CONSTRUCTIVISMO Y CONEXIONISMO

1
CONSTRUCTIVISMO Y CONEXIONISMO

• LA VIABILIDAD COMPUTACIONAL DEL CONSTRUCTIVISMO
• Juan Luis Luque Vilaseca
• Universidad de Málaga
• (España)

2
Objetivos

• El objetivo fundamental es explicar por qué los
  modelos conexionistas podrían ser una respuesta
  válida para la construcción de una teoría
  computacional y constructivista sobre el
  desarrollo cognitivo.

El enfoque computacional y el problema del
desarrollo ganar con las reglas impuestas por
el rival y jugando en su terreno
La tarea de la balanza como un recurso para dar
un soporte figurativo al problema
3
La viabilidad computacional del constructivismo

• ÍNDICE
• Introducción
• El problema del desarrollo desde el enfoque
  computacional.
• El enfoque computacional en el estudio del
  desarrollo
• Los sistemas de producción la teoría de Siegler.
• Los modelos conexionistas las redes
  constructivistas
• Hacia una teoría computacional del
  constructivismo

4
Cambio continuo y no lineal
Cambios cualitativos, de etapas, o no lineales
El cambio es un proceso continuo relaciones
entre aprendizaje y desarrollo
Estado inicial
5
El espacio del problema

• El problema del estado inicial. Se trata de
  explicar como se las arregla el sistema de
  procesamiento para tratar con la enorme
  variabilidad de la entrada estimular.
• El problema del curso del desarrollo. Se trata de
  explicar como mediante un proceso de cambio
  cuantitativo, contínuo y gradual, se llegan a
  producir cambios cualitativos al modo de etapas
  del desarrollo. Estos cambios supondrían cambios
  de competencia lógica para el aprendizaje.

6
El espacio del problema del desarrollo tras la
revolución cognitiva
La Teoría Representacional de la Mente. La
metáfora del ordenador
7
La Teoría Representacional de la Mente

• La máquina universal de Turing
• El funcionamiento básico de la neuronas posee la
  potencia de la máquina universal de Turing
  (McCulloch y Pitts).

8
La Teoría Representacional de la Mente

• Los entidades que conocen actúan sobre la base de
  representaciones
• Sean cuáles sean las representaciones, éstas han
  de estar instanciadas en el cerebro
  materialmente.
• Las representaciones están instanciadas en el
  cerebro mediante códigos simbólicos de naturaleza
  física.
• El cerebro es un órgano natural. Todo lo que haga
  el cerebro lo puede hacer en virtud de su
  estructura lógica.
• Sean cuales sean los contenidos que están
  representando, los símbolos y las reglas que
  sirven para combinarlos no pueden cambiar.

Aquí comienzan las discrepancias
9
De la representación a la computación

• La teoría computacional
• códigos simbólicos de naturaleza física, no
  alterables por el ambiente
• La mente como estructura lógica.
• Cuál es la naturaleza de estos códigos?
• Representación conceptual versus sub-conceptual
• La crítica a las teorías clásicas
• Cualquier mecanismo de transformación debería
  ser verificable como una operación lógica.
• La teoría es como un reloj sin maquinaria

10
La paradoja del aprendizaje
11
La paradoja del aprendizaje
Por consiguiente, una teoría relativa al modo
en que nuestras experiencias determinan nuestras
creencias no es una teoría del origen de nuestras
hipótesis inductivas. Muy al contrario, presupone
la accesibilidad de estas hipótesis (y,
naturalmente, de los datos de experiencia) y nos
indica únicamente cómo varía la probabilidad de
que una hipótesis u otra sea aceptada por un
organismo según los aspectos de la experiencia
que este organismo tiene de su entorno.
12
La paradoja del aprendizaje
El problema del estado inicial
El problema del curso del desarrollo
No existen auténticas teorías del aprendizaje
mediante inducción sólo teorías sobre la fijación
de creencias.
En general, no se puede pasar de un sistema con
una lógica más débil a uno con una lógica más
poderosa.
13
La paradoja del aprendizaje
() no tenemos ninguna idea de lo que podría ser
el hecho de pasar de un sistema conceptualmente
más pobre a un sistema conceptualmente más rico,
mediante algo como un proceso de aprendizaje. Por
consiguiente, la hipótesis nativista es la única
aceptable, y el problema ha sido planteado al
revés durante los trescientos últimos años. La
única teoría inteligible acerca del
enriquecimiento de los recursos conceptuales hace
de éstos una función de la maduración, porque no
existe ninguna teoría que explique cómo el
aprendizaje puede influir en los conceptos.
14
El problema de la adquisición de la gramática

