Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в практику в виде изданных учебных пособий и учебных программ, используемых в процессе обучения учащихся средних, средних специальных и высших учебных заведений, а также в процессе повышения квалификации преподавателей системы среднего, начального профессионального и высшего образования. Основные положения работы обсуждались на следующих конференциях:

— международных: «Формирование научной картины мира Человека XXI века» (Горно-Алтайск, 2006), «Модернизация профессионального послевузовского образования: теория и практика подготовки научно-педагогических кадров» (Томск, 2006), «Управление качеством образования: проблемы непрерывного образования» (Екатеринбург, 2006), «Интеграция Казахстана в мировую систему образования: перспективы развития, проблемы и пути их преодоления» (Республика Казахстан, Талдыкорган, 2006); «Формирование научной картины мира Человека XXI века» (Горно-Алтайск, 2007); « X Российско - Американская научно-практическая конференция по актуальным вопросам современного университетского образования» (Санкт-Петербург, 2007);

— всероссийских: «Непрерывное педагогическое образование: качество, проблемы, перспективы», (Томск, 2002), «Х Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука и образование» (Томск, 2006); «Актуальные проблемы модернизации химического и естественнонаучного образования» (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 последовательностью их решения. Диссертация состоит из: введения, пяти глав, заключения, 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 база исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, обоснованы научная новизна, теоретическая и практическая значимость результатов работы.

В первой главе «Междисциплинарная интеграция 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 согласования научных направлений с динамикой взаимодействия различных учебных дисциплин. Рассматриваются классификации и функции межпредметных 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 получивших, пока, всеобщего признания: «педагогическая синергетика», «ценностно-синергетический подход», «синергизм», «системно-синергетический подход» и др. Выделяются основные направления синергетических подходов.

При рассмотрении соотношения процессов междисциплинарной дифференциации и интеграции, до недавнего времени выделяли три основные стадии развития научного познания: синкретическую, классическую и неклассическую. Первая стадия 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 мифологию, пытается постичь окружающий мир, заменить слепую веру знанием. Знания в античный период не развиты, и стремление постичь то, что лежит в основе мироздания, реализуется во многом наивными путями. Знаковыми представителями этой стадии можно назвать Пифагора (6 в. до н. э) и Аристодо н. э.). Будучи разделёнными во времени друг от друга почти на три столетия, они одинаково целостно воспринимали науку, искусство и религию.

Второй этап развития науки ознаменовался её дифференциацией на отдельные отрасли. Именно на этом этапе, в ответ на потребность измерения земельных 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 сельскохозяйственной практики. Особенно быстрое «отпочкование» частных наук от синкретического знания, роль которого играла философия, происходило в эпоху Возрождения.

Дифференциация наук длилась почти до середины XIX столетия.

считает, что противоположного явления – интеграции наук – в это время не наблюдалось. Аналогичной точки зрения придерживается

. 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 расчленённой науки древних отдельных научных дисциплин – чтобы исследовать частности, надо было вычленить их из общей связи. Возникала современная наука в собственном смысле этого слова: сначала естествознание (математика, физика, химия, биология и т. д.), а несколько позднее обществоведение (политэкономия, 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, , рассматривая конкретные примеры, сделал вывод, что на протяжении всей истории развития наук, их дифференциация всегда сопровождалась интеграцией. В то же время, интеграция не препятствовала дальнейшей дифференциации наук, но более того обусловливала её.

Эйнштейном теории относительности, благодаря которой обнаружилась зависимость свойств пространства, времени и вещества от состояния 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 исследований. Интеграционная мощь новой стадии естествознания проявилась в восприятии неразрывной целостности: пространства, времени, гравитации, массы.

