Содержание естественно-математической подготовки бакалавров в условиях постнеклассического этапа развития науки

На правах рукописи

ШЕПЕЛЬ ОЛЕГ МИХАЙЛОВИЧ СОДЕРЖАНИЕ ЕСТЕСТВЕННО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ БАКАЛАВРОВ В УСЛОВИЯХ ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКОГО ЭТАПА РАЗВИТИЯ НАУКИ 13.00.08 – Теория и методика профессионального образования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора педагогических наук

Томск – 2013

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Защита состоится 20 года в часов на заседании диссертационного совета при ГОУ ВПО « » по адресу:.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ГОУ ВПО « ».

Автореферат разослан 20 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор педагогических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Усиление спроса Российского рынка на специалистов с техническим и естественно-математическим образованием со провождается повышением требований к качеству этого образования. Между тем, общепризнанного толкования самого понятия «качество образования» до сих пор нет. Выходом из сложившейся ситуации может стать признание отно сительности указанного понятия, заключающееся в констатации изменения его значения при изменении положения «наблюдателя» – заданного норматива.

Например, качество Российского естественно-математического образова ния относительно государственных требований достаточно высокое – кон троль над соответствием результатов обучения и предписанных эталонов не прекращался даже в самые нестабильные годы всевозможных реформ. В част ности, сегодня таковыми эталонами являются компетенции, предусмотренные образовательными стандартами. Методы диагностики указанного качества не прерывно развиваются М.Г. Мининым, А.Н. Майоровым, В.С. Аванесовым и др. Качество же этого образования относительно достижений современной науки следует признать мало приемлемым. Действительно, естествознание, от толкнувшись от классического уровня И. Ньютона, Р. Декарта уже преодолело неклассический уровень А. Эйнштейна, В. Гейзенберга и достигло постнеклас сического уровня И. Пригожина, Г. Хакена. Между тем, содержание школьно го, вузовского и послевузовского естественно-математического образования ос тается до сих пор на уровне классическом. То есть качество образования отно сительно достижений современного естествознания оказывается невысоким.

Таким образом, понятие «качество образования» приобретает смысл толь ко при указании «наблюдателя» (стандарта), относительно которого это качест во рассматривается.

Для устранения противоречия в оценке качества образования различными «наблюдателями» – в данном случае государственным образовательным стан дартом и постнеклассическим естествознанием – необходимо совместить их позиции, а именно, предусмотреть в государственных образовательных стан дартах обучение самым последним фундаментальным достижениям современ ной науки.

Однако, нет необходимости ждать, пока эти изменения произойдут. Вузов ские стандарты третьего поколения помимо базовой (обязательной) части, пре дусматривают в структуре обучения вариативную часть, позволяющую препо давателю использовать её по своему усмотрению, в том числе для сокращения всё возрастающего разрыва между эволюционно-синергетическим уровнем единства современной картины мира и классическим уровнем сегодняшнего преподавания естественно-математических дисциплин.

При этом, в условиях современного двухуровневого профессионального образования, предусматривающего подготовку бакалавров и магистров, пред ставляется целесообразным наиболее активно обучать студентов основам клас сического, неклассического и постнеклассического естествознания именно в рамках бакалавриата, представляющего собой наиболее фундаментальный уро вень профессиональной подготовки.

Кроме того, по мнению А.М. Новикова «Естественно-математическое и техническое образование очевидно необходимо специалистам и в сугубо гума нитарных сферах. Так, например, полное отсутствие преподавания физики сту дентам консерваторий привело к тому, что если во времена И.С.Баха и В.А.Моцарта музыканты владели 11 способами оркестрового строя, то совре менные музыканты знают только два – из-за этого многие произведения старых мастеров не исполняются – они «не звучат», т.к. именно с точки зрения физики (акустики) они не соответствуют авторскому оригиналу». Ярким подтвержде нием необходимости естественно-математического образования в гуманитар ных сферах может служить и творчество таких незаурядных Российских музы кантов как А.П. Бородин (химик), Л.С. Термен (физик), Э.В. Денисов (матема тик), которое было бы невозможно без широкого научного кругозора этих вы дающихся деятелей искусства.

Поскольку объективация субъекта возможна только после субъективации объекта, то есть, в данном случае обучение неклассическому и постнеклассиче скому естествознанию педагогом становится возможным только после обуче ния неклассическому и постнеклассическому естествознанию педагога, то со ответствующий новый, непривычный учебный материал, предназначенный для обучающихся, должен быть, прежде всего, усвоен в полном объёме преподава телем. Разработка содержания этого материала представляет собой весьма не простую задачу. Хотя некоторые фрагменты сведений об основах общей теории относительности и синергетики попадают на страницы школьных учебных по собий, однако, все они представляют собой попытку изложить содержание не классического и постнеклассического естествознания классическим языком, оправдываемую стремлением к доступности изложения. Между тем для реаль ного овладения новыми уровнями естествознания обучающимся, а прежде это го педагогам, следует овладевать языком этих уровней, благодаря которому только и возможно качественно другое мышление. Для неклассического естест вознания – это язык тензорных и волновых уравнений, а также понятийный ап парат теории гравитации и теории элементарных частиц. Для постнеклассиче ского – язык нелинейных дифференциальных уравнений и понятийный аппарат теории самоорганизации. Массово тиражируемый сегодня перевод достижений неклассической и постнеклассической науки на язык классический мало спо собствует повышению уровня мышления, предоставляя для восприятия пре имущественно образные, внешние картинки действительности, внутри которых остаётся спрятанной суть объектно-субъектного единства.

Сегодня в качестве варианта выхода из сложившейся ситуации предлагают ся синергетические подходы к образованию (В.Г. Буданов, В.Г. Виненко, Г.И. Рузавин и др.), заключающиеся не только в обучении основам постнеклас сической науки, заложенным Г. Хакеном, И. Пригожиным, Г. Николисом, но и в развитии междисциплинарной интеграции, способствующей формирова нию представлений о неразрывной целостности естественнонаучной картины мира в сознании обучающихся, и осуществляемой через установление меж предметных связей (И.Д. Зверев, В.Н. Максимова, Н.Е. Кузнецова и др.) Стремление придать завершённую форму многочисленным и значитель ным усилиям по согласованию содержания различных предметов привели к по явлению новых интегративных дисциплин «Естествознание» и «Концепции со временного естествознания». Но, несмотря на чётко обозначенные функции и общедидактические приёмы реализации межпредметных связей, единой мето дологии, позволяющей системно осуществлять координацию преподавания, по сей день не существует. Поэтому новые предметы стали дополнительными дисциплинами, отдельные темы которых нуждаются в серьёзном согласовании с традиционными темами физики, химии, биологии, математики. Важнейшей причиной отсутствия такой методологии является недостаточная теоретическая база, которая позволила бы осмыслить закономерности интенсивного информа ционного обмена между педагогом и обучающимися и использовать их для со вершенствования учебного процесса, в том числе для гармонизации процессов междисциплинарной интеграции. Общеизвестная теория информации не может служить такой базой, поскольку, согласно её основным положениям, количест во информации представляет собой всего лишь величину, являющуюся функ цией измеряемого количества знаков, кодирующих сведения, и вероятности их использования. Эта теория является исторически первой попыткой установле ния аналогии между закономерностями мышления и естественнонаучных явле ний. На основании сходства между уравнением Л. Больцмана и формулой для расчёта количества информации К. Шеннона в ней постулируется тождествен ность негэнтропии и количества информации. Но, названная теория, разрабо танная для решения конкретных технических задач, существенно дополненная и расширенная Н. Винером, Р.В.Л. Хартли, А.Н. Колмогоровым, преобразуемая в синергетическую теорию информации В.Б. Вяткиным, оказывается совер шенно неприменимой к процессам информационного обмена между педагогом и обучающимися. Кроме того, в её рамках не удалось установить аналогий с другими фундаментальными понятиями естествознания, тесно связанными с энтропией, такими как энергия, температура, масса, количество вещества, вре мя, пространство.

Таким образом, к настоящему времени отчётливо обозначились противоре чия между:

– эволюционно-синергетическим уровнем единства современной научной кар тины мира и классическим уровнем содержания преподаваемых естественно математических дисциплин (физики, химии, биологии, естествознания, матема тики);

– необходимостью обучать студентов основам не только классического, но также неклассического, постнеклассического естествознания и отсутствием со ответствующей подготовки преподавателей высших учебных заведений;

– всеобщим признанием необходимости интеграции, координации обучения различным предметам математического и естественнонаучного цикла, и отсут ствием методологии, позволяющей педагогам системно осуществлять эту коор динацию в образовательном процессе;

– объективным единством гуманитарных и естественнонаучных явлений, но недостаточным использованием этого единства при обучении студентов бака лавриата и учащихся школ.

