Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора педагогических наук

Обучение физике в условиях постнеклассического развития естествознания

13.00.02 - Теория и методика обучения и воспитания (физика)

Шепель Олег Михайлович

Челябинск - 2008



Диссертация выполнена в Институте теории образования Томского государственного педагогического университета

Научный консультант: доктор педагогических наук, профессор, Минин Михаил Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор Усольцев Александр Петрович

доктор педагогических наук, профессор Карасова Ирина Степановна

доктор педагогических наук, профессор Румбешта Елена Анатольевна

Ведущая организация: Санкт-Петербургская Академия постдипломного педагогического образования

Защита состоится 21 января 2009 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.295.02. при ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина 69, ауд.116.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет».

Автореферат разослан « » 200 года

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор педагогических наук, профессор В.С. Елагина



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Конечной целью любой инновационной разработки в учебном процессе является повышение качества образования. При этом общепризнанного толкования самого понятия «качество образования» до сих пор нет. Выходом из сложившейся ситуации может стать признание относительности этого понятия, заключающееся в констатации изменения его значения при изменении положения «наблюдателя» - заданного норматива.

Так, качество Российского образования относительно государственных стандартов достаточно высокое - контроль над соответствием результатов обучения и предписанных эталонов не прекращался даже в самые разрушительные годы перестройки. Качество же образования относительно достижений современной науки оставляет желать лучшего. В частности, естествознание, оттолкнувшись от классического уровня И. Ньютона, Р. Декарта уже преодолело неклассический уровень А. Эйнштейна, В. Гейзенберга и достигло постнеклассического уровня И. Пригожина, Г. Хакена. Между тем, школьное, вузовское и послевузовское естественнонаучное образование остаются до сих пор на уровне классическом. То есть качество образования относительно достижений современного естествознания следует признать неудовлетворительным. Таким образом, понятие «качество образования» приобретает смысл только при указании «наблюдателя» (стандарта), относительно которого это качество рассматривается.

Для устранения противоречия в оценке качества образования различными наблюдателями - в данном случае государственными стандартами и постнеклассическим естествознанием - необходимо совместить их позиции, а именно поднять уровень освящённых государством эталонов до уровня достижений современной науки. Однако, вряд ли целесообразно педагогам бездеятельно ждать, пока этот подъём состоится. Даже вузовские стандарты, помимо федерального компонента, предусматривают в структуре обучения вузовский (национально-региональный) компонент, позволяющий преподавателю использовать его по своему усмотрению, в том числе для сокращения всё возрастающего разрыва между эволюционо-синергетическим уровнем единства современной картины мира и классическим уровнем сегодняшнего преподавания естественно-математических дисциплин. Поскольку объективация субъекта возможна только после субъективации объекта, то есть, в данном случае обучение школьников и студентов неклассическому и постнеклассическому естествознанию педагогом возможно только после обучения педагога неклассическому и постнеклассическому естествознанию, то соответствующий новый, непривычный учебный материал, предназначенный, в конечном итоге, для учащихся, должен быть, прежде всего, усвоен в полном объёме преподавателем. Разработка содержания этого материала представляет собой весьма непростую задачу. Хотя некоторые фрагменты сведений об основах общей теории относительности и синергетики попадают на страницы школьных учебных пособий, однако, все они представляют собой попытку представить неклассическое и постнеклассическое естествознание классическим языком, оправдываемую стремлением к доступности изложения. Между тем для реального овладения новыми уровнями естествознания учащимся, а прежде этого педагогам, следует овладевать языком этих уровней, благодаря которому только и возможно качественно иное мышление. Массово тиражируемый сегодня перевод достижений неклассической и постнеклассической науки на язык классический мало способствует повышению уровня мышления, предоставляя для восприятия преимущественно образные, внешние картинки действительности, внутри которых остаётся спрятанной суть объектно-субъектного единства.

В качестве варианта выхода из сложившейся ситуации, сегодня предлагается синергетический подход к естественнонаучному образованию, заключающийся не только в обучении основам постнеклассической науки, но также в развитии междисциплинарной интеграции, способствующей формированию представлений о неразрывной целостности естественнонаучной картины мира в сознании учащихся, и осуществляемой через установление межпредметных связей (МПС). По мнению многих учёных (А.В. Усова, И.С. Карасова, В.С. Елагина, В.Н. Максимова, И.Д. Зверев, С.А. Старченко, А.И. Гурьев и др.) МПС выступают как мощный фактор установления и постоянного укрепления связи между всеми предметами и науками, позволяющий создавать своеобразный потенциал для будущего совершенствования конкретных наук и научной картины мира и тем самым носят эвристический характер. Это позволяет использовать МПС и в качестве средства организации развивающего обучения, и как условие успешности развития научных знаний, и как метод поиска новых закономерностей, и как метод учебного познания, раскрывающий перед учащимися путь исследования мира.

