Способы научения: наращивание, создание структур, настройка

Мы с моим коллегой Дэвидом Румелхартом сочли полезным подразделить различные формы научения на следующие три категории:

1. Наращивание (аккреция)—добавление нового знания к уже существующим схемам памяти. Некая система знания уже существует, и в нее вводятся новые данные. Наращивание — самый обычный способ научения.

2. Создание структур — образование новых понятийных структур, новое осмысление. Существующие схемы становятся недостаточными; должны быть созданы новые. Создание структур происходит не часто и обычно требует больших усилий. Но, вероятно, это самый важный способ научения.

3. Настройка — тонкое приспособление знания к задаче. Нужные схемы существуют, и в них заключено нуж-

15. Способы научения

Рис. 15-1. Предположим, что А —структура знания о каком-либо предмете. В центре показана небольшая единица нового знания, которая сейчас будет введена в уже существующие структуры (наращивание). Б — наращивание совершилось, и между новой и старыми структурами возникли новые связи, достаточные для того, чтобы эти структуры бдли прочно переплетены без всяких разрывов: осуществилось эффективное научение.

ное знание. Но для данной цели они непригодны — или потому, что они слишком общие, или потому, что они плохо приспособлены для данного конкретного использования. Поэтому знание нужно «настраивать», постоянно приспосабливать к задаче. Одним из способов такой настройки служит упражнение. Могут понадобиться тыся-

чи часов упражнения, для того чтобы достичь степени настройки, характерной для профессионала. Настройка — это, вероятно, самый медленный способ научения, но это то, что превращает простое знание предмета в совершенное владение им.

Наращивание является процессом постепенного накопления знания. При наиболее благоприятных обстоятельствах новое знание укладывается в прежнюю систему, приспособленную для организации и сохранения определенной информации, как показно на рис. 15-1. При других обстоятельствах прежняя система не подходит и новое знание может оказаться засунутым в труд-

15. Способы наичения

недоступные участки памяти или быть неправильно истолкованным. Наращивание происходит, например, когда вы (уже опытный водитель) начинаете управлять новым автомобилем. Вероятно, вы уже обладаете хорошей системой знания об устройстве автомобилей и о технике вождения. И тем не менее вам надо изучить специфические особенности новой машины — как подается звуковой сигнал, где находится ручной тормоз, каков диапазон движений руля и насколько жестки тормоза. В принципе при знакомстве с каждым новым свойством машины вы в состоянии привязать его в памяти каким-то вполне определенным способом. Проблема научения становится проблемой введения информации в память и извлечения ее.

Обратимся теперь к созданию структур: здесь я хочу привести вам два очень интересных экспериментальных результата. К сожалению, оба они вызвали сомнения и ни один из них не «котируется» в современной психологии. Пусть так, но я верю в них. Сейчас объясню.

Один из этих опытов был проведен в конце 90-х годов прошлого века и посвящен обучению азбуке Морзе; второй опыт (1910 г.) касался проволочных головоломок. Оба они иллюстрируют скачок знания в процессе научения. Рассмотрите график на рис. 15-2.

Этот график показывает, с какой скоростью лица, обучающиеся азбуке Морзе, передают и принимают ее в зависимости от тренировки. Обратите внимание, что кривые переходят в плато. Происходит медленное, постепенное совершенствование (которое можно объяснить тем, что я назвал бы наращиванием), за которым следует длинное плато, когда почти или совсем нет улучшения. Иногда наблюдается.рывок — резкий подскок кривой научения. Я объясняю такие подскоки процессом перестройки задачи, обучением заново при помощи более подходящих структур памяти. Я полагаю, что во многих случаях бывают стадии постепенного совершенствования и внезапные прорывы в понимании, которые ведут к скачкам в выполнении задачи.

Кривые этого графика согласуются с моим собственным опытом обучения азбуке Морзе в молодости. Я надолго застрял на приеме около 15 слов в минуту, и каза-

Рис. 15-2. Данные Брайена и Хартера (Bryan, Harter, 1897, 1899), изучавших'усвоение азбуки Морзе. Эти классические кривые показывают, что в процессе научения существуют плато — периоды относительно слабого прогресса.

