基于自強(qiáng)化功能的認(rèn)知模型研究與人才培養(yǎng)

謝 毅

(重慶建安儀器責(zé)任有限公司，重慶400060)

研究認(rèn)知模型，把握認(rèn)知規(guī)律，對人才的培養(yǎng)和人工智能的發(fā)展具有十分重要的意義。學(xué)術(shù)界已從不同的角度對人的認(rèn)知過程作了大量有益的探討，提出了不少理論模型和結(jié)構(gòu)模型。例如:早期的生理性模型認(rèn)為人對問題的識別能力取決于人的記憶和高級認(rèn)知(知覺、注意、意識等)與任務(wù)環(huán)境的交互能力。后來，Piget，Klein，Janis和Mamn等從經(jīng)驗(yàn)的形成和積累、熟悉環(huán)境中基于推理的描述、情緒對認(rèn)知行為的影響等角度對認(rèn)知過程進(jìn)行了研究;我國學(xué)者孫林巖等也提出了認(rèn)知綜合模型，將推理和直覺結(jié)合在一起，較為準(zhǔn)確地描述了人的認(rèn)知過程，為認(rèn)知工效學(xué)和人工智能所關(guān)注的人的思維過程研究提供了一種新思路［1］。以上這些研究成果在一定程度上代表了學(xué)術(shù)界對認(rèn)知過程的深刻認(rèn)識。遺憾的是，它們都存在著明顯的不足。首先，片面強(qiáng)調(diào)“認(rèn)知過程”本身，忽略了認(rèn)知過程的系統(tǒng)性，沒有揭示出人在處理信息的過程中認(rèn)知能力會不斷增強(qiáng)的現(xiàn)象;其次，所建立的認(rèn)知模型能在一定程度上反映某階段個(gè)體的認(rèn)知特點(diǎn)，卻忽視了個(gè)體在不同時(shí)期認(rèn)知特點(diǎn)的差異性;最后，沒有將認(rèn)知理論與人才培養(yǎng)結(jié)合起來研究，缺乏實(shí)際意義。

針對這些不足，本文結(jié)合生物理論和生命科學(xué)的研究成果，從細(xì)胞進(jìn)化的角度揭示了認(rèn)知系統(tǒng)各功能器官存在的自強(qiáng)化現(xiàn)象;然后根據(jù)人在不同階段認(rèn)知特點(diǎn)的不同，將認(rèn)知?jiǎng)澐譃橛變骸W(xué)生和成人三個(gè)階段進(jìn)行研究，用自強(qiáng)化現(xiàn)象對各階段“為何存在這些特點(diǎn)”進(jìn)行了科學(xué)解釋;最后，對整個(gè)認(rèn)知過程中認(rèn)知能力的構(gòu)成和各階段的認(rèn)知特點(diǎn)進(jìn)行了概括比較。

一、認(rèn)知系統(tǒng)自強(qiáng)化功能的提出

法國生物學(xué)家拉馬克在《動(dòng)物的哲學(xué)》中闡述了“用進(jìn)廢退”進(jìn)化學(xué)說，認(rèn)為環(huán)境條件對生物機(jī)體有直接影響，生物在環(huán)境的直接影響下，某些經(jīng)常使用的器官的功能逐漸增強(qiáng)，不經(jīng)常使用的器官逐漸退化［2］。生命科學(xué)研究表明，細(xì)胞是構(gòu)成生物體的基本單元，細(xì)胞通過新陳代謝作用，不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)能量交換，將從外界攝取的物質(zhì)改造成自身成分。新陳代謝的實(shí)質(zhì)是推陳出新，包括舊細(xì)胞的死亡和新細(xì)胞的生長。新細(xì)胞在生長過程中，除細(xì)胞成分增多外，相應(yīng)的機(jī)能也在增強(qiáng)，即細(xì)胞的進(jìn)化現(xiàn)象。因環(huán)境不同，細(xì)胞周期的平均時(shí)間相差很大，細(xì)胞所受刺激越頻繁，細(xì)胞的更新速度就越快［3-5］。

