Компьютеризация науки, ее проблемы и следствия

Г. Лейбниц в  области физики развивал учение об относительности пространства, времени и движения. Установил в качестве количественной меры движения «живую силу» (кинетическую энергию) – произведение массы тела на квадрат скорости.

Последняя четверть XVIII века была временем большого интереса к электричеству: Ш.О. Кулон (1736-1806) установил одни из основных законов электростатики, названный его именем. Гальванический элемент, «вольтов столб», «вольтова дуга», электрометр (вольтметр) – связаны с именем А. Вольта (1745-1827). Г.Х Эрстед и А. Ампер (1775-1836) также много сделали для изучения явления электромагнетизма, закон Г. Ома (1787-1854) как бы подытоживал их интеллектуальные усилия. [3, 4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компьютерные  достижения человечества в XX веке

Активное развитие вычислительной техники началось со становления кибернетики – науки о самоуправляющихся машинах, возникшей в последней трети ХХ века. Отцом этой науки считается американский математик Н. Винер. Кибернетика выявляет зависимости между информацией и другими характеристиками систем – энтропией, энергией и др. Главная задача кибернетики – исследование интеллекта человека, его стандартов и отклонений – одно из перспективных направлений, способствующих построению систем искусственного интеллекта.

Установлено несколько врожденных способностей интеллекта – вербальная, вычислительная и пространственная. Психолога Пиаже интересует лишь процесс мышления. Гарднер полагается на теорию множественности интеллекта. У представителей престижных профессий – инженеров, архитекторов, преподавателей университетов, врачей – средний коэффициент интеллекта равен 120 баллам. Если раньше работодателей для увеличения прибыли интересовали лишь усердие и добропорядочность, то сейчас их привлекает интеллект. Анохин полагал, что мозг не истощается в связи с резким возрастанием информации. В мозгу 14 млрд. нейронов. К десяти годам их можно заполнить, но каждая клетка имеет 8 тыс. контактов, т.е. кладовая мозга практически неисчерпаема – 1 и столько нулей, сколько уместится на ленте длиной 9,5 млн. километров.

С конца 40-х годов ученые устремились к дерзкой цели – созданию компьютеров, которые по результатам работы были бы неотличимы от человеческого разума. Выяснилось, что для конструирования таких машин важно не только разобраться в работе миллиардов нейронов мозга, но в целом познать процессы функционирования человеческого разума, а не просто имитировать его работу.

Идея создания искусственного интеллекта – мыслящих машин «человеческого типа», которые думают, говорят, двигаются, т.е. ведут себя как люди, уходит корнями в прошлое. В XVIII в. французский изобретатель Жак де Вокансон изготовил механического флейтиста, исполнявшего 12 мелодий. А Фридрих фон Кнаус сконструировал серию машин, которые имитировали писцов – умели держать перо и писали длинные тексты. Механический подход уступил место электронному. Так, «электронный мозг» предсказал итоги президентских выборов за несколько часов до получения окончательных данных в 1952 г. Исследования по искусственному интеллекту ведутся в Массачусетском технологическом институте, Технологическом институте Карнеги в Питтсбурге и Стеэнфордском университете. Однако трудности, с которыми столкнулись исследователи искусственного интеллекта, привели к пессимистическому выводу Дрейфуса: компьютеры не могут быть разумными. Третий подход, кибернетический, возникший на стыке нейропсихологии, медицины, физики и электроники, положил в основу принцип обратной связи – использование информации, поступающий из окружающего мира для изменения поведения машин. Впервые этот принцип был применен в военной технике – при малейшем изменении радиолокационных сигналов изменялась наводка орудия. Подобно принципу обратной связи Винера, Сеченов рассматривал его как механизм регуляции нервной системы.

Американский математик  Хао Ванг создал интеллектуальную программу, которая за 3 мин. вывела 220 простых лемм и теорем, и затем за 8 мин. напечатала доказательства еще 130 более сложных теорем. Интересен класс интеллектуальных систем – гироматов, разработанных в Вычислительном центре России академиком Г.С. Поспеловым. Эти системы строят модель, учитывая особенности задачи, и находят решение. Так, управление пропуском судов на шлюзованном участке канала, управление работой морского порта и др. было проведено с использованием гироматов – термин принадлежит польскому писателю-фантасту С. Лему и означает системы, меняющие структуру при изменении условий решаемой задачи. Объединение машин, приборов с ЭВМ – одно из магистральных направлений развития техники в силу процесса микроминиатюризации. Микропроцессор представляет собой электронный мозг ЭВМ – реализованный в виде одного кристалла кремния размерами 4 × 5 × 0,1 мм.