лось, не смогу улучшить результат. Такой темп был слишком медленным для того, чтобы не отставать в приеме опытных операторов, которых я слушал.

В один прекрасный день сосед взял меня с собой в гости к одному ветерану азбуки Морзе — профессионалу, который зарабатывал на жизнь тем, что посылал и принимал сигналы без ошибок со скоростью около 60 слов в минуту. Он откинулся в своем кресле со стаканом виски в руке и сказал мне, что я поступаю неправильно. Я принимаю буквы, тогда как мне следует принимать сообщения или хотя бы слова и фразы. «Не принимайте слово этот как отдельные буквы э-т-о-т, — сказал он мне. — Вместо этого усваивайте сочетания звуков, составляющих целое слово. Запоминайте обычные, часто встречающиеся комбинации букв, потом обычные слова, а потом обычные фразы». Тут он продемонстрировал мне это, повернувшись к своему приемнику и найдя нужную станцию. Затем, продолжая говорить, он прерывал свою речь только тогда, когда нужно было сказать мне, что сейчас передавали.

108 15. Способы научения

Я отправился домой и стал упражняться в словах. Скорость приема у меня резко подскочила. То, чему я научился у доброжелательного старого телеграфиста, заключалось в перестройке моего осмысления задачи. Мне следовало поднять уровень тех единиц, с которыми я работал. Пожалуй, мне сказали об этом как раз в нужный момент; у меня уже была солидная основа работы с отдельными буквами, и поэтому я был в состоянии извлечь пользу из совета увеличить объем единицы, перестроить мое знание. Брайен и Хартер, представившие результаты, показанные на графике, выразили это таким образом: «Плато на кривой научения означает, что навыки низшего порядка приближаются к своему максимальному развитию, но еще недостаточно автоматизированы для того, чтобы внимание освободилось от них и обратил©сь к навыкам высшего порядка».

Если выражаться такими понятиями, я усвоил навыки низшего порядка, но не понял, что нужно перейти к высшим порядкам. Как только я перестроил мои навыки, произошел сдвиг.

Однако с Брайеном и Хартером не все обстоит благополучно. Возможно, они несколько вольно обращались со своими данными, и их результаты не выдерживают строгой проверки. Психолог Фред Келлер — тщательно работавший экспериментатор, а также опытный телеграфист и преподаватель телеграфии сообщает, что он был совершенно не в состоянии воспроизвести данные Брайена и Хартера. В классической работе, озаглавленной «Призрачное плато», Келлер пишет, что не только не нашел у своих учеников никаких плато в развитии навыка, но не нашел и никаких свидетельств того, что Брайен и Хартер получали такие кривые. Их «данные» не того рода, какие собирают в лаборатории. В действительности это воспоминания телеграфистов о том, что, как они полагали, происходило с ними.

Доводы Келлера звучат убедительно, но он не может поколебать мою веру в основной феномен. Я верю, что есть разные уровния научения и что у обучающегося происходит переосмысление задачи. Я верю, что, когда мы по-новому проникаем в сущность предмета, выполнение задачи значительно меняется. Это убеждение слишком

15. Способы научения 109

твердое и слишком банальное, чтобы его легко было опровергнуть. Многие виды навыков, по-видимому, проходят через свои плато и даже временно ухудшаются, когда мы пытаемся переделывать способ выполнения задачи; в конечном счете это ведет к прогрессу, но в начале осуществляется с большим трудом, а иногда и с некоторым ухудшением результатов. Келлер тоже полагает, что при овладении азбукой Морзе изменяется размер единицы. Но он считает, что эти изменения происходят одновременно с овладением единицами низшего уровня, что обучение фразам и словам идет параллельно с усвоением отдельных букв. Это приводит к плавному, прогрессирующему улучшению. Может быть, Келлер прав, но его представлению противоречит то, что я помню о моем собственном прошлом опыте. Конечно, мои воспоминания могут быть столь же ошибочны, как и данные, приводимые Брайеном и Хартером. Изучение памяти неоднократно показывало, что воспоминания о давно прошедших вещах часто бывают ближе к нашему внутреннему представлению о них, чем к тому, какими они были в действительности.