Современный этап развития науки, обусловленный изучением синергетических закономерностей действительности во всех её проявлениях, является четвёртой постнеклассической стадией, в которой 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 «Всё наблюдаемое нами, всё, в чём мы сегодня участвуем, это лишь фрагменты единого синергетического процесса». Важной особенностью синергетических процессов является то, что они всегда характеризуются возникновением нового качества в системе, состоящей из взаимодействующих между собой элементов любой природы, поэтому программной установкой синергетики является поиск общих идей, общих методов, общих закономерностей процессов самоорганизации в самых различных областях естественнонаучного, технического и гуманитарного знания.

Количество

информации

Пост-

некласси-

ческая

наука

Некласси-

ческая

наука

Класси-

ческая

наука

Синкрети-

ческая

наука

Время

Рис. 1. Экспоненциальный рост количества информации, вырабатываемой научными исследованиями, от времени.

Открытие современным естествознанием синергетического единства картины 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 дидактике накапливались предпосылки для рождения педагогической синергетики – многочисленные разработки по теории и практике междисциплинарных связей:

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

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

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

— разрабатывались методики скоординированного обучения различным учебным 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 разделяют междисциплинарные связи и внутридисциплинарные связи. Подчёркивается, что учебную дисциплину по фундаментальной науке следует рассматривать как систему, в которой каждый элемент связан непосредственно с другими элементами, благодаря чему достигается максимальное число внутридисциплинарных связей, содействующих формированию научного знания и отвечающего ему типа мышления. Внутридисциплинарные связи являются системообразующими связями в содержании учебной дисциплины.

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

Междисциплинарные (межпредметные) связи исполняют роль системообразующих связей между изучаемыми дисциплинами и усиливают мотивацию изучения данной дисциплины. Междисциплинарные связи чётче показывают учащимся границы изучаемой науки и места соприкосновения со смежными

науками, а также повышают степень многосторонности рассмотрения изучаемого объекта.

В рамках синергетического подхода в образовании были выделены три направления: синергетика для образования (интегративные курсы по завершению очередного цикла обучения), синергетика в образовании (внедрение в частные дисциплины материалов, иллюстрирующих принципы синергетики), синергетика образования (синергетичность самого процесса образования). Наметилась тенденция формирования на основе синергетического подхода и педагогической синергетики новых самостоятельных направлений исследования педагогических процессов: системно-синергетический подход (Ю. К Махно, , , ,

), ценностно-синергетический подход (), синергизм ().

Обозначились попытки применения синергетического подхода к управлению развитием образования (), выражающиеся в обосновании необходимости: резонансного возбуждения внутренних потенций личности, создания 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 объектов управления.

При сопоставлении динамики интеграционных процессов в науке и образовании, преодолевающих классический, неклассический и постнеклассический этапы развития, обнаружилось особенно недостаточное внимание к серьёзному отражению достижений неклассического естествознания в учебном процессе. Освоив дидактические принципы освещения фундаментальных классических представлений о физике, химии, биологии, математике, современные педагогические исследования сосредоточились на разработке принципов обучения

постнеклассическому естествознанию, минуя тернии неклассической науки.

Кроме того, приходится констатировать, что развивающиеся сегодня в рамках или на основе синергетического подхода дидактические направления не рассматривают важной составляющей синергетики – энтропийных колебаний самоорганизующейся системы, учёт которых при анализе содержания образования может пролить дополнительный свет на закономерности учебного процесса.

Во второй главе «Проблема несогласованности обучения дисциплинам естественно-математического цикла в общеобразовательных учреждениях» содержится описание предлагаемой диссертантом методологии, позволяющей эффективно координировать между собой содержание естественно-математических предметов: между физикой и химией, физикой и математикой. В главе обосновываются представления о знании как живой невещественной системе, нуждающейся в адекватном питании (информации, содержащей достижения современного естествознания) и размножающейся через своих носителей.

Первой, наиболее простой моделью, описывающей процессы самоорганизации системы в диссипативные структуры является брюсселятор, схема функционирования которого приведена на рис.2.