• El hombre que conoció al empleado que hizo el
  préstamo que salvó a la vieja firma está en
  prisión.

15
El problema del estado inicial en la adquisición
del lenguaje

• Primera solución las hipótesis inductivas están
  preespecificadas representacionalmente
• Segunda solución qué arquitectura y qué
  mecanismo de aprendizaje permite fijar las
  hipótesis y construir significados a partir de
  éstas.

16
Consecuencias de la paradoja del aprendizaje
Las representaciones se instancian en códigos
físicos cuya naturaleza es inaltareble
Todo lo que hace el cerebro lo hace en virtud de
su estructura lógica
En el curso del desarrollo se observan
representaciones con formatos de abstracción y
contenidos de creciente complejidad
En el curso del desarrollo se observan diferentes
niveles de competencia lógica
No existen mecanismos computacionales de
aprendizaje capaces de realizar estas
transformaciones
Los formatos representacionales y los diferentes
niveles de competencia o preexisten o son
consecuencia de procesos genético-madurativos
17
Posición de las teorías del desarrollo respecto a
la metáfora
18
Cuál es el estado inicial de la mente?

• Cómo puede el bebé tratar con la gran cantidad
  de fuentes de variación presentes en los
  estímulos ambientales?
• Sin restricciones
• Restricciones representaciones, arquitectura o
  maduración

19
El curso del desarrollo

• Cuál la naturaleza de los cambios que se
  producen durante el desarrollo?
• Cambios cuantitativos // Cambios cualitativos

20
Piaget. Características funcionales

• Lo real se concibe como un subconjunto de lo
  posible.
• El pensamiento adquiere un carácter
  hipotético-deductivo.
• El pensamiento adquiere un carácter
  proposicional
• La capacidad de combinar y controlar las
  diferentes variables implicadas en un problema.

21
Características estructurales

• El retículo de las 16 combinaciones de la lógica
  de proposiciones
• El grupo de las cuatro transformaciones (INRC) o
  grupo de Klein
• Los esquemas operatorios formales

22
Los esquemas operatorios formales

• La principal característica de los esquemas
  operatorios es que sitúan entre la capacidad
  general o competencia y la actuación concreta del
  sujeto.
• Inhelder y Piaget (1955) describen ocho esquemas
• Las operaciones combinatorias
• Las proporciones
• La coordinación de dos sistemas de referencias y
  la relatividad de los movimientos o velocidades
• La noción de equilibrio mecánico
• La noción de probabilidad
• La noción de correlación
• Las compesaciones multiplicativas
• Las formas de conservación que van más allá de la
  experiencia.

23
La tarea de la balanza
24
1.4. El desarrollo del esquema de proporción

• Primera etapa entre los 7 y 9 años se consigue
  igualar los pesos colocando igual número de pesos
  a cada lado y se logra la simetría o distancia
  exacta al eje en cada brazo. Sin embargo no se
  consigue la coordinación de pesos y distancias.
• Segunda etapa entre los 10 y 12 años se consigue
  descubrir a través de la experiencia una ley del
  equilibrio pero de carácter cualitativo.
• Tercera etapa a partir aproximadamente de los 13
  años los niños pasan de una consideración
  cualitativa de ambas dimensiones a la proporción
  cuantitativa.

