Концепции современного естествознания_Бочкарев А.И, Бочкарева Т.. Учебник для студентов вузов А. И. Бочкарёв, Т. С. Бочкарёва, С. В. Саксонов под ред проф. А. И. Бочкарёва. Тольятти тгус, 2008. 386 с
 Скачать 2.96 Mb.
|
|
9.6. От автоколебаний к самоорганизации Для пояснения поведения открытых систем и их постижения удобным является использование аппарата нелинейных колебательных систем, разработанного в радиоэлектронике и связи, на фазовых портретах, изображенных на рис.9. Первая автогенераторная система называется системой с мягким возбуждением – любой электрический толчок (например, подключение источника питания) наводит в резонансной структуре некоторое иm и система из первоначального состояния неустойчивого равновесия (иm= 0) попадает в область Р+ > Р– (причем с плюсом – активность, с минусом – пассивность). При этом избыток энергии Р > 0 тратится на увеличение напряженности поля в резонаторе. Этот процесс продолжается до точки устойчивого динамического равновесия при иm = иs (движение показано стрелкой). Если какая-то внешняя сила выведет систему из этого состояния, например в область Р->Р+, то Р <0 и система должна уменьшить иm, так как энергии источника недостаточно для поддержания колебаний с такой амплитудой.  Рис.9. Виды режимов возбуждения колебательных и самоорганизующихся систем Следовательно, система самостоятельно вернется в точку равновесия иm = иs(стрелка направлена справа налево). Во втором случае режим самовозбуждения называется жестким. В начальной области (малые иm) Р–> Р+и поведение системы аналогично только что рассмотренному случаю автогенератора с мягким возбуждением – система вернется в точку устойчивого равновесия при иm = 0 (стрелка к началу координат). Таким образом, для выведения системы из состояния равновесия к ней необходимо приложить некоторый первоначальный толчок, обеспечивающий попадание ее в область иm> иs1. Поведение системы с жестким возбуждением при иm> иs1 в точности такое же, как и у автогенератора с мягким режимом самовозбуждения. Точка иm= иs1 является точкой неустойчивого равновесия. В нижней части рис.11 показано поведение мягкого и жесткого возбуждения автогенераторов на фазовой плоскости. Точкам равновесия на фазовой плоскости соответствуют предельные циклы колебаний (выделены жирными замкнутыми линиями). В теории колебаний доказаны теоремы существования и единственности предельных циклов. Наличие на фазовой плоскости у некой исследуемой колебательной системы устойчивого предельного цикла свидетельствует о существовании в ней незатухающих колебаний. Для всех типов генераторов общий принцип генерирования колебаний таков: генерирование колебаний есть процесс преобразования энергии некоторого источника (не обязательно электромагнитной природы) в энергию электромагнитных колебаний (или волн). Таким образом, существуют два основных способа получения колебаний: за счет энергии источника постоянного тока (к примеру, электронные приборы) или за счет преобразования одних электромагнитных колебаний в другие с нужными параметрами (например, частотой). Наиболее характерными примерами последнего способа получения колебаний являются параметрические и квантовые генераторы. 9.7. Формирование инновационной культуры Инновационная культура – это знания, умения и опыт целенаправленной подготовки, комплексного внедрения и всестороннего освоения новшеств в различных областях человеческой жизнедеятельности при сохранении в инновационной системе динамического единства старого, современного и нового; иными словами, это свободное творение нового с соблюдением принципа преемственности. Человек как субъект культуры преобразует (обновляет) окружающие его природный, вещный, духовный миры и самого себя таким образом, что эти миры и сам человек все более полно пронизываются собственно человеческим смыслом, т. е. гуманизируются. Культура как способ жизни, коммуникации имеет достаточно интригующую аналогию с передачей, хранением и обработкой сигналов, несущих информацию по каналам связи. Также как и передача сигналов в каналах связи культура имеет свойство передачи, обработки, преобразования, хранения, подвержена помехам различного основания, подразделяется на аналоговую и цифровую составляющую. Формированию инновационной культуры способствует проектирование и реализация мультидисциплинарных дидактических комплексов (МДК). Под мультидисциплинарным дидактическим комплексом (МДК) нами понимается спроектированный на едином системообразующем основании комплекс дисциплин, в результате которого возникает нелинейный эффект усиления (принцип мультипликативности) дидактического результата. Основными процессами познавательной деятельности являются анализ и синтез, причем анализ ради