Взаимодействие между компонентами брюсселятора описывается уравнениями:

k1

a x (1)

k2

b+x у + z (2)

k3

2x + у 3 x (3)

k4

х e (4)

Или суммарно

а + b z + e,

При этом, в процессе (2) х «порождает» у, в процессе (3) у «порождает» х (рис. 3), что и обуславливает неразрывную целостность их единства, когерентность существования.

х у

Рис.3. Схема когерентного (согласованного) синтеза интермедиатов в брюсселяторе.

Если в качестве системы рассматривать сознание учащегося и при этом подразумевать, что:

— компонентами а, b являются сведения, предоставляемые им на различных естественнонаучных дисциплинах;

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

— х – знания, усвоенные на предмете а;

— у – знания, усвоенные на предмете b,

то из уравнений, описывающих взаимодействие между компонентами (2) видно, что условием самоорганизации знаний, получаемых на разных естественнонаучных предметах, то есть условием формирования их неразрывной целостности, является активное использование преподавателем знаний учащихся, усвоенных на других предметах. Отчасти, именно поэтому первое направление синергетического подхода в образовании связывают с разработкой интегративных курсов.

Всю совокупность стадий информационного обмена, протекающих при обучении школьников или студентов, условно можно разделить на два этапа:

— энтропийный, представляющий собой возрастание информационной энтропии

за счёт поступления компонентов а и b в сознание учащихся;

— синергетический, представляющий самоорганизацию знаний учащихся (х и у), сопровождающуюся формированием компонентов z и е.

Однако, эти этапы настолько взаимосвязаны, что в дальнейшем будут рассматриваться как аспекты (составляющие) единого энтропийно-синергетического процесса. Подход, выделяющий энтропийную стадию синергетического процесса в отдельный объект исследования, предлагается воспринимать как энтропийно-синергетический; обучение, реализующее энтропийно-синергетический подход, – энтропийно-синергетическим обучением. Объективная потребность в координации обучения различным предметам обсуждается педагогами уже давно. Между тем, несмотря на обилие публикаций о необходимости интеграции различных естественнонаучных дисциплин и даже появление нового предмета «Естествознание», содержание их преподавания продолжает сопровождаться столь существенными несогласованностями, что требует разработки специальной методологии, позволяющей контролировать эти несогласованности и устранять их.

В частности: для решения математически эквивалентных задач школьникам до сих пор предлагаются совершенно нескоординированные подходы на

уроках физики и химии (табл.1), при изучении пространственного строения метана на уроках химии не принимается во внимание отсутствие к этому моменту у школьников даже элементарных знаний по стереометрии, при обучении на уроках биологии химическому составу клетки не учитывается, что к изучению органической химии учащиеся ещё только начинают приступать и т. д.

Приведённые примеры лишь обозначают весьма значительную эклектичность в содержании школьного естественнонаучного образования, для устранения которой требуется единая, теоретически обоснованная методология. Современная теория информации оказалась неприспособленной для роли теоретической основы такой методологии, поскольку, будучи разработанной для решения конкретных технических задач, ограничилась проведением аналогии между количеством информации и энтропией, отказавшись от попыток анализа закономерностей функционирования знания, памяти и сознания.

Поэтому, для рассмотрения процессов информационного обмена, лежащих в основе всякой образовательной деятельности, в качестве альтернативы теории информации предлагается энтропийно-синергетический подход, постулаты которого приведены в таблице 2.

Результаты использования энтропийно-синергетического подхода к анализу процессов информационного обмена свидетельствуют о том, что знание представляет собой не только синергетическую систему (рис.2), но обладает всеми признаками живой системы.

Действительно, если подразумевать, что жизнь – это совокупность процессов, обеспечивающих сохранение гомеостаза, развитие и размножение системы, то для обоснования представлений о знании как живой системе необходимо показать способность знания к:

— сохранению гомеостаза;

— развитию;

— и размножению.