На сегодняшний день в мире существует более 130 млн. ЭВМ, 80% которых объединены в малые локальные или глобальные сети Интернет, что дает возможность быстрого обмена информацией между получателями и передачу сообщений – факсов, писем и др. Интернет – огромное пространство, своего рода космос с особой структурой, со своей системой обратной связи, с высокой скоростью обновления. Благодаря сети мы имеем возможность получать практически любую информацию и отправлять сообщение в любую точку пространства. Современный компьютер с быстродействием в 1 млрд. операций в секунду может иметь память, равную одной тысячной информации, содержащейся на всех полках национальной библиотеки России. Человеческий мозг содержит 2⁴⁰ нейронов, которые соединяют 2⁵⁰ связей. Современная ЭВМ приближается по своим вычислительным возможностям к мозгу.

Современный компьютер может практически все: он пишет музыку и сам ее воспроизводит, создает изображения и редактирует уже готовые, с его помощью создаются клипы, фильмы, мультипликация, он позволяет общаться, передавая звук и изображение. Первые музыкальные компьютеры появились в Японии 14 лет назад, хотя программы алгоритмической композиции используются с 50-х гг. Так, отечественный математик Р. Зарипов сочинял одноголосые музыкальные пьесы на машине «Урал». [5]

 

 

 

 

 

 

 

 

Позитивные и негативные стороны  компьютеризации науки

В определенном смысле компьютеризацию можно рассматривать  как простое количественное развитие существовавших ранее способов обработки информации. Компьютерные технологии позволяют в значительно большем объеме использовать математические методы как в фундаментальных исследованиях, так и в прикладных науках. Уже сейчас некоторые лингвистические или прикладные исторические исследования нельзя представить без использования очень больших по объему компьютерных баз данных. Компьютеризация позволяет значительно расширить возможности методов научного наблюдения и классификации. На этом пути для некоторых научных дисциплин открываются новые и во многом непривычные, даже парадоксальные возможности. Так для искусствознания и эстетики значительный интерес представляет то, что компьютерная копия произведения живописи по качеству может быть лучшей, чем оригинал картины (сам оригинал физически может пострадать от времени или позднейших переделок, в то время как компьютерная программа прямо на экране дисплея позволяет получать изображение более близкое к авторскому варианту). Эти и другие примеры эффективного использования компьютеризации в широком спектре наук позволяют нам сделать вывод о том, что новые информационные технологии обладают значительными эвристическими возможностями и при этом хорошо соответствуют формальным критериям научности знания – его объективности и воспроизводимости.

Имеющийся опыт компьютеризации показывает нам некоторые новые возможности в структурировании научного знания. Речь идет о развивающейся сети компьютерных коммуникации Internet и о некоторых прикладных программах лингвистического и поискового характера (создающих среду «гипертекста»). Здесь формируется новая информационная среда, не совпадающая с жесткими рамками дисциплинарного подхода к организации науки.

Первой и наиболее заметной характеристикой этой среды является гораздо большая доступность научной информации. Несмотря на трудности технического или социального характера, все же такая возможность существует. И по мере развития технической базы научная информация из любого научного центра мира будет, несомненно, более доступна, чем при традиционных формах поиска через региональный библиотечный центр. При этом уже существуют компьютерные программы, позволяющие в приемлемое время получить подстрочный перевод текста, составленного на одном из распространенных языков.

Другой особенностью этой развивающейся среды является качественно новый уровень наглядности. Современные технологии позволяют передавать не только текст, но и визуальную и звуковую информацию, что в наибольшей степени соответствует объективному характеру научного знания. Непосредственно у терминала исследователь может получить изображение атомной структуры или видеосъемку развития живой клетки в реальном времени. При этом не во всех случаях подобные записи можно назвать копиями. По крайней мере, уже известны и используются технологии, позволяющие руководить процессом записи через удаленный терминал в Internet.

Новая информационная среда обладает также и еще одной возможностью для развития научно-информационного процесса. Эта возможность представляется программами «поискового» характера, которые первоначально создавались для функционирования в компьютерных базах данных (по одному или нескольким "ключевым словам» такая программа открывает доступ к нужной информации). В последствии распространение этого метода привело к возникновению новых культурных феноменов. Так, например, в художественной литературе возникло явление, получившее название «гипертекст», когда текст художественного произведения заносится в базу данных и может теперь читаться не «прямо», линейно, а в связи с ключевыми словами. Т.е. простым указанием на какое-либо слово можно получить все связанные с ним разделы текста из любых частей книги. В данном случае качественно меняется статус «потребителя информации», читателя. В рамках одного и того же произведения он приобретает возможности творца, писателя. И хотя со стороны искусствознания или философской эстетики по этому поводу могут быть высказаны возражения, связанные с тем, что функционирование художественного образа всегда связано с творчеством писателя и читателя, все же можно сказать, что в данном случае речь идет о качественно новом способе функционирования информации. По крайней мере, это позволяет увидеть наличие новых границ в развитии книжности как феномена культуры, а также говорить о развитии других форм литературы. [5]