基于以上理論，本文認(rèn)為生物體“用進(jìn)廢退”的實(shí)質(zhì)是細(xì)胞存在進(jìn)化現(xiàn)象。每個(gè)細(xì)胞都有相應(yīng)的細(xì)胞生命周期，在刺激作用下，細(xì)胞增強(qiáng)了與外界的交互作用，加快了新陳代謝，促進(jìn)了細(xì)胞的更新和機(jī)能的增強(qiáng)，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)細(xì)胞的產(chǎn)生。當(dāng)相應(yīng)的細(xì)胞有序地組織在一起形成生物體的功能部位時(shí)，就表現(xiàn)為功能部位在刺激的作用下發(fā)生積極的變化，使生物體更富有生命力。

據(jù)此，引入認(rèn)知系統(tǒng)的自強(qiáng)化定義:人的認(rèn)知系統(tǒng)有選擇地接收外部刺激后，將其轉(zhuǎn)化為可識別信息，相應(yīng)的功能部位在對信息進(jìn)行處理的過程中，在發(fā)育速度和功能結(jié)構(gòu)方面都發(fā)生積極的變化，使認(rèn)知能力不斷提高，即功能部位在處理信息的過程中認(rèn)知能力不斷增強(qiáng)。

在自強(qiáng)化過程中，相應(yīng)功能系統(tǒng)的熵值降低，認(rèn)知結(jié)構(gòu)朝著有序化方向發(fā)展［6］。這一功能貫穿認(rèn)知過程的始終，只是在不同時(shí)期，因刺激性質(zhì)和接受刺激功能部位的不同，自強(qiáng)化功能的發(fā)揮的部位和程度有所差異。事實(shí)上，自強(qiáng)化理論與美國布魯納教授的人類嬰兒隔離實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。另外，自強(qiáng)化理論也能對很少從事智力活動(dòng)的人到中年以后認(rèn)知能力會衰退的現(xiàn)象作出解釋。總之，個(gè)體認(rèn)知能力的高低與其所處的現(xiàn)實(shí)情境密切相關(guān)［7］。

二、各階段認(rèn)知模型分析

人在成長的不同時(shí)期具有不同的認(rèn)知特點(diǎn)，下面根據(jù)不同時(shí)期認(rèn)知特點(diǎn)的差異，將認(rèn)知?jiǎng)澐譃橛變弘A段、學(xué)生階段和成人階段進(jìn)行具體分析。

(一)幼兒認(rèn)知模型分析

幼兒正處于發(fā)育階段，認(rèn)知系統(tǒng)還不完善，由感覺系統(tǒng)、形象思維系統(tǒng)、短期記憶系統(tǒng)和效應(yīng)系統(tǒng)組成。這些認(rèn)知特征可由如圖1所示的認(rèn)知模型來表示。

圖1 幼兒認(rèn)知模型

1．模型描述

感覺系統(tǒng)對輸入的刺激進(jìn)行過濾，將接收到的信息以兩種路徑傳出。第一種路徑是將信息直接傳入效應(yīng)系統(tǒng)，在運(yùn)動(dòng)器官的參與下形成輸出，即非條件反射;第二種路徑是將接收到的信息以“注意”的形式傳入形象思維系統(tǒng)。形象思維系統(tǒng)提取記憶材料，對傳入的“注意”資源進(jìn)行加工處理，形成對事物的大體感覺，亦即感性認(rèn)識，然后將其輸出到記憶系統(tǒng)和效應(yīng)系統(tǒng)。其中，傳入記憶系統(tǒng)的感性認(rèn)識在大腦中存儲，形成記憶知識;傳入效應(yīng)系統(tǒng)的感性認(rèn)識則在動(dòng)作器官的參與下對環(huán)境產(chǎn)生輸出。與此同時(shí)，效應(yīng)系統(tǒng)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將輸出的結(jié)果反饋到記憶系統(tǒng)，記憶系統(tǒng)再將信息反饋到感覺系統(tǒng)，最終表現(xiàn)為個(gè)體對刺激接收的差異性和靈敏性。

