基于自强化功能的认知模型研究与人才培养

谢 毅

(重庆建安仪器责任有限公司，重庆400060)

研究认知模型，把握认知规律，对人才的培养和人工智能的发展具有十分重要的意义。学术界已从不同的角度对人的认知过程作了大量有益的探讨，提出了不少理论模型和结构模型。例如:早期的生理性模型认为人对问题的识别能力取决于人的记忆和高级认知(知觉、注意、意识等)与任务环境的交互能力。后来，Piget，Klein，Janis和Mamn等从经验的形成和积累、熟悉环境中基于推理的描述、情绪对认知行为的影响等角度对认知过程进行了研究;我国学者孙林岩等也提出了认知综合模型，将推理和直觉结合在一起，较为准确地描述了人的认知过程，为认知工效学和人工智能所关注的人的思维过程研究提供了一种新思路［1］。以上这些研究成果在一定程度上代表了学术界对认知过程的深刻认识。遗憾的是，它们都存在着明显的不足。首先，片面强调“认知过程”本身，忽略了认知过程的系统性，没有揭示出人在处理信息的过程中认知能力会不断增强的现象;其次，所建立的认知模型能在一定程度上反映某阶段个体的认知特点，却忽视了个体在不同时期认知特点的差异性;最后，没有将认知理论与人才培养结合起来研究，缺乏实际意义。

针对这些不足，本文结合生物理论和生命科学的研究成果，从细胞进化的角度揭示了认知系统各功能器官存在的自强化现象;然后根据人在不同阶段认知特点的不同，将认知划分为幼儿、学生和成人三个阶段进行研究，用自强化现象对各阶段“为何存在这些特点”进行了科学解释;最后，对整个认知过程中认知能力的构成和各阶段的认知特点进行了概括比较。

一、认知系统自强化功能的提出

法国生物学家拉马克在《动物的哲学》中阐述了“用进废退”进化学说，认为环境条件对生物机体有直接影响，生物在环境的直接影响下，某些经常使用的器官的功能逐渐增强，不经常使用的器官逐渐退化［2］。生命科学研究表明，细胞是构成生物体的基本单元，细胞通过新陈代谢作用，不断与外界进行物质能量交换，将从外界摄取的物质改造成自身成分。新陈代谢的实质是推陈出新，包括旧细胞的死亡和新细胞的生长。新细胞在生长过程中，除细胞成分增多外，相应的机能也在增强，即细胞的进化现象。因环境不同，细胞周期的平均时间相差很大，细胞所受刺激越频繁，细胞的更新速度就越快［3-5］。

基于以上理论，本文认为生物体“用进废退”的实质是细胞存在进化现象。每个细胞都有相应的细胞生命周期，在刺激作用下，细胞增强了与外界的交互作用，加快了新陈代谢，促进了细胞的更新和机能的增强，导致优质细胞的产生。当相应的细胞有序地组织在一起形成生物体的功能部位时，就表现为功能部位在刺激的作用下发生积极的变化，使生物体更富有生命力。

据此，引入认知系统的自强化定义:人的认知系统有选择地接收外部刺激后，将其转化为可识别信息，相应的功能部位在对信息进行处理的过程中，在发育速度和功能结构方面都发生积极的变化，使认知能力不断提高，即功能部位在处理信息的过程中认知能力不断增强。

在自强化过程中，相应功能系统的熵值降低，认知结构朝着有序化方向发展［6］。这一功能贯穿认知过程的始终，只是在不同时期，因刺激性质和接受刺激功能部位的不同，自强化功能的发挥的部位和程度有所差异。事实上，自强化理论与美国布鲁纳教授的人类婴儿隔离实验结果相符。另外，自强化理论也能对很少从事智力活动的人到中年以后认知能力会衰退的现象作出解释。总之，个体认知能力的高低与其所处的现实情境密切相关［7］。

二、各阶段认知模型分析

人在成长的不同时期具有不同的认知特点，下面根据不同时期认知特点的差异，将认知划分为幼儿阶段、学生阶段和成人阶段进行具体分析。

(一)幼儿认知模型分析

幼儿正处于发育阶段，认知系统还不完善，由感觉系统、形象思维系统、短期记忆系统和效应系统组成。这些认知特征可由如图1所示的认知模型来表示。

图1 幼儿认知模型

1．模型描述

感觉系统对输入的刺激进行过滤，将接收到的信息以两种路径传出。第一种路径是将信息直接传入效应系统，在运动器官的参与下形成输出，即非条件反射;第二种路径是将接收到的信息以“注意”的形式传入形象思维系统。形象思维系统提取记忆材料，对传入的“注意”资源进行加工处理，形成对事物的大体感觉，亦即感性认识，然后将其输出到记忆系统和效应系统。其中，传入记忆系统的感性认识在大脑中存储，形成记忆知识;传入效应系统的感性认识则在动作器官的参与下对环境产生输出。与此同时，效应系统通过神经网络将输出的结果反馈到记忆系统，记忆系统再将信息反馈到感觉系统，最终表现为个体对刺激接收的差异性和灵敏性。

