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数理心理学:“事件结构式”第一公设对学习的意义

已有 1305 次阅读 2021-10-15 12:36 |个人分类:事件结构式公设|系统分类:科普集锦


  “事件”是“学习”得以发生的物质前提。数理心理学第一公设“事件结构式”是学习机制得以揭示的理论基石,它是自然科学与社会科学知识信息结构的总概括。由此构成学习者“习得”的信息内容的基础表征算法。这一发现将改写学习理论研究发展的基础走向、颠覆教育实践理论的基石。

    

        1. “学习”的基础科学问题

        1.1 学习的核心功能问题

 学习的核心功能是什么?为什么生物会进化出“学习”功能?“学习”能力是生物适应物质世界、进化的核心竞争力吗?人类相对于其它物种,在“学习”功能的共通性、优势特性分别是什么?

       1.2 学习的内容本质问题

 学习的内容本质是什么?即“学习”学到的是什么?学习的内容是否具有普适性的数理表达形式?人类知识经验的本质是什么?物质世界中什么类型的信息进入大脑转换为人类的经验知识?不同科学知识(即人类认知物)的共通性本质是什么?

        1.3学习的过程本质问题

 学习的过程本质是什么?“学习”行为是怎样发生的?学习中的“融会贯通”的本质、诀窍是什么?物质世界信息如何在大脑中被加工?“学习者”和“学习内容物的物质载体”(即信息符号)之间的相互作用关系是什么?

        1.4 学习的结果本质问题

 学习的结果本质是什么?人类如何验证学习结果的真伪性?“学习”在不同物种、物种不同发展阶段中产生的普适性的结果效应是什么?这种结果效应是否可以用统一性的数理含义符号得到量化表达?

       1.5 学习与认知的关系问题

 学习与认知是什么关系?行为、认知主义关于“学习”的理论分歧是什么?即认知主义攻击行为主义的天然七寸是什么?行为主义关于学习行为实验的内在数理逻辑是什么?经典学习理论与认知加工过程中的经典理论是否存在本质性差异?

   

         2. 数理心理学第一公设“事件结构式”

 数理心理学第一公设:事件结构式(高闯 2021),天然地回答了“学习”的基础科学问题的数理本源性。

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《数理心理学:心理空间几何学》封面

 根据数理心理学第一公设“事件结构式”(高闯,2021)中客体是否具有精神性,可以把事件分为如下两种表达形式:

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 图中(下)元素分别表示物质客体、客体之间相互作用的介质、事件结果、时间、地点、行为动机目标物、内在动机目标物、上述各个要素初始值。

   3. “事件结构式”对学习的意义

   3.1 理论意义

   3.1.1 从数理上回答了学习的功能

 “学习”的核心功能是对物质世界进行心理表征,建构出与物质世界对称性的心理世界。可以用“学习变换矩阵”来表示。即实现了:感知外界陌生场景的变量特征信息、提炼变量特征背后的属性及其关系即规律、将上述内容存储在记忆存储器中以便后续提取调用。

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         通过“学习”功能,学习者可以将陌生场景转换为熟悉性场景。“学习”能力有利于生物感知与适应物质世界,使得学习者可以习得物质世界的资源分配运作规律,以自适应、自调节的方式指导自身物种的演化与进化。人类相对于其它物种,具有最强的学习能力,也就认知熵增的程度最高(详见3.1.4部分的方程),这是人类区别与其它物种的本质性差异。

   3.1.2 从数理上回答了学习的内容本质

   由于“事件”是物质世界运行的本质,学习者对“物质世界”进行学习的物质根源也就找到了。物质世界中事件的属性特征值信息进入大脑,人脑从繁多的场景特征值信息中抽提出普适性的属性量信息及其之间的关系,而后转换为人类的经验知识。

   事件的属性包含时空属性、运动属性、力学属性、因果属性。事件的物质属性与人类知识结构体系具有完备对应性。在人类的知识经验体系中,对应包含:时空观、运动观、力学观、因果律。这也从数理上揭示了知识的本质,回答了人类知识系统的唯物性(高闯 等,under review)。


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物质世界的4种属性(高闯 等,2021)

   学习的内容具有普适性的数理表达形式,即“事件结构式”。这是对人类知识经验的数理根源、物质根源的本质性回答。它是自然科学与社会科学知识信息结构的总概括。不同科学知识(即人类认知物)的共通性本质的数理表达形式也就找到了

   3.1.3 从数理上回答了学习的过程本质

   物质世界中不同类型的信息,通过不同类型感觉器的采集,进入大脑中。首先,在知觉中进行事件信息的整合,也称“事件整合变换原理”(高闯,2021)。

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      其中,i表示第i个神经通道,n表示神经通道的总个数,p知觉英文词的缩写,加号满足“布尔运算”法则。

   这使得物质世界中的“事件”被对称性地变换为心理世界中的知觉事件。通过感知觉的加工,人类个体获得了事件的现场的特征信息,人类得以观察到了生动的物质世界。

   人类除了需要知觉到物质世界的属性信息的完备集,还需要加工由现场的物质事件转码为语义符号事件的信息。语义符号事件正是思维运作的物质内容基础。因此,思维运行的数理规则遵循布尔运算。这正是学习者学习“思考”过程中的符号动态性运作的根源。

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        上述过程是“学习”的认知机制的数理性回答,也是不同学习方式、学习类型的认知基础。