2．認(rèn)知特點(diǎn)及緣由分析

幼兒認(rèn)知系統(tǒng)由感覺系統(tǒng)、形象思維系統(tǒng)、短期記憶系統(tǒng)和效應(yīng)系統(tǒng)組成。它只具有感性思維、短期記憶等低級功能，缺乏理性思維和長期記憶能力;記憶系統(tǒng)的知識由感性認(rèn)識和樸素經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成;沒形成特定的個(gè)性偏好。

幼兒作為一個(gè)生物體，具有動(dòng)物的本能，具有感覺系統(tǒng)、形象思維系統(tǒng)、短時(shí)記憶系統(tǒng)、效應(yīng)系統(tǒng)等維持生存所需的基本功能系統(tǒng)，能夠感知外界刺激，認(rèn)識和短時(shí)記憶事物形象，并對刺激做出簡單的反應(yīng)。因受生理發(fā)育程度、接受刺激類別、接受刺激時(shí)間和自強(qiáng)化功能產(chǎn)生作用的過程性等因素限制，幼兒在感知范圍、刺激敏感度和反應(yīng)速度等方面不如學(xué)生階段;也不具有特定的個(gè)性偏好，記憶的知識只是由簡單的感性認(rèn)識和樸素經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成;同時(shí)表現(xiàn)為不具備長時(shí)記憶和理性思維等高級思維能力。

3．培養(yǎng)建議

幼兒時(shí)期，各器官處于發(fā)育高峰期，可塑性強(qiáng)，要對認(rèn)知系統(tǒng)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)拇碳ぃ拐J(rèn)知系統(tǒng)得到更好的發(fā)育。自強(qiáng)化主要體現(xiàn)在以下兩方面:其一，感覺系統(tǒng)不斷優(yōu)化。各種刺激作用于感官部位，促進(jìn)感覺細(xì)胞和神經(jīng)纖維的優(yōu)化發(fā)展，增強(qiáng)感覺系統(tǒng)的靈敏性。其二，強(qiáng)化幼兒的形象思維、短時(shí)記憶和效應(yīng)系統(tǒng)。感覺系統(tǒng)將接收到的刺激轉(zhuǎn)化為可識別信息傳遞給形象思維、短時(shí)記憶和效應(yīng)系統(tǒng)等后續(xù)認(rèn)知環(huán)節(jié)，為其提供必要的處理資源，促進(jìn)這些環(huán)節(jié)自強(qiáng)化功能的發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知能力的提高。可見，幼兒時(shí)期是提高人的認(rèn)知能力的關(guān)鍵期。否則，認(rèn)知系統(tǒng)將會由于感覺、形象思維等系統(tǒng)發(fā)育的遲緩和結(jié)構(gòu)簡單化，使后續(xù)認(rèn)知環(huán)節(jié)不能受到足夠刺激，從而制約自強(qiáng)化現(xiàn)象，最終導(dǎo)致認(rèn)知能力的低下。建議為幼兒創(chuàng)設(shè)一個(gè)多姿多彩的環(huán)境，注重對幼兒腦、耳、目、手、指、足、腕等多器官的刺激，使更多的感官部位處于被激活狀態(tài)，充分發(fā)揮其自強(qiáng)化功能，增強(qiáng)認(rèn)知系統(tǒng)對刺激的敏感性，為今后更靈活、更聰明、更富創(chuàng)造性打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(二)學(xué)生認(rèn)知模型分析

