Изучение технології нейронних мереж в профільному курсі информатики

року міністерство освіти Російської Федерации.

Биробиджанский державний педагогічний институт.

Курсова работа.

за методикою викладання информатики.

Вивчення технології нейронних сетей.

в профільному курсі информатики.

|Выполнил |Керівник | |студент 4 курсу |к.п.н., доцент кафедри інформатики, і| |факультету Математики і Інформатики | | |відділення Інформатики і Економіки |обчислювальної техніки | |Мурье Данило Олександрович |Баженов Руслан Іванович |.

Биробиджан, 2003.

Содержание Введение… Глава 1. Теоретичні підстави розробки змісту навчання технології нейронних мереж… 1.1 Зміст теорії нейронних мереж в профільному курсі інформатики… 1.2 Вплив навчання технології нейронних мереж в розвитку мислення школярів… 1.3 Теоретичні аспекти профільного навчання інформатики… Глава 2. Зміст навчання технології нейронних мереж… Укладання… Список литературы…

Обчислювальна нейронаука (Computational Neuroscience) на сучасний момент переживає період переходу від юного стану до зрілості. Сьогоднішній рівень теоретичного розуміння і практичного використання нейронних мереж у світовому інформаційної індустрії дедалі виразніше вимагає професійних знань у цієї области.

Потреба фахівцях у сфері нейронних мереж обумовила той факт, що різноманітні курси по нейронным мереж почали повсюдно входити у випуску програми вищій школі щодо різноманітних технічних специальностей.

Але цього замало. Необхідно організовувати вивчення даної області знання ще у школі. Однак у школі навчання має бути скоріш характер ознайомлювальний і мотивуючий надалі професійне навчання у цій галузі. Доцільніше організовувати вивчення учнями технологіям нейронным мереж в профільному курсі інформатики або у рамках факультативних занятий.

Враховуючи той факт, у Росії майже немає досвіду щодо організації та проведенню таких уроків, це дослідження, буде корисним для вчителів, прагнуть опанувати методикою навчання школярів нейросетевым технологиям.

Об'єктом дослідження є процес вивчення інформатики в профільному курсе.

Предмет — вивчення технології нейронних мереж в профільному курсі информатики.

Мета: розробити зміст вивчення технології нейронних мереж в профільному курсі информатики.

Задля реалізації мети курсової роботи необхідні такі задачи:

1) відібрати зміст навчання нейронних мереж стосовно профільному курсу;

2) визначити вплив навчання технології нейронних мереж в розвитку мислення школьников;

3) визначити вид профілю і тип навчального предмету вивчення технології нейронних мереж в школе;

4) розробити зміст вивчення теми «Нейронные сети»;

5) розробити тематичне планирование.

Гіпотеза: якщо навчити учня технології нейронних мереж, то учень усвідомлює ефективність застосування раціональної стратегії мислення та буде вживати цю стратегію надалі під час вирішення різних задач.

Глава 1 Теоретичні підстави розробки змісту навчання технології нейронних сетей.

1.1 Зміст теорії нейронних мереж в профільному курсі информатики.

Штучний нейрон.

Искуственный нейрон імітує у першому наближенні властивості біологічного нейрона. На вхід штучного нейрона надходить деяке безліч сигналів, кожен із якого є виходом іншого нейрона. Кожен вхід збільшується на відповідний вагу, аналогічний синоптической силі, і всі твори сумуються, визначаючи рівень активації нейрона. На мал.1 |[pic] | |рис.1.Искусственный нейрон |.

представлена модель, реалізує згадану ідею. Хоча мережні парадигми дуже різні, основу майже всіх їх лежить ця конфігурація. Тут безліч вхідних сигналів, позначених x1, x2, x3… xn, надходить на штучний нейрон. Ці вхідні сигнали, разом обозначаемые вектором X, відповідають сигналам, прихожим в синапсы біологічного нейрона. Кожен сигнал збільшується на відповідний вагу w1, w2, w3… wn, і надходить на суммирующий блок, визначений СУМ. Кожен вагу відповідає «силі «однією біологічною синоптической зв’язку. (Безліч терезів в сукупності позначається вектором W). Суммирующий блок, відповідний тілу біологічного елемента, складає зважені входи алгебраїчно, створюючи вихід, який ми називати NETy. У векторних позначеннях це то, можливо компактно записано наступним образом.

NET=XW.

Активационные функции.

Сигнал NETy далі, зазвичай, перетвориться активационной функцією F і дає вихідний нейронный сигнал OUT. Активаційна функція то, можливо звичайній лінійної функцией:

OUT=K (NET) де До -стала, порогової функцией.

OUT=1, якщо NET>T.

OUT=0 у решті випадках, де T — деяка стала порогова величина, або ж функцією більш точно моделюючою нелінійну передатну характеристику біологічного нейрона і що становить нейронної мережі великі можливості. На рис2 |[pic] | |рис.2.Искусственный нейрон з активационной | |функцією |.

блок, визначений F, приймає сигнал NETy видає сигнал OUT. Якщо блок F звужує діапазон зміни величини NETy отже за будь-яких значеннях NETy значення OUT належать деякому кінцевому інтервалу, то F називається стискаючої функцією. Як стискаючої функції часто використовується логістична чи сигмоидальная (S-образная) функція, показана на рис. 3. Ця функція математично выражется як F (x)=1/(1+e-x). Таким образом,.

OUT=1/(1+e-NET).

За аналогією з електронними системами активационную |[pic] | |рис.3.Сигмоидальная логістична функция|.

функцію вважатимуться нелінійної підсилювальної характеристикою штучного нейрона. Коефіцієнт посилення обчислюється як ставлення збільшення величини OUT до який викликав його невеличкому збільшенню величини NETy. Він виражається нахилом кривою за певного рівні порушення та змінюється від малих значень на великих негативних возбуждениях (крива майже горизонтальна) до максимального значення при нульовому збуренні і знову зменшується, коли порушення стає великим позитивним. Гроссберг (1973) виявив, що така нелінійна характеристика вирішує поставлену їм дилему шумового насичення. Як сама й той самий мережу може обробляти як слабкі, і сильні сигнали? Слабкі сигнали потребують великому мережному посиленні, щоб дати придатний для використання вихідний сигнал. Проте підсилювальні каскади з більшими на коефіцієнтами посилення можуть призвести до насичення виходу шумами підсилювачів (випадковими флуктуаціями), що є у будь-якій фізично реалізованої мережі. Сильні вхідні сигнали своєю чергою також призводитимуть до насичення підсилюючих каскадів, крім можливості корисного використання виходу. Центральна область логістичній функції, має великий коефіцієнт посилення, розв’язує проблеми обробки слабких сигналів, тоді як і області з падаючим посиленням на позитивному і негативному кінцях підходять для великих порушень. Отже, нейрон функціонує з великим посиленням широтою діапазону рівня вхідного сигнала.

Розглянута проста модель штучного нейрона ігнорує багато властивості свого біологічного двійника. Наприклад, вона приймає у увагу затримки в часу, які впливають на динаміку системи. Вхідні сигнали відразу ж потрапити породжують вихідний сигнал. І що важливіше, вона не враховує впливів функції частотною модуляції чи синхронизирующей функції біологічного нейрона, які ряд дослідників вважає вирішальними. Попри ці обмеження, мережі, побудовані з цих нейронів, виявляють властивості, сильно схожі на біологічну систему. Тільки час і дослідження зможуть з відповіддю, є такі збіги випадковими чи наслідком те, що в моделі вірно схоплені найважливіші риси біологічного нейрона.

Одношарові штучні нейронные сети.

Хоча один нейрон і може виконувати найпростіші процедури розпізнавання, сила нейронних обчислень походить від сполук нейронів у мережах. Найпростіша мережу складається з групи нейронів, їхнім виокремленням шар, як показано у правій частині рис. 4. |[pic] | |рис.4.Однослойная нейронна мережу |.

Зазначимо, що вершини кола зліва слугують лише задля розподілення вхідних сигналів. Не виконують якихось обчислень, і з на цій причині вони є такі колами щоб відрізняти їхню відмінність від вычисляющих нейронів позначених квадратами Кожен елемент з багатьох входів X окремим вагою з'єднаний із кожним штучним нейроном. А нейрон видає зважену суму входів до мережі. У штучних і біологічних мережах багато сполуки можуть відсутні, все сполуки показані з метою спільності. Можуть мати місце також сполуки між виходами і входами елементів в слое.

Зручно вважати ваги елементами матриці W. Матриця має m рядків n шпальт, де m-число входів, а n-число нейронів. Наприклад, w3,2 -це вагу, зв’язуючий третій вхід з іншим нейроном, в такий спосіб обчислення вихідного вихідного вектора N, компонентами якого є виходи OUT нейронів, зводиться до матричному множенню N=XW, де N і Xвектори строки.

Багатошарові штучні нейронные сети.

Більші складні нейронные мережі мають, зазвичай, і великими обчислювальними здібностями. Хоча створено мережі всіх конфігурацій, які тільки можна собі уявити, послойная організація нейронів копіює шаруваті структури певних відділів мозку. Виявилося, такі багатошарові мережі мають більші можливості, ніж одношарові і останні ж роки були розроблено алгоритми їхнього навчання. Багатошарові мережі можуть утворюватися каскадами верств. Вихід одного шару є входом на подальше шару. Така мережу показано на див. мал.5 і знову зображено з усіма соединениями.

Нелінійна активація функция.

Багатошарові мережі можуть призвести до підвищення обчислювальної потужності проти однослойной лише тому випадку, якщо активаційна функція між верствами буде нелінійної. |[pic] | |Рис.5.Двуслойная нейронна мережу |.