Таблица 1

Решения математически эквивалентных задач на уроках химии и физики

Как известно, энтропию можно рассматривать в качестве меры беспорядка. То есть, чем бóльшее количество элементов невещественной системы (сведений, информации, знаний) объединены связующими и системообразующими сведениями (знаниями, информацией), тем меньшей энтропией располагает система (рис. 4, 5)

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ

ЗАКОН

ЭЛЕМЕНТ1 ЭЛЕМЕНТ 2 ….. ЭЛЕМЕНТ 51 ЭЛЕМЕНТ 52

Рис. 4. Схема систематизации знаний системообразующими сведениями на примере периодического закона

ПРАВИЛА ПРАВИЛА ПРАВИЛА ПРАВИЛА ПРАВИЛА СУММИРОВА - УМНОЖЕНИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЛОГАРИФМИ - РАСЧЁТА

НИЯ В СТЕПЕНЬ РОВАНИЯ рН

Рис. 5. Пример последовательности связующих знаний. Правила умножения являются связующими между правилами суммирования и правилами возведения в степень; правила возведения в степень связывают правила умножения и правила логарифмирования; правила логарифмирования объединяют правила возведения в степень и правила расчёта рН.

При восприятии (отражении) сознанием новой информации, не связанной с накопленными знаниями связующими или системообразующими сведениями, энтропия знания возрастает. Интеграция этой новой информации в систему уже имеющихся знаний с помощью дополнительно поступивших связующих или системообразующих сведений приводит к уменьшению энтропии. Таким образом, самоорганизация при обучении происходит за счёт связующих или системообразующих сведений.

Хотя синергетические системы обладают свойством, аналогичным гомеостазу, однако, другими признаками жизни – способностью к развитию и размножению – многие вещественные диссипативные структуры не обладают.

При рассмотрении же такой невещественной диссипативной структуры как знание, оказывается, что она обладает всеми признаками живой системы.

Действительно, способность знания к развитию достаточно очевидна. Знание человека и Человечества на протяжении всего времени существования непрерывно углубляется, уточняется, расширяется. Размножение также не вызывает сомнений, если под этим понятием подразумевать увеличение количества носителей знания.

Таким образом, приведённый выше анализ позволяет утверждать, что любое знание представляет собой не просто самоорганизованную, но невещественную живую систему, способную к сохранению гомеостаза, развитию, и размножению. То есть, в основе информационных обменов лежат законы, аналогичные законам, обеспечивающим жизнедеятельность организмов. Подобно тому, как носителем вещественной жизни является тело, носителем невещественной жизни является сознание. Аналогом пищи, поглощаемой организмами, является информация, воспринимаемая сознанием; аналог веществ, выделяемых организмами – источники информации, т. е. искусственные коды, воспринимаемые визуально или на слух. Но в отличие от организмов, невещественные живые системы при формировании источников информации (звуковых или письменных) не теряют свою энтропию. Единственным процессом, уменьшающим энтропию подобных невещественных живых систем, является интеграция информации с помощью связующих или системообразующих сведений.

Восприятие знания как живой системы позволяет сформулировать дополнительные условия для реализации некоторых требований, предъявляемых к информации, предназначенной для учащихся. В частности, очевидно, что потребляемая знанием пища (информация) должна быть усваиваемой (т. е. интегрируемой в систему уже потреблённых знаний) и развивающей (т. е. подготавливающей формирующийся организм к среде взрослого обитания).

Хотя приведённые требования к процессу обучения известны в дидактике достаточно давно, однако, общепризнанного подхода, обеспечивающего эффективное усвоение знаний и определяющего направление развития учащихся, до настоящего времени нет, что приводит к существенной несогласованности в преподавании различных дисциплин и возрастанию разрыва между уровнем достижений современного естествознания и уровнем их преподавания.