Принцип межпредметных связей, по мнению А.И. Гурьева, должен находить своё выражение:

- в проектировании научных знаний на учебный процесс с учётом преемственных связей;

- в согласовании учебных программ, понятий, законов и теорий;

- в осознании учебного предмета в общей системе наук, системности научных знаний и в построении системных обобщённых знаний с учётом связей между отдельными науками (учебными дисциплинами), теориями, научными картинами мира, позволяющими восстанавливать единство мира и формировать диалектическое концептуальное мышление;

- в определении направленности развития научных знаний и в обеспечении формирования современного стиля мышления с учётом дифференциации и интеграции наук;

- в соединении принципа развития с всеобщим принципом единства мира и в преобразовании межпредметных связей в «связи развития»;

- в снятии главного противоречия между целостным представлением о мире и частным его видением с позиции отдельной науки;

- в управлении мыслительными процессами, которые должны выходить за пределы формальных предметных знаний.

Согласно В.Н. Максимовой, А.В. Усовой, Н.Е Кузнецову, М.А.Шаталову к функциям межпредметных связей относятся:

- методологическая (межпредметные связи обогащают методологический аппарат учителя и делают обучение более фундаментальным);

- образовательная (на основе интеграции предмета со смежными дисциплинами происходит формирование систем обобщённых предметных и общепредметных естественнонаучных знаний и умений);

- развивающая (интеллектуальные способности школьников получают должное развитие, если учитель направляет обучение дисциплине на приобретение умений устанавливать взаимосвязь между знаниями разнообразных учебных дисциплин);

- воспитывающая (формирует научное мировоззрение);

- конструктивная (способствует сотрудничеству учителей разных предметов.

К общедидактическим приёмам реализации межпредметных связей И.Д. Зве- рев и В.И. Максимова относят: постановку межпредметных вопросов, решение комплексных и межпредметных задач, выполнение межпредметных домашних заданий, контрольных работ, использование комплексных наглядных пособий, решение межпредметных учебных проблем.

Стремление придать завершённую форму многочисленным и значительным усилиям по согласованию содержания различных предметов привели к появлению новой интегративной дисциплины «Естествознание». Но, несмотря на чётко обозначенные функции и общедидактические приёмы реализации МПС, единой методологии, позволяющей системно осуществлять координацию преподавания, по сей день не существует, поэтому новый предмет стал ещё одной дисциплиной, отдельные темы которой 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 информационного обмена между педагогом и учащимися и использовать их для совершенствования учебного процесса, в том числе для гармонизации процессов междисциплинарной интеграции. Общеизвестная теория информации не может служить таковой базой, поскольку, согласно её основным положениям, количество информации представляет собой всего лишь величину, являющуюся функцией измеряемого количества знаков, кодирующих сведения, и вероятности их использования. Эта теория является исторически первой попыткой установления аналогии между закономерностями мышления и естественнонаучных явлений. На основании сходства между уравнением Л. Больцмана и формулой для расчёта количества информации К. Шеннона в ней постулируется тождественность энтропии и количества информации. Но, названная теория, разработанная для решения конкретных технических задач, оказывается совершенно неприменимой к живым системам, к которым предлагается относить и знание. Кроме того, теория информации так и осталась асимметричной по отношению к естественнонаучным законам, поскольку в её рамках не удалось установить аналогий с другими фундаментальными понятиями естествознания, тесно связанными с энтропией, такими как энергия, температура, масса, количество вещества, время, пространство.

Таким образом, к настоящему времени отчётливо обозначились противоречия между:

- эволюционно-синергетическим уровнем единства современной картины мира и классическим уровнем обучения физике;

- всеобщим признанием необходимости интеграции, координации обучения различным предметам естественнонаучного цикла, и отсутствием методологии, позволяющей учителям системно осуществлять эту координацию в образовательном процессе;

- интенсивностью информационного обмена между педагогом и учащимися, с одной стороны, и недостаточностью теоретического осмысления закономерностей этого обмена, с другой.

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

- как сократить всё возрастающий разрыв между классическим содержанием физического образования и постнеклассическим уровнем достижений современной науки?

- каким образом сформировать методологическое обеспечение междисциплинарной интеграции, являющейся одним из аспектов синергетического характера учебного процесса?

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

Важность и актуальность рассматриваемой проблемы послужили основанием для определения темы исследования «Обучение физике в условиях постнеклассического развития естествознания».