Обчислення виходу шару залежить від множенні вхідного вектора на першу вагову матрицю з наступним множенням (якщо відсутня нелінійна активаційна функція) результуючого вектора другу вагову матрицю. Це свідчить, що двухслойная лінійна мережу еквівалентна одному прошарку з ваговій матрицею, рівної твору двох вагових матриць. Таким чином, належала для розширення можливостей мереж проти однослойной мережею необхідна нелінійна однослойная функция.

Мережі з зворотними связями.

У мереж, розглянутих досі по, був зворотного зв’язку, тобто. сполук, що йдуть виходів деякого шару до входам цього ж шару або попередніх верств. Цей спеціальний клас мереж званих мережами прямого поширення становить інтерес і широко використовується. Мережі загальнішого виду мають сполуки від виходів до входам, називаються мережами з зворотними зв’язками. У мереж без зворотного зв’язку немає пам’яті: їх вихід повністю визначається поточними входами і значеннями терезів. У деяких конфігураціях мереж з зворотними зв’язками попередні значення виходів повертаються на входи; вихід, отже, окреслюється поточним входом, і попередніми виходами. Через це мережі з зворотними зв’язками може бути властивостями подібними з короткочасною людської пам’яттю, мережні виходи частково залежить від попередніх входов.

Терминология.

На жаль, для штучних нейронних мереж ще немає опублікованих стандартів, і усталених термінів, визначень та графічних уявлень. Інколи ідентичні мережні парадигми, представлені різними авторами, здадуться далекими друг від друга. У цій книзі обрані найширше використовувані терміни. Багато авторів уникають терміна «нейрон» для позначення штучного нейрона, бо його занадто грубої моделлю свого біологічного прототипу. Тут терміни «нейрон», «клітина», «елемент» використовуються взаимозаменяемо для позначення «штучного нейрона» як короткі й саморазъясняющие.

Диференціальні рівняння чи разностные уравнения.

Алгоритми навчання, як і взагалі штучні нейронные мережі, можуть представлені як і диференціальної, і у конечноразностной формі. З використанням диференційних рівнянь припускають, що згадані процеси безупинні здійснюються подібно великий аналогової мережі. Для біологічної системи, аналізованої на мікроскопічному рівні, це так. Активаційна рівень біологічного нейрона визначається середньої швидкістю, з якою посилає дискретні потенційні імпульси по своєму аксону. Середня швидкість зазвичай сприймається як аналогова величина, але важливо не забувати про справжнє становище речей. Якщо моделювати штучну нейронну мережу на аналоговому комп’ютері, то дуже бажано використовувати подання з допомогою диференційних рівнянь. Проте сьогодні більшість робіт виконується на цифрових комп’ютерах, що змушує віддавати перевагу конечно-разностной формі як полімер запрограмованої. Через це протягом усього книжки використовується конечно-разностное представление.

Графічне представление.

Як очевидно з публікацій, немає узвичаєного способу підрахунку числа верств у мережі. Багатопланова мережу складається з які чергуються множин нейронів і терезів. У зв’язки України із рис. 1.5 говорилося, що вхідний шар не виконує підсумовування. Ці нейрони слугують лише як розгалужень для першого безлічі терезів і впливають на обчислювальні можливості мережі. По на цій причині перший шар не береться до уваги під час підрахунку верств, і мережу, така зображеною на рис. 1.5, вважається двошарової, оскільки лише 2 шару виконують обчислення. Далі, ваги шару вважаються пов’язаними з такими по них нейронами. Отже, шар складається з безлічі терезів з такими по них нейронами, суммирующими зважені сигналы.

Навчання штучних нейронних сетей.

Серед усіх цікавих властивостей штучних нейронних мереж жодна не захоплює так уяви, як його спроможність до навчання. Їх навчання до такої міри нагадує процес інтелектуального розвитку людської особистості, що може свідчити видатися, що досягнуто глибоке розуміння цього процесу. Але, проявляючи обережність, слід стримувати ейфорію. Можливості навчання штучних нейронних мереж обмежені, і треба вирішити багато завдань, щоб визначити, на правильному чи шляху ми перебуваємо. Проте, вже отримані переконливі досягнення, такі як «він говорить мережу» Сейновского, і виникає багато інших практичних применений.

Мета обучения.

Мережа навчається, щоб для деякого безлічі входів давати бажане (чи, по крайнього заходу, сообразное з нею) безліч виходів. І таке вхідний (чи вихідний) безліч сприймається як вектор. Навчання здійснюється шляхом послідовного пред’явлення вхідних векторів з одночасної підстроюванням терезів відповідно до певної процедурою. У процесі навчання ваги мережі поступово стають такими, щоб кожен вхідний вектор виробляв вихідний вектор.

Навчання з учителем.

Розрізняють алгоритми навчання з вчителем історії та без вчителя. Навчання з учителем передбачає, що кожного вхідного вектора існує цільової вектор, являє собою необхідний вихід. Спільно вони називаються навчальною парою. Зазвичай мережу навчається на деякому числі таких навчальних пар. Пред’являється вихідний вектор, обчислюється вихід сіті й порівнюється зі відповідним цільовим вектором, різницю (помилка) з допомогою зворотної зв’язку подається до мережі, та значимості змінюються відповідно до алгоритмом, хто прагне мінімізувати помилку. Вектори який навчає безлічі пред’являються послідовно, обчислюються помилки та значимості підлаштовуються для кожного вектора до того часу, поки помилка з усього обучающему масиву не досягне прийнятно низького уровня.

Навчання без учителя.

Попри численні прикладні досягнення, навчання з учителем критикувалося упродовж свого біологічну неправдоподібність. Важко уявити навчальний механізм у мозку, який би порівнював бажані і справжні значення виходів, виконуючи корекцію з допомогою зворотний зв’язок. Якщо допустити такий механізм у мозку, то звідки б узялася виникають бажані виходи? Навчання без вчителя є набагато більше правдоподібною моделлю навчання у біологічної системі. Розвинена Кохоненом і багатьма іншими, вона вже не потребує цільовому векторі для виходів і, отже, не вимагає перевірки спричиненими ідеальними відповідями. Обучающее безліч складається із вхідних векторів. Навчальний алгоритм підбудовує ваги мережі те щоб виходили узгоджені вихідні вектори, тобто. щоб пред’явлення досить близьких вхідних векторів давало однакові виходи. Процес навчання, отже, виділяє статистичні властивості який навчає числа й групує подібні вектори до таких класів. Пред’явлення на вхід вектора з цього класу дасть певний вихідний вектор, але до навчання передбачити неможливо, який вихід здійснюватиметься даним класом вхідних векторів. Отже, виходи як і мережі повинні трансформуватися на деяку зрозумілу форму, зумовлену процесом навчання. Не є серйозними проблемами. Зазвичай нескладно ідентифікувати зв’язок між входом і виходом, встановлену сетью.

Алгоритми обучения.

Більшість сучасних алгоритмів навчання виросло з концепцій Хэбба. Їм запропонована модель навчання без вчителя, у якій синоптична сила (вагу) зростає, якщо активовані обидва нейрона, джерело і приймач. Отже, часто використовувані шляху до мережі посилюються, і феноменом звички й навчання через повторення отримує пояснення. У штучної нейронної мережі, використовує навчання за Хэббу, нарощування терезів визначається твором рівнів порушення передавального і приймаючої нейронів. Це можна записати як w ij (n + 1) = wij (n) + aOUTiOUTj де wij (n) — значення ваги від нейрона і до нейрона j до підстроювання, w ij (n + 1) — значення ваги від нейрона і до нейрона j після підстроювання, aкоефіцієнт швидкості навчання, OUTiвихід нейрона і і вхід нейрона j, OUTj — вихід нейрона j.

Мережі, використовують навчання за Хэббу, конструктивно розвивалися, проте протягом останніх 20 років розвинулися ефективніші алгоритми навчання. Зокрема, розвинулися алгоритми навчання з учителем, що призводять до мереж з ширшим діапазоном характеристик навчальних вхідних образів великими швидкостями навчання, ніж використовують просте навчання за Хэббу. Нині використовується величезне розмаїтість навчальних алгоритмів. Знадобилася б значно більша за обсягом стаття, чим зумовлена ця, до розгляду цього повністю. Щоб розглянути цей предмет систематично, якщо і вичерпно, у кожному з наступних глав докладно описані алгоритми навчання для аналізованої у розділі парадигми. На додачу при застосуванні представлений загальний огляд, в певною мірою обширніший, хоча й дуже глибокий. У ньому дано історичний контекст алгоритмів навчання, їхня загальна таксономія, ряд переваг та. З огляду на це призведе до повторення частини матеріалу, виправданням йому служить розширення погляду предмет. [6].

1.2 Вплив навчання технології нейронних мереж в розвитку мислення школьников.

Встановимо зв’язок між предметом досліджуваної теми — штучним інтелектом — і мышлением.

Як складний пізнавальний процес мислення здавна викликає великий інтерес в учених. Виникло чимало теорій, які мають різні теоретичні основания.

Розглянемо найвідоміші теорії, в яких розтлумачувалося процес мислення [1]. Їх можна розділити на великі групи: ті, що випливають із гіпотези про наявність в людини природних, не змінюються під впливом життєвого досвіду інтелектуальних здібностей, й ті, основою яких належить уявлення у тому, що розумові здібності людини у основному формуються та розвиваються прижизненно.

Концепції, за якими інтелектуальний рівень і саме інтелект визначаються як сукупність внутрішніх структур, які забезпечують сприйняття і переробку інформації для одержання нового знання, становлять одну групу теорій мислення. Вважається, що відповідні інтелектуальні структури є в людини від народження в потенційно готовому вигляді, поступово проявляючись (розвиваючись) разом з дорослішанням организма.