– интенсивностью информационного обмена между педагогом и обучающими ся, с одной стороны, и недостаточностью теоретического осмысления законо мерностей этого обмена, с другой.

Выделенные противоречия обусловили актуальность выбранной проблемы исследования, включающей вопросы теоретического и методологического ха рактера:

– как сократить всё возрастающий разрыв между классическим содержанием естественно-математического образования и постнеклассическим уровнем дос тижений современной науки?

– каким образом сформировать методологическое обеспечение междисципли нарной интеграции, являющейся одним из аспектов синергетического характе ра учебного процесса?

– какие фундаментальные законы лежат в основе процессов информационного обмена, сопровождающих обучение?

– какие профессиональные компетенции преподавателя бакалавриата необхо димы для обучения студентов естественно-математическим дисциплинам в ус ловиях постнеклассического этапа развития науки?

Важность и актуальность рассматриваемой проблемы послужили основа нием для определения темы исследования «Содержание естественно - матема тической подготовки бакалавров в условиях постнеклассического этапа разви тия науки».

Цель исследования – разработка содержания естественно-математической подготовки студентов бакалавриата с использованием методологии, опираю щейся на закономерности процессов информационного обмена.

Объект исследования – процесс обучения студентов бакалавриата есте ственно-математическим дисциплинам (физике, химии, биологии, естествозна нию, математике) в условиях постнеклассического этапа развития науки.

Предмет исследования – содержание естественно-математического об разования студентов бакалавриата, соответствующее постнеклассическому эта пу развития науки.

Гипотеза исследования: качество обучения студентов бакалавриата ес тественно-математическим дисциплинам относительно достижений современ ного естествознания повысится если:

• содержание естественно-математических дисциплин (физики, химии, биологии, математики) будет разрабатываться с учётом теоретических пред ставлений о закономерностях процессов информационного обмена между пре подавателем и студентами, аналогичных представлениям о закономерностях процессов синергетических;

• учебный процесс студентов естественно-математического бакалавриата будет предусматривать:

– использование методологии, позволяющей формировать восприятие физики, химии, биологии, естествознания, математики как аспектов неразрывного цело го;

– обучение в рамках вариативной части образовательных программ основам не классического естествознания, включающим представления о квантово-полевой природе материи и математический аппарат общей теории относительности, а также основам постнеклассического естествознания, состоящим не только в феноменологическом описании синергетических процессов, но и в изучении нелинейных дифференциальных уравнений, которым эти процессы подчиняют ся;

• повышение квалификации преподавателей естественно-математических дисциплин указанного бакалавриата будет опираться на:

– изучение методологии, позволяющей формировать в сознании студентов восприятие содержания отдельных предметов как различных аспектов единой действительности;

– самостоятельную разработку методик обучения, основанную на указанной методологии;

• обучение студентов гуманитарного бакалавриата будет предусматривать использование методологии, позволяющей формировать восприятие естествен но-математических и гуманитарных дисциплин как аспектов неразрывного це лого, условно разделяющих единую неделимую действительность;

• повышение квалификации преподавателей гуманитарного бакалавриата будет опираться на изучение методологии, позволяющей формировать в созна нии студентов восприятие содержания гуманитарных и естественно математических предметов как различных аспектов единой действительности.

Для достижения поставленной цели и проверки выдвинутой гипотезы были сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать теоретический материал, накопленный практический опыт по межпредметным связям и междисциплинарной интеграции, изучить совре менные представления о закономерностях процессов восприятия информации.

2. Установить особенности информационного обмена в процессе обучения раз личным естественно-математическим и гуманитарным дисциплинам.

3. Обосновать методологию координации содержания естественно математического образования.

4. Разработать:

– методику подготовки преподавателей к обучению студентов бакалаврита ес тественно-математическим дисциплинам в условиях постнеклассического этапа развития науки;

– учебное пособие, излагающее основы неклассического и постнеклассического естествознания, предназначенное для слушателей курсов повышения квалифи кации и студентов бакалавриата;

– учебные пособия, реализующие методологию координации содержания есте ственно-математического образования, предназначенные для студентов и пре подавателей бакалавриата.

5. Осуществить экспериментальную проверку:

• усвоения слушателями курсов повышения квалификации:

– концепции естественнонаучного подхода к анализу процессов информаци онного обмена;

– методологии координации содержания естественно-математического образо вания;

– представлений о естественно-математическом описании основ неклассиче ского и постнеклассического естествознания;

• качества знаний основ неклассического и постнеклассического естество знания, приобретаемых студентами бакалавриата с помощью преподавателей, прошедших подготовку на курсах повышения квалификации при кафедре ин женерной педагогики Национального исследовательского Томского политех нического университета.

Методологическую основу исследования составили идеи, принципы, методы и подходы общенаучной методологии, гносеологии, науковедения:

идеи историзма, целостности, взаимосвязи научного и философского познания, динамичной структуры научного познания (В.И. Вернадский, В.С. Стёпин, Б.М. Кедров, и др.), идея синергетической природы общественно- историческо го процесса научного познания (Г. Хакен, И. Пригожин, Г. Николис, И. Стенгерс, С.П. Капица, Г.Г. Малинецкий, Е.Н. Князева, С.П. Курдюмов, Н.М. Таланчук, и др.), синергетические подходы к обучению (О.Н. Астафьева, Т.С. Назарова, и др.), методы педагогической синергетики (М.А. Весна, М.А.

Фёдорова и др.), принципы системно-синергетического подхода к анализу и организации учебного процесса (В.И. Андреев, В.И. Аршинов, В.Г. Буданов, Л.Ю. Калинин, Ю.Л. Климонтович, О.Н. Козлова, Д.И. Трубецков, П.И.Третьяков, С.С. Шевелёва, М.Г Кучеренко, Ю.К. Махно, В.Г. Виненко, и др.), методы диагностики качества обучения (В.С. Аванесов, Н.А. Гулюкина, М.Б. Челышкова, А.Н. Майоров, М.Г. Минин и др.), методы и подходы к обу чению на основе межпредметной интеграции (В.С. Леднёв, И.Д. Зверев, ….

В.Н. Максимова, Д.П. Ерыгин, Н.Е. Кузнецова, М.А. Шаталов, и др.).

Теоретической базой исследования явились фундаментальные работы в области философии образования (Б.С. Гершунский, С.И. Гессен, В.В. Краев ский, И.Я. Лернер Б. Саймон и др.), дидактики (В.С. Безрукова, В.И. Загвязин ский, Л.Я. Зорина, В.С. Леднёв, М.Н. Скаткин, и др.), теории оптимизации про цесса обучения (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, П.М. Эрдниев, и др.), теории учебно-познавательной деятельности (Дж. Брунер, П.Я. Гальперин, Ж. Пиаже и др.), теорий развивающего, проблемного, личностно-ориентированного обуче ния (В.И. Андреев, В.В. Гузеев, В.В. Давыдов, М.И. Махмутов, В.В Сериков, И.С. Якиманская и др.), теории педагогического образования (Б.Т. Лихачёв, П.И. Пидкасистый, И.Ф. Харламов и др.).

Для решения поставленных задач применялись теоретические и эмпири ческие методы исследования.

Теоретические методы: теоретический анализ и синтез, абстрагирование и конкретизация, аналогия и моделирование, изучение философской, психоло го-педагогической и методологической литературы, стандартов естественнона учного образования и подготовки педагогических кадров, а также методиче ских и учебно-программных материалов. Эмпирические методы: анализ и обобщение педагогического опыта, анкетирование, беседы, наблюдение, педа гогический эксперимент, статистические методы обработки педагогического эксперимента.

Научная новизна исследования:

• Разработаны теоретические основы процессов информационного обмена, предлагающие воспринимать информационный обмен между преподавателем и обучающимся как развитие знания – процесс, представляющий собой один из аспектов единой эволюции живых, физико-химических и ментальных систем.

• Обоснована объективная необходимость формулирования нового дидакти ческого принципа, который может быть назван принципом комплементарности (соответствия) уровня развития естествознания и модели организации процесса естественно-математического образования (подразумевается, что каждый по следующий этап развития науки представляет собой более высокий уровень её достижений).

