаях выгоднее ис­пользовать эвристический метод, позволяющий с помощью ряда подпрограмм ограничивать поиски решений конкретными «узкими» зада­чами, такими как захват центра шахматной доски или атака на короля противника.

Искусственный интеллект и человеческое мышление

Искусственный интеллект - это специальная область науки, опираю­щаяся на информатику и другие дисциплины; ее главной задачей является разработка таких программ, которые придали бы компьютеру интеллект.

Существуют два подхода к проблеме искусственного интеллекта. Чаще всего исследователи используют подход «сверху вниз», при кото­ром разрабатываются экспертные системы, или «мыслящие Машины». Такие машины представляют собой настоящий электронный мозг, способный формулировать правила организации знаний, создавать ги­потезы и сопоставлять их с реальной действительностью с целью выработки новых решений. Второй подход-это путь «снизу вверх». При этом ученые разрабатывают системы, улавливающие различные виды информации (по типу глаза или уха), соединяют эти системы с обу-

Адаптация и творчество 475

чающимися сетями и с помощью таких моделей пытаются понять, как действует мозг при декодировании и интерпретации входных данных.

По мнению Моравеца (Университет Карнеги - Меллона), об «ис­кусственном интеллекте» можно будет по-настоящему говорить только тогда, когда эти два подхода, развивающиеся пока независимо, объе­динятся.

1. Мыслящие машины. Компьютеры, о которых мы до сих пор говорили, -это обычные электронные вычислительные машины, дей­ствующие по принципу цифровой обработки информации. Они имеют, с одной стороны, блок памяти, а с другой - обрабатывающее устройство; эти два блока по программе, составленной человеком, обмениваются двоичными сигналами, каждый из которых может принимать значения либо «да», либо «нет». Даже для таких машин уже созданы экспертные системы, благодаря которым они работают по меньшей мере так же эффект эффективно, как лучшие специалисты различных областей человеческого знания..

В последние годы некоторые биофизики -например, Хопфилд из Калифорнийского технологического института, -заинтересовались раз­работкой так называемых нейрокомпьютеров, функционирование ко­торых гораздо ближе к работе человеческого мозга. Такие компьютеры состоят из сетей, образованных соединенными между собой кремние­выми «нейронами». Роль синапсов здесь играют сопротивления в местах контактов между «нейронами». Преимущество таких сетей состоит в том, что им не обязательно нужно обладать всеми входными данными, чтобы предложить возможное решение проблемы. Их память, как и наша, функционирует по ассоциативному принципу: эти машины способны ассоциировать неполную входную информацию с информа­цией, уже имеющейся в памяти, и благодаря этому могут формулиро­вать вероятные ответы гипотетического характера («может быть...»). Память диффузно распределена по всей нейронной сети, и при уничто­жении части этой сети она не разрушается, а становится лишь менее четкой или более подверженной ошибкам.

С помощью подобной сети из нескольких десятков искусственных нейронов, соединенных с матрицей фоточувствительных элементов, Хопфилд смог добиться распознавания, например, буквы А независимо от конкретного варианта ее написания. Именно так ребенок усваивает алфавит. Для этого Хопфилду достаточно было сделать так, чтобы сеть сама могла изменять сопротивление своих связей при каждом предъяв­лении буквы А, написанной несколько различными способами. На одиннадцатом предъявлении машина распознала букву А за долю секунды.

Сайновски и Розенберг из Университета Джонса Гопкинса достигли еще большего: их машина NETtalk за одну ночь усвоила 1000 слов, прочитанных вслух из текста на английском языке. При использовании классических методов программирования это потребовало бы несколь­ких лет.

476 Глава 9

Подобные сети способны обучаться самостоятельно, и им не надо указывать, верен или неверен их ответ. Машине достаточно лишь запомнить состояние сети при предъявлении ей той или иной инфор­мации (например, буквы А), и тогда конфигурация, характерная для этой информации, автоматически воспроизводится при ее новом предъяв­лении. Такие сети способны в рекордное время выявить из 10³² воз­можных вариантов наиболее краткий путь, соединяющий между собой 30 точек (обычный компьютер решал бы такую задачу несколько дней). Ученые рассматривают уже возможность строить сети, разделенные, подобно мозгу, на области, у каждой из которых будет своя специ­фическая функция. Это позволит решать задачи вроде только что упомянутой за минимальное время, причем число точек может до­стигать 1000.