Ця ідея апріорно існуючих інтелектуальних здібностей — задатків — й у багатьох робіт у теорії мислення, виконаних німецької школі психології. Найчіткіше її представлено в гештальттеории мислення, за якою здатність формувати і перетворювати структури, вбачати їх у реальної буденної дійсності це і є основа интеллекта.

У сучасному психології вплив ідей обговорюваних теорій простежується у понятті схеми. Давно помічено, думання, якщо вона пов’язані з певною конкретною, зовні детермінованою завданням, внутрішньо підпорядковується певної логіці. Цю логіку, яка повинна думку, яка має зовнішньої опори, називають схемой.

Передбачається, що схема народжується лише на рівні внутрішньому мовленні, та був керує розгорненням думки, надаючи їй внутрішню стрункість і послідовність, логічність. Думка без схеми зазвичай називають аутичной думкою, її особливості вже були нами розглянуті. Схема не є щось разів, і назавжди заданий. Вона має власну історію розвитку, що відбувається за рахунок засвоєння логіки, коштів управління думкою. Якщо деяка схема використовується частенько без особливих змін залишилися, вона перетворюється на автоматизований звичка мислення, в розумову операцию.

Інші концепції інтелекту припускають визнання неврожденности розумових здібностей, можливість й необхідність їх прижиттєвого розвитку. Вони мислення, з впливу довкілля, з ідеї внутрішнього розвитку суб'єкта чи взаємодії цього й другого.

Своєрідні концепції мислення представлені у таких напрямках психологічних досліджень: в емпіричну суб'єктивної психології, асоціативної характером і інтроспективної по основному методу; в гештальтпсихологаи, яка відрізнялася від попередньої лише запереченням элементности психічних процесів і визнаний домінування їх цілісності над складом цих елементів, зокрема й у мисленні; в біхевіоризмі, прибічники яку намагалися замінити процес мислення як суб'єктивний феномен на поведінка (відкрите чи приховане, розумовий); в психоаналізі, який мислення, як й інші процеси, підпорядкував мотивации.

Активні психологічні дослідження мислення ведуться починаючи з XVII в. Саме тоді і протягом наступного досить тривалого історії психології мислення фактично ототожнювалося з логікою, а ролі єдиного види, що підлягає вивченню, розглядалося понятійний теоретичне мислення, яке ні правильно називають логічним (неправильно оскільки логіка є у будь-якій іншій вигляді мислення над меншою мірою, ніж у данном).

Сама спроможність до мисленню вважалася уродженою, а мислення, як правило, розглядалося поза розвитку. До інтелектуальних здібностей тоді відносили споглядання (певний аналог сучасного абстрактного мислення), логічні міркування і рефлексія (самопізнання). Споглядання, ще, розумілося як вміння оперувати образами (з нашого класифікації - теоретичне образне мислення), логічні міркування — як здатність розмірковувати і робити умовиводи, а рефлексія — як вміння займатися самоаналізом. Операціями мислення своєю чергою вважалися узагальнення, аналіз, синтез, порівняння і классификация.

Мислення в асоціативної емпіричну психології у всіх його проявах зводилося до асоціацій, зв’язкам слідів минулого й вражень, отримані від справжнього досвіду. Активність мислення, її творчий характер були основний проблемою, яку (як і вибірність сприйняття і пам’яті) окремо не змогла вирішити дана теорія. Тому її прибічникам не залишалося нічого іншого, як оголосити розумові здібності апріорними, незалежними від асоціацій з уродженими здібностями разума.

У біхевіоризмі мислення розглядалося як процес створення складних перетинів поміж стимулами і реакціями, становлення практичних умінь і навиків, пов’язаних із вирішенням завдань. У гештальтпсихологии воно розумілося як інтуїтивне розсуд шуканого рішення з допомогою виявлення потрібної для нього зв’язку чи структуры.

Не скажеш, що обидві інших напрями в психології не дали нічого корисного розуміння мислення. Завдяки бихевиоризму до сфери психологічних досліджень ввійшло практичне мислення, а руслі гештальттеории почали звертати увагу особливу увагу на моменти інтуїції і надзвичайно творчості мышлении.

Певні заслуги у вирішенні питань психології мислення наявні і в психоаналізу. Вони з залученням уваги до несвідомим формам мислення, і навіть до вивчення залежності мислення від мотивів та потреб людини. Як своєрідних форм мислення в людини, можна розглядати вже обговорювані нами захисні механізми, які теж вперше почали спеціально вивчатися в психоанализе.

У виконанні вітчизняної психологічної науці, заснованої на вченні про діяльнісною природі психіки людини, мислення дістала нове трактування. Його стали розуміти, як особливий вид пізнавальної діяльності. Через введення у психологію Мислення категорії діяльності подолано протиставлення теоретичного і практичного інтелекту, суб'єкта і об'єкта пізнання. Тим самим було конкретної дослідження відкрилася нова; раніше невидима зв’язок, існуюча. Між банківською діяльністю та мисленням, а також між різними видами самого мислення. Вперше з’явилася можливість ставити і вирішувати питання генезисі мислення, про його її формуванні та розвитку в дітей віком внаслідок цілеспрямованого навчання. Мислення теоретично діяльності стали розуміти, як прижиттєво формирующуюся спроможність до рішенню різноманітних завдань і целесообразному перетворенню дійсності, поданого те що, щоб відкривати приховані від безпосереднього спостереження її стороны.

А.Н.Леонтьев, підкреслюючи довільний характер вищих форм людського мислення, їх производность від культури та можливість розвиватися під впливом соціального досвіду, писав, думання людини немає поза суспільством, поза мовою, поза накопичених людством знань і вироблених їм способів мисленнєвої діяльності: логічних, математичних та інших діянь П. Лазаренка та операцій. Окремий людина стає суб'єктом мислення, лише оволодівши мовою, поняттями, логікою. Їм була запропонована концепція мислення, за якою між структурами зовнішньої, складової поведінка, і внутрішньої, складової мислення, діяльності існують відносини аналогії. Внутрішня, мислительна діяльність не тільки похідною від зовнішньої, практичної, однак має принципово той самий будова. У ньому, як й у практичної діяльності, можна виділити окремі дії, операції. У цьому зовнішні та внутрішні елементи діяльності є взаємозамінними. У склад мисленнєвої, теоретичної діяльності можуть входити зовнішні, практичні дії, і навпаки, до структури практичної діяльності можна включати внутрішні, розумові операції, і действия.

Діяльнісна теорія мислення сприяла рішенню багатьох практичних завдань, що з навчанням і розумовою розвитком дітей. На базі його були побудовано такі теорії навчання (їхні ж можна розглядати і як теорії розвитку мислення), як теорія П. Я. Гальперина, теорія Л. В. Занкова, теорія В. В. Давыдова.

Останні кілька десятиріч з урахуванням б у розробці ідей кібернетики, інформатики, алгоритмічних мов високого рівня математичному програмуванні з’явилася можливість побудови нової, информационно-кибернетической теорії мислення. У його основі лежать поняття алгоритму, операції, циклу та інформації. Перше позначає послідовність дій, виконання яких веде до вирішення завдання; друге стосується окремого дії, його характеру; третє належить до багаторазовому виконання одним і тієї ж дій до того часу, поки що не отримано необхідний результат; четверте включає сукупність відомостей, переданих з одного операції у іншу у процесі виконання завдання. Виявилося, що чимало спеціальні операції, що застосовуються в програмах машинної обробки інформації та у процесі вирішення завдань на ЕОМ, нагадують ті, якими мисленні користується людина. Це відкриває можливість вивчення операцій людського мислення на ЕОМ і побудови машинних моделей интеллекта.

Розвиток мышления.

Мислення людини розвивається, його інтелектуальний рівень вдосконалюються [8]. До цього висновку віддавна прийшли психологи в результаті спостережень застосування практично прийомів розвитку мислення. У практичному аспекті розвиток інтелекту традиційно розглядають у трьох напрямах: филогенетическом, онтогенетическом і експериментальному. Филогенетический аспект передбачає вивчення того, як мислення людини розвивалося і удосконалювалося історії людства. Онтогенетический підхід включає дослідження процесу виділення етапів розвитку мислення протягом життя людини, від народження до старості. Експериментальний підхід до вирішення тієї ж проблеми орієнтовано аналіз процесу розвитку мислення особливих, штучно створених (експериментальних) умовах, розрахованих з його совершенствование.

Одне з найвідоміших психологів сучасності швейцарський учений Ж. Піаже запропонував теорію розвитку інтелекту у дитинстві, яка дуже великий вплив на сучасне розуміння його розвитку. У теоретичному плані він дотримувався думку про практичному, деятельностном походження основних інтелектуальних операций.

Теорія розвитку мислення дитини, запропонована Ж. Піаже, отримала назва «операциональной» (від слова «операція»). Операція, по Піаже, є «внутрішнє дію, продукт перетворення („интериоризации“) зовнішнього, предметного дії, скоординованого з іншими діями на єдину систему, основним властивістю якої є оборотність (кожної операції існує симетрична протилежна операция)».

У розвитку операционального інтелекту в дітей віком Ж. Піаже виділив такі чотири стадії: Стадія сенсомоторного інтелекту, що охоплює період її життя дитини від народження до приблизно два років. Вона характеризується розвитком здібності сприймати і пізнавати оточуючі дитини предмети у тому досить стійких властивості і ознаках. Стадія операционального мислення, куди входять його у дітей віком із двох сьомої років. І на цій стадії в дитини складається мова, починається активний процес интериоризации зовнішніх дій зі предметами, формуються наочні уявлення. Стадія конкретних операцій із предметами. Вона притаманна для дітей у дітей віком із 7—8 до 11—12 років. Тут розумові операції стають оборотними. Стадія формальних операцій. Її її розвитку досягають діти загалом віці: від 11—12 до 14—15 років. Ця стадія характеризується здатністю дитини виконувати операції про себе, користуючись логічними роздумами та поняттями. Внутрішні розумові операції перетворюються в цій стадії в структурно організоване целое.