В качестве методологии, позволяющей эффективно координировать содержание различных естественнонаучных предметов, а также устранять несогласованности между различными темами одной дисциплины предлагается энтропийно-синергетическое сканирование учебного процесса, заключающееся в трёх основных этапах:

1.  Собственно сканирование – систематический просмотр изучаемых тем, поиск и исследование нарушений логики последовательности изложения материала, которые могут возникать как внутри одной дисциплины, так и между различными дисциплинами (энтропийная составляющая),

2.  Ликвидация несогласованностей – разработка способов, методов и методик устранения обнаруженных нарушений с помощью связующих и системообразующих сведений;

3.  Систематизация – поиск возможностей интеграции предлагаемого учащимся материала, позволяющей воспринимать разрозненные сведения аспектами единого целого (синергетическая составляющая).

Использование предлагаемой методологии представляет собой дополнительное условие, обеспечивающее эффективное усвоение, предлагаемых учащимся сведений.

Например, перед тем как приступить к обучению способам решения химических задач преподавателю целесообразно провести собственно сканирование уже освоенных учащимися способов решения задач физических и математических. В результате обнаружится серьёзная несогласованность в подходах к решению математически эквивалентных задач на уроках физики и химии (табл.1). После чего преподавателю необходимо перейти ко второму этапу сканирования – разработке способов, методов и методик устранения обнаруженных нарушений с помощью связующих и системообразующих сведений. В данном случае, таковыми сведениями могут служить:

— понятие «приведённое количество вещества», представляющее собой отношение количества вещества к соответствующему стехиометрическому коэффициенту в уравнении химической реакции;

— и следствие закона эквивалентов, гласящее, что приведённые количества всех веществ химической реакции равны между собой (табл.1).

После этого желательно реализовать и третий этап энтропийно-синергетического сканирования, которому посвятить, хотя бы небольшой фрагмент урока, где подчеркнуть единство математических закономерностей, описывающих явления физические и химические.

В третьей главе «Обучение основам неклассической физики студентов естественнонаучных факультетов как предпосылка для формирования нелинейного мышления постнеклассического естествознания» приводится учебный материал, излагающий основы неклассического естествознания, предназначенный для студентов естественнонаучных факультетов высших учебных заведений, а также обоснование актуальности использования именно этого материала на лекциях и практических занятиях по физике. Предлагается однозначный критерий классификации этапов развития естествознания, позволяющий дифференцировать их на классический, неклассический и постнеклассический уровни.

Принципиальное понимание необходимости сокращения разрыва между эволюционно-синергетическим уровнем единства современной картины мира (рис.1) и классическим уровнем обучения естественно-математическим дисциплинам заставляет искать ответ на практический вопрос о конкретном содержании материала, предлагаемого преподавателям в процессе повышения их квалификации, а затем учащимся, для осмысления современных достижений естествознания. И поиски эти оказываются очень непростыми. Внедрение в частные дисциплины материалов, иллюстрирующих принципы синергетики,

считает отдельным направлением синергетического подхода. Однако, представляется целесообразным обучение основам постнеклассического естествознания предварять изложением фундаментальных принципов неклассического мировоззрения. Между тем, осмысление разницы между классической и неклассической наукой возможно только при умении читать знаменитое уравнение гравитационного поля общей теории относительности А. Эйнштейна. А это означает необходимость обучать на уроках математики тензорному исчислению, геометрии Римана, работе с операторами и 4-мерным пространством. Практикуемые сегодня в школах рассказы о теории относительности, в которых преобразования Лоренца нередко преподносятся как открытия А. Эйнштейна, не выводят сознание учащихся за рамки классического мышления. С другой стороны, освоение математических основ общей теории относительности требует неподъёмного для школы объёма часов, и под силу уже только студенту. Для того, чтобы подняться до уровня постнеклассической науки учащимся необходимо освоить некоторые подходы к решению нелинейных дифференциальных уравнений, требующих умения пользоваться специальными компьютерными программами. А пока, даже выпускники естественнонаучных факультетов (нефизических специальностей), владеют лишь евклидовой геометрией и математическими операциями XVII века. Пусть не полностью устранить, но хотя бы сократить этот разрыв, сложившийся в результате традиционного воспроизводства традиционных знаний, необходимость давно назрела.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3