隨著接受刺激的增多、發(fā)育的完善和自強(qiáng)化作用的發(fā)揮，學(xué)生階段個(gè)體的認(rèn)知系統(tǒng)比較完整，由感覺系統(tǒng)、形象思維系統(tǒng)，抽象思維系統(tǒng)和長期記憶系統(tǒng)構(gòu)成。認(rèn)知模型如圖2所示。

圖2 學(xué)生認(rèn)知模型

為便于理解，先進(jìn)行如下定義:主觀規(guī)則是個(gè)體在成長過程中逐步形成的認(rèn)識事物的一般方法，包括人生觀、個(gè)性偏好、思維模式等方面。

1．模型描述

感覺系統(tǒng)和形象思維系統(tǒng)的功能與幼兒認(rèn)知模型中的功能相似，在此不再贅述。抽象思維系統(tǒng)接收上一級輸入的感性認(rèn)識，結(jié)合記憶知識和主觀規(guī)則對其進(jìn)行加工處理，產(chǎn)生對事物的高級認(rèn)識，即理性認(rèn)識，然后將這種認(rèn)識輸送到記憶系統(tǒng)和效應(yīng)系統(tǒng)。進(jìn)入記憶系統(tǒng)的理性認(rèn)識由于沒有經(jīng)受實(shí)踐的檢驗(yàn)，便在大腦中形成理論知識的積累;進(jìn)入效應(yīng)系統(tǒng)的理性認(rèn)識則會在動(dòng)作器官的參與下形成輸出。同時(shí)，輸出的結(jié)果將反饋到記憶系統(tǒng)，一方面構(gòu)成實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，另一方面對大腦的主觀規(guī)則進(jìn)行強(qiáng)化或修正。記憶系統(tǒng)再將信息反饋到感覺系統(tǒng)。

2．認(rèn)知特點(diǎn)及其緣由分析

機(jī)械記憶力強(qiáng)，具有了長時(shí)記憶能力;思維能力突出，初步形成了認(rèn)知事物的主觀規(guī)則。由于環(huán)境的局限，記憶系統(tǒng)的知識主要由理論知識和樸素經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成，這些知識會指導(dǎo)日后的實(shí)踐工作，它們的廣度和可靠性將決定個(gè)人工作潛力的大小。

隨著個(gè)體學(xué)習(xí)知識的增多，特定領(lǐng)域的知識會被有序地組織到一起，形成知識組塊［8］，這些知識組塊在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立密切的聯(lián)系，構(gòu)成知識網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

學(xué)生階段的個(gè)體頻繁從事各種記憶工作，調(diào)用知識組塊解決各種理論問題，使與記憶相關(guān)的功能部位不斷受到刺激，知識組塊周圍的結(jié)點(diǎn)也不斷被激活并加強(qiáng)了彼此間的聯(lián)系，從而促進(jìn)自強(qiáng)化功能的發(fā)揮，提高個(gè)體的機(jī)械記憶能力，形成長時(shí)記憶，并增加理論知識儲備，增強(qiáng)個(gè)體利用知識組塊的能力，表現(xiàn)出很強(qiáng)的靈活思維。此階段的個(gè)體主要從事理論知識的學(xué)習(xí)，很少從事社會實(shí)踐活動(dòng)，所以記憶系統(tǒng)的知識主要由樸素經(jīng)驗(yàn)和理論知識構(gòu)成。另外，在解決問題的過程中，思維方式和思維的結(jié)果不斷作用于思維系統(tǒng)，使思維系統(tǒng)總是受“某類”信息的作用，引導(dǎo)自強(qiáng)化功能朝著一定的模式發(fā)展，形成認(rèn)識事物的一般方法，即主觀規(guī)則。在知識組塊和主觀規(guī)則的基礎(chǔ)上，認(rèn)知系統(tǒng)在沒有外界刺激的情況下，也能對某些已有信息進(jìn)行加工，形成對事物的認(rèn)識，即人所特有的高級思維。日常生活中，靈感、頓悟之類的現(xiàn)象，“運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外”等行為，就是這種認(rèn)知特點(diǎn)的最直接體現(xiàn)。