синтеза, но не наоборот. Познание достижимо лишь на моделях, а все модели допускают ту или иную степень приближения, в природе нет (и, видимо, не может быть) универсальных моделей. Анализ выступает, прежде всего, в движении познания от конкретности чувственного созерцания к абстрактным понятиям. Синтез проявляется в движении познания от абстрактных понятий к мысленному восстановлению конкретного как проанализированного целого. Аналогия между познавательной деятельностью в процессе обучения и познавательной деятельностью в процессе научного поиска передачи, обработки, преобразования, хранения информации открывает путь для использования познавательной модели МДК во всей полноте ее функциональных возможностей. Познавательная модель МДК обретает совокупность свойств дидактической модели, формирующей источник и правила нелинейного структурирования содержания образования. Учебно-познавательная модель на МДК совмещает в себе процессуальный и содержательный аспекты, одновременно выступая в качестве конструктивного средства познавательной деятельности студентов и задавая системную организацию знания. Структура познавательной модели МДК включает в себя информацию, во-первых, объективно необходимую для обоснования успешного действия базовых элементов; во-вторых, информацию о самом действии: что и почему надо сделать, как и почему так сделать (алгоритм действия или, другими словами, алгоритм реальности); в-третьих, оценочную информацию, определяющую мотивационную основу действия: для чего, ради чего, во имя чего и почему нужно учиться выполнять соответствующее действие. Сейчас осознаны принципиальные ограничения в проблеме прогноза. Наш мир слишком сложен. Поэтому наука бессмертна. А человек и природа – едины в своей целостности и неисчерпаемости. Структура познавательных отношений, в которые вступает человек, определяется открытостью его когнитивного пространства и инновационной культурой. Существенной чертой моделирования МДК является то, что мы произвольно отбираем для исследования компоненты сложной системы и находим аналогию между компонентами и их взаимоотношениями в моделируемой системе и в модели. Очевидно, что модели никогда не могут быть совершенными, поскольку они всегда проще моделируемой системы. Однако, даже относительно простая модель позволяет выдвигать различные гипотезы, достоверность которых может быть впоследствии проверена в реальном мире, и модель, возможно, усовершенствовать на основе новых данных. Критерием хорошей модели является то, что она работает на практике. Это является основой научного метода, который всегда строит модели, основанные на явлениях, наблюдениях и экспериментах. Чтобы межпредметное (точнее мультипредметное для открытого нелинейного мира) знание было действительно полноценно изучено, т.е. сформировано у студента как осознанное средство решения познавательных и профессиональных задач, оно должно быть «пропущено» через познавательное инновационное действие студента на основе мультидисциплинарных дидактических комплексов, примерами которых могут служить разработанные авторами МДК: «История науки и техники», «Концепции современного естествознания», «Свет и цвет в природе и обществе», «Электродинамика и распространение радиоволн», «Физические основы передачи и обработки информации», «Фундаментальные основы этногенеза», «Естественно-научные основы высоких технологий», «Фундаментальные основы защиты информации» и др. Некоторые из основных принципов системного (синергетического) подхода применительно к инновационной деятельности при проектировании МДК модифицируются следующим образом: а) принцип – первичности целого по отношению к составляющим его частям. Для инновационной системы как целостности (сущностная характеристика которой – новизна) такими ее частями являютсястарое, современное и новое. Динамическое единство старого, современного и нового является первичным по отношению к каждому из этих элементов и обеспечивает оптимальное функционирование инновационного МДК в целом; б) принцип неаддитивности (несводимости свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов) применительно к инноватике проявляется в нетождественности характеристик старого, современного и нового, как частей инновационного объекта, его доминантным характеристикам как целостности; в) принцип синергичности (однонаправленность действий элементов системы усиливает эффективность функционирования всей системы) обусловливает необходимость поиска баланса целей старого, современного и нового в едином инновационном МДК с сохранением сущностного отличия (новизны); г) принцип эмерджентности(неполного совпадения целей системы с целями ее компонентов) при осуществлении инновационного проекта требует