25
1.4. Los desfases en el desarrollo

• La idea fundamental que debe recordarse es
• Desde la perspectiva clásica piagetiana no se
  contempla la posibilidad de la existencia de
  desfases horizontales en las operaciones formales
  porque éstas se conciben libre de contenido
  (formales) y aplicables a una enorme variedad
  de tareas, gracias, precisamente, al carácter de
  generalidad que poseen.
• (García Madruga y cols. 1997, p. 300).
• Sin embargo, se han encontrado desfases entre el
  retículo y el grupo, y desfases dentro de la
  misma estructura.

26
2. El enfoque computacional

• () necesitaríamos descubrir como el sistema
  modifica su propia estructura. (Simon, 1962)
• Dos tipos de modelos computacionales.
• Sistemas de producción
• Sistemas conexionistas

27
2.1. Los sistemas de producción

• Las representaciones son de nivel conceptual
• La interacción iterativa entre dos estructuras de
  datos.
• Una memoria operativa
• Una memoria de producción

28
La evaluación de reglas Siegler (1976, 1978)

• Asume que el sujeto conoce las dimensiones
  perceptivas que deben ser utilizadas para
  resolver la tarea peso y distancia.
• Parte de representaciones simbólicas clásicas y
  sus operaciones de combinación las reglas de
  producción.

29
Las cuatro reglas de Siegler
PRIMERA REGLA

Equilibrio
Equilibrio
Mayor distancia baja
SEGUNDA REGLA
30
Las cuatro reglas de Siegler

TERCERA REGLA
Mayor peso baja
CONFUSION
31
Las cuatro reglas de Siegler

CUARTA REGLA
32
Seis situaciones en la tarea de la balanza
Situación 1 equilibrio
Situación 2 peso
Situación 3 distancia
Situación 4 conflicto-peso
Situación 5 conflicto-distancia
Situación 6 conflicto-equilibrio
33
2.1. Resultados

34
2.1. Valoración de la teoría de Siegler

• Estos resultados implican una visión cíclica del
  desarrollo cognitivo. Primero, el conocimiento
  predictivo de los niños y la codificación están
  al mismo nivel. Después los niños comienzan a
  codificar rasgos del mundo que previamente se les
  escapaban. Esta perfeccionada codificación
  aumenta su habilidad para aprender. Cuando los
  niños encuentran experiencias relevantes, su
  codificación perfeccionada les permite aprender
  reglas más avanzadas. Entonces el ciclo puede
  comenzar de nuevo. Siegler, 1986 p. 92 o.c.
  García Madruga, Lacasa y Herranz, 1997 p. 199
• como el propio Siegler apunta, el problema
  de su teoría es que no aclara suficientemente,
  detalladamente, cómo se realiza la codificación,
  y porqué algunas dimensiones, por ejemplo el
  peso, se codifican antes que otras, por ejemplo
  la distancia. García Madruga, Lacasa y Herranz,
  1997 p. 199

35
Valoración de la teoría de Siegler

• Mejora sensiblemente la descripción piagetiana en
  precisión y concreción.
• El sistema de reglas de producción ofrece una
  solución lógica aceptable al problema de los
  cambios cualitativos. En realidad reduce estos
  cambios cualitativos a cambios cuantitativos en
  la regla de producción aplicada.
• Es coherente con el principio según el cual los
  códigos y operaciones básicas del sistema no
  pueden cambiar.
• Las reglas son cambios bruscos y poco flexibles.
  No da cuenta acertadamente del cambio gradual y
  continuo que muestra la curva de desarrollo.

36
Valoración de la teoría de Siegler
37
La paradoja del aprendizaje
38
5.1. Características generales de los modelos
conexionistas

• Rumelhart, Hinton y McClelland (1986/1992)
• Un conjunto de unidades de procesamiento.
• Un estado de activación.
• Una función de salida por cada una de las
  unidades.
• Un patrón de conexión entre las unidades.
• Una regla de propagación.
• Una regla de activación.
• Una regla de aprendizaje.
• Un ambiente dentro del que debe operar el
  sistema.

