Kumulatywne uczenie się

Informacje o skumulowanym uczeniu się w sztucznej inteligencji można znaleźć w artykule Uczenie się wielozadaniowe .

Kumulatywne uczenie się to proces poznawczy, w którym gromadzimy wiedzę i umiejętności, które służą jako budulec dla późniejszego rozwoju poznawczego. Podstawową zaletą takiego rozwiązania jest to, że konsoliduje wiedzę zdobytą poprzez doświadczenie i umożliwia ułatwienie dalszej nauki poprzez analogiczny transfer wiedzy. Przejawia się to poprzez zdolność uczniów do przekazywania wiedzy w różnych kontekstach iw czasie.

Jest to koncepcja, o której szeroko pisano w literaturze psychologicznej, a naukowcy szczególnie zwracali uwagę na fakt, że pozwala ona na stopniowe zwiększanie zakresu umiejętności i wiedzy, bez niszczenia wcześniej istniejących umiejętności. Bardziej sensownie skonstruowaną wiedzę można lepiej zarezerwować do wykorzystania w przyszłości.

Teoria ta służy jako alternatywne podejście do teorii dojrzewania , takich jak model zaproponowany przez Jeana Piageta dotyczący rozwoju intelektualnego i uczenia się.

Teoria

Amerykański psycholog Robert M. Gagne po raz pierwszy wprowadził koncepcję kumulatywnego uczenia się w 1968 roku na podstawie tego, że umiejętności intelektualne można podzielić na prostsze. Jego model sugerował, że nowe uczenie się opiera się na wcześniejszym uczeniu się i zależy od połączenia wcześniej zdobytej wiedzy. Gagné uważał, że uczenie się jest kumulatywne, a rozwój intelektualny człowieka polega na budowaniu coraz bardziej złożonych, wzajemnie oddziałujących struktur wyuczonych zdolności.

Teoria Gagné została zbadana przez Brunera, który argumentował, że w miarę dorastania dzieci program nauczania powinien wielokrotnie przedstawiać wyuczone informacje i rozszerzać je, aż dziecko pełniej zrozumie informacje i ich relacje. W późniejszym wyjaśnieniu Gagne stwierdził, że „istnieje możliwy do określenia minimalny warunek wstępny dla każdego nowego zadania uczenia się” i że jeśli uczeń nie może sobie przypomnieć tej umiejętności, nauczenie się nowego zadania nie jest możliwe.

Podstawowym założeniem leżącym u podstaw tej koncepcji jest to, że uczenie się ludzi jest z natury kumulatywne, więc zdobyta wiedza jest konsolidowana i odtwarzana w dalszych sytuacjach edukacyjnych. Istnieją cztery rodzaje wiedzy konstruowane w procesie kumulatywnego uczenia się: abstrakcyjna, konkretna, ogólna i szczegółowa. Wiedza abstrakcyjna zmniejsza ilość szczegółowych informacji w strukturze poznawczej, a konkretna generuje dodatkowe szczegóły dotyczące podmiotów informacji w takim miejscu. Wiedza ogólna i wiedza szczegółowa są swoimi przeciwieństwami; pierwszy rozszerza zestaw referencyjny informacji, a drugi go zawęża.

Według Gagne'a teoria kumulatywnego uczenia się jest lepsza niż model dojrzewania ze względu na skupienie się na hierarchiach zdolności. W tych ramach, zamiast treści i koncepcji zadania, hierarchie uczenia się odnoszą się do umiejętności i strategii intelektualnych. Wykazał to na przykładzie wykonywania przez dzieci zadań konserwatorskich w czasie.

Rozwój

Odkąd Gagné po raz pierwszy opisał koncepcję kumulatywnego uczenia się, nastąpił ogromny postęp w jej zrozumieniu. Kumulatywne uczenie się jest znakiem rozpoznawczym ludzkiego poznania, oferując zintegrowane spojrzenie na procesy, które wcześniej były traktowane w izolacji. Istotą jest unifikacja – nowe informacje są domyślnie integrowane z już zdobytą wiedzą. Istnieje 14 wymiarów, które określają charakterystykę wydajności skumulowanej implementacji uczenia się, podzielonej na trzy grupy: zarządzanie pamięcią, pojemność czasową i szczegółowość oraz ogólność. Każdy z tych obszarów pomaga określić, jak kumulatywne uczenie się działa w praktyce. Idealny uczący się kumulatywnie powinien być w stanie uczyć się wielu rzeczy kolejno, gromadzić wiedzę w każdej sytuacji i być w stanie wykorzystać ją w nieprzewidzianych przyszłych kontekstach.