построения именно дерева целей (иерархии параметров) для системы МДК в целом и каждой ее составной части; д) при проектировании инновационных систем следует учитывать принцип мультипликативности, означающий, что эффекты функционирования компонентов в системе (положительные и отрицательные) обладают свойством умножения, а не сложения; е) принцип структурностипредполагает, что оптимальная структура инновации должна иметь минимальное количество компонентов, базовых элементов; вместе с тем эти компоненты (обеспечивающие ее новизну) в полной мере должны выполнять заданные функции и сохранять доминантные свойства инновационной системы; ж) при этом структура системной инновации МДК должна быть мобильной, т.е. легко адаптируемой к изменяющимся требованиям и целям, что вытекает из принципа адаптивности; з) эффективное инновационное проектирование предполагает также в качестве обязательного условия реализацию принципа альтернативности, согласно которому необходима разработка нескольких взаимозаменяемых инновационных версий; и) принцип преемственности требует обеспечения возможностей для продуктивного существования старого в соответствующем инновационном пространстве и, наоборот, эффективного функционирования нового в условиях сохраняющегося старого. Сущность инновационной сферы, таким образом, раскрывается через совокупность информационных процессов как результат определенной деятельности человека, как своеобразный продукт его субъект-объектных спонтанно-детерминированных обменных отношений. Ее можно определить как функционирующий содержательный феномен отражательных моментов, присутствующих в процессе развития и саморазвития людей, где они проявляют либо могут проявить свою инновационную деятельность, заключающуюся в потреблении, производстве, хранении, кодировании, переработке, передаче информации. С развитием человеческого общества происходит изменение общения между людьми, а вместе с ним развиваются информационные средства общения, происходит зарождение, становление и развитие инновационной культуры. Инновационная культура создается не сама по себе и не ради себя самой, она выступает инструментом в руках человека для его всестороннего развития, призвана содействовать этому процессу, предваряя его, активно участвуя в нем, совершенствуя его применительно к формированию нового образа жизни человека. И в этом плане инновационную культуру следует рассматривать как уровень организации информационных (коммуникационных) процессов, степень удовлетворения потребности людей в информационном общении, уровень эффективности создания, сбора, хранения, переработки и передачи информации. В то же время это и деятельность, направленная на оптимизацию всех видов информационного общения, создание наиболее благоприятных условий для того, чтобы ценности культуры были освоены человеком, вошли органично в его образ жизни. Как понимать становление? Или как из старого является (рождается) новое? Да очень просто, если воспользоваться определениями инновационной культуры и развития. Явление взаимодействия СТАрого и НОВого называют, поэтому СТА+НОВ+ЛЕНИЕ. Откуда берется «…ление»?, как остаток слова явление, из которого изъято «яв», т.е. часть прилагательного «явное». Таким образом, эпистемология (и смысл) слова «становление», как ключевого слова «инновационной деятельности и культуры» заключается в том, что все, что ни делается человечеством в области развития и совершенствования науки и техники направлено на обеспечение комфортной жизнедеятельности культурного человека, для которого высвобождается время для творчества и полезного времяпрепровождения. Хотя напрямую как бы высокие технологии «способствуют» распространению «лени» «некультурного человека», а лень является двигателем прогресса. Сложение старого и нового равняется лени. Творчество ни в коей мере не сводимо лишь к созданию нового, но, тем не менее, новообразование – один из основных моментов в творчестве, это его «необходимый, но недостаточный» элемент. Как бы не рассматривалось творчество: как продукт, как процесс или как особенное креативное состояние субъекта, в творчестве всегда присутствует элемент новизны. Но что в самой инновационной действительности делает возможным существование феномена новообразования? Приблизиться к решению этого вопроса можно с помощью синергетики – теории нелинейных неравновесных динамических систем, концептуальные подходы которой все чаще находят успешное применение в образовании и в науке. Любой природный или социокультурный объект мы можем рассматривать как сложную динамическую систему, взаимодействующую с другими системами. «Сложность» является не «количественным», а «качественным» параметром, характеризующим состояние системы: ее внутреннюю