2. Сенсоры. Некоторых исследователей особо заинтересовал второй подход -путь «снизу вверх». Они пытаются создать машины, способные видеть и слышать. В качестве примера можно привести кремниевую «сетчатку», разработанную Карвером Мидом (Mead) из Калифорний­ского технологического института. Эта сетчатка представляет собой сеть из 100 тысяч транзисторов, собранных в микросхеме размером в не­сколько квадратных миллиметров. В этом устройстве имеются фото­чувствительные датчики, соединенные с несколькими слоями «нейро­нов», каждый из которых выполняет вполне определенную роль (как и в сетчатке животного; см. приложение А). Такая сеть преобразует входную информацию в электрические сигналы, и это позволяет не­прерывно и в режиме реального времени регистрировать изменения яркости и перемещения световых пятен. Далее устройство по кадрам анализирует входную картину, включая перемещения объектов и все изображение в целом (что обычная камера делать не может). Была разработана также «улитка» (для анализа звуков), более эффективная, чем у низших животных, обладающих этим органом. Кроме того, как уже говорилось выше (досье 8.1), Псалтис разрабатывает световые нейрокомпьютеры, в которых информация памяти записывается на голографические пластинки.

Таким образом, остается лишь соединить выходы подобных сен­соров с обучающейся сетью, играющей роль мозга и способной исполь­зовать получаемую информацию и вновь подавать ее в сеть, т.е. функционировать так же, как живые нервные клетки. Возможно, это уже дело ближайшего будущего.

Компьютер и ускорение умственного развития

Теория умственного развития ребенка, разработанная Пиаже, носит чисто описательный характер. В этой теории раскрываются этапы, через которые должен пройти ребенок, чтобы у него сформировалось «взрос­лое» мышление, но она мало что говорит о том, как можно развивать интеллект практически у каждого человека уже с самого раннего воз­раста.

477

Рис. 9 14 Благодаря появлению компьютеров в школе дети стали «учиться обучать».

Именно этим поиском основных принципов развития интеллекта занялись Пейперт и его сотрудники, изучавшие проблему искусственного интеллекта в Массачусетском технологическом институте.

Исходя из представления о том, что мы выучиваем больше и лучше, если сами кого-то учим, эти исследователи выдвинули систему, в кото­рой детям предлагается заставлять компьютер что-либо «делать», за­давая ему соответствующую программу. Таким образом, компьютер используется для выработки у детей привычки мыслить. По мнению этих ученых, истинная революция в педагогике состоит не в том, чтобы заменить преподавателей вычислительными машинами. Напротив, ком­пьютеры должны помогать преподавателям открывать новые пути обучения, позволяющие детям самим развивать свои умственные спо­собности в ритме, диктуемом критическими периодами. Компьютер можно также широко использовать для решения проблем, с которыми ребенок сталкивается в повседневной жизни.

Пейперт и его группа разработали очень простой язык программи­рования -Лого. Кроме того, они создали различные системы, способные создавать музыку и мультипликационные фильмы, сочинять маленькие рассказы или стихи, перемещаться с помощью «робота-черепахи» в клас­сном помещении, вычерчивать различные геометрические фигуры или передвигаться по тропинкам, предварительно обозначенным на «земле». При этом, для того чтобы правильно вести «черепаху», ребенок должен разобраться в процессе своего собственного передвижения; чтобы за­ставить компьютер строить правильные предложения, ему необходимо исследовать построение собственной речи; и, наконец, если он хочет создать приятную мелодию, он должен выработать у себя ясное пред­ставление о звуках и ритме.

Таким образом, создавая программы, необходимые для того, чтобы компьютер выполнял все эти задачи, ребенок должен структурировать время и пространство, полностью интегрируя смысл этих двух понятий. Сейчас уже ведутся исследования по разработке технологии, которая позволит сходным образом обучаться таким дисциплинам, как физика, биология, гуманитарные науки и, в частности, психология.

478 Глава 9