Второй мой излюбленный график отображает время, необходимое для решения задачи с проволочной головоломкой, как функцию от числа попыток. Вероятно, вы знакомы с такими головоломками. Обычно они состоят из двух частей (двух замысловатых фигур из проволоки), сцепленных одна с другой. Задача состоит в том, чтобы разъединить их; она казалась бы безнадежной, если бы вы не знали, что она может быть решена (рис. 15-3). Мне не удалось выяснить точно, какая головоломка была использована в данном исследовании (автор назвал ее «звезда и полумесяц»), но это и не важно.

Впервые эти данные появились в 1910 году. Существенно в них, разумеется, то, что произошло приблизительно на 75-й пробе, когда испытуемый, занятый головоломкой, остановился, глубоко задумался над задачей и сказал примерно следующее: «Ага, теперь я понял!». До 75-й пробы он справлялся с задачей сравнительно хорошо, но не понимал ее. Когда он вертел головоломку каким-то определенным образом, глядишь она и разъединялась. Но когда он понял ее принцип, выполнение

110 15. Способов научения

Рис. 15-3. Эффект тренировки проявляется здесь в сокращении времени, необходимого для решения механической головоломки вроде изображенной вверху (А). График Б взят из опыта Руджера (Ruger, 1910). Хотя испытуемый справлялся с головоломкой в каждой пробе, но при 75-й попытке наступил долгий период размышления, после чего испытуемый стал еще лучше выполнять задачу (главное изменение состояло в уменьшении разброса времени от пробы к пробе)

15. Способы научения

задачи улучшилось, так как стало более логичным; разброс времени решения уменьшился (рис. 15-3,5).

Я считаю, что проба с затратой длительного времени иллюстрирует процесс создания структуры. Что в этих данных неверного? Как будто все здесь в порядке, но статья, в которой они опубликованы, вызывает у меня некоторое недоверие. Она слишком небрежна, недостаточно строга. Приходится догадываться о том, что происходило, какая инструкция была дана испытуемому, насколько типична кривая. И все же во внезапном изменении навыка что-то кроется. Действительно, я в своих опытах тоже мог создавать подобного рода внезапные изменения.

Я исследовал, как люди усваивают простой язык программирования (он назывался FLOW). Среди многих вариантов я испытывал такой, в котором учебный текст был намеренно запутан. Возьмем следующую фразу, которую обучающийся должен был прочесть довольно рано, когда начинал изучать команды языка:

Инструкция Я сдвигает текущее значение на одну позицию вправо в потоке входных данных.

Эта инструкция описана неясно? Я очень старался сделать именно так. Я обозначил ее буквой (П) вместо мнемонического имени (в подлинном программирующем языке стояло имя «Получить входное значение») и сократил описание, введя в него как можно больше жаргона.

Как правило, обучающиеся, прочитав эту инструкцию и не поняв, пропускали ее. Когда позднее у них возникала надобность в ней для решения задачи, я указывал им на нее и просил снова прочесть. «А! Понял», — говорили они обычно, и так оно и было.

У большинства из нас бывали такие же случаи. Инструкция, приложенная к новому прибору, часто кажется вначале непонятной. Иногда приходится перечитывать ее четыре или пять раз и каждый раз извлекать что-то новое. Усвоению нового часто предшествует критическое состояние непонимания, потому что мы должны быть подготовлены к использованию искомой нами информа-

112 15. Способы научения

ции. Только тогда соответствующий материал становится постижимым.

Теперь я опишу, как одна из обучающихся справлялась с этим в моем эксперименте. Она изучала систему программирования и была не в состоянии решить одну особенно сложную задачу. Я показал ей в руководстве страницу с соответствующей инструкцией. Она прочитала, сказала «Конечно!» и тут же исправила свою программу. Позже я попросил ее объяснить, что произошло.