организацию и обстоятельства, при которых такая организация складывается. Синергетическое понимание сложности позволяет связать сложность системы с ее активностью: сложная система способна воспринимать незначительные внешние или внутренние вариации, на которые не реагирует «простая» система, сложная система существенно усиливает и изменяет воспринятые флуктуации, изменяя тем самым собственное состояние и состояние окружающих систем. Активность можно рассматривать, по-видимому, как меру сложности. Но априори у нас нет способов судить о том, что просто и что сложно, утверждает И. Пригожин. В принципе, любая система может оказаться очень сложной или очень простой. «Подобно тому, как неожиданная сложность возникает в вынужденных колебаниях маятника, неожиданная простота обнаруживается в ситуациях, которые складываются под влиянием совместного действия множества факторов». Состояние, характеризуемое как сложное, не всегда присуще системе, оно возникает при некоторых обстоятельствах, но определить заранее, будет ли та или иная система в тех или иных условиях вести себя как сложная, невозможно. Сказать, что система сложна, можно лишь после того, как она обнаружила свою сложность. Изучать сложность можно только после того, как она случилась (проявилась). Творчество феноменально, поскольку можно говорить о том, что творчество состоялось, только после того, как осуществился момент преобразующего взаимодействия новизны, порождаемой субъектом в процессе деятельности, и социокультурных нормирующих отношений. Только после осуществления момента преобразования атрибут «творческий» переносится на инновационную деятельность, породившую результат, признанный «творческим». Творчеством (творческой) называют либо деятельность, застывшую в продукте, ставшим «творческим», либо деятельность, сходную с той, что уже стала «творческой». В действительности, человек не «генерирует» творческие идеи: идеи, появляющиеся в процессе его деятельности, могут стать творческими; никакая инновационная деятельность и никакое новообразование a priori не являются творческими. Феноменальность творчества связана и с изменчивостью социокультурного контекста, что приводит к «пульсированию» творчества. В рамках даже одной культуры творчество весьма неустойчиво. И это понятно: творчество – момент частичного преобразования культуры и, следовательно, представлений о творчестве; творчество есть акт культуросозидания, и каждый акт творчества в какой-то степени изменяет культурную парадигму деятельности и творчества, т.е. в какой-то степени определяет, каким может быть следующий творческий акт. Так творчество изменяет само себя. Субстанционалистское рассмотрение творчества основано на всей истории науки и техники и выросшем из нее естествознании. Творчество можно изучать только как «несубстанциональный» феномен, как данность, которая не обязательно должна была случиться, изучать только путем раскрытия уже случившегося и необратимого творческого акта. Основа ИННОвационной культуры (деятельности, поведения, мышления и.т.д.) заключается на наш взгляд в простой триаде: «изменчивой» «наследственности» путем «отбора» (чего?, да всего нового, что обеспечивает необратимое, закономерное изменение, т.е. развитие). Почему две буквы Н в слове ИННОвационная и что они означают? И- изменчивость, Н- наследственность (исходная, родительская), Н – наследственность (измененная путем, например, генетического разнообразия и естественного О-отбора или в результате инновационной деятельности). Генезис и логика СТА+НОВ+ЛЕНИЯ (чего-либо) это и есть ИННОвационные изменения наследственности путем отбора, т.е.: инновационной деятельности, инновационного поведения, инновационного мышления, инновационной культуры. А теперь попробуем доказать, что известная теорема В.А. Котельникова не только является основой системы цифровой связи, но и алгоритмом инновационной деятельности и культуры. Если аналоговый сигнал рассматривать как некую реализацию, след (т.е. наследственность, к которой можно по принципу аналогии отнести и максимальную частоту его спектра 2Fmax, «двойной наследственности»), то согласно теореме В.А. Котельникова этот аналоговый сигнал может быть подвержен дискретизации с периодом выборки не больше чем обратная величина двойной максимальной частоты спектра. Трактовка теоремы такова: И – «изменчивость» аналогового сигнала, т.е. его НН – «наследственности», путем О – «отбора», т.е. дискретной выборки сигнала (через Δτ). Такие «инновационные действия» над сигналом, как известно, позволяют на приемном конце канала связи восстановить исходный аналоговый сигнал, а также осуществлять временное, частотное и другое уплотнение и.т.