• Расширено толкование принципа междисциплинарных связей, область применения которого в настоящей работе распространяется не только на связи между различными естественно-математическими дисциплинами, но также на:

- внутридисциплинарные связи между различными темами (модулями) внутри одной дисциплины;

- связи между естественно-математическими и гуманитарными дисциплинами;

- связи между учебными дисциплинами и содержанием современного естество знания.

• Уточняются границы применимости принципа наглядности: рекоменду ется чрезвычайно осторожно пользоваться указанным принципом при рас смотрении основ неклассического естествознания, и делать акцент на воспита нии умения оперировать понятиями, не представляемыми наглядно (четырёх мерное не Эвклидово пространство, корпускулярно-волновой дуализм, мнимая размерность и др.). Вместе с тем, изучение основ постнеклассического естест вознания, напротив, предполагает возврат к активному использованию принци па наглядности, поскольку объектом рассмотрения вновь становятся фрагмен ты привычного макромира Эвклидова пространства.

• Выделены в качестве отдельных элементов содержания учебного процесса системообразующие, связующие сведения и знания, активное использование которых при обучении естественно-математическим дисциплинам способствует формированию у обучающихся целостной естественнонаучной картины мира.

• Предложена методология координации содержания естественно математического образования, рассматривающая координацию содержания:

— различных тем (модулей) внутри одной дисциплины (физики, химии, биоло гии, математики);

— различных естественно-математических дисциплин между собой;

— естественно-математических и гуманитарных дисциплин;

— естественно-математического образования с содержанием достижений со временной науки, позволяющая устранять несогласованности при обучении предметам естест венно-математического цикла и регулировать процессы их интеграции с дисци плинами гуманитарными.

• Предложен критерий – восприятие пространства, времени, события, на блюдателя учёными различных эпох – позволяющий разделять классический, неклассический и постнеклассический уровни естествознания. В классическом естествознании пространство, время, событие и наблюдатель рассматриваются как четыре независимых друг от друга компонента действительности. В неклас сическом естествознании все четыре указанных компонента оказываются объ единёнными в одно, единое целое, движущееся в уникурсальном направлении – от прошлого к будущему. В постнеклассическом естествознании будущее ока зывается разветвлённым.

Теоретическая значимость исследования:

• Разработана концепция естественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена, согласно которой закономерности мышления, обме на знаниями и информацией аналогичны закономерностям вещественно - энер гетического обмена, наблюдающимся в физических, химических и биологиче ских процессах. В рамках предложенной концепции предлагается рассматри вать процессы:

- физические;

- обеспечивающие функционирование живых систем;

- информационного обмена при обучении аспектами единого целого, системообразующим звеном которого является раз витие – самоорганизующийся недетерминированный процесс, объединяющий в единое целое физические, живые и ментальные явления.

Таким образом, снимается антагонизм противоречия между двумя доми нирующими концепциями современного естествознания: физикоцентризмом, утверждающим объяснимость всего мироздания одними физическим явлениям и витацентризмом, постулирующим жизнь как вселенскую стихию, присущую любому феномену. Предлагается рассматривать процессы физические, процес сы обеспечивающие функционирование живых систем и процессы информаци онного обмена при обучении, аспектами единого целого.

• Получили дальнейшее развитие три направления синергетического подхода к учебному процессу, сформулированных В.Г. Будановым: синергетика для об разования, синергетика в образовании, синергетика образования. В рамках пер вого направления, предполагающего разработку интегративных курсов обуче ния, реализована методология координации содержания различных дисциплин, позволяющая: регулировать процессы интеграции естественно-математических и гуманитарных дисциплин, снимать замеченные противоречия между предме тами естественно-математического цикла, устранять внутридисциплинарные несогласованности между различными темами одного предмета. В соответст вии со вторым направлением, характеризующимся внедрением в учебный про цесс материалов, иллюстрирующих принципы синергетики, разработано со держание учебного материала по основам неклассического и постнеклассиче ского естествознания, предназначенного для преподавателей и студентов бака лавриата. В развитие третьего направления, предусматривающего синергетич ность самого обучения в условиях постнеклассического этапа развития науки, делается вывод о необходимости построения процессов образования, основан ных на смещении акцента к самостоятельному поиску информации обучаемым в открытой динамичной информационной среде Интернета.

• Обоснованы целесообразность и важность мониторинга содержания есте ственно-математического образования бакалавров, заключающегося в система тическом просмотре изучаемых тем, поиске и исследовании несогласованно стей, нарушений логики последовательности изложения учебного материала, которые могут возникать внутри одной дисциплины, между различными дис циплинами, между содержанием учебного материала и достижениями совре менной науки;

Практическая значимость работы заключается в том, что:

• предложенная в диссертации методология позволила:

- устранить многие несогласованности в содержании обучения как внутри от дельных естественно-математических дисциплин (физики, химии, биологии, математики), так и между ними, формируя и поддерживая у обучающихся представления о неразрывной целостности современной естественнонаучной картины мира;

- интегрировать фрагменты содержания физико-математического образования в содержание гуманитарного музыкального образования, используя, в частности, точные уравнения для описания музыкальных строев;

- сократить разрыв между современным постнеклассическим уровнем достиже ний современной науки и классическим уровнем содержания естественно - ма тематического учебного материала, предназначенного для студентов бакалав риата.

• На основе методологии координации содержания естественно математического образования разработаны учебные пособия «Основы неклас сического и постнеклассического естествознания», «Математика», «Естествен никум» и рабочие программы, которые легли в основу следующих курсов по вышения квалификации для преподавателей бакалавриата:

- координация содержания естественно-математического образования с содер жанием достижений современной науки;

- координация содержания естественно-математических и гуманитарных дис циплин;

- координация содержания химии и биологии;

- координация содержания физики и математики;

- внутридисциплинарная координация различных разделов химии.

• Разработана рабочая программа курса «Основы неклассического и пост неклассического естествознания», предназначенная для студентов бакалавриа та, обучающихся по направлениям подготовки: 011200 – Физика;

020100 – Хи мия;

020400 – Биология;

010100 – Математика.

Исследование проводилось в 4 этапа:

На поисковом этапе (2001 – 2004 гг.) анализировалась педагогическая, ди дактическая, научно-методическая, философская литература, связанная с темой диссертационного исследования;

сопоставлялся уровень достижений современ ного естествознания с содержанием естественнонаучного образования в сред них, средних специальных и высших учебных заведениях. Изучались синерге тические подходы к анализу и организации образовательной деятельности (пе дагогическая синергетика, синергизм, ценностно-синергетический подход, сис темно-синергетический подход), а также предпосылки к синергетическим под ходам – многочисленные работы по теории, практике междисциплинарных свя зей и междисциплинарной интеграции. Сопоставлялась динамика междисцип линарного взаимодействия в образовании с динамикой междисциплинарного взаимодействия в науке. Обнаружилось недостаточное внимание к отражению достижений неклассического и постнеклассического естествознания в учебном процессе.

На экспериментально-формирующем этапе (2004 – 2008 гг.) разрабатыва лись предложения по дополнению содержания отдельных общеобразователь ных тем физики, химии, биологии, естествознания, математики конкретными связующими и системообразующими сведениями, позволяющими устранять несогласованности в практике обучения этим дисциплинам. Осуществлялись констатирующий, пробный и формирующий этапы педагогического экспери мента на курсах повышения квалификации Национального исследовательского Томского политехнического университета с участием преподавателей Томского государственного педагогического университета, Национального исследова тельского Томского государственного университета и других вузов России учащихся.

На экспериментально-обучающем этапе (2008 – 2010 гг.) осуществлялся контрольный этап педагогического эксперимента. В том числе проводилось ис следование влияния изученной педагогами методологии координации содержа ния естественно-математического образования на качество усвоения студента ми бакалавриата сведений междисциплинарного характера, включающих в себя достижения неклассического и современного постнеклассического естество знания.

На заключительном этапе (2010 – 2011 гг.) корректировались основные положения исследования, обобщались и систематизировались материалы педа гогического эксперимента, формулировались выводы, завершалась работа над диссертацией.

Экспериментальная база исследования: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томский государственный педагогиче ский университет, Томский областной музыкальный колледж им. Э.В. Денисо ва. В отдельных аспектах исследования были задействованы: Томский област ной институт повышения квалификации и переподготовки работников образо вания (ТОИПКРО), учебно-методический центр областного управления на чального профессионального образования администрации Томской области.