W innych pracach zauważono, że kumulatywne uczenie się pozwala uczącemu się zdobywać wiedzę poprzez cztery procesy: aktywację istniejącego schematu odpowiedniego dla nowych informacji, konkretne uogólnienie danej informacji, wyodrębnienie podobieństw i odpowiednią reorganizację informacji w strukturze poznawczej. Chociaż wydają się nieco różnić od tych wymienionych powyżej, w zasadzie odnoszą się do tych samych procesów. Po zdobyciu nowych informacji uczący się próbują włączyć je do istniejących struktur wiedzy za pomocą tych nowych struktur poznawczych – a następnie wchodzą w interakcję z dalszymi sytuacjami edukacyjnymi.

Kolejne dwa procesy poznawcze zostały zidentyfikowane jako nieodłączne dla kumulatywnego uczenia się - agregacja i abstrakcja. Agregacja to sytuacja, w której uczeń wyodrębnia i identyfikuje informacje w spójną strukturę wiedzy, a abstrakcja to proces wydobywania cech wspólnych z podstawowej struktury wiedzy i tworzonych modeli mentalnych. Uczący się mogą również korzystać z kombinacji obu, aby wspomóc zachowanie i wykorzystanie wiedzy.

Aplikacja

Koncepcja kumulatywnego uczenia się może być i była stosowana w rzeczywistych sytuacjach. Bardzo prostym przykładem jest powiedzenie „nie możesz biegać, zanim nie nauczysz się chodzić”; pamięć proceduralna zbudowana podczas nauki chodzenia jest niezbędna, zanim zacznie się uczyć biegania. Wymawianie słów jest niemożliwe bez uprzedniego nauczenia się wymawiania samogłosek i spółgłosek, które się na nie składają (stąd gaworzenie niemowląt ). Jest to niezbędna zdolność poznawcza, pozwalająca wcześniejszemu rozwojowi stworzyć nowe podstawy dla dalszego rozwoju poznawczego.

Istnieje wiele literatury dotyczącej wykorzystania kumulatywnego uczenia się w sztucznej inteligencji i uczeniu maszynowym. Sztucznie ogólne inteligentne systemy wykorzystują kumulatywne uczenie się, ponieważ muszą radzić sobie z nieznanymi dynamicznymi środowiskami, w których informacje nie są znane z góry - dokładnie tak, jak opisano w zasadzie kumulatywnego uczenia się. W odniesieniu do uczenia maszynowego informacje są porównywane i umieszczane w ramach do wykorzystania w przyszłych procesach lub zadaniach związanych z rozwiązywaniem problemów. Mechanizmy uczenia się, które mogą skutkować rozwojem wiedzy i umiejętności, mają charakter kumulatywny i strukturalny.

Prawdopodobnie całe uczenie się jest uczeniem kumulatywnym, ponieważ całe uczenie się zależy od wcześniejszego uczenia się. Skumulowane uczenie się konsoliduje wiedzę zdobytą poprzez doświadczenia, umożliwiając jej powielanie i wykorzystywanie w kolejnych sytuacjach edukacyjnych poprzez kumulatywną interakcję między wcześniejszą wiedzą a nowymi informacjami.

Na podobnej zasadzie, skumulowane uczenie się kulturowe to idea, zgodnie z którą dzieci dziedziczą wiedzę specyficzną dla grupy z kulturowych ekologii, w których żyją. Dzieci konstruują nową wiedzę, aktualizując i korygując wcześniejsze przekonania, ucząc się poprzez obserwacje, uczestnictwo i naśladownictwo. Pokazuje, w jaki sposób zasada kumulatywnego uczenia się może być stosowana w sytuacjach od najmłodszych lat i jest obecna we wszystkich możliwościach uczenia się przez całe życie. Ten rodzaj kumulatywnego uczenia się znajduje również odzwierciedlenie w retoryce polityki – istnieje ciągłe budowanie wiedzy, dodawanie nowych umiejętności i nadawanie nowych znaczeń istniejącym umiejętnościom. ; coś, co jest potrzebne do opracowania nowych polityk.

Eksperymenty są uważane za wartościowe, ponieważ promują skumulowane uczenie się – replikacja i rozszerzenie projektów eksperymentalnych to najbardziej niezawodna droga do tego. Dają możliwości uczenia się, tak jak gdyby test nie przebiegł zgodnie z planem, badacz może wykorzystać zdobyte informacje do dostosowania metod zastosowanych w następnym eksperymencie. Jednak poleganie na naturalnie występującej replikacji badań eksperymentalnych może nie wystarczyć do promowania skumulowanego uczenia się, ponieważ interwencje i miary wyników różnią się w różnych kontekstach.

Krytyka

Krytyka cytuje, że teoria kumulatywnego uczenia się jest nieodpowiednia jako ogólna teoria rozwoju umysłowego, ponieważ nie jest wystarczająco rozwinięta w taki sposób, aby pozwalała na jej empiryczne testy . Chociaż może to być prawda, jasne jest, że sama koncepcja jest dominująca w rozwoju poznawczym - co ilustruje sposób, w jaki dzieci uczą się i wykorzystują nową wiedzę do kształtowania przyszłych sytuacji.