Цель исследования - разработка теоретических основ процесса информационного обмена, позволяющих сформировать методологию координации обучения физике с обучением другим естественнонаучным дисциплинами и создающих предпосылки для повышения уровня обучения до уровня современного постнеклассического естествознания.

Объект исследования - процесс обучения физике на основе достижений постнеклассического этапа развития естествознания.

Предмет исследования - содержание физического образования, определяющее уровень обучения естественнонаучным дисциплинам.

Гипотеза исследования: качество обучения физике и другим естественнонаучным дисциплинам относительно достижений современного естествознания повысится, если: учебный физика естествознание

· при обучении учащихся общеобразовательных школ и средних специальных учебных заведения будет использоваться методология, позволяющая формировать восприятие отдельных дисциплин: физики, химии, биологии, математики, как аспектов неразрывного целого, условно разделяющих единую неделимую действительность;

· при обучении студентов естественнонаучных факультетов в программы по физике, независимо от приобретаемой специальности, будут включены:

- основы неклассического естествознания, включая язык тензорных исчислений, представления о пространстве Г. Минковского и Б. Римана, гравитационное уравнение А. Эйнштейна;

- основы постнеклассического естествознания, состоящие не только в феноменологическом описании синергетических процессов, но также в изучении нелинейных дифференциальных уравнений, которым эти процессы подчиняются;

· при повышении квалификации преподавателей естественнонаучных дисциплин слушателям соответствующих курсов будет предлагаться:

- методология, позволяющая формировать в сознании учащихся восприятие отдельных предметов как различных аспектов единой действительности,

- самостоятельная разработка методик обучения, основанная на указанной методологии;

- синергетические подходы к обучению, активно развивающиеся в последние годы;

· обучение физике будет опираться на достаточно глубоко разработанные теоретические представления о закономерностях процессов информационного обмена между педагогом и обучающимся.

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

1. Исследовать теоретический материал и накопленный практический опыт по межпредметной интеграции, изучить современные представления о закономерностях процессов восприятия информации.

2. Определить особенности информационного обмена в процессе обучения физике и другим естественнонаучным дисциплинам одной и той же группы слушателей.

3. Обосновать методологию координации обучения физике с обучением другим естественнонаучным дисциплинам, применимую для любого образовательного стандарта.

4. Разработать:

- учебные пособия, предназначенные для преподавателей и учащихся средних, средне-специальных учебных заведений и реализующие предложенную методологию;

- учебное пособие, предназначенное для преподавателей и учащихся высших учебных заведений, излагающее основы неклассического и постнеклассического естествознания.

5. Оценить качество знаний, приобретаемых посредством разработанных пособий, с помощью традиционного опроса и специально разработанных диагностических материалов.

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, Я. А. Коменский, И.Г. Песталоцци, Б.М. Кедров, А.К. Сухотин, В.А. Дмитриенко и др.), идея синергетической природы общественно-исторического 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, А.А. Ворожбитова, Е.Г. Пугачёва, Л.Я. Зорина, О.Н. Фёдорова и др.), синергетические подходы к обучению (О.Н. Астафьева, Т.С. Назарова, Г.И. Рузавин, И.С. Карасова, А.П. Усольцев и др.), методы педагогической синергетики (М.А. Весна, М.А. Фёдорова, В.Г. Бондарев 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, Ю.В. Талагаев, Н.Н. Моисеев 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 обучению физике на основе межпредметной интеграции (К.Д. Ушинский, В.С. Леднёв, И.Д. Зверев, Н.Г. Занько, В.Н. Максимова, Д.П. Ерыгин, Н.Е. Кузнецова, О.Ф. Кабардин, М.А. Шаталов, А.И. Гурьев, М.Н. Берулава, C.Н. Бабина, В.Я. Синенко, В.С. Елагина, М. Д. Даммер, И.С. Карасова, А.В. Усова, А.С. Старченко, О.А. Яворук и др.). Частные вопросы теории и методики обучения физике анализируются в работах: С.Н. Бабиной, В.А. Бетева, С.В. Бубликова, Г.Д. Бухаровой, Н.Е. Важеевской, Т.Н. Гнитецкой, Г.М. Голина, Г.Г. Гранатова, М.Д. Даммер, Ю.И. Дика, Л.Я. Зориной, П.В. Зуева, В.А. Ильина, С.Е. Каменецкого, С.А. Старченко, Н.В. Шавроновой, О.Р. Шеффер,О.А. Яворука и др.