У нашій країні найбільш широке застосування у навчанні розумовим діям отримала теорія формування та розвитку інтелектуальних операцій, розроблена П. Я. Гальпериным. У основу даної теорії було покладено уявлення про генетичної залежності між внутрішніми інтелектуальними операціями зовнішніми практичними діями. Раніше це положення одержало розробку у французькій психологічної школі (А.Валлон) й у працях Ж.Пиаже. Нею засновували свої теоретичні і експериментальні роботи Л. С. Выготский, А. НЛеонтьев, В. В. Давыдов, А. В. Запорожец і з другие.

П.Я.Гальперин і Н. Ф. Талызина внесли в відповідну область досліджень нові театральні ідеї. Ними розробили теорія формування мислення, названа концепції планомірного формування розумових дій. Гальперин і Тализіна виділили етапи интериоризации зовнішніх дій, визначили умови, які забезпечують їхню найповніший і ефективний переклад у внутрішні дії із наперед заданими свойствами.

Процес перенесення зовнішньої дії всередину, по П. Я. Гальперину, відбувається поетапно, проходячи суворо визначені стадії. На кожному з етапів відбувається перетворення заданого дії з ряду параметрів. У цьому теорії стверджується, що повноцінне дію, тобто. дію вищого інтелектуального рівня, неспроможна скластися без опертя попередні способи виконання тієї ж дії, зрештою — з його вихідну, практичну, наглядно-действенную, найповнішу і розгорнуту форму.

Чотири параметра, якими перетвориться дію за його переході ззовні всередину, такі: рівень виконання, міра узагальнення, повнота фактично виконуваних операцій та міра освоєння. За першим із зазначених параметрів дія може перебувати на трьох подуровнях: дію з матеріальними предметами, дію, у плані гучної мови і дію, у умі. Три інших параметра характеризують якість сформованого на певному рівні дії: узагальненість, сокращенность і освоенность.

Процес формування розумових дій, по П. Я. Гальперину, представляється так: Ознайомлення з складом майбутнього дії практичному плані, ні з вимогами (зразками), яким він у кінцевому підсумку має відповідати. Це ознайомлення є орієнтовна основа майбутнього дії. Виконання заданого дії в зовнішньої формі у плані з реальними предметами чи його замінників. Освоєння цього зовнішньої дії йде з всім основними параметрами з певним типом орієнтування в кожному. Виконання дії без безпосередньої опертя зовнішні предмети чи його замінники. Перенесення дії із зовнішнього плану до плану гучної промови. Перенесення дії мовної план, — вважав П. Я. Гальперин, — означає не лише вираз дії промови, а насамперед мовленнєвий виконання предметного дії. Перенесення громкоречевого дії в внутрішній план. Вільне обговорювання дії повністю «подумки». Виконання дії плані внутрішньому мовленні з відповідними його перетвореннями і скороченнями, після відходу дії, його процесу деталей виконання зі сфери свідомого контролю та переходом до рівня інтелектуальних умінь і навыков.

Особливе місце у дослідженнях, присвячених розвитку мислення, належить вивченню процесу формування понять. Він є вищий рівень сформованості мовного мислення, в тому числі вищий рівень функціонування як промови, і мислення, якщо їх необхідно розглядати в отдельности.

З народження дитині дано поняття, і це факт у сучасній психології вважається загальновизнаним. Які ж формуються та розвиваються поняття? Цей процес є засвоєння людиною того змісту, яке закладено у понятті. Розвиток поняття полягає у зміні його обсягу й змісту, в розширенні і поглиблення сфери застосування зазначеного понятия.

Освіта понять — результат тривалої, складною і активної розумової, комунікативної і з практичної діяльності людей, процесу їх мислення. Освіта понять у індивіда своїм корінням іде в глибоке дитинство. Л. С. Выготский і Л. С. Сахаров були серед перших ученихпсихологів нашій країні, хто детально досліджував той процес. Вони виявили низку стадій, якими проходить освіту понять у детей.

Сутність методики, яку застосували Л. С. Выготский і Л. С. Сахаров (вона отримав назву методики «подвійний стимуляції»), зводиться ось до чого. Випробуваному пропонується два низки стимулів, які виконують різну роль стосовно поведінці: один — функцію об'єкта, який спрямоване поведінка, а інший — роль знака, з допомогою якого поведінка организуется.

Наприклад, є 20 об'ємних геометричних постатей, різних за кольору, формі, висоті та розміру. На нижньому пласкому підставі кожної постаті, прихованому від погляду випробуваного, написані незнайоме слово, які позначають усваиваемое поняття. Дане поняття включає у собі одночасно кілька із зазначених вище ознак, наприклад, розмір, колір і форму.

Експериментатор з участю дитини перевертає жодну з лідерів та дає можливість прочитати написане у ньому слово. Потім він просить випробуваного знайти інші то з тим самим словом, не перевертаючи їх користуючись лише ознаками, поміченими на першої показаної експериментатором фігурі. Вирішуючи це завдання, дитина вголос повинен пояснити, яким ознаки він орієнтується, підбираючи до першої фігурі другу, третю і т.д.

Коли якомусь кроці піддослідним допущено помилку, то експериментатор сам відкриває таку постать із потрібною назвою, а таку, де є ознакою, неврахований ще ребенком.

Описаний експеримент триває до того часу, поки випробовуваний не навчиться безпомилково знаходити то з однаковими назвами та імідж визначатимуть ознаки, що входять до відповідне понятие.

З допомогою цієї методики було встановлено, формування понять у дітей проходить через три основні ступени:

1. Освіта неоформленого, неупорядкованого безлічі окремих предметів, їх синкретичної зчеплення, обозначаемого одне слово. Ця щабель своєю чергою розпадається втричі етапу: вибір, і об'єднання предметів навмання, вибір з урахуванням просторового розташування предметів і одного значенням всіх, раніше об'єднаних предметов.

2. Освіта понятий-комплексов з урахуванням деяких об'єктивних ознак. Комплекси що така мають чотири виду: асоціативний (будь-яка зовні помічена зв’язок береться як достатня підстава для віднесення предметів одного класу), колекційний (взаємне доповнення і об'єднання предметів з урахуванням приватного функціонального ознаки), ланцюгової (перехід у об'єднанні від однієї ознаки до іншого отже одні предмети об'єднуються виходячи з одних, інші - зовсім інших ознак, причому всі вони входить у те ж групу), псевдопонятие (зовні - поняття, внутрішньо — комплекс).

3. Освіта справжніх понять. Тут передбачаються вміння дитини виділити, абстрагувати елементи і далі інтегрувати в цілісне поняття незалежно від предметів, яких вони належать. Цей рівень входять такі стадії: стадія потенційних понять, де дитина виділяє групу предметів за одним загальному ознакою; стадія істинних понять, коли абстрагується ряд необхідних і достатніх ознак для визначення поняття, та був вони синтезуються і входять у відповідне определение.

Синкретичне мислення та мислення в понятиях-комплексах характерні для дітей раннього, дошкільного й молодшого шкільного віку. До мисленню в справжніх поняттях дитина приходить лише у такому віці під впливом навчання теоретичних підвалин різних наук. Факти, отримані Л. С. Выготским і Л. С. Сахаровым, у плані цілком узгоджуються з тими даними, котрі у своїх працях з розвитку дитячого інтелекту наводить Ж.Пиаже. З підлітковим віком в нього теж пов’язаний перехід дітей до стадії формальних операцій, яка, очевидно, передбачає вміння оперувати справжніми понятиями.

На закінчення розглянемо інформаційну теорію інтелектуальнокогнітивного розвитку, пов’язану з информационно-кибернетической теорією мислення. Її автори, Клар і Уоллес, припустили, що з народження має трьома якісно різними, ієрархічно організованими типами продуктивних інтелектуальних систем: 1. Система обробки сприймають інформації та напрями уваги з однієї її виду в інший. 2. Система, відповідальна за постановку цілей і управління цілеспрямованої діяльністю. 3. Система, відповідальна за зміна існуючих систем першого і другого типів і нових подібних систем.

Клар і Уоллес висунули ряд гіпотез, що стосуються дії систем третього типу: Тоді коли організм мало зайнятий обробкою ззовні котра надходить інформації (коли, наприклад, він спить), система третього типу переробляє результати раніше що надійшла інформації, попередньої розумової активности.

Мета цієї переробки — визначити слідства попередньої активності, що є стійкими. Приміром, є системи, які управляють записом попередніх подій, поділом цього запису на потенційно стійкі, узгоджуються один з одним частини й визначенням цієї узгодженості від елемента до елементу. Щойно така узгоджена послідовність помічено, на дію вступає інша система — та, яка породжує нову. Формується система вищого рівня, куди входять у собі попередні в ролі елементів чи частей.

І далі. Так уявити, приміром, формування логічних структур.

До цього часу ми розглядали природні шляху індивідуального розвитку мислення. Дані, отримані останніми роками з кінця загальної площі і соціальної психології, показують, формування мислення можна стимулювати груповими видами інтелектуальної праці. Було виявлено, що колективна діяльність із рішенню завдань сприяє підвищенню пізнавальних функцій людей частковості поліпшення їхнього сприйняття й пам’яті. Аналогічні пошуки в області психології мислення привели учених звернулися до висновку у тому, що деякі випадках, крім лише, мабуть, складної індивідуальної творчої роботи, групова розумова робота може сприяти розвитку індивідуального інтелекту. Встановлено, наприклад, що колективна робота допомагає генеруванням і критичного відбору творчих идей.