3．培養(yǎng)建議

學(xué)生階段的成長關(guān)系著知識的積累、思維能力的提高、主觀規(guī)則的形成，對人的成長起著十分重要的作用。應(yīng)從德、智、體、美、勞全面發(fā)展的人才觀出發(fā)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特征進(jìn)行教學(xué)。為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)輕松愉快的成長氛圍，多讓他們接觸愛心方面的書刊、影片和事跡，給予他們積極正向的情感支持，發(fā)揮個(gè)體的情感因素對認(rèn)知過程及其行為的調(diào)節(jié)作用［9］，使他們樹立正確的人生觀。從“其人、其才、其趣”出發(fā)，進(jìn)行差異化、多樣化教育，激發(fā)學(xué)生的熱情，充分發(fā)揮非智力因素的動(dòng)力、定型和補(bǔ)償作用，使他們學(xué)習(xí)更多知識，增加理論儲備，為終身學(xué)習(xí)和整個(gè)人生的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［10-11］。

(三)成人認(rèn)知模型分析

成人在理論知識和主觀規(guī)則的指導(dǎo)下參與實(shí)踐工作，不僅具有完善的認(rèn)知系統(tǒng)，更具有不同于前兩個(gè)階段的特點(diǎn)，認(rèn)知模型用圖3來表示。

1．模型描述

為更好地解釋成人認(rèn)知模型，先進(jìn)行如下定義:直覺層是在豐富的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，大腦對事物或已有知識進(jìn)行思考時(shí)，不受某種固定的邏輯規(guī)則約束而直接領(lǐng)悟事物本質(zhì)。職業(yè)經(jīng)理人進(jìn)行決策時(shí)，這種行為表現(xiàn)得尤為突出。經(jīng)驗(yàn)層是由一系列的注意(P)—行動(dòng)(A)—結(jié)果(R)經(jīng)驗(yàn)?zāi)０鍢?gòu)成［1］，當(dāng)感覺系統(tǒng)產(chǎn)生的注意與經(jīng)驗(yàn)層中某模板的初始注意匹配時(shí)，認(rèn)知系統(tǒng)就直接調(diào)用該模板形成輸出。推理層由兩方面的內(nèi)容構(gòu)成:其一，由注意(P)—行動(dòng)(A)—可能的結(jié)果(Ri)構(gòu)成;其二，對于全新的、復(fù)雜的注意信息，認(rèn)知系統(tǒng)沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可循，只能結(jié)合主觀規(guī)則和已有知識進(jìn)行推理，產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)論。

圖3 成人認(rèn)知模型

認(rèn)知模型描述:感覺系統(tǒng)接收刺激并產(chǎn)生注意，將其傳入到由直覺層、經(jīng)驗(yàn)層和推理層構(gòu)成的信息加工系統(tǒng);信息加工系統(tǒng)結(jié)合記憶知識和主觀規(guī)則，決定由哪一層產(chǎn)生輸出，然后將其傳入效應(yīng)系統(tǒng);效應(yīng)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)器官的參與下形成輸出，并將輸出結(jié)果反饋到記憶系統(tǒng)和主觀規(guī)則，再反饋到感覺系統(tǒng)。

2．認(rèn)知特點(diǎn)及其緣由分析

受工作環(huán)境的影響，形成不同層面的個(gè)體;機(jī)械記憶能力衰退［12］，邏輯思維能力突出;情商高，實(shí)際能力強(qiáng)。記憶的知識由理論知識、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐知識構(gòu)成。實(shí)踐過程中，輸出的結(jié)果不斷反饋到大腦，對學(xué)生時(shí)期形成的主觀規(guī)則進(jìn)行修正或強(qiáng)化，逐漸形成穩(wěn)定的主觀規(guī)則。