На защиту выносятся:

1. Концепция естественнонаучного подхода к анализу процессов информаци онного обмена, включающая модель взаимодействия обучаемого с поступаю щей к нему информацией, аналогичную модели взаимодействия естественнона учных систем с внешней средой. Закономерности мышления, обмена знаниями и информацией оказываются сопоставимыми с естественнонаучными законо мерностями вещественно-энергетического обмена, наблюдающимися в физиче ских, химических и биологических системах.

2. Методология координации содержания естественно-математического обра зования, разработанная в рамках концепции синергетического подхода к анали зу процессов информационного обмена и включающая в себя следующие эта пы:

— мониторинг – систематический просмотр изучаемых тем, поиск и исследова ние несогласованностей, нарушений логики последовательности изложения учебного материала, которые могут возникать внутри одной дисциплины, меж ду различными дисциплинами, между содержанием учебного материала и дос тижениями современной науки;

— устранение несогласованностей – разработка способов, методов и методик устранения обнаруженных нарушений логики изложения материала с помощью связующих и системообразующих сведений;

—систематизация – поиск возможностей интеграции предлагаемого студентам материала, позволяющей воспринимать разрозненные сведения аспектами еди ного целого.

3. Положение о несоответствии содержания современного классического ес тественно-математического образования постнеклассическому уровню дости жений современной науки. Классическое естествознание, сформированное И. Ньютоном, Р. Декартом, Р. Бойлем, остаётся для обучаемых главным источ ником естественнонаучных сведений о явлениях окружающей действительно сти. Неклассическое естествознание, основанное А. Эйнштейном, В. Гейзен бергом, Э. Шрёдингером излагаемое достаточно специфическим математиче ским языком, оказывается практически доступным лишь узкому кругу специа листов. Попытки представить неклассическое естествознание классическим языком, оправдываемые стремлением к доступности изложения, мало способ ствуют развитию диалектического мышления, формированию современной на учной картины мира, предоставляя для восприятия преимущественно образные, внешние картинки действительности, внутри которых остаётся спрятанной суть объектно-субъектного единства. Обучение постнеклассическому естествозна нию, зародившемуся в 20 веке благодаря трудам И. Пригожина, Г. Хакена, ог раничивается феноменологическим описанием синергетических процессов и определениями основных понятий синергетики, не затрагивая уникальных свойств нелинейных дифференциальных уравнений, которым подчиняются все синергетические процессы.

4. Теоретические представления о развитии двух направлений синергетическо го подхода к учебному процессу: синергетика для образования, синергетика в образовании. Первое направление (синергетика для образования) предполагает разработку интегративного обучения различным естественнонаучным дисцип линам, которая может осуществляться на основе методологии координации со держания различных дисциплин. Второе направление (синергетика в образова нии) характеризуется внедрением в частных дисциплинах материалов, иллюст рирующих принципы синергетики. При этом математическое описание таких простейших синергетических систем как брюсселятор, орегонатор, ячейки Бе нара целесообразно предлагать студентам бакалавриата технических специаль ностей.

5. Критерий, позволяющий педагогам и обучающимся однозначно разделять классический, неклассический, постнеклассический уровни естествознания и представляющий собой совокупность особенностей восприятия пространства, времени, события, наблюдателя учёными различных эпох.

В классическом естествознании, сформированном физикой И. Ньютона, Р. Декарта, Р. Бойля, пространство представляет собой протяжённость, в кото рой располагаются объекты и происходят наблюдаемые события, а время – длительность, относительно которой измеряются эти события, в том числе про цессы эволюции. Пространство, время, событие и наблюдатель рассматривают ся как четыре независимых друг от друга компонента действительности.

В неклассическом естествознании А. Эйнштейна, В. Гейзенберга, Э. Шрёдингера все четыре условно выделенных компонента действительности (пространство, время, событие, наблюдатель) оказываются объединёнными в одно, единое целое, движущееся в уникурсальном направлении – от прошлого к будущему.

Постнеклассическое естествознание, основоположниками которого счи таются И. Пригожин и Г. Хакен, обнаружило способность материи к макропро цессам, направление развития которых, начиная с определённого момента (точ ки бифуркации) становится многовариантным, а выбор конкретного варианта оказывается принципиально непредсказуемым для наблюдателя. Таким обра зом, свойства прошлого и будущего в постнеклассическом естествознании ста новятся существенно различными. Если прошлое определяется изучением пройденного пути, то будущее оказывается объективно вероятностным и точно не предсказуемым в принципе, оно оказывается разветвлённым.

Достоверность результатов обеспечивается исходными методологиче скими и теоретическими позициями исследования, соответствующими его це лям и задачам;

концептуальной непротиворечивостью положений и выводов диссертации основным положениям современной дидактики и методологии пе дагогики;

репрезентативностью данных, полученных в ходе педагогического эксперимента;

апробацией результатов исследования.

Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты иссле дования внедрены в практику обучения учащихся средней общеобразователь ной школы, средних специальных и высших учебных заведений, а также в про цесс повышения квалификации преподавателей системы среднего, начального профессионального и высшего образования с использованием учебных пособий и методики, разработанных автором. Основные положения работы обсуждались на следующих конференциях:

— международных: «X Российско-Американская научно-практическая конфе ренция по актуальным вопросам современного университетского образования» (Санкт-Петербург, 2007);

«Интеграция Казахстана в мировую систему образо вания: перспективы развития, проблемы и пути их преодоления» (Республика Казахстан, Талдыкорган, 2006);

«Формирование научной картины мира Чело века XXI века» (Горно-Алтайск, 2006);

«Модернизация профессионального по слевузовского образования: теория и практика подготовки научно педагогических кадров» (Томск, 2006), «Управление качеством образования:

проблемы непрерывного образования» (Екатеринбург, 2006),;

«Формирование научной картины мира Человека XXI века» (Горно-Алтайск, 2007);

— всероссийских: «Непрерывное педагогическое образование: качество, про блемы, перспективы», (Томск, 2002), «Х Всероссийская конференция студен тов, аспирантов и молодых учёных «Наука и образование» (Томск, 2006);

«Ак туальные проблемы модернизации химического и естественнонаучного образо вания» (Санкт-Петербург, 2008);

— межрегиональных и региональных: «Проблемы инженерного образования» (Томск, 2003), «Новые педагогические технологии в вузе» (Шадринск, 2006), «Музыкальное искусство: из века ХХ в век ХХI» (Томск, 2006).

Структура работы определялась задачами исследования и последова тельностью их решения. Диссертация состоит из: введения, четырёх глав, за ключения, библиографии, приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, выделены противоречия, сформулирована проблема исследования, определены объект, предмет, цель и задачи исследования, предложена гипотеза, представлена методологическая ба за исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, обосно ваны научная новизна, теоретическая и практическая значимость результатов работы.

В первой главе «Междисциплинарная интеграция содержания есте ственно-математических дисциплин в науке и образовании» анализируется богатый опыт исследования интеграционных процессов в естествознании и учебном процессе, которые сегодня воспринимаются как одно из проявлений синергетических свойств социальной системы. Сопоставляется динамика со гласования научных направлений с динамикой взаимодействия различных учебных дисциплин. Рассматриваются классификации и функции межпредмет ных связей, их место в картине синергетического единства образовательного пространства, методики скоординированного обучения различным учебным предметам. Прослеживается развитие понятийного аппарата синергетических подходов к анализу образовательных процессов, в том числе терминов, не по лучивших, пока, всеобщего признания: «педагогическая синергетика», «ценно стно-синергетический подход», «синергизм», «системно-синергетический под ход» и др. Выделяются основные направления синергетических подходов.

До недавнего времени при рассмотрении соотношения процессов меж дисциплинарной дифференциации и интеграции выделяли три основных этапа развития научного познания: синкретический, классический и неклассический..

Первый этап относится к античной науке. В это время происходит становление научного познания. Оно ещё не дифференцировано, не расчленено, находится в синкретическом состоянии. Наука только зарождается, она заменяет мифоло гию, пытается постичь окружающий мир, заменить слепую веру знанием. Зна ния в античный период не развиты и стремление постичь то, что лежит в основе мироздания, реализуется во многом наивными путями. Знаковыми представи телями этого этапа можно назвать Пифагора (6 в. до н.э.) и Аристотеля (384- до н.э.). Разделённые друг от друга во времени почти на три столетия, они оди наково целостно воспринимали науку, искусство и религию.