   学习的过程一般由两部分组成:归纳与演绎。人类通过有限事件所获得的经验(对有限事件的归纳),可以向无限场景中应用(演绎)。“学习者”和“学习内容物的物质载体”(即信息符号)之间的相互作用关系也就找到了。这是学习中的“融会贯通”的本质和诀窍,其物质根源之一是作为认知内容物的“事件”的属性及其关系的普适性。对“学习”行为的如何发生的行为主义实验,共同构成了“事件结构式”要素作为控制条件的“完备集”(详见3.1.5部分)。

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         3.1.4 从数理上回答了学习的结果本质

   通过学习,学习者获得外界世界的事件信息,并将其经过思维的运作转换为知识经验。随后,将这些习得到的知识经验(即因果律)被学习者调取,放在新的场景新的事件中进行判断、预测分析并产生决策行为。这样,学习结果即习得的因果律的真伪性与普适性就得到了验证。

   学习的结果本质是增加学习者的信息量。这是“学习”在不同物种、物种不同发展阶段中产生的普适性的结果效应,满足“认知熵增原理”(高闯,2021)。也就说,从幼儿到老年的整个人类发展阶段的“学习”,均遵循这一原理。这使得学习的结果效应可以用统一性的数理含义符号得到量化表达。

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         3.1.5 从数理上回答了学习与认知的关系

   行为主义的动物学习实验着重于研究“学习”的行为表现层面。行为主义的经典实验包括:巴浦洛夫狼狗经典反射实验(Pavlov,1927)、托尔曼小白鼠迷宫实验(Tolman, 1948)、桑代克猫迷箱实验(Thorndike,1998)、斯金纳小白鼠箱子实验(Skinner, 1938)、塞利格曼的狗习得无助实验(Maier, & Seligman, 1976)。上述均是控制“事件”的某些要素的“重复”出现。即在事件重复出现中,前后事件所控制的特征性一致。这些经典的实验发现共同构成了“事件结构式”要素作为控制条件的“完备集”。行为主义关于学习行为实验的内在数理逻辑也就找到了。

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       乔姆斯基语言结构的发现、Miller记忆容量的发现,以事实的形式证明了心理的结构存在,并在事实上打响了进攻行为主义的第一枪。并提出:行为主义无法在事实上回答:为何有限次的学习可以让人获得可以演绎的经验?即通过有限次的学习,何以习得普适性的经验,并得以广泛应用。这是认知主义得以兴起,攻击行为主义的天然“七寸”,也是行为、认知主义关于“学习”的理论分歧(高闯 等,2021)。

   习得的行为是学习的认知机制发生后的行为现象学表现。“事件结构式”的普适性与根源性,使得习得的经验的普适性得到数理性回答。经典的创造性学习实验“黑猩猩顿悟实验”,是学习者对某种事件的因果关系打破常规模式,得到突破性理解,就是创新或者创造性学习。“创新”使得源源不断更新的知识体系与未知的知识体系之间建立新的对称性(高闯,2021)。

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   一旦明确了学习的认知机制(详见3.1.3),学习与认知的关系也就得到解答经典学习理论如多媒体学习理论(Mayer,2009)与认知加工过程中的通道整合的经典理论如双重编码理论(Paivio, 1986)可能并不存在本质性差异。两者的差异可能仅是学习场景或媒介的不同,但学习者学习的认知机制是普适性的。

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      3.2 实践意义

    3.2.1对人工智能领域的意义

 数理心理学第一公设“事件结构式”揭示了知识经验的信息编码结构、人的学习机制、人 “习得”的信息内容的基础表征算法,这将影响认知智能领域如机器学习等内容的突破。同时,“事件结构式”也揭示了人的自然语言编码体系,这将影响到逻辑学、语言学、计算机科学与人工智能的编码体系。以人的“基础理论”为突破的应用,人工智能、大数据等工程领域将获得关键突破。

    3.2.2对教育信息技术领域的意义

   数理心理学第一公设“事件结构式”对人的学习机制、人的认知通讯系统的信息编码机制的揭示,将促进教育信息技术往更加适合学习者学习的方向改良,为教育信息化提供理论机制,促进教育的改革与发展。

   3.2.3对学习者学习能力培养的意义

   数理心理学第一公设“事件结构式”对学习的内容的普适性数理形式、学习过程、学习结果等问题的本质的数理揭示,使得“学习能力”不再是一个缥缈物。学习中的“融会贯通”的本质和诀窍得以发现。衡量不同年龄阶段的学习者的学习能力的量化指标也找到了。



主要参考文献

[1]高闯. (2021).数理心理学:心理空间几何学. 吉林长春:吉林大学出版社.

[2]高闯,马安然,魏薇,德力达尔.(2021).数理心理学第一公设:事件结构式.[ChinaXiv:202107.00026V2] http://psych.chinaxiv.org/abs/202107.00026v2.

[3]高闯,马安然,魏薇,德力达尔.(2021).数理心理学第二公设:认知对称性.[ChinaXiv:202108.00099] http://psych.chinaxiv.org/abs/202108.00099?serverID=1.

[4]高闯,马安然,魏薇,德力达尔.( under review)事件结构式演绎认知哲学的推论.

[5]Chomsky, N. (1957). Syntactic Structures. The Hague/Paris: Mouton.

[6]Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 63(2), 81–97.

[7]Pavlov, I. P. (1927). Conditioned reflexes. Oxford University Press.

[8]Skinner B F. (1938). The behavior of organisms: an experimental analysis. New York: Appleton-Century-Crofts. p 457.

[9]Tolman, E. C. (1948). Cognitive maps in rats and men. Psychological Review, 55(4), 189–208.

[10]Thorndike, E. L. (1998). Animal intelligence: An experimental study of the associative processes in animals. American Psychologist. 53(10),1125-1127.



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