Один із методик організації та стимулювання груповий творчої інтелектуальної діяльності отримав назву «брейнсторминг» (буквально «мозковий штурм»). Його проведення грунтується наступних принципах: Аби вирішити деякого класу інтелектуальних завдань, котрим важко відшукати оптимальне рішення, працюючи з них індивідуально, створюється спеціальну групу створювали людей, між якими певним чином організується взаємодія, інтерв'ю, розраховане отримання «групового ефекту» — вагомої нарощування якості й швидкості прийняття потрібного рішення з порівнянню з індивідуальним його поиском.

У таку робочу парламентсько-урядову групу включаються люди, які відрізняються одна від друга з психічних якостям, разом необхідним перебування оптимального рішення (один, наприклад, більше схильний висловлювати ідеї, а інший — їх; один має швидкої реакцією, але не стані старанно зважити її наслідки, інший, навпаки, реагує повільно, зате старанно продумує кожен крок; один прагне ризику, інший схильний до обережності і т.д.).

3. У створеній групі з допомогою запровадження спеціальних і правил взаємодії створюється така атмосфера, яка стимулює спільну творчу роботу. Заохочується висловлювання будь-який ідеї, який би дивній на погляд вона буде. Допускається лише критика ідей, а чи не які висловили їх людей. Усі активно допомагають один одному роботі, особливо високо оцінюється надання творчої допомоги партнеру по группе.

У разі так організованою груповий творчої праці людина середніх інтелектуальних здібностей починає висловлювати майже двічі більше цікавих ідей, ніж тому разі, що він думає над рішенням завдання один.

4. Індивідуальна і групова робота чергуються друг з одним. На одних етапах пошуку виконання завдання все думають разом, інших — кожен розмірковує окремо, ось на чому етапі все знову працюють разом і т.д.

Описана техніка стимулювання індивідуального мислення було створено і використовувалася досі переважно під час роботи з дорослими. Проте здається, що було б є дуже корисною та розвитку мислення в дітей, а головне — для згуртування дитячого колективу та формування в дітей різного віку необхідних у сучасній життя умінь і навиків міжособистісного спілкування, і взаимодействия.

Дослідження Д. Брунера.

У експериментальної психології довгий час існує загальне уявлення у тому, що вирішують завдання й формують поняття шляхом гіпотез висування та гіпотез. Джером Сеймур Брунер та інших. застосували модель перевірки гіпотез до засвоєння понять у своїй широковідомою роботі «Дослідження мислення «(Bruner, Goodnow and Austin. A Study of Thinking. 1956), де їх провели широкий методологічний аналіз діяльності з формуванню понять [9].

Формування поняття починається з вибору гіпотези, чи стратегії, відповідної цілям дослідження. В усіх випадках, ми прагнемо «щось знайти », той процес передбачає встановлення пріоритетів, як і учений планує послідовність експериментів, чи юрист задає послідовні питання, чи доктор проводить ряд діагностичних аналізів. У нижченаведеним уривку з Брунера та інших. описується процес вибору стратегии:

" Невролог цікавиться локалізацією структурного зору, в мавп. Конкретніше, його цікавлять шість кортикальных зон та його роль структурному зір. Він знає, якщо всі шість зон не пошкоджені, те й структурне зір сохранно. Якщо всі шість зон зруйновані, то структурне зір відсутня. Його метод досліджень — це видалення зон. Як він діяти, плануючи таке дослідження? Руйнувати щоразу за однією зоні? Усе, крім однієї? У якій порядку йому слід проводити ці послідовні эксперименты?

Головне питання: «Що ми очікуємо отримати, обираючи той чи інший послідовність проведення испытаний?».

Звісно, насамперед нас цікавить можливість отримання інформації, відповідної цілям цього дослідження. Ми можемо у будь-якій цей час вироблення поняття вибирати той варіант, який багато нам найбільше у тому, що за поняття… Інакше кажучи, управління послідовністю які долають варіантів має підвищувати чи знижувати когнітивне напруга, що з засвоєнням інформації… Добре задуманий порядок вибору — хороша «стратегія вибору «- полегшує відстеження тієї гіпотези, що була полічена надійної чи ненадійної на основі отриманої інформації… Третє перевагу менш очевидно. Дотримуючись певному порядку у виборі варіантів для перевірки, ми контролюємо ступінь пов’язаної з нею ризику… «.

У типовому експерименті Брунер та інших. пред’являли піддослідним «всю всесвіт «понять (тобто. всіх можливих варіанти з набору параметрів і властивостей) і відзначали який-небудь приклад того поняття, яке під-дослідні мали збагнути. Піддослідні мали вибрати який-небудь ще один приклад цього самого поняття, після чого говорили, правильно вони вибрали чи ні, потім потім вони вибирали іще одна приклад тощо., доки засвоювали критерій (ідентифікували понятие).

Як стратегії формування поняття випробовувані могли вибрати жодну з двох — сканування чи зосередження; кожна з яких подразделялась так:

Одночасне сканування. Піддослідним починають з усіх можливих гіпотез і відкидають не які витримали проверки.

Послідовне сканування. Піддослідні починають із однієї гіпотези, дотримуються її, поки виправдовується, і далі змінюють в іншу з урахуванням всього попереднього опыта.

Консервативне зосередження. Піддослідні формулюють гіпотезу, вибирають нею приклад як головне, потім виробляють послідовні переформулювання (за будь-якої у тому числі змінюється лише один ознака), помічаючи після кожної спроби, чиниться результат позитивним або негативним. Наприклад, випробуваному могли пред’явити дуже багато паттернов і зрозуміло сказати, що перший великий червоний квадрат позитивного бачиться прикладом, як показано в таблиці 1. Оскільки кожна з цих ознак потенційно є важливим, приймається гіпотеза 1БК9. Потім випробовуваний міг вибрати гіпотезу 1БК (обравши форму як вирішальний параметр). Відзначивши, як і 9, і є позитивними прикладами, випробовувані не могли зробити правильний висновок, що форму для незначна, і переключити свою увагу колір, обравши 1Б39 тощо, поки, зосереджуючи свою увагу одному ознаці, де вони відкидали несуттєві признаки.

Ризиковане зосередження характеризується зміною більш як одного ознаки воднораз. Хоча консервативне зосередження методологічно обґрунтовано і чи, найімовірніше, призводить до валидному поняттю, випробовувані можуть схилитися до «ризику », сподіваючись швидше визначити понятие.

З усіх вищеописаних стратегій консервативне зосередження було найефективнішим; прийом сканування давав лише тимчасовий успіх. Складність ж із моделлю Брунера у тому, що вона не передбачає, ніби випробовувані дотримуються однієї стратегії, тоді як насправді окремі коливаються, переходячи у процесі виконання завдання від однієї стратегії до другой.

Таблица1 Типовий хід стратегій «Консервативне зосередження «і «ризикована зосередження» | |Стимульные |Категорія |Гіпотеза | | |патерни | | | |Консервативне зосередження | |Стимул в фокусі |1БК9 |+ |1БК9 | | |1БК |+ |1БК | | |1БЗ9 |- |1БК | | |1МК9 |+ |1К | | |2БК9 |- |1К | | |Поняття: 1К | | | | | | | | |Ризиковане зосередження | |Стимул в фокусі |1БК9 |+ |1БК9 | |1 |1МК |+ |1К | |2 |2БК9 |- |1К | |3 |1БЗ9 |- |1К | | |Поняття: 1К | | |.

Б — позначає великий, М — маленький, До — червоний, З — зеленый.

Стратегії мышления.

Викладаючи суть моделі перевірки гіпотез Брунера, Ж. Готфруа виділив три тактичних підходу, яких вдаються під час вирішення завдань [2]. Ці підходи різняться як у ефективності, і за рівнем сложности.

Випадковий перебір. Під час такої стратегії випадково формулюється гіпотеза або здійснюється вибір, та був оцінюється їх правомірність, і у разі негативною оцінки висувається нове припущення; так триває до того часу, поки що не знайдено решение.

Така стратегія здійснюється за методу спроб і помилок, і його використовують, зазвичай, діти так і суб'єкти зі слабко структурованим мисленням. Головна її вада у тому, що пошук ведеться не систематично і тому може бути неповною і привести або до відмові подальших спроб, або до неприємних наслідків (якщо мова йде, наприклад, про розпізнаванні отруйних грибов).

Раціональний перебір. Під час такої стратегії досліджують якесь центральне, проміжне чи найменш ризикована припущення, та був, змінюючи щоразу за одним елементу, «відтинають» невірні елементи поиска.

Розглянемо простий приклад. Зрозуміло, що й мене попросять відгадати невідому мені букву латинського алфавіту, ставлячи запитання, куди мені відповідатимуть «так» чи «немає», то найлогічніше спочатку запитати, розташована вона в алфавіті між a і m чи торгівлі між n і z. Якщо вірним виявиться другого варіанта, можна буде запитати, розташовується вона між n і p. s чи торгівлі між t і z тощо. При таких послідовних приближениях коло пошуку поступово звужується, коли будуть знайдено ключові елементи шуканої категорії чи поставленого завдання. Саме такими ми найчастіше дізнаємося тварина, яке бачили в час прогулянки, чи знаходимо місце поломки в двигуні автомобиля.

Систематичний перебір. Під час такої стратегії мислення суб'єкт охоплює своїм розумом всю сукупність можливих гіпотез і систематично аналізує їх одну одною, намагаючись прийти у такий спосіб якимось выводам.

Така стратегія, зрозуміло, сама сувора, але водночас та нудна. Тому не дивно, що в повсякденні вона використовується рідко. Але це єдина стратегія, що дозволяє справді найадекватніше розробляти плани довгострокових чи складних действий.