Второй этап развития науки ознаменовался её дифференциацией на от дельные отрасли. Именно на этом этапе, в ответ на потребность измерения зе мельных площадей, возникли арифметика и геометрия, механика развилась в ходе работы по созданию приспособлений для поднятия тяжестей и откачки воды. Появление физиологии и биологии обусловлено развитием сельскохозяй ственной практики. Особенно быстрое «отпочкование» частных наук от син кретического знания, роль которого играла философия, происходило в эпоху Возрождения. Дифференциация наук длилась почти до середины XIX столетия.

А.П. Суханов считает, что противоположного явления – интеграции наук – в это время не наблюдалось. Аналогичной точки зрения придерживается Б.М. Кедров. Согласно его взглядам, в аналитическую, или дифференциальную, стадию своего развития познание вступило в эпоху Возрождения, когда начался процесс массового отпочкования от ранее нерасчленённой или слабо расчле нённой науки древних отдельных научных дисциплин – чтобы исследовать ча стности, надо было вычленить их из общей связи. Возникала современная наука в собственном смысле этого слова: сначала математика и естествознание (фи зика, химия, биология и т.д.), а несколько позднее обществоведение (политэко номия, социология, демография и т.д.). Так возникали первые и вместе с тем базовые единицы научного знания. При этом между самими дисциплинами практически не было внутренних или непосредственных контактов. Однако, В.С. Стёпин, рассматривая конкретные примеры, сделал вывод, что на протя жении всей истории развития наук, их дифференциация всегда сопровождалась интеграцией. В то же время, интеграция не препятствовала дальнейшей диффе ренциации наук, но более того обусловливала её.

Разработка А. Эйнштейном теории относительности, благодаря которой обнаружилась зависимость свойств пространства, времени и вещества от со стояния наблюдателя (субъекта), а также возникновение квантовой химии, квантовой механики, заставили отказаться от классического восприятия науки, сформированного И. Ньютоном, Р. Декартом, Р. Бойлем. Наука перестала быть классической. Она стала неклассической. Объединение разрозненных явлений в единую естественнонаучную картину стало основной тенденцией исследова ний. Интеграционная мощь нового, третьего, этапа естествознания проявилась в восприятии неразрывной целостности: пространства, времени, гравитации, массы.

Современный уровень развития науки, обусловленный изучением синер гетических закономерностей действительности во всех её проявлениях, знаме нуется четвёртым постнеклассическим этапом, в котором создаются новые предпосылки формирования единой научной картины мира (рис.1).

Зарождение этого этапа связывают с именами И. Пригожина, Г. Хакена и др. По мнению академика Н.Н. Моисеева, «Всё наблюдаемое нами, всё, в чём мы сегодня участвуем, это лишь фрагменты единого синергетического процес са». Важной особенностью синергетических процессов является то, что они всегда характеризуются возникновением нового качества в системе, состоящей из взаимодействующих между собой элементов любой природы, поэтому про граммной установкой синергетики является поиск общих идей, общих методов, общих закономерностей процессов самоорганизации в самых различных облас тях естественнонаучного, технического и гуманитарного знания.

Открытие современным естествознанием синергетического единства кар тины мира привело к необходимости формирования синергетического подхода к преподаванию естественнонаучных дисциплин, который призван отразить достижения современной науки в учебном процессе.

Параллельно формированию постнеклассического естествознания, в ди дактике накапливались предпосылки для рождения педагогической синергети ки – многочисленные разработки по теории, практике межпредметных связей и междисциплинарной интеграции:

— обосновывалась объективная необходимость отражать в учебном познании реальные взаимосвязи объектов и явлений природы и общества;

— классифицировались по видам, типам и уровням существующие и разраба тываемые межпредметные связи;

— подчёркивались обучающая, развивающая, воспитывающая и мировоззрен ческая функции междисциплинарных связей, их положительное влияние на формирование системы научных знаний и общее умственное развитие ученика;

— разрабатывались методики скоординированного обучения различным учеб ным предметам, предпринимались попытки готовить учителя к осуществлению междисциплинарных связей на практике;

— определялось место междисциплинарных связей в картине синергетического единства образовательного пространства.

В настоящее время при рассмотрении интеграционных образовательных процессов выделяют междисциплинарные и внутридисциплинарные связи.

О.С. Зайцевым подчёркивается, что учебную дисциплину по фундаментальной науке следует рассматривать как систему, в которой каждый элемент связан непосредственно с другими элементами, благодаря чему достигается макси мальное число внутридисциплинарных связей, способствующих формированию научного знания и отвечающего ему типа мышления. Внутридисциплинарные связи являются системообразующими связями в содержании учебной дисцип лины.

Важность использования междисциплинарных связей при системном подходе к образовательному курсу вытекает из рассмотрения учебной дисцип лины как элемента системы дисциплин, предлагаемых учащемуся в течение не которого интервала времени обучения.

Междисциплинарные (межпредметные) связи играют роль системообра зующих связей между изучаемыми дисциплинами и усиливают мотивацию учащихся к изучению данной дисциплины. Междисциплинарные связи показы вают им границы изучаемой науки и места соприкосновения со смежными нау ками, а также повышают степень многосторонности рассмотрения изучаемого объекта.

В рамках синергетического подхода в образовании В.Г. Будановым были выделены три направления: синергетика для образования (интегративные кур сы по завершению очередного цикла обучения), синергетика в образовании (внедрение в частные дисциплины материалов, иллюстрирующих принципы синергетики), синергетика образования (синергетичность самого процесса об разования). Наметилась тенденция формирования на основе синергетического подхода и педагогической синергетики новых самостоятельных направлений исследования педагогических процессов: системно-синергетический подход (Ю.К Махно, В.Г. Виненко, М.Г. Кучеренко, О.Н. Козлова, П.И. Третьяков, И.Б. Сенновский ), ценностно-синергетический подход (В.В. Маткин), синер гизм (И.В. Роберт).

Обозначились попытки применения синергетического подхода к управле нию развитием образования (В.Г. Рындак), выражающиеся в обосновании необ ходимости: резонансного возбуждения внутренних потенций личности, созда ния нелинейных ситуаций открытого диалога при оценке результатов принятых решений, признания равноценности прямой и обратной связи, комбинирования методов экспертизы качества образования, спонтанного нарастания сложности требований, наличия вероятностных, статистических связей субъектов и объек тов управления.

При сопоставлении динамики интеграционных процессов в науке и обра зовании, преодолевающих классический, неклассический и постнеклассический этапы развития естествознания, обнаружилось особенно недостаточное внима ние к серьёзному отражению достижений неклассического естествознания в учебном процессе. Освоив дидактические принципы освещения фундаменталь ных классических представлений о физике, химии, биологии, математике, со временные педагогические исследования сосредоточились на разработке прин ципов обучения постнеклассическому естествознанию, минуя тернии некласси ческой науки. Кроме того, приходится констатировать, что развивающиеся се годня в рамках или на основе синергетического подхода дидактические направ ления не рассматривают важной составляющей синергетики – энтропийных ко лебаний самоорганизующейся системы, учёт которых при анализе содержания образования может пролить дополнительный свет на закономерности учебного процесса.

Во второй главе «Теоретические предпосылки пересмотра содержа ния естественно-математического образования студентов бакалавриата» содержится описание разработанной автором концепции естественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена и предлагаемой диссер тантом методологии координации содержания естественно-математического образования, позволяющей эффективно согласовывать содержание:

– различных тем (модулей) внутри одной дисциплины (физики, химии, биоло гии, математики);

– различных естественно-математических дисциплин между собой;

– естественно-математических и гуманитарных дисциплин;

– естественно-математического образования с содержанием достижений совре менной постнеклассической науки (рис.1).

Количество Пост информации некласси ческая наука Некласси ческая наука Класси ческая наука Синкрети ческая наука Время Рис. 1. Экспоненциальный рост количества информации, вырабатываемой на учными исследованиями.

В предложенной концепции естественнонаучного подхода к анализу про цессов информационного обмена предлагается рассматривать:

- процессы физические;

- процессы, обеспечивающие функционирование живых систем;

- процессы информационного обмена при обучении аспектами единого целого, системообразующим звеном которого является си нергетическое развитие – течение самоорганизующегося необратимого неде терминированного процесса.

Действительно, включение в процесс функционирования открытой физи ко-химической системы входящих компонентов a, b (рис. 2), для живой систе мы оказывается усвоением продуктов питания, а для ментальной системы вос принимается как процесс понимания, то есть процесс установления связи меж ду новыми знаниями и знаниями, приобретёнными ранее.