2．认知特点及缘由分析

幼儿认知系统由感觉系统、形象思维系统、短期记忆系统和效应系统组成。它只具有感性思维、短期记忆等低级功能，缺乏理性思维和长期记忆能力;记忆系统的知识由感性认识和朴素经验构成;没形成特定的个性偏好。

幼儿作为一个生物体，具有动物的本能，具有感觉系统、形象思维系统、短时记忆系统、效应系统等维持生存所需的基本功能系统，能够感知外界刺激，认识和短时记忆事物形象，并对刺激做出简单的反应。因受生理发育程度、接受刺激类别、接受刺激时间和自强化功能产生作用的过程性等因素限制，幼儿在感知范围、刺激敏感度和反应速度等方面不如学生阶段;也不具有特定的个性偏好，记忆的知识只是由简单的感性认识和朴素经验构成;同时表现为不具备长时记忆和理性思维等高级思维能力。

3．培养建议

幼儿时期，各器官处于发育高峰期，可塑性强，要对认知系统进行恰当的刺激，使认知系统得到更好的发育。自强化主要体现在以下两方面:其一，感觉系统不断优化。各种刺激作用于感官部位，促进感觉细胞和神经纤维的优化发展，增强感觉系统的灵敏性。其二，强化幼儿的形象思维、短时记忆和效应系统。感觉系统将接收到的刺激转化为可识别信息传递给形象思维、短时记忆和效应系统等后续认知环节，为其提供必要的处理资源，促进这些环节自强化功能的发挥，实现认知能力的提高。可见，幼儿时期是提高人的认知能力的关键期。否则，认知系统将会由于感觉、形象思维等系统发育的迟缓和结构简单化，使后续认知环节不能受到足够刺激，从而制约自强化现象，最终导致认知能力的低下。建议为幼儿创设一个多姿多彩的环境，注重对幼儿脑、耳、目、手、指、足、腕等多器官的刺激，使更多的感官部位处于被激活状态，充分发挥其自强化功能，增强认知系统对刺激的敏感性，为今后更灵活、更聪明、更富创造性打下坚实的基础。

(二)学生认知模型分析

随着接受刺激的增多、发育的完善和自强化作用的发挥，学生阶段个体的认知系统比较完整，由感觉系统、形象思维系统，抽象思维系统和长期记忆系统构成。认知模型如图2所示。

图2 学生认知模型

为便于理解，先进行如下定义:主观规则是个体在成长过程中逐步形成的认识事物的一般方法，包括人生观、个性偏好、思维模式等方面。

1．模型描述

感觉系统和形象思维系统的功能与幼儿认知模型中的功能相似，在此不再赘述。抽象思维系统接收上一级输入的感性认识，结合记忆知识和主观规则对其进行加工处理，产生对事物的高级认识，即理性认识，然后将这种认识输送到记忆系统和效应系统。进入记忆系统的理性认识由于没有经受实践的检验，便在大脑中形成理论知识的积累;进入效应系统的理性认识则会在动作器官的参与下形成输出。同时，输出的结果将反馈到记忆系统，一方面构成实践经验积累，另一方面对大脑的主观规则进行强化或修正。记忆系统再将信息反馈到感觉系统。

2．认知特点及其缘由分析

机械记忆力强，具有了长时记忆能力;思维能力突出，初步形成了认知事物的主观规则。由于环境的局限，记忆系统的知识主要由理论知识和朴素经验构成，这些知识会指导日后的实践工作，它们的广度和可靠性将决定个人工作潜力的大小。

随着个体学习知识的增多，特定领域的知识会被有序地组织到一起，形成知识组块［8］，这些知识组块在神经网络的基础上建立密切的联系，构成知识网络系统。

学生阶段的个体频繁从事各种记忆工作，调用知识组块解决各种理论问题，使与记忆相关的功能部位不断受到刺激，知识组块周围的结点也不断被激活并加强了彼此间的联系，从而促进自强化功能的发挥，提高个体的机械记忆能力，形成长时记忆，并增加理论知识储备，增强个体利用知识组块的能力，表现出很强的灵活思维。此阶段的个体主要从事理论知识的学习，很少从事社会实践活动，所以记忆系统的知识主要由朴素经验和理论知识构成。另外，在解决问题的过程中，思维方式和思维的结果不断作用于思维系统，使思维系统总是受“某类”信息的作用，引导自强化功能朝着一定的模式发展，形成认识事物的一般方法，即主观规则。在知识组块和主观规则的基础上，认知系统在没有外界刺激的情况下，也能对某些已有信息进行加工，形成对事物的认识，即人所特有的高级思维。日常生活中，灵感、顿悟之类的现象，“运筹帷幄之中，决胜千里之外”等行为，就是这种认知特点的最直接体现。