У науці, наприклад, дуже багато експерименти бувають заздалегідь приречені на невдачу тому, що дослідник від початку не передбачив всіх можливих наслідки різних маніпуляцій й відчуття міри суворого контролю всіх змінних, крім незалежної. З іншого боку, хочеться вірити, що діагноз, поставлений нам лікарем, з’явився результатом систематичного, а чи не раціонального і більше не випадкового перебора.

Усе це стосується найрізноманітніших сторін нашому житті. Певну стратегію використовує студент, коли вирішує, що треба вивчити до іспиту, проглянувши список питань, які можна задано. Про стратегіях мислення важливо пам’ятати і батькам, що обирає будь-якої метод виховання, не оцінивши попередньо можливі наслідки такої виховання в людини, що колись стане дорослою і за яку вони відповідають. Оскільки мешканці звичайно мають усіма необхідними для розв’язання власних труднощів і що неспроможні оцінити все наслідки тієї чи іншої вибору, вони нечасто у своїй повсякденній життя вибирають справді найбільш адекватні форми поведения.

Людський мозок і компьютер

Ж. Готфруа провів паралель між роботою людського мозку і комп’ютера [2]. Йдеться застосуванні перелічених вище стратегій при рішенні проблем.

Оскільки комп’ютер може працювати тільки за програмою, розглядати тут випадковий перебір безглуздо. Якщо ж йдеться гра, в якої така ж стратегія немає, було би ощадливо «змушувати» комп’ютер шукати вирішення завдання з допомогою цієї стратегии.

Інші дві стратегії використовують як людиною, і компьютером.

Раціональний перебір відповідає эвристическому методу, у якому процесор займається пошуками часткових рішень, щоб максимально підвищити ймовірність перебування прийнятного рішення, звівши до мінімуму час й зусилля на поиск.

Систематичний перебір відповідає алгоритмическому методу; у тому разі проглядаються всіх можливих (за наявного наборі даних) рішення із єдиною метою знайти те їх, яке найефективніше. Проте комп’ютер, так само як і творча людина, не використовує останню стратегію на вирішення складних завдань. Наприклад, при гру шахи алгоритмічний метод зажадав б здобуття права комп’ютер для цілковитої певності щодо виграші щоразу переглядав 10 120 можливостей. У разі вигідніше використовувати евристичний метод, що дозволяє з допомогою низки підпрограм обмежувати пошуки рішень конкретними «вузькими» завданнями, такі як захоплення центру шахівниці чи атака й на короля противника.

Робота нейронних мереж також аналогічна процесу мислення, адже нейронные сіті й замислювалися спочатку як роботи мозга.

Якщо навчання відбувалося з учителем нейронна мережу (емулятор нейронної мережі) шукає рішення, у вигляді вектора (векторів) вагових коефіцієнтів. Алгоритм навчання мережі методом зворотного поширення помилок використовує стратегію раціонального перебору рішень (векторів), оскільки кожне нове знайдене рішення наближає мережу до потрібному решению.

Випадковий вибір вектора вагових коефіцієнтів мало сприяє віднайденню рішення, які можна продемонструвати учням, застосовуючи для наочності такий нейроэмулятор, у якому передбачена можливість вільного доступу до коефіцієнтам. Узятий авторами даного дослідження з вивчення емулятор Neural Network Wizard 1.7 такий можливістю не обладает.

Також у загальному разі ефективний послідовний перебір всіх можливих значень коефіцієнтів (систематичний перебір), позаяк кількість таких комбінацій теоретично нескінченно, а програмної реалізації дуже багато, що вимагає великих витрат часу на перебування потрібного решения.

На думку Ж. Готфруа, «комп'ютер може бути засобом, що дозволяє краще зрозуміти мислення та цим розширити його можливості» [2, з. 471].

Навчаючи нейронные мережі, учні самі почнуть застосовувати стратегію раціонального перебору решений.

1. 3 Теоретичні аспекти профільного обучения.

Відповідно до розпорядженням Уряди Російської Федерації від 29 грудня 2001 р. № 1756 «Про схвалення концепції модернізації російського освіти на період до 2010 року» на старшої щаблі загальноосвітньої школи передбачається профільне навчання, поставлено завдання створення «системи спеціалізованої підготовки (профільного навчання) в старших класах загальноосвітньої школи, яка орієнтована індивідуалізацію навчання год соціалізацію учнів, зокрема з урахуванням реальних потреб ринку праці відпрацювання гнучкою системи профілів і кооперації старшої щаблі школи із установами початкового, середнього та вищого професійного образования».

Насамперед, слід розмежувати поняття «профільне навчання» і «профільна школа».

Профільне навчання — засіб диференціації і індивідуалізації навчання, що дозволяє з допомогою змін — у структурі, змісті і організації процесу творення повніше враховувати інтереси своїх, схильності й уміння учнів, створити умови на навчання старшокласників відповідно до їх професійними інтересами і намірами щодо продовження освіти. Профільна школа є інституціональна форма реалізації цього. Це основне форма, проте перспективними у випадках можуть бути якихось інших форм організації профільного навчання, зокрема які виведуть реалізацію відповідних освітніх стандартів, і програм за стіни окремого загальноосвітнього учреждения.

Профільне навчання спрямоване у особистісно орієнтованого процесу. У цьому істотно розширюються можливості вибудовування учнем індивідуальної освітньої траектории.

Перехід до профільного навчання переслідує такі основні мети:. забезпечити глибоке вивчення окремих предметів програми повного загальної освіти;. створити умови для для істотною диференціації змісту навчання старшокласників з широкі й гнучкими можливостями побудови школярами індивідуальних освітніх програм;. сприяти встановленню рівного доступу до повноцінного освіті різних категорій учнів відповідно до їх здібностями, індивідуальними вподобаннями й потребами;. розширити можливості соціалізації учнів, забезпечити наступність між спільним і професійним освітою, ефективніше підготувати випускників школи до освоєння програм вищого професійного образования.

Громадський запит на профілізацію школы.

Основна ідея відновлення старшої щаблі загальної освіти полягає у тому, що освіта тут має більш індивідуалізованим, функціональним і эффективным.

Багаторічна практика переконливо показала, що, принаймні, починаючи з пізнього підліткового віку, приблизно від 15 років, системі освіти має бути створена умови для реалізації які навчаються власних інтересів, здібностей й подальших (послешкольных) життєвих планів. Соціологічні дослідження доводять, більшість старшокласників (понад 70 відсотків%) віддають перевагу тому, щоб «знати основи головних предметів, а поглиблено вивчати ті, які вибираються, щоб спеціалізуватися». Інакше висловлюючись, профілізація навчання у старших класах відповідає структурі освітянських та життєвих установок більшості старшокласників. У цьому традиційну позицію, «якнайглибше і якомога повніше знати все студійовані у шкільництві предмети (хімію, фізику, літературу, пам’ятати історію та т.д.)», підтримують майже четверту частину старшеклассников.

До 15−16 років в багатьох учнів складається орієнтація на сферу майбутньому професійному діяльності. Так, за даними соціологічних опитувань, проведених у 2002 року Центром соціологічних досліджень Міносвіти Росії, «професійне самовизначення тих, які у подальшому маю намір навчатися в ПТУ чи технікумі (коледжі), починається вже у VIII класі і становить свого піку IX, а професійне самовизначення тих, хто хоче продовжити навчання у вузі, переважно складається у IX класі». У цьому приблизно 70−75% які у кінці IX класу вже визначилися у виборі можливої сфери професійної деятельности.

Нині у вищій школі сформувалося стійке думка про необхідності додаткової спеціалізованої підготовки старшокласників для проходження вступних іспитів й подальшого освіти у вузах. Традиційна непрофильная підготовка старшокласників в загальноосвітніх установах призвела до порушення наступності між школою і вузом, породила численні підготовчі відділення вузів, репетиторство, платні курси і др.

Більшість старшокласників вважають, що існуюче нині загальне освіту дає можливості для успішного навчання у вузі і побудови подальшої професійної кар'єри. У цьому плані нинішній рівень кваліфікації і характер повного середньої освіти вважають прийнятним менш 12% опитаних учнів старший класів (дані Всеросійського центру вивчення громадського мнения).

Можливі напрями профілізації і структури профилей.

Найважливішим питанням організації профільного навчання визначення структури та спрямованості профілізації, і навіть моделі організації профільного навчання. У цьому треба враховувати, з одного боку, прагнення найповніше врахувати індивідуальні інтереси, здібності, схильності старшокласників (це веде до створення великого числа різних профілів), з іншого — низка чинників, стримуючих процеси багато в чому стихійної диференціації освіти: запровадження єдиного державного іспиту, твердження стандарту загальної освіти, необхідність стабілізації федерального переліку підручників, забезпечення профільного навчання відповідними педагогічними кадрами і др.

Вочевидь, будь-яка форма профілізації навчання веде до зменшення інваріантного компонента. На відміну від звичних моделей шкіл із поглибленим вивченням окремих предметів, коли один-два предмета вивчаються по поглибленим програмам, інші ж — на базовому рівні, реалізація профільного навчання можлива лише за умови відносного скорочення навчального матеріалу непрофільних предметів, досліджуваних з єдиною метою завершення базової загальноосвітньої підготовки учащихся.

Модель загальноосвітнього заклади, з профільним навчанням на старшої щаблі передбачає можливість різноманітних комбінацій навчальних предметів, що й забезпечувати гнучку систему профільного навчання. Цю систему повинна мати у собі такі типи навчальних предметів: базові загальноосвітні, профільні і элективные.

Базові загальноосвітні предмети є обов’язковими всім учнів переважають у всіх профілях навчання. Пропонується наступний набір обов’язкових загальноосвітніх предметів: математика, історія, росіянин і іноземні мови, фізична культура, і навіть інтегровані курси суспільствознавства (для природничо-математичної, технологічного та інших можливих профілів), природознавства (для гуманітарного, соціальноекономічного та інших можливих профилей).