Рис. 2. Модель единства закономерностей функционирования: физических сис тем, организмов, знания. Для брюсселятора: а, b – входящие компоненты;

z, e – исходящие компоненты;

х, у – интермедиаты. Для организма: а, b – пище вые продукты и вещества, потребляемые организмом;

z, e – отходы жизнедея тельности;

х, у –- промежуточные продукты переработки входящих компонен тов, самоорганизующиеся в структуру организма. Для знания: а, b – сведения, предоставляемые студенту на различных естественно-математических дисцип линах;

z, e – сведения, излагаемые студентами при их аттестации (экзамен, контрольная работа, устный ответ);

х –знания, усвоенные на дисциплине а;

у–знания, усвоенные на дисциплине b.

Изложенная точка зрения снимает антагонизм противоречия между двумя доминирующими концепциями современного естествознания: физикоцентриз мом, утверждающим объяснимость всего мироздания одними физическим яв лениям и витацентризмом, постулирующим жизнь как вселенскую стихию, присущую любому феномену. Предложенная концепция не противопоставляет явления физические и живые, а, наряду с явлениями ментальными, предлагает воспринимать их аспектами единого синергетического развития – течения са моорганизующегося необратимого недетерминированного процесса. При этом, в качестве частного случая ментальных явлений рассматривается развитие зна ния при обучении (рис. 3.).

Рис. 3. Модель развития знания в процессе обучения:

1 – кодирование сведений;

2 – передача источника информации получателю (обучаемому);

3 – восприятие информации, понимание смысла (раскодирова ние сведений );

4 – самоорганизация знания (включение в систему сущест вующих знаний);

5 – кодирование полученных знаний при аттестации обучае мого.

Согласно концепции естественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена, непонимание обучающимся какой-либо новой темы, то есть, не включение новой информации в систему уже существующих знаний, является сбоем в их самоорганизации, обусловленном отсутствием связующих или системообразующих сведений в содержании обучения.

Исходя из этого, в рамках предложенной концепции была разработана методология координации естественно-математического образования, вклю чающая в себя следующие элементы:

1. Основание методологии, которым в данном случае является концепция есте ственнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена;

2. Характеристики деятельности: особенности, принципы, условия, нормы дея тельности;

3. Логическую структуру деятельности: субъект, объект, формы, результат дея тельности;

4. Временню структуру деятельности: фазы, стадии, этапы.

В качестве характеристики предлагаемой методологии координации содер жания естественно-математического образования приводятся следующие осо бенности:

• знание студента предлагается воспринимать как невещественную мен тальную систему, включающую в себя информацию, сознание и обладающую некоторыми признаками живых систем, нуждающихся в питании;

• питание (информация, излагаемая студентам бакалавриата) должна быть усвояемой (т.е. интегрируемой в систему уже потреблённых знаний) и разви вающей (т.е. подготавливающей формирующееся знание к среде взрослого обитания);

• усвояемость питания (информации) в рамках предлагаемой методологии обеспечивается разработкой связующих и системообразующих сведений, объе диняющих в единое целое отдельные фрагменты знания;

развивающие свойства обеспечиваются учебными материалами, соответствующими современному по стнеклассическому этапу развития науки;

• связующие и системообразующие сведения должны обеспечивать единст во:

— различных тем (модулей) внутри одной дисциплины (физики, химии, биоло гии, естествознания или математики);

— различных естественно-математических дисциплин между собой;

— естественно-математического образования с содержанием достижений со временной науки;

— естественно-математических и гуманитарных дисциплин.

Представляя логическую структуру деятельности, охватываемую предла гаемой методологией, следует указать, что её объектом является содержание естественно-математического образования, субъектом – преподаватель естест венно-математических дисциплин. Предполагаемые формы: образовательные программы, методические и учебные пособия, лекции, семинары, практические работы на занятиях по физике, химии, биологии, естествознанию, математике.

Результатом деятельности по реализации методологии координации содержа ния естественно-математического образования становится восприятие студен тами бакалавриата отдельных физико-математических дисциплин как аспектов единого целого, неразрывно связанного с гуманитарной сферой познания, и от ражающего самые современные достижения современной науки.

Времення структура деятельности в рамках методологии координации содержания естественно-математического образования разбивается на три эта па:

— мониторинг – систематический просмотр изучаемых тем, поиск и исследова ние несогласованностей, нарушений логики последовательности изложения учебного материала, которые могут возникать внутри одной дисциплины, меж ду различными дисциплинами, между содержанием учебного материала и дос тижениями современной науки;

— устранение несогласованностей – разработка способов, методов и методик устранения обнаруженных нарушений логики изложения материала с помощью связующих и системообразующих сведений;

—систематизация – поиск возможностей интеграции предлагаемого студентам материала, позволяющей воспринимать разрозненные сведения аспектами еди ного целого.

При этом, второй этап – устранение несогласованностей – можно воспри нимать как установление междисциплинарной или внутридисциплинарной свя зи, под которой подразумевается логическое единство двух дисциплин или двух разделов одной дисциплины, обеспечиваемое связующими сведениями.

Третий этап – систематизация – представляет собой интеграцию различ ных дисциплин или различных разделов одной дисциплины, обеспечиваемую системообразующими сведениями.

То есть, активно разрабатываемые сегодня процессы междисциплинарной интеграции и установления междисциплинарных связей оказываются компо нентами единой методологии координации содержания естественно математического образования.

Таким образом, предложенная методология может служить интегрирую щим подходом к обучению, объединяющим в единое целое процессы осущест вления междисциплинарных связей и междисциплинарной интеграции.

В главе приведены конкретные примеры использования указанной мето дологии для координации содержания учебного материала между:

– различными разделами одной дисциплины (физики, химии, биологии);

– различными естественно-математическими дисциплинами (физикой и мате матикой, химией и математикой, физикой и химией, химией и биологией);

– естественно - математическими и гуманитарными дисциплинами, в частности для координации содержания учебного материала по физике и математике с со держанием учебного материала по дисциплине «гармония», предусмотренной федеральным государственным образовательным стандартом высшего профес сионального образования по направлению подготовки «Музыкально - инстру ментальное искусство» квалификация (степень) бакалавр;

– естественно-математическими дисциплинами и достижениями современной науки.

В третьей главе «Методические основы подготовки преподавателей к обучению студентов бакалавриата естественно-математическим дисцип линам в условиях постнеклассического этапа развития науки» изложены:

– дидактические принципы и цель подготовки преподавателей к обучению сту дентов бакалавриата естественно-математическим дисциплинам;

– содержание подготовки преподавателей к обучению студентов бакалавриата естественно-математическим дисциплинам;

– методы и технологии подготовки преподавателей к обучению студентов бака лавриата естественно-математическим дисциплинам.

Наряду с использованием дидактических принципов обучения, раз работанных другими авторами, обоснована объективная необходимость форму лирования нового дидактического принципа, который может быть назван прин ципом комплементарности (соответствия) уровня развития естествознания и модели организации процесса естественно-математического образования (под разумевается, что каждый последующий этап развития науки представляет со бой более высокий уровень её достижений). Подчёркивается, что обучению классическим основам естествознания на школьном уровне наиболее адекватна классическая модель обучения с классно-поурочной системой в классах и временнй разбивкой на четверти и учебные года. Профессиональное образо вание, динамично развивающееся в последние годы, должно осуществляться в рамках модели, соответствующей неклассическому и постнеклассическому уровню развития современной науки: с активным использованием неформаль ного и информального обучения, Интернет - технологий, делокализацией места и времени обучения, вариативной траекторией обучения Однако, эта модель, пока, только формируется. Кроме того, значительно расширено и существен но уточнено понимание некоторых из известных принципов. В частности, рас ширено толкование принципа междисциплинарных связей, область применения которого в настоящей работе распространяется не только на связи между раз личными естественно-математическими дисциплинами, но также на: внутри дисциплинарные связи между различными темами (модулями) внутри одной дисциплины, связи между естественно-математическими и гуманитарными дисциплинами, связи между учебными дисциплинами и содержанием совре менного естествознания (рис. 4).