Очевидно, что использование очень мощной компьютерной техники и ее идей открывает  новые возможности в учении, мышлении, в эмоциональном и когнитивном  развитии. Однако следует иметь в  виду и определенные издержки компьютеризации  общества. Исследователи выявили  ряд неоднозначных проблем формирования «компьютерного сознания» и познания, одна из которых – «потребительское» отношение к компьютеру и появление в связи с этим некоторых отрицательных черт мышления. В частности, это снижение способности к критике, игнорирование чувственного аспекта познания и творческого начала как иррациональных моментов, не поддающихся формализации, утрата исторического подхода к явлениям (в силу синхронизации информации о них в банке данных), обеднение используемого языка, его оттенков и метафоричности, замена формализованными языками. Подобные вполне реальные издержки преодолеваются принципиально новым пониманием роли и возможностей взаимодействия человека и компьютера как инструмента, активно проявляющего и формирующего интеллектуальные способности человека, особенно в связи с обращением к Интернету. Многие задачи познания переосмыслены теперь как задачи вычисления, подключения к банкам данных, что придало мышлению объемность и масштабность, резко увеличило познавательный потенциал. Потребовалось постоянно анализировать свою деятельность, соотносить ее с другими дисциплинами, выявлять скрытые предпосылки, что сделало мышление принципиально методологическим, критико-рефлексивным.

Одним из интересных и плодотворных исследований этой группы проблем является программа, выполненная лабораторией Массачусетского  технологического института под  руководством профессора С. Пейперта. Ставилась задача найти пути формирования нового типа мышления – мышления XXI века, привлекая для этого возможности компьютера. Одна из фундаментальных проблем обучения состояла в том, как соотнести абстрактное идеализированное представление, например, о движении с реальными, житейскими представлениями учащихся, с их коренной, исходной интуицией. Принималось во внимание, что аристотелевы представления о движении хорошо согласуются с большинством ситуаций из нашего обыденного опыта, тогда как механические или ньютоновы представления о движении сложны и явно противоречат множеству наших интуитивных представлений относительно того, каким является мир. Учащиеся практически никогда не имеют дела с движением, о котором рассуждал Ньютон, т. е. с движением без сопротивления, вечным, «пока не остановят».

При отсутствии непосредственного восприятия ньютонова движения школа вынуждена представлять учащимся это движение в форме опосредствованного математизированного описания, через преобразование уравнений, но не через манипулирование с объектами. Отсюда задачи, которые поставила перед собой эта исследовательская группа: помочь интуитивному овладению механическим движением до усвоения уравнений и формальных предпосылок; задать в юном возрасте интуитивный контекст дальнейшего использования уравнений; найти способы, которые облегчили бы личностное овладение не только механическим движением и его законами, но и общими понятиями об этих законах. Все это предполагало принципиальное изменение исходной, коренной интуиции.

Именно  с помощью компьютера оказывается  возможным найти варианты решения  этих задач, но в том случае, если он используется не просто как вычислительное устройство или для обогащения мышления, но как устройство, позволяющее изменить стереотипы в усвоении знаний и в  самом мышлении. С помощью компьютера учащиеся получили возможность имитировать  механическое мышление, анализировать  его, выяснять, чем оно отличается от других стилей мышления, получить своего рода «прививку» от абсолютизации механистического мышления. Благодаря такому опыту  человек уже в годы ученичества  учится думать о знании, мышлении, анализировать  его стиль и приемы, т. е. выступать  в роли эпистемолога, умеющего распознавать и выбирать различные способы мышления.

Для развития этой способности группа Пейперта нашла  нетрадиционный прием: с помощью  компьютера и серии игр в реальном мире с реальными вещами создавались  так называемые микромиры, каждый из которых должен был иллюстрировать один из миров, устроенных либо по представлениям Аристотеля, либо по законам Ньютона, идеям Эйнштейна и даже по «обобщенному закону движения в мире». В рамках последнего могли действовать бесконечно разнообразные законы движения, которые учащиеся хорошо известная «геометрия собственного тела» и другие знания и представления, которые вовлекались в творческую разработку разнообразных «законов» движения.

Критериями  построения таких «микромиров» становилась  возможность изучать законы движения, работая с простыми и доступными примерами, осуществляя деятельность по этим законам и определяя понятия  на основе работы в этом «микромире». Учащийся при этом как бы создавал сам ту или иную реальность, мог преобразовывать ее и строить альтернативные реальности. Исследуя различные законы движения, он оценивал возможности каждого из них в построенном «микромире» и мог обнаружить, например, что законы Ньютона — действительно наиболее экономичный и эффективный способ описания движущихся объектов. Деятельность в таких «микромирах» существенно стимулирует творчество учащихся, поскольку создает такую интеллектуальную среду, в которой проблема истинности или ложности знания не является определяющей, она вторична по сравнению с возможностями исследовать различные, в том числе «ошибочные», теории, которые категорически отвергает обычная школа, догматически внедряя только «правильные» идеи. Крупнейший психолог Ж. Пиаже, принципам которого следует Пейперт, показал, что ошибочные теории, в том числе создаваемые самими учащимися, являются своего рода «полигоном» мыслительной деятельности и потому могут присутствовать в учебном процессе.