Профільні загальноосвітні предмети — предмети підвищеного рівня, що визначають спрямованість кожної конкретної профілю навчання. Наприклад, фізика, хімія, біологія — профільні предмети в природно-науковому профілі; література, російський письменник і іноземні мови — в гуманітарному профілі; історія, право, економіка та інших. — у соціально-економічному профілі тощо. Профільні навчальні предмети є обов’язковими учнів, котрі вибрали даний профіль навчання. Зміст зазначених двох типів навчальних предметів становить федеральний компонент державного стандарту загального образования.

Досягнення випускниками рівня вимог державного освітнього стандарту з базових загальноосвітніх і профільним предметів визначається за результатами єдиної державної экзамена.

Элективные курси — обов’язкові відвідання курси за вибором учнів, що входять до склад профілю навчання на старшої щаблі школи. Элективные курси реалізуються з допомогою шкільного компонента навчального плану і виконують дві функції. Окремі можуть «підтримувати» вивчення основних профільних предметів на заданому профільним стандартом рівні. Наприклад, элективный курс «Математична статистика» підтримує вивчення профільного предмета економіки. Інші элективные курси служать для внутрипрофильной спеціалізації навчання дітей і для побудови індивідуальних освітніх траєкторій. Наприклад, курси «Інформаційний бізнес», «Основи менеджменту» та інших. в социально-гуманитарном профілі, курси «Хімічні технології», «Екологія» та інших. — в природно-науковому профілі. Кількість элективных курсів, запропонованих у складі профілю, має бути надлишково проти числом курсів, які зобов’язаний вибрати учень. По элективным курсів єдиний іспит не проводится.

У цьому зразкову співвідношення обсягів базових загальноосвітніх, профільних загальноосвітніх предметів і элективных курсів визначається пропорцією 50:30:20.

Запропонована система має не обмежує загальноосвітній установа в організації тієї чи іншої профілю навчання (чи навіть кількох профілів одночасно}, а школяра у виборі різних наборів базових загальноосвітніх, профільних предметів і элективных курсів, які у сукупності і становитимуть його індивідуальну освітню траєкторію. У часто це потребує реалізації нетрадиційних форм навчання, створення нових моделей загального образования.

Як приклад реалізації одній з моделей профільного навчання пропонуються варіанти навчальних планів для чотирьох можливих профілів: природничо-математичний, соціально-економічний, гуманітарний, технологічний. Слід зазначити, що можна таке побудова процесу творення, коли комбінації загальноосвітніх і профільних предметів дадуть найрізноманітніші форми профілізації: для загальноосвітнього установи, окремих класів, для груп учащихся.

Можливі форми організації профільного обучения.

Запропонована Концепція профільного навчання виходить із різноманіття форм його реализации.

Можлива така організація освітніх закладів різних рівнів, коли він реалізується як зміст обраного профілю, а й надається учням можливість освоювати цікаве та найважливіше для кожного їх зміст з деяких інших профільних предметів. Таку можливість йому може бути як за допомогою різноманітних форм організації процесу творення (дистанційні курси, факультативи, екстернат), і з допомогою кооперації (об'єднання освітніх ресурсів) різних освітніх закладів (загальноосвітні установи, установи додаткового, початкового й середнього професійної освіти і ін.). Це дозволить старшокласнику одного загальноосвітнього установи за необхідності скористатися освітніми послугами інших установ загального, початкового й середнього професійної освіти, які забезпечують найповнішу реалізацію інтересів і навчальних потреб учащихся.

Отже, можна виокремити декілька варіантів (моделей) організації профільного обучения.

1. Модель внутришкольной профилизации.

Загальноосвітній установа то, можливо однопрофильным (реалізовувати лише одне обраний профіль) і багатопрофільним (організувати кілька профілів обучения).

Загальноосвітній установа можливо, у цілому не орієнтоване на конкретні профілі, але з допомогою значного збільшення кількості элективных курсів надавати школярам (зокрема у вигляді різноманітних навчальних межклассных груп) повною мірою здійснювати свої індивідуальні профільні освітні програми, включаючи у яких ті чи інші профільні і элективные курсы.

2. Модель мережевий организации.

У цій моделі профільне навчання учнів конкретної школи здійснюється з допомогою цілеспрямованого й був організований залучення освітніх ресурсів інших освітніх закладів. Це може будуватися у двох основних вариантах.

Перший варіант пов’язані з об'єднанням кількох загальноосвітніх установ навколо найсильнішого загальноосвітнього установи, який володіє достатнім матеріальним і кадровим потенціалом і виконує роль «ресурсного центру». І тут кожне загальноосвітній установа цієї групи забезпечує викладання обсязі базових загальноосвітніх предметів ту частину профільного навчання (профільні предмети і элективные курси), яку вона здатна реалізовувати рамках своїх фізичних можливостей. Іншу профільну підготовку перебирає «ресурсний центр».

Другий варіант грунтується на кооперації загальноосвітнього заклади, з установами додаткового, вищого, середнього та початкового професійної освіти та притягнення додаткових освітніх ресурсів. І тут учням надається права вибору отримання профільного навчання як там, де зараз його навчається, а й у кооперованих з загальноосвітніх установою освітніх структурах (дистанційні курси, заочні школи, установи професійного освіти і др.).

Запропонований підхід виключає можливість існування і її подальшого розвитку універсальних (непрофільних) шкіл й класів, не орієнтованих профільне навчання й різноманітних спеціалізованих загальноосвітніх установ (хореографічні, музичні, художні, спортивні школи, школи-інтернати при великих наших ВНЗ й др.).

Рішення про організацію профільного навчання у конкретному освітньому установі приймає його засновник за поданням адміністрації освітнього закладу органів його громадського самоуправления.

Взаємозв'язок профільного навчання, зі стандартами загальної освіти і єдиним державним экзаменом.

Важлива зв’язок профільного навчання на старшої щаблі із загальною установкою запровадження державного стандарту загальної освіти. Якщо модернізація освіти передбачає запровадження інституту єдиного державного іспиту, якщо йдеться становлення загальнонаціональної системи контролю за якістю освіти, то, очевидно, об'єктивність і реалізація як і системи може бути гарантована лише запровадженням відповідних освітніх стандартів як для базових загальноосвітніх, але й профільних загальноосвітніх предметов.

Курси по выбору.

Реалізація ідеї профільності старшої щаблі ставить випускника основний щаблі перед необхідністю скоєння відповідального вибору — попереднього самовизначення щодо профілюючого напрями власної деятельности.

Необхідною умовою створення освітнього простору, що сприяє самовизначенню учня основний щаблі, є запровадження предпрофильной підготовки через організацію курсів по выбору.

У цих цілях необхідно:. збільшити годинник варіативного (шкільного) компонента Базисного навчального плану в випускному класі основний щаблі загальної освіти;. з організацією обов’язкових занять із вибору запровадити розподіл класу на необхідну кількість груп;. освітнім закладам використовувати годинник варіативного компонента, передусім, на організацію предпрофильной подготовки.

Особливості організації курсів за вибором Основна функція курсів по вибору — профорієнтаційна. У цьому число таких курсів має бути по можливості значним. Вони мають носити короткостроковий і змінний характер, бути свого роду навчальними модулями. Курси за вибором необхідно вводити поступово. Одночасна запровадження цілого спектра різноманітних курсів за вибором може поставити учня (сім'ю) перед важче завданням. Необхідна цілеспрямована, випереджальна робота з освоєння учнем самого механізму прийняття рішень, освоєння «поля можливостей та ответственности».

Підсумкова атестація випускників основний зі школи і організація надходження у старшу профільну школу.

У існуючій практиці кількість не бажаючих продовжити освіту у старших класах певного загальноосвітнього установи (ліцею, гімназії) більше, ніж реальні можливості приєднання до ці класи. Виникає ситуація конкурсного прийому, яка може бути особливо актуальною в умовах переходу на профільне навчання. Тому вирішити питання про відкритої, гласною процедурі проведення подібного конкурсного набора.

Слід зазначити, що конкурсний набір в старші класи окремих загальноосвітніх установ не входить у в протиріччя з законодавчо закріпленим правом отримання кожною дитиною загального (повного) середнього освіти (ст. 16, п. 1. абз. 2 Закону Російської Федерації «Про освіті»). Закон гарантує громадянам право здобуття освіти цього рівня, що, проте, не є синонім права отримання їх у конкретному загальноосвітньому установі. У зв’язку з цим представляється доцільним, поруч із підсумковій атестацією випускників основний школи, передбачити певну форму, що дозволить об'єктивно оцінити рівень готовності учнів продовження освіти з тому чи іншому профілю, а також створити основу на впровадження в масову практику механізмів раціонального та прозорішого конкурсного набору в старшу профільну школу.

Важливу роль має відіграти запровадження накопичувальної оцінки (портфоліо — «портфель досягнень»), що враховує різні досягнення учнів по виконання тих чи інших проектів, написання рефератів, творчих робіт, реальні результати на курсах за вибором і т.п.

Муніципальні органи управління освітою має забезпечити можливість отримання загальної середньої (повного) освіти кожному школяреві, изъявившему бажання щось у його получении.

Зразкові навчальні плани декому можливих профилей.

Природничо-математичний профіль |Навчальні курси |Кількість тижневих | | |навчальних годин протягом двох | | |роки навчання | |I. Базові загальноосвітні предмети | |Російську мову й |6 | |література | | |Іноземна мова |6 | |Історія |4 | |Суспільствознавство |4 | |Фізична культура |6 | |II. Профільні загальноосвітні предмети | |Математика (базовий |12 | |загальноосвітній і | | |профільний курси) | | |Фізика |8 | |Хімія |6 | |Географія |4 | |Біологія |6 | |III. Элективные курси (3 курсу вплинув на вибір) | |5−6 курсів, предлагаемых|Всего 12 | |школою | | |Навчальні практики, |Так само 70 навчальних | |проекти, |годин за 2 року | |дослідницька |навчання | |діяльність | |.