Уточняются границы применимости принципа наглядности. В частности, констатируется, что математический аппарат теории гравитации включает в се бя, четвёртое измерение пространства Минковского или Римана, которое явля ется абстракцией, не представляемой наглядно. Практикуемые сегодня описа ния разницы между четырёхмерным пространством Минковского и трёхмер ным пространством Эвклида при помощи аналогии с разницей между трёхмер ным пространством и плоскостью, представляются мало оправданными, по скольку четвёртое измерение не является Эвклидовым, и по своим свойствам принципиально отличается от первых трёх.

Что касается наглядных схем движения электрона, то они, в большинстве случаев, искажают реальные представления неклассического естествознания о корпускулярно-волновой природе движения элементарных частиц. В целом, следует признать, что, при рассмотрении основ неклассического естествознания принципом наглядности следует пользоваться чрезвычайно осторожно, и де лать акцент на воспитании умения оперировать понятиями, не представляемы ми наглядно. Вместе с тем, изучение основ постнеклассического естествозна ния, напротив, предполагает возврат к активному использованию принципа на глядности, поскольку объектом рассмотрения вновь становятся фрагменты привычного макромира Эвклидова пространства.

Основной целью подготовки преподавателей к обучению студентов бака лавриата естественно-математическим дисциплинам является формирование компетенций, соответствующих современному постнеклассическому этапу развития науки.

При этом, общекультурная компетенция, формируемая у слушателей кур сов повышения квалификации в процессе изучения ими:

- концепции естественнонаучного подхода к анализу процессов информацион ного обмена;

- методологии координации содержания естественно-математического образо вания;

- основ неклассического и постнеклассического естествознания Содержание современного естествознания Содержание Содержание Химия Математика гуманитарных дисциплин естественно-математических Физика Биология дисциплин Содержание Тема (модуль) 1 Тема (модуль) отдельной Тема (модуль) 3 Тема (модуль) дисциплины Рис. 4. Взаимосвязь между учебными дисциплинами и содержанием современ ного естествознания.

может быть сформулирована следующим образом «Выпускник курсов повы шения квалификации при кафедре инженерной педагогики Национального ис следовательского Томского политехнического университета должен обладать следующей общекультурной компетенцией: способностью понимать разнооб разие естественнонаучных феноменов как проявление различных аспектов единой действительности».

Профессиональные компетенции могут быть выражены так «Выпускник курсов повышения квалификации при кафедре инженерной педагогики Нацио нального исследовательского Томского политехнического университета должен обладать следующими профессиональными компетенциями: владеет естествен но-математическими основами неклассического и постнеклассического естест вознания;

способностью применять концепцию естественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена и методологию координации со держания естественно-математического образования в своей профессиональной деятельности при обучении студентов бакалавриата».

Содержание подготовки преподавателей к обучению студентов бакалав риата естественно-математическим дисциплинам определяется целью, которая заключается в формировании компетенций, соответствующих современному постнеклассическому этапу развития науки. Поэтому всем слушателям курсов повышения квалификации, независимо от конкретной специализации препода вателя – обучает ли он физике, химии, биологии или математике – важно обсу дить критерий дифференциации классического, неклассического и постнеклас сического естествознания. При этом, предлагаемое в качестве критерия, вос приятие пространства, времени, события, наблюдателя учёными различных эпох не следует излагать как истину в последней инстанции, но лишь как один из возможных вариантов. Тем не менее, обоснование предлагаемого варианта обязательно. В частности, необходимо:

- напомнить о зарождении в начале 20 века понимания существования геомет рических свойств пространственно-временного континуума, его способности искривляться:

- изложить эволюцию представлений о причинности, соотношении детермини рованных и недетерминированных процессов;

- выделить черты неклассического естествознания, такие как: признание нераз рывности единства четырёх компонентов действительности, открытие недетер минированности микропроцессов, сохранение жёсткой детерминированности макропроцессов;

- представить признание недетерминированности некоторых макропроцессов как черту постнеклассического естествознания;

- обсудить понятийный аппарат классического, неклассического и постнеклас сического естествознания.

Однако, этот материал целесообразно предварить рассмотрением концеп ции естественнонаучного подхода к анализу процессов информационного об мена, изложенной в предыдущей главе, а также методологии координации со держания естественно-математического образования, представленной там же.

При рассмотрении концепции необходимо перечислить её постулаты и детально обсудить основные понятия концепции: связующие сведения, систе мообразующие сведения, понимание учебного материала, информация, знание, синергетическая система, синергетический процесс. Привести подробное обос нование аналогии между естественнонаучными процессами и процессами ин формационного обмена. Подчеркнуть единство закономерностей функциониро вания: физических систем, организмов, знания.

Рассмотрение методологии координации содержания естественно математического образования должно вытекать из рассмотрения концепции ес тественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена как детерминированное следствие. Например, поскольку концепция рассматривает знание как систему, аналогичную не только синергетической системе, но и жи вому организму, нуждающемуся в усвояемом питании, то, следовательно, должна быть разработана методология, позволяющая систематически отслежи вать усвояемость информационного питания (содержания учебного материала) предлагаемого обучаемым, наряду с традиционным отслеживанием его усвое ния. Содержание обучения методологии должно включать:

– элементы методологии: основание методологии, характеристику (особенно сти) деятельности, логическую структуру, временню структуру;

– этапы реализации методологии: мониторинг, устранение несогласованностей, систематизацию;

– область применения – координацию содержания: различных тем (модулей) внутри одной дисциплины (физики, химии, биологии, математики), различных естественно-математических дисциплин между собой, естественно - математи ческих и гуманитарных дисциплин, естественно-математического образования с содержанием достижений современной науки.

При проведении занятий с группой слушателей курсов повышения ква лификации, включающей преподавателей бакалавриата, обучающих физике, химии, биологии, математике, желательно рассмотреть не только особенности синергетических систем и синергетических процессов, но также и математиче ский аппарат неклассического и постнеклассического естествознания. Рассмот реть все тонкости этого аппарата за непродолжительное время, отведённое для слушателей курсов, разумеется, невозможно. Поэтому, в данном случае, важно предложить логическую последовательность изложения материала, на основа нии которой преподаватели самостоятельно в межкурсовой период смогут раз рабатывать свои рабочие программы по обучению основам неклассического и постнеклассического естествознания студентов бакалавриата. Математический аппарат неклассического естествознания предлагается рассматривать со слуша телями курсов повышения квалификации в следующей последовательности:

– гравитационное уравнение А. Эйнштейна;

тензор кривизны;

тензор энергии импульса;

метрический тензор;

– сопоставление геометрических понятий: кривизна линии, кривизна плоско сти, кривизна пространства;

– пространства Эвклида, Минковского, Римана;

– особенности квантово-волновых уравнений, описывающих субатомные про цессы;

– сопоставление принципа неопределённости Гейзенберга с принципом относи тельности А. Эйнштейна;

– принципиальные отличия математического аппарата общей теории относи тельности (теории гравитации) от математического аппарата квантовой меха ники и квантовой теории поля.

Особенности математического аппарата постнеклассического естество знания, по-сути, сводятся к особенностям нелинейных дифференциальных уравнений, к решению которых в настоящее время широко и активно привле каются компьютерные технологии. Именно на использовании компьютерных программ следует делать акцент при рассмотрении математического аппарата постнеклассического естествознания. При этом слушателям курсов желательно предложить и конкретные алгоритмы решения системы уравнений, описываю щей функционирование брюсселятора и орегонатора, последний из которых представляет собой модель механизма окислительно-восстановительной реак ции Белоусова-Жаботинского, Однако, следует подчеркнуть, что рассмотрение особенностей си нергетических систем и синергетических процессов не должно сводиться к изу чению тонкостей решения нелинейных дифференциальных уравнений, но пред ставлять собой самое широкое осмысление достижений современного постне классического естествознания. В частности, целесообразно представить эволю цию как: чередование детерминированных и недетерминированных процессов, периодическое преодоление точек бифуркации. Обсудить соотношение пред ставлений о пространственно-временном континууме А. Эйнштейна и И. При гожина. Сформулировать наиболее важные положения теории самоорганиза ции:

- неразрывная целостность единства различных аспектов непрерывно самоор ганизующейся действительности;

- нелинейность эволюции;

- взаимосвязь хаоса и порядка, случайности и необходимости;

- незначительность случайности в условиях устойчивости;

- фундаментальность случайности в условиях неустойчивости.