39
5.2. Dos tipos de modelos conexionistas

• La principal aportación permiten explicar los
  patrones no lineales que siguen las curvas de
  desarrollo.
• Sistemas con arquitectura fija. La simulación de
  McClelland (1989) o los cambios no lineales en
  la codificación .
• Sistemas con arquitectura progresivamente más
  poderosas. Las redes constructivistas o los
  cambios no lineales en la competencia de los
  mecanismos básicos de aprendizaje (Quartz, 1993
  Elman, 1993 Mareschall y Shultz, 1996).

40
Funciones linealmente separables

Color
Forma geométrica
Función Y círculos y rojos
Función O o círculos o rojos
41
La función lógica O-excluyente
Aprendiendo a cruzar la calle fijándose en el
semáforo
Coches
Peatones
Pasar
No pasar
42
Funciones no separables linealmente

43
Funciones no separables linealmente
La función lógica O-excluyente
44
El percetron multiestratos
OCULTAS
Entrada
Salida
color
forma
Propagación del error hacia atrás
45
La simulación de McClelland
Izquierda
Derecha
Izquierda Derecha
46
Críticas a la simulación de McClelland (1)
La acomodación sólo actúa sobre los pesos de las
conexiones
Distancia
Peso
Las dimensiones peso y distancias están prefijadas
47
Críticas a la simulación de McClelland (2)

• El peso y la distancia son dimensiones
  prefijadas.
• La acomodación sólo actúa sobre los pesos de
  conexión.

• No supera la crítica de Fodor ya que deben darse
  por supuesto conocimientos.
• No supera la crítica de Fodor ya que la
  competencia lógica de la red no cambia.

Críticas sobre cómo la simulación se ajusta a los
datos empíricos

• No se ajusta bien a la actuación cualitativa de
  la regla tercera
• No consigue alcanzar la etapa cuarta.

48
Las redes constructivistas
En una segunda fase actua el mecanismo de
acomodación. La red no consigue resolver
problemas en los que debe considerar peso y
distancia. Entonces, entrena a otras unidades y
comprueba cuál de ellas reduce más cantidad de
error, selecciona esa unidad y la inserta como
una estructura nueva.
49
Primeras conclusiones

• Las redes constructivistas dan respuesta al
  problema del estado incial.
• Las redes constructivistas dan respuesta al
  problema del curso del desarrollo.

50
Cambios cuantitativos y cualitativos
51
La importancia de empezar pequeño

• Un hallazgo crucial incorporado en los diversos
  modelos de reclutamiento es la idea de que,
  comenzando con recursos computacionales mínimos,
  el sistema de aprendizaje se ve forzado a trata
  en primer lugar con los patrones o regularidades
  más generales presentes en los datos. En efecto,
  el sistema puede sólo tratar con el primero de
  los varios factores que pueden extraerse mediante
  un análisis de componentes principales. Una vez
  que este factor es aprendido, la red encuentra
  que todavía existe un error residual y recluta
  nuevas unidades para extraer regularidades
  adicionales. De esta forma, estas nuevas unidades
  están entonces dedicadas fundamentalmente a un
  segundo aspecto del problema. De este forma, la
  red se acerca al modelamiento del tipo de
  aprendizaje por estadios que observamos en los
  niños. Klahr, 1998 p. 656

comenzando con recursos computacionales mínimos,
el sistema de aprendizaje se ve forzado a trata
en primer lugar con los patrones o regularidades
más generales presentes en los datos
52
Consolidando una alternativa
Limitaciones de recursos
Datos de entrada
Mecanismo de aprendizaje
Estado final
Principios innatos
Cambios representacionales y estructurales
53
Implicaciones educativas

• La enseñanza de dominios de conocimiento
  complejos necesita un análisis riguroso de las
  fuentes de variación implicadas en el problema
  (análisis de tarea).
• Dividir y secuenciar adecuadamente la
  presentación de estas fuentes de variación puede
  resultar determinante para el éxito de la
  intervención educativa.
• Las redes constructivistas permiten un análisis
  riguroso y preciso sobre cuando podemos esperar
  que se produzcan cambios meramente cuantitativos
  o cambios cualitativos.
• Las redes constructivistas permiten ofrecer una
  visión coherente de diferentes tipos de
  acomodación, es decir, de las relaciones entre
  aprendizaje y desarrollo.