Соціально-економічний профіль |Навчальні курси |Кількість тижневих | | |навчальних годин протягом двох| | |роки навчання | |I. Базові загальноосвітні предмети | |Російську мову й литература|6 | |Іноземна мова |6 | |Природознавство |6 | |Математика |8 | |Фізична культура |6 | |II. Профільні загальноосвітні предмети | |Історія (базовий |10 | |загальноосвітній і | | |профільний курси) | | |Економіка |6 | |Право |6 | |Економічна та |4 | |соціальна географія | | |Соціологія |4 | |III. Элективные курси (3 курсу вплинув на вибір) | |5−6 курсів, запропонованих |Усього 12 | |школою | | |Навчальні практики, |Так само 70 навчальних | |проекти, |годин за 2 року | |дослідницька |навчання | |діяльність | |.

Гуманітарний профіль |Навчальні курси |Кількість тижневих | | |навчальних годин за | | |двох років навчання | |I. Базові загальноосвітні предмети | |Математика |6 | |Природознавство |6 | |Фізична культура |6 | |II. Профільні загальноосвітні предмети | |Російську мову й література |12 | |(базовий | | |загальноосвітній і | | |профільний курси) | | |Іноземна мова (базовий |10 | |загальноосвітній і | | |профільний курси) | | |Історія (базовий |8 | |загальноосвітній і | | |профільний курси) | | |Суспільствознавство (базовий |8 | |загальноосвітній і | | |профільний курси) | | |Мистецтво |6 | |III. Элективные курси (3 курсу вплинув на вибір) | |5−6 курсів, запропонованих |Усього 12 | |школою | | |Навчальні практики, проекты.|Не менш 70 навчальних| |дослідницька |годин за 2 року | |діяльність |навчання |.

Технологічний профіль (спеціалізація — інформаційні технології) |Навчальні курси |Кількість тижневих | | |навчальних годин за | | |двох років навчання | |I. Базові загальноосвітні предмети | |Російську мову й література |6 | |Історія Комсомольця та суспільствознавство |8 | |Природознавство |6 | |Фізична культура |6 | |II. Профільні загальноосвітні предмети | |Інформатика і ІКТ |10 | |Математика (базовий |10 | |загальноосвітній і | | |профільний курси) | | |Фізика |6 | |Іноземна мова (базовий |8 | |загальноосвітній і | | |профільний курси) | | |III. Элективные курси (3 курсу вплинув на вибір) | |5−6 курсів, запропонованих |24 всього | |школою | | |Навчальні практики, проекти, |Так само 140 | |дослідницька |навчальних годин за 2| |діяльність |роки навчання |.

Автори дослідження вважають за необхідне проведення занять із темі «Нейронные мережі» у межах природничо-математичної профілю одному з элективных курсов.

Вибір природничо-математичної профілю, по-перше, визначається метою запровадження даного курсу у шкільництві (розширення наукового світогляду) і, по-друге, складністю теми в математичному аспекте.

Глава 2. Зміст навчання технології нейронних сетей.

Автори даної роботи пропонують таке зміст навчання технології нейронних сетей.

Зміст освіти з темі «Технології нейронних сетей».

Біологічний нейрон та її кібернетична модель. Перетворення інформації нейроном. Архітектура нейронних мереж. Одношаровий персептрон. Багатошаровий персептрон. Перетворення інформації нейронної мережею. Навчання нейронної мережі. Навчання з учителем. Алгоритм навчання нейронних мереж методом зворотного поширення помилок. Програмний емулятор Neural Network Wizard 1.7. Практичне застосування нейронних сетей.

Відповідно до змістом пропонується таке поурочне тематичне планирование.

Тематичну планування на тему «Технології нейронних мереж» (5 годин) |№ |Тема |Вигляд уроку |Опорні знання |Повинні знати | |уроку| | |Опорні вміння |Повинні вміти | |1 |Формальний |Урок подачі |Знання з области|Понятие формального | | |нейрон |нових знань |анатомії: понятие|нейрона: його | | | | |біологічного |структура, механізм | | | | |нейрона: його |обробки інформації | | | | |будова, функції| | |2 |Нейронные |Урок подачі |Поняття |Поняття нейронних | | |мережі |нових знань |формального |мереж. Поняття | | | | |нейрона |однослойного | | | | | |персептрона. Поняття | | | | | |багатошарового | | | | | |персептрона. Знання | | | | | |механізму обробки | | | | | |числової інформацією | | | | | |нейронних мережах. | | | | | |Уміння обробляти | | | | | |вхідну інформацію. | |3 |Навчання |Урок подачі |Поняття нейрона и|Понятие навчання | | |нейронних |нових знань |нейронної мережі. |нейронної мережі. | | |мереж | | |Навчання з учителем. | | | | | |Навчання без вчителя. | | | | | |Сутність алгоритму | | | | | |навчання нейронних | | | | | |мереж методом | | | | | |зворотного | | | | | |поширення | | | | | |помилок. | |4 |Neural |Лабораторна |Поняття нейронной|Умение працювати з | | |Network |робота |сіті й алгоритму |програмним эмулятором| | |Wizard 1.7 | |навчання. |Neural Network Wizard | | | | | |1.7: знання інтерфейсу| | | | | |програми, вміння | | | | | |встановлювати | | | | | |конфігурацію для | | | | | |нейросистеми, вміння | | | | | |навчати систему і | | | | | |вміння розраховувати | | | | | |вихідні значення мережі| | | | | |по вхідним параметрами.| |5 |Застосування |Комбинированн|Умение працювати с|Знание основних | | |нейронних |ый урок |програмним |областей застосування | | |мереж | |эмулятором Neural|технологии нейронних | | | | |Network Wizard |мереж. Уміння вирішувати | | | | |1.7 |практичні завдання з | | | | | |використанням | | | | | |програмного эмулятора| | | | | |Neural Network Wizard | | | | | |1.7 |.

Примечания.

1) Для засвоєння учнями цієї теми необхідні знання з теорії матриць, якими вони мають. Цю проблему вирішити, замінивши поняття матриці поняттями одномірного масиву і двумерного масиву, які сформовані у учнів щодо основ алгоритмізації і програмування. Запропонований конспект другого уроку реалізує цю идею.

2) Не можна щодо нейронних мереж відмовитися від розгляду математичну модель нейронної мережі. Інакше, на думку авторів, є загроза перетворення моделі нейронної мережі в «чорний ящик».

Конспект урока.

Урок 2. ТЕМА: Нейронные сети.

МЕТИ 1) освітні: сформувати поняття нейронної мережі, поняття однослойного персептрона, багатошарового персептрона, сформувати ставлення до механізмі обробки інформацією нейронних мережах, сформувати вміння обробляти вхідну информацию;

2) розвиваючі: розвинути пам’ять, абстрактно-логічне мышление;

3) виховні: виховати дисциплинированность.

ХІД УРОКА:

1. Організаційний момент.

[Назвати тему урока].

2. Опитування на тему попереднього уроку (актуалізація знаний).

[Двох учнів до дошки: один учень пояснює кібернетичну модель нейрона, інший — види активаційних функцій; третій учень, поки двоє готуються у дошки, розповідає у тому, що таке нейрокибернетика].

Пропоновані відповіді учащихся.

1) Нейрокибернетика.

Основну ідею нейрокібернетики можна сформулювати так. Єдиний об'єкт, здатний мислити, — це людський мозок. Тому будь-яке мисляче пристрій має якимось чином відтворювати його структуру.

Нейрокибернетика орієнтована на апаратне моделювання структур, подібних структурі мозку. Фізіологами давно встановлено, що основою людського мозку є дуже багато (до 1021) пов’язаних між собою взаємодіючих нервових клітин — нейронів. Тому зусилля нейрокібернетики зосереджувалися утворенні елементів, аналогічних нейронам, та його об'єднанні в функціонуючі системи. Ці системи прийнято називати нейронними мережами, чи нейросетями.

Основна сферу застосування нейрокомп’ютерів — розпізнавання образов.

2) Нейрон.

Штучний нейрон імітує властивості біологічного нейрона. На вхід штучного нейрона надходить деяке безліч сигналів, кожен із яких є виходом іншого нейрона. Кожен вхід збільшується на відповідний вагу, аналогічний синоптической силі, і всі твори сумуються, визначаючи рівень активації нейрона.

Рис 1.

Безліч вхідних сигналів, позначених X[1], X[2], X[3],…X[m], надходить на штучний нейрон. Ці вхідні сигнали, разом обозначаемые одномірною масивом X, відповідають сигналам, прихожим в синапсы біологічного нейрона. Кожен сигнал збільшується на відповідний вагу W[1], W[2], W[3],…W[m], і робить на суммирующий блок, визначений СУМ. Кожен вагу відповідає «силі «однією біологічною синоптической зв’язку. Безліч терезів разом позначається одномірною масивом W. Суммирующий блок, відповідний тілу біологічного елемента, складає зважені входи алгебраїчно, створюючи вихід, який ми називати NET.

NETy = X[1]*W[1]+X[2]*W[2]+…+X[m]*W[m].

3) Активационные функции.

Сигнал NETy далі, зазвичай перетвориться активационной функцією f і дає вихідний нейронный сигнал Y. Активаційне функція то, можливо звичайній лінійної функцией:

Y=K (NET), де До — стала, порогової функцией.

Y=1,если NET>T.

Y=0, якщо NET.