Использование методологии координации содержания естественно математического образования для согласования содержания естественно математических и гуманитарных наук оказалось весьма плодотворным при со поставлении математики и такой музыкальной дисциплины как гармония. Вы яснилось, что для студентов бакалавриата, обучающихся по музыкальным на правлениям подготовки, образовательные стандарты составлены с расчётом, что математическое описание музыкальных строев изучено студентами ранее, на предыдущих уровнях обучения (музыкальная школа, музыкальный колледж, музыкальное училище). Между тем, образовательные стандарты начальных и средних специальных музыкальных учебных заведений также не предусматри вают обучения этому важнейшему разделу теории музыки. Поэтому для препо давателей бакалавриата, обучающих теории музыки, математике, физике пред ставляется целесообразным познакомиться на курсах повышения квалификации с физико-математическим описанием: равномерно-темперированного музы кального строя, чистого музыкального строя, Пифагорова музыкального строя.

Обучение использованию методологии координации содержания естест венно-математического образования для согласования содержания химии и биологии возможно на курсах повышения квалификации преподавателей бака лавриата соответствующих направлений. Обучение должно сопровождаться:

- рассмотрением согласования последовательности изложения учебного мате риала на занятиях по химии и биологии;

- осмыслением того факта, что жиры, белки, углеводы, дезоксирибонуклеино вые кислоты являются общими объектами для химии и биологии;

- рассмотрением вируса как промежуточной формы организации вещества ме жду живыми и неживыми системами.

Рабочая программа для слушателей курсов повышения квалификации – преподавателей бакалавриата, обучающих физике и математике – должна включать не только методологию координации содержания естественно математического образования, но и примеры использования этой методологии для согласования содержания физики и математики. В частности, следует рас смотреть использование: математических знаний на занятиях по физике и фи зических задач на уроках математики, понятия векторного произведения для расчёта физических величин, систематизации математических и физических знаний для формирования у обучающихся представлений о современной есте ственнонаучной картине мира.

В результате анализа, выбора методов и технологии подготовки преподавателей к обучению студентов бакалавриата естественно - математиче ским дисциплинам был сделан вывод, что при обучении основам концепции ес тественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена оп тимальным является сочетание пассивного, активного и интерактивного мето дов обучения. Например, в процессе изложения и обоснования постулатов кон цепции от слушателей требуется напряжённое, но пассивное восприятие новых сведений. Однако, определения основных понятий концепции, таких как: свя зующие сведения, системообразующие сведения, понимание учебного материа ла, информация, знание, синергетическая система, синергетический процесс – требуют обсуждения, поскольку общепринятых определений перечисленных понятий нет. При этом, среди слушателей курсов могут находиться преподава тели, придерживающиеся в своей профессиональной деятельности альтерна тивных определений по отношению к предложенным на занятии, а, значит, в этом случае целесообразно применение активного метода обучения. Интерак тивный метод может быть использован по окончании рассмотрения материала, в форме задания всей группе слушателей – вынести единое решение, подобное решению суда присяжных, о признании или непризнании данной группой слушателей предложенной концепции, но, в отличие от суда присяжных, при нятое решение обосновать. В случае принятия не единогласного решения, ос тавшиеся в меньшинстве, также должны обосновать своё особое мнение.

Обучение слушателей курсов повышения квалификации методологии ко ординации естественно-математического образования целесообразно начать с использования активного метода через опрос каждого из слушателей о личном опыте в области междисциплинарной интеграции, поскольку, как правило, опытные преподаватели с проблемами несогласованности содержания различ ных естественно-математических дисциплин в большей или меньшей степени сталкивались. Но после подобного предварительного знакомства необходимо переключиться на пассивный метод обучения, используя который, последова тельно изложить особенности и этапы реализации методологии.

При рассмотрении критерия дифференциации классического, неклассиче ского и постнеклассического естествознания также недопустимо ограничивать ся только пассивным методом обучения. Как уже упоминалось, предлагаемое в качестве критерия, восприятие пространства, времени, события, наблюдателя учёными различных эпох не следует излагать как истину в последней инстан ции, но лишь как один из возможных вариантов. А это, в свою очередь означа ет, что слушателям курсов следует предложить сформулировать свои критерии разделения различных этапов развития науки, то есть, использовать активный метод обучения.

Большое значение приобретает сочетание активного и интерактивного методов обучения в межкурсовой период обучения. Например, математический аппарат неклассического и постнеклассического естествознания не может быть рассмотрен во всех своих тонкостях за непродолжительное время, отведённое для слушателей курса, в течение которого обсуждается лишь логическая после довательность изложения материала. Но поддержание электронной связи с пре подавателем курсов и коллегами – слушателями этих же курсов, а также само стоятельное использование Интернет-ресурсов в качестве источников инфор мации в межкурсовой период делают возможной реализацию методологии ко ординации содержания естественно-математического образования в полном объёме.

Тот или иной выбранный метод обучения, во многом определяет и выбор технологии обучения, под которой в данной работе подразумевается системный метод создания, применения и определения всего учебного процесса препода вания и усвоения знаний с учетом технических, человеческих ресурсов и их взаимодействия. Из российских ученых наибольший вклад в разработку про блем технологии обучения внесли В.П. Беспалько, М.В. Кларин,.Ф. Талызина, В.В. Гузеев, Н.А. Морева и другие, в работах которых раскрыты общие основы педагогической технологии в системе образования. При этом, технологии обу чения, также как и методы обучения, различным образом классифицируются различными авторами. В докторской диссертации Елагиной В.С. рассматрива ются технологии: репродуктивные, репродуктивно-алгоритмические, диалого вые, информационно-компьютерные, тренинговые, эвристические. Именно эта классификация технологий, по-нашему мнению, наиболее удобна для сопос тавления с выбранными нами ранее методами обучения: пассивным, активным и интерактивным. Действительно, очевидно что, использованию пассивного метода обучения наиболее адекватна репродуктивная технология, предпола гающая усвоение слушателями курсов теоретических знаний о постулатах кон цепции естественнонаучного подхода к анализу процессов информационного обмена, особенностях и этапах реализации методологии координации содержа ния естественно - математического образования, последовательности изложе ния математического аппарата неклассического, постнеклассического естество знания и т.д. Репродуктивно-алгоритмическая включает также в себя обучение алгоритмам реализации полученных новых знаний в учебной деятельности.

При этом и репродуктивная и репродуктивно-алгоритмическая технологии реа лизуются через прослушивание лекций, участие в семинарских и практических занятиях. Начинать занятия со слушателями курсов повышения квалификации, после предварительного знакомства, целесообразно, используя именно репро дуктивную технологию, поскольку в самом начальном этапе обучения слуша тели не обладают достаточно высоким уровнем готовности к реализации мето дологии координации содержания естественно-математического образования.

Диалоговые технологии оказываются уместными как при выборе активного, так и интерактивного методов обучения, поскольку предполагают предполагающие такие формы организации и методы обучения, при которых участники учебно познавательного процесса взаимодействуют не только в системе «преподава тель курсов – слушатель курсов», но и «слушатель – слушатель».

Следует заметить, что современные образовательные технологии, в каких бы формах они ни осуществлялись, нередко ориентированы именно на диало говое обучение, что особенно важно в системе повышения квалификации. Диа логовые технологии позволяют перейти от традиционно сложившейся, инст руктивной, личностно-отчужденной модели повышения квалификации (когда обучение преподавателей на курсах повышения квалификации было однона правленным, при котором обучающий предъявлял конкретное и нормативно за крепленное содержание всем слушателям без учета их индивидуальности и профессионального опыта) к личностно ориентированной модели, формирую щей содержание обучения преподавателей при непосредственном и активном их участии и взаимодействии с обучающим. При этом, обучающий и обучае мый оказываются объединёнными общим предметом обсуждения – проблемой освоения постнеклассического этапа развития науки.

Информационно – компьютерные технологии удобны в настоящее время при использовании именно интерактивных методов обучения. Если при зарож дении информационно-компьютерных технологий они реализовывались в ди дактических системах компьютерного обучения на основе диалога «учащийся машина» с помощью различного рода обучающих программ (информационных, тренировочных, контролирующих и др.), то сегодня широкое распространение электронной связи и других Интернет-технологий сделало возможным взаимо действие между собой слушателей, находящихся друг от друга на неограничен ном расстоянии, причём, в режиме on line.

Реализация тренинговых технологий требует привлечения, прежде всего, активных методов обучения и направлена на отработку определенных алгорит мов решения практических задач, например, задач, связанных с реализацией методологии координации содержания естественно-математического образова ния в процессе обучения студентов бакалавриата физике, химии, биологии, ма тематике.