д. Попробуем показать инновационные действия, например, над объектом (предметом) исследования в исторической ретроспективе. Допустим, что в исходном состоянии предмета исследования имелись три составляющие инновационной культуры: старое, современное и новое с непременным структурным элементом – новизной. Обозначим сигнал старого St1, сигнал современного Sov1, сигнал нового Nov1. Предположим, что современное состояние по сравнению со старым имеет на 0,1 больше новизны, примем сигнал этого состояние за 1. Новое состояние имеет на 0,2 больше новизны чем современное, т.е сигнал нового состояния усилен в 1,2 раза. Исследование какого либо предмета в ретроспективе, в настоящем и будущем можно представить по аналогии с преобразованием сигналов по трем каналам многоканальной связи: «из прошлого, настоящего и будущего». После первого преобразования (умножения) на выходе получаются сигналы, «усиленные» коэффициентом новизны kн1=1,1, kн2=1,2, kн3=1,3. Под коэффициентом новизны нами понимается отношение полезной для развития информации (сигнала) в будущем к прошлому. После второго преобразования «изменения» сигналов kн4=1,32, kн5=1,43, после третьего преобразования kн6=1,887. Если сравнить инновационную деятельность над предметом исследования на этапах прошлого, настоящего и будущего в результате трех преобразований, то окажется, что эффективность инноваций весьма высока и составляет 88,7% новизны по отношению к состоянию Sov1 до начала инновационных преобразований сигналов, передаваемых по трем каналам многоканальной системы связи. Эти результаты вселяют надежду на то, что ретроспективные исследования становления какого-либо предмета исследования могут породить и усилить эффект новизны (см. выше рассуждения о феномене творчества). Результатом этого анализа является и то, что информация о прошлом архивируется и выявляется по принципу выборок как в теореме В.А.Котельникова. Другими словами исследователя ретроспективы меньше всего интересует сам процесс (аналоговый) создания продукта творчества, включающий трагизм и комизм человеческой деятельности, видимо, зря! К тому же, если бы ему хотелось воспроизвести процесс создания продукта творчества время следовало бы принять противоположного знака. «Прошлое» время как бы тоже уплотняется и инвертируется для наблюдателя из будущего. Для исследователя перспективы изменения предмета исследования частота инновационных изменений (смены технологий) увеличивается, что заставляет уменьшать интервал времени между выборками. Изученное современным исследователем прошлое становиться «новее и ближе к настоящему и полезнее для будущего» (прим. ред.) Можно из этого заключить, что «инновационный цикл» завершен и как ведет себя творческая деятельность, всякое известное творческое деяние (продукт творчества) некогда бывшее новым, становится известным, современным, то есть не принадлежащим автору и автоматически становится «нормой», принятой за 100% качества жизни, и др. Таким образом, при завершении «инновационного цикла» коэффициент новизны в современном состоянии (в силу однородности времени) принимает значение, равное 1. В теореме В.А. Котельникова выборка соответствует дельта функции Дирака, означающее, что она равна 1 в момент выборки и равна нулю в других моментах, т.е. «в прошлом» и «будущем». Если эти сигналы из прошлого и из будущего подать на логическую схему сложения по модулю 2, таблица истинности которой реализует «алгоритм реальности»: «ограниченный набор предписаний для оценивания состояния системы в развитии через связь прошлого и будущего в настоящем». Принцип инновационной деятельности в соответствии с аналогией достаточно полно описывается предельными циклами, режимами «мягкого» и «жесткого» возбуждения генераторов. Принцип «двойной наследственности» есть интерпретация пословицы «имея – не ценим, потерявши – плачем», или «история повторяется дважды: сначала как трагедия, затем как фарс…». Сказанное выше говорит в пользу «двойной наследственности» в эволюции открытых систем различной природы. Можно привести и другие аналогии инновационной деятельности, например, на модели поперечной электромагнитной волны, «сшивки» полей на границе раздела, старое – сзади фронта волны, современное – фронт волны, новое – последующие распространение волны в пространстве. Обобщая выше приведенные рассуждения можно прийти к мысли о том, что инновационная культура подобна многоканальной электросвязи (взаимопроникновение культур, мультикультурный аналог – дуплексная связь) в условиях помех (аддитивных, мультипликативных и др.), имеет свойство киральности, (левое и правое), к ней применимы граничные условия, условия излучения на бесконечности как к электромагнитной волне и др. Многоканальная электросвязь может служить как исторический аналог современной мультинациональной культуры, выраженной в многоязычии связей, «мультикультурных коммуникаций» и др. Мультидисциплинарные дидактические комплексы как основы инновационной деятельности (инновационной коммуникации) и культуры, чаще всего, проектируются так же как система многоканальной связи: и там и здесь используются принципы уплотнения информации (сигналов) по времени, по частоте; преобразование информации (сигнала) с целью передачи ее (его) без искажений по реальному узкополосному каналу с помехами; расширение и сжатие динамического диапазона сигнала (нелинейное структурирование информации; квантование и классификация информации (сигналов) и т.