Ученица: Я была ошеломлена. Раньше я смотрела на экран, и ничто из того, с чем я работала весь день и всю неделю, не имело для меня никакого смысла. М-м-м... затем я прочла параграф в руководстве по FLOW, и все мгновенно дошло до меня.

Экспериментатор: Но ведь вы и раньше читали этот параграф.

Ученица: Да, да, я читала, и вдруг...

Экспериментатор: Но если вы раньше читали его, почему же вы его не вспомнили?

Ученица: Не знаю. Возможно, потому что была... Ну, я запуталась. До этого я весь день читала про другое; может быть, м-м-м... ну, я не думала в этом направлении, не думала, м-м-м... о ЗНАЧЕНИИ. Я думала о ТЕКСТЕ. И наверное, не связывала одно с другим, пока не прочитала этот параграф.

Особое состояние внезапного постижения, по-видимому, совершенно необходимо для процесса научения. Очевидно, чтобы оно пришло, обучающийся должен находиться в критическом состоянии растерянности и надо надлежащим образом предъявить инструкцию в нужный момент. Перестройка знания происходит не часто, но когда происходит, то ведет к коренному улучшению понимания. (Обратите также внимание на связь с рассмотренными ранее формами «запроса» для извлечения информации из памяти. Нужная информация в памяти ученицы уже была, но ее описание было непригодным.)

Как уже говорилось, по мере усовершенствования навыка задача выполняется все более гладко, с меньшим

15. Способы научения 113

напряжением. Кроме того, опытный человек, по-видимому, выполняет задачу автоматически, без умственного-усилия, без осознания того, что делается. Изменение, которое происходит у человека, знающего, как выполнять задачу, когда он осваивает ее на практике, — это тот способ научения, который мы с Румелхартом назвали настройкой. Настройка состоит в медленной непрерывной адаптации структур знания, делающей их более эффективными, более специализированными, более автоматическими, специально приспособленными к требованиям задачи.

Что происходит при автоматизации действий? Каким образом структура знания, казалось бы уже достаточная и полная, может стать более эффективной? Программисты знают, что разные машинные программы, выполняющие совершенно одинаковую задачу, могут существенна различаться по эффективности; между программой, написанной на интерпретативном языке, и программой, составленной на машинном языке, обнаруживается резкое различие. Следует также обратить внимание на различие между знанием о чем-либо и знанием, как сделать что-либо (т. е. между декларативным и процедурным знанием), или на различие между общим знанием и знанием специальным. Общее знание позволяет выводить множество разных заключений, но не так быстро и с большими усилиями. Специальному знанию недостает всеобщности, но для выполнения определенной задачи оно эффективно. Я могу, например, умножать числа, зная, что умножение — это повторное сложение, но дело будет идти медленно и потребует большой затраты труда. Я могу также умножать, запомнив, чему равны произведения часто ветречающихся чисел; вначале для этого понадобятся большие усилия и большое пространство в памяти, но когда мне нужен будет ответ, он появится быстро, без особого умственного усилия.

Что такое настройка? Это может быть приобретение специального знания для особых случаев, требующее большого объема памяти, но приводящее к эффективному выполнению задачи. Это может быть также объединение обычно применяемых действий в эффективный код для выполнения каких-то других действий. Наконец, это

16. Научение как понимание рассказа

может быть перемещение знания на уровни ниже тех, которые требуют сознательного внимания. Настройкой могут быть все эти, а также и другие вещи. Чем бы она ни была, это важная форма научения.

Наращивание, создание структур и настройка — это, по-видимому, три основных способа постепенного превращения новичка в мастера своего дела. Что же именно происходит при этих трех процессах? Увы, ответа пока нет, хотя поиски уже начались. Во всем мире ведутся исследования в различных перспективных направлениях. Сегодня я могу рассказать только о вчерашних результатах — о результатах, которые сейчас кажутся неполными без того, что обещает завтрашний день. Таков путь научных поисков: все внимание приходится уделять сегодняшним задачам, а полной ясности можно ожидать лишь в будущем.

Поиск по сайту: