基于人机耦合的认知结构可视化研究

认知结构是大脑学习、智能活动的基础,客观性毋庸置疑,但其存在于脑内对其观测、量化、可视化研究是难点。基于新一代认知观构建人机认知耦合环境,脑内认知以Agent方式被诱导到认知信息空间观测研究是新思路。认知结构耦合可视化方法建立认知元素、关联、模式、阶层、拓扑等对象,形成可视化复杂认知网络。复杂认知网络是高维认知结构的低维投影,为认知结构、动力研究提供新思路。

采用认知标架的人机学习情境矢量化方法

从学习研究角度考虑,人机交互学习环境是由"脑认知体-耦合情境-信息流形"组成的新型学习观测平台。脑认知体是高维认知流形载体,耦合情境是认知流形的局部度量,信息流形是认知活动的低维投影空间。学习观测把高维认知活动投影映射到低维信息流形,即认知降维,涉及学习情境矢量化、度量标架、流形结构研究对象。基于认知科学、教育心理学构建情境内容、认知操作、数理逻辑三维认知标架,基于符号动力学思想设计认知符号序列采集学习情境数据。在认知拓扑空间重构认知符号序列,获得认知拓扑结构。基于认知标架的人机学习情境矢量化方法是认知结构成像新方法,为教学设计、诊断及智慧服务提供新技术和工具。

基于人机交互的认知数字流形

对脑内"宇宙"观测、探索脑认知规律是本世纪科学的重要目标。人脑信息加工机制既不能从外部直接检测,也不能用解剖方法对心理过程进行微观直接观测,只能用计算机模拟,或称"黑箱"方法借助理论思维对脑内活动和机理做间接推断是50多年认知科学的隐含假设,称为"人机分离的功能模拟"研究范式。从哲学互补原理可洞察到"人机融合的结构观测"范式,即直接观测、采集脑认知内容数据,获得脑认知结构及运动规律。此方法可能吗?大胆想法是把脑内认知诱导到脑外环境中观测,但认知会发生在脑外吗?基于认知哲学前沿的脑外认知观,我们提出基于人机交互的"认知耦合"脑信息观测思路。基于人机交互构建"脑认知体-耦合情境-信息流形"(BSM)认知观测数字系统。基于范畴、态射、素描等理论,把人机情境中的交互过程投影为图、网络等可视化数理模型上,高维认知流形降维到复杂认知网络,实现认知结构成像、认知耦合调制及认知逻辑、认知动力系统的研究。

面向情境的移动应用研发

移动网络的出现极大推进普适计算发展,智能设备成为生活、工作不可缺少的部分,形成个体随时、随地在线状态,显具身和情境性,形成应用研发新环境,为软件设计理论、方法、技术等层面创新提供条件。基于被誉为认知科学二次革命的具身、分布认知等新思想,情境、认知将成为移动应用创新切入点,为情境矢量化,认知大数据处理提供理论;移动情境是Agent生存数字空间,其设计思想、方法、矢量化技术直接关系到服务品质。以物流行业移动应用为例,阐述物流情境矢量化架构,认知动力系统结构。

基于人机交互环境的教学精确观测

教师开展工作时,更多依靠经验进行学生个性分析、教学过程诊断。构建精确教学环境,采集教学过程数据,实现实证教育是新一代教育技术的特点。像其它领域一样,引入计算机观测教学活动是重要趋势。基于人机交互环境设计面向教学、认知过程的新型教学在线观测系统,能采集到传统教育学、心理学范式难以获得的巨量、精确信息。在力学、动力学角度对教学数据进行分析,获得学习速度、加速度、平均速度、关键点、学习动能等认知动力学变量。这些认知动力学参数反映了学习者个性、群体信息,为教学训练、诊断提供支撑。随着1:1数字教学的发展,基于人机交互环境的教学精确观测将为实证教育提供重要支撑。