3．培养建议

学生阶段的成长关系着知识的积累、思维能力的提高、主观规则的形成，对人的成长起着十分重要的作用。应从德、智、体、美、劳全面发展的人才观出发，根据学生的认知特征进行教学。为学生创设一个轻松愉快的成长氛围，多让他们接触爱心方面的书刊、影片和事迹，给予他们积极正向的情感支持，发挥个体的情感因素对认知过程及其行为的调节作用［9］，使他们树立正确的人生观。从“其人、其才、其趣”出发，进行差异化、多样化教育，激发学生的热情，充分发挥非智力因素的动力、定型和补偿作用，使他们学习更多知识，增加理论储备，为终身学习和整个人生的发展打下坚实的基础［10-11］。

(三)成人认知模型分析

成人在理论知识和主观规则的指导下参与实践工作，不仅具有完善的认知系统，更具有不同于前两个阶段的特点，认知模型用图3来表示。

1．模型描述

为更好地解释成人认知模型，先进行如下定义:直觉层是在丰富的经验基础上，大脑对事物或已有知识进行思考时，不受某种固定的逻辑规则约束而直接领悟事物本质。职业经理人进行决策时，这种行为表现得尤为突出。经验层是由一系列的注意(P)—行动(A)—结果(R)经验模板构成［1］，当感觉系统产生的注意与经验层中某模板的初始注意匹配时，认知系统就直接调用该模板形成输出。推理层由两方面的内容构成:其一，由注意(P)—行动(A)—可能的结果(Ri)构成;其二，对于全新的、复杂的注意信息，认知系统没有现成的经验可循，只能结合主观规则和已有知识进行推理，产生相应的结论。

图3 成人认知模型

认知模型描述:感觉系统接收刺激并产生注意，将其传入到由直觉层、经验层和推理层构成的信息加工系统;信息加工系统结合记忆知识和主观规则，决定由哪一层产生输出，然后将其传入效应系统;效应系统在运动器官的参与下形成输出，并将输出结果反馈到记忆系统和主观规则，再反馈到感觉系统。

2．认知特点及其缘由分析

受工作环境的影响，形成不同层面的个体;机械记忆能力衰退［12］，逻辑思维能力突出;情商高，实际能力强。记忆的知识由理论知识、实践经验和实践知识构成。实践过程中，输出的结果不断反馈到大脑，对学生时期形成的主观规则进行修正或强化，逐渐形成稳定的主观规则。

此阶段的大多数个体或主要进行体力操作，或主要从事智力活动，使得作用于认知系统的刺激信息和刺激部位具有差异性，相应地，自强化现象的发挥部位也不同。从事体力操作的人会成为一个专业的操作者，即经验层的人;从事智力活动的人则成为一个思维家，即直觉层、推理层的人。此外，受工作性质的制约，此阶段的个体很少从事频繁的记忆工作，记忆系统由于没有受到足够的刺激作用，自强化功能得不到发挥，导致记忆能力衰退。在实践过程中，个体必须面对这样或那样的情感冲击，解决这样或那样的实际问题，与人的情绪和思维相关的功能部位会被优化，使个体的情商不断提高，表现更为稳重沉着，实际能力也不断增强，同时使得记忆系统的知识由实践经验、理论知识、在实践过程中学习的知识组成。

3．培养建议

虽然成人的记忆能力衰退，但他们稳重沉着，逻辑思维能力突出，实际能力很强，建议采取增加视觉、听觉刺激强度，经常回顾已学知识、将理论与实际联系的方式对成人进行培养。还应根据个体的长处，因人设岗，充分发挥他们的优势。

此阶段的个体所处环境的复杂性是以往任何阶段都无法比拟的，应注重情商的提高，维持情绪的稳定性。

三、各阶段认知能力概括比较

根据以上研究，对各阶段认知共同点和异同点进行了简要的概括总结。各阶段认知系统的共同点如下:一是自强化现象，即认知系统接受外部刺激后，在处理信息的过程中会对加工信息的功能部位产生积极影响，增强其认知能力;二是系统性，即认知过程都是在信息的基础上，通过各功能器官的相互作用，对外产生输出，并将输出的结果反馈回认知系统;三是动态性，认知过程中因成长阶段、客观环境等因素的不同，认知能力差异很大;四是认知能力构成，总认知能力都是感性认知能力和理性认知能力的总和。各阶段认知系统的不同点如表1所示。

表1 各阶段认知特点比较

四、结语

本文将生物学、生命科学、认知理论和教育科学结合起来，从细胞进化的角度揭示了认知系统各功能部位存在的自强化功能，然后用该功能对幼儿、学生、成人认知模型进行合理解释，提出了相应阶段个体的培养策略，对各模型进行了概括比较，对教育理论和人才培养的发展具有一定的意义。

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