此階段的大多數(shù)個(gè)體或主要進(jìn)行體力操作，或主要從事智力活動(dòng)，使得作用于認(rèn)知系統(tǒng)的刺激信息和刺激部位具有差異性，相應(yīng)地，自強(qiáng)化現(xiàn)象的發(fā)揮部位也不同。從事體力操作的人會成為一個(gè)專業(yè)的操作者，即經(jīng)驗(yàn)層的人;從事智力活動(dòng)的人則成為一個(gè)思維家，即直覺層、推理層的人。此外，受工作性質(zhì)的制約，此階段的個(gè)體很少從事頻繁的記憶工作，記憶系統(tǒng)由于沒有受到足夠的刺激作用，自強(qiáng)化功能得不到發(fā)揮，導(dǎo)致記憶能力衰退。在實(shí)踐過程中，個(gè)體必須面對這樣或那樣的情感沖擊，解決這樣或那樣的實(shí)際問題，與人的情緒和思維相關(guān)的功能部位會被優(yōu)化，使個(gè)體的情商不斷提高，表現(xiàn)更為穩(wěn)重沉著，實(shí)際能力也不斷增強(qiáng)，同時(shí)使得記憶系統(tǒng)的知識由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、理論知識、在實(shí)踐過程中學(xué)習(xí)的知識組成。

3．培養(yǎng)建議

雖然成人的記憶能力衰退，但他們穩(wěn)重沉著，邏輯思維能力突出，實(shí)際能力很強(qiáng)，建議采取增加視覺、聽覺刺激強(qiáng)度，經(jīng)常回顧已學(xué)知識、將理論與實(shí)際聯(lián)系的方式對成人進(jìn)行培養(yǎng)。還應(yīng)根據(jù)個(gè)體的長處，因人設(shè)崗，充分發(fā)揮他們的優(yōu)勢。

此階段的個(gè)體所處環(huán)境的復(fù)雜性是以往任何階段都無法比擬的，應(yīng)注重情商的提高，維持情緒的穩(wěn)定性。

三、各階段認(rèn)知能力概括比較

根據(jù)以上研究，對各階段認(rèn)知共同點(diǎn)和異同點(diǎn)進(jìn)行了簡要的概括總結(jié)。各階段認(rèn)知系統(tǒng)的共同點(diǎn)如下:一是自強(qiáng)化現(xiàn)象，即認(rèn)知系統(tǒng)接受外部刺激后，在處理信息的過程中會對加工信息的功能部位產(chǎn)生積極影響，增強(qiáng)其認(rèn)知能力;二是系統(tǒng)性，即認(rèn)知過程都是在信息的基礎(chǔ)上，通過各功能器官的相互作用，對外產(chǎn)生輸出，并將輸出的結(jié)果反饋回認(rèn)知系統(tǒng);三是動(dòng)態(tài)性，認(rèn)知過程中因成長階段、客觀環(huán)境等因素的不同，認(rèn)知能力差異很大;四是認(rèn)知能力構(gòu)成，總認(rèn)知能力都是感性認(rèn)知能力和理性認(rèn)知能力的總和。各階段認(rèn)知系統(tǒng)的不同點(diǎn)如表1所示。

表1 各階段認(rèn)知特點(diǎn)比較

四、結(jié)語

本文將生物學(xué)、生命科學(xué)、認(rèn)知理論和教育科學(xué)結(jié)合起來，從細(xì)胞進(jìn)化的角度揭示了認(rèn)知系統(tǒng)各功能部位存在的自強(qiáng)化功能，然后用該功能對幼兒、學(xué)生、成人認(rèn)知模型進(jìn)行合理解釋，提出了相應(yīng)階段個(gè)體的培養(yǎng)策略，對各模型進(jìn)行了概括比較，對教育理論和人才培養(yǎng)的發(fā)展具有一定的意義。

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