п. Мультидисциплинарные дидактические комплексы могут рассматриваться как «системы (каналы связи) с испытательным сигналом и предсказанием». Испытательными сигналами в них могут служить принципы дидактики, которые, пройдя через этот своеобразный канал связи, получают соответствующие ему изменения, использование которых улучшает достоверность и качество связи (обучения). Пожалуй, лучше (точнее) всего о мультидисциплинарных дидактических комплексах (передатчиках культуры) высказался физик, один из основателей системного анализа П.А. Флоренский в книге «У водоразделов мысли. – М.: «Правда», 1990. т.2» рассуждая о связи объяснения и описания. «Суть научного описания в широте его охвата и связанности. Объяснить в точном смысле слова – это, значит, дать описание всестороннее, т.е. исчерпывающе полное или предельное. Объяснить – это тоже описать. «Объяснительность – лишь свойство описания; объяснение – нечто иное, как описание особой уплотненности, проникновенной сосредоточенности, – описание любовно вдумчивое».Это как нельзя точно характеризует генезис и становление инновационной основы культуры – мультидисциплинарных дидактических комплексов, предназначенных для объяснения и описания: «особой уплотненности» (нелинейное преобразование, усиление, перенос спектра сигнала в другую область); «проникновенной сосредоточенности» (построение каналообразующей техники, направляющих систем, фильтров, компрессоров сигнала и др. для передачи, обработки, приема хранения и дальнейшего использования информации); «описание любовно вдумчивое» (изменение «наследственности» (т.е. сигнала) путем тезаурусного «отбора», в итоге разработка оптимального, биоадаптивного – любовного к потребителю содержания мультидисциплинарного дидактического комплекса). Какая аналогия и связь напрашивается между корпускулярно-волновым дуализмом и алгоритмом инновационной культуры? Аналогия и связь не видная на первый взгляд, но очень убедительная после ниже следующих рассуждений. Это можно пояснить на явлении аннигиляции частиц с использованием принципа Дирака и гипотезы Луи–де Бройля. Например, свободные частицы электрон и ее античастица позитрон ранее занимая ограниченную область пространства сталкиваясь друг с другом, аннигилируют, превращаясь в два фотона 2γ, занимая все пространство: от минус до плюс бесконечности. Если условно считать, что для частицы время течет в направлении увеличения, то для античастицы наоборот, как зеркальное отражение. После аннигиляции вещество превращается в поле с «двойной наследственностью» как бы учитывающее различный временной континуум для частицы и античастицы, поскольку волну можно разделить на падающую и отраженную, отличающиеся временным множителем. Принцип Дирака поясняет существование частицы и античастицы через дельта-функцию δ(t), которая равна нулю в прошлом и будущем и лишь в настоящем принимает значение, равное единице. Это напоминает алгоритм теоремы о квантовании сигнала В.А. Котельникова, где δ(t) характеризует выборку. В формуле де-Бройля (p = h/λ) слева импульс частицы, справа длина волны, а коэффициентом «усиления квантового эффекта» служит фундаментальная постоянная Планка, имеющая размерность и характер действия, нами может трактоваться и как фундаментальный предел коэффициента «усиления инновационного действия». Если в физике постоянная Планка понимается как минимальное действие в природе, то почему бы ее не считать как фундаментальную «постоянную инновационного действия», характеризующую минимальное инновационное действие в природе, некий шаг квантования инновационной культуры… Инновационное действие сродни «спонтанному нарушению симметрии». Реакции аннигиляции обратимы, также как и обратимы действия людей при исследовании истории науки, техники, культуры. В инновационной культуре связь прошлого, современного и нового осуществляется по принципу преемственности с непременным сохранением и усилением новизны. Недаром говорят «новое – это хорошо забытое старое». Таков путь к новой, единой инновационной культуре… |