Теоретической базой исследования явились фундаментальные работы в области философии образования (Б.С. Гершунский, С.И. Гессен, В.В. Краевский, И.Я. Лернер Б. Саймон и др.), дидактики (В.С. Безрукова, В.И. Загвязинский, Л.Я. Зорина, В.С. Леднёв, И.Я. Лернер, М.Н. Скаткин, Н.Ф. Талызина и др.), теории оптимизации процесса обучения (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, П.М. Эрдниев, В.А. Черкасов и др.), теории учебно-познавательной деятельности (Дж. Брунер, П.Я. Гальперин, Ж. Пиаже и др.), теорий развивающего, проблемного, личностно-ориентированного обучения (В.И. Андреев, В.В. Гузеев, В.В. Давыдов, Л.В Занков , 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.).

Теоретические методы исследования включали теоретический анализ и синтез, абстрагирование и конкретизацию, аналогию и моделирование. Эмпирические методы представляли собой проведение опытной педагогической работы, педагогического эксперимента, а также изучение:

-- философской, науковедческой, психологической и методологической литературы;

-- стандартов естественнонаучного образования и подготовки педагогических кадров;

-- методических и учебно-программных документов.

Научная новизна исследования:

-- разработаны теоретические основы процессов информационного обмена, создающие предпосылки для повышения уровня обучения до современного постнеклассического уровня, предлагающие воспринимать знание, как синергетическую живую систему, потребляющую, производящую и систематизирующую информацию. Информационный обмен рассматривается как процесс, аналогичный естественнонаучным процессам вещественно-энергетического обмена, обеспечивающим функционирование живых систем;

-- выделены в качестве отдельных элементов учебного процесса системообразующие, связующие сведения и знания, активное использование которых при обучении физике способствует формированию у школьников и студентов целостной естественнонаучной картины мира;

-- предложена методология энтропийно-синергетического сканирования содержания физического образования, позволяющая эффективно координировать обучение физике с обучением другим дисциплинам и регулировать процессы их интеграции.

Теоретическая значимость исследования:

-- получили дальнейшее развитие все три направления синергетического подхода к учебному процессу: синергетика для образования, синергетика в образовании, синергетика образования. В рамках первого направления, предполагающего разработку интегративных курсов обучения, реализована методология энтропийно-синергетического сканирования, позволившая устранить замеченные противоречия между математикой, физикой, химией и биологией, а также внутридисциплинарные несогласованности между различными темами любого из перечисленных школьных предметов. В соответствии со вторым направлением, характеризующимся внедрением в учебный процесс материалов, иллюстрирующих принципы синергетики, разработаны рабочая программа, учебное пособие курса по изучению основ неклассического и постнеклассического естествознания, предназначенного для преподавателей и студентов, обучающихся по естественнонаучной специальности. В рамках третьего направления, предусматривающего синергетичность самого процесса обучения, предложена синергетическая модель организационной структуры послевузовского образования. В частности, рассматривается возможность одновременного использования двух конкурирующих организационных подходов к подготовке кандидатов наук при аспирантуре (руководитель аспиранта - доктор наук и руководители аспиран-

та - два кандидата наук), ведущая к более активному участию молодых учёных в процессе послевузовского обучения, оптимальному сочетанию влияний на формирование исследовательских кадров учёных различных поколений;

-- обоснованы целесообразность и важность эффективного контроля за энтропийной составляющей синергетического учебного процесса, заключающейся в отсутствии связующих и системообразующих сведений, объединяющих различные темы и дисциплины в одно единое, неразрывное целое;

-- предложен критерий - восприятие пространства, времени, события, наблюдателя 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 неклассическом естествознании восприятие пространства и времени оказывается результатом взаимодействия субъекта (наблюдателя) и объекта (пространства и времени). Все явления описываются с точки зрения наблюдателя, для которого пространство и время являются аспектами единого пространственно-временного континуума, искривляющегося под действием массы. Из условно выделенных четырёх компонентов действительности (пространство, время, событие, наблюдатель), объединёнными в одно, единое целое оказались только три: пространство, время, наблюдатель. Постнеклассическое естествознание открыло свойство пространственно-временного ветвления. Направление времени оказывается конкретным событием в точке бифуркации. Возникает необходимость говорить не только о пространственно-временнуй протяжённости, но о едином пространственно-событийно-временнум континууме, в котором будущее разветвлено. При этом эволюционные процессы рассматриваются как частный случай процессов синергетических, а пространство, время, событие и наблюдатель как аспекты единого целого.

Практическая значимость работы заключается в том, что содержащиеся в диссертации и авторских публикациях научные результаты исследования нашли применение при создании научно-методического и содержательного обеспечения постдипломного образования педагогических кадров, обучающих естественно-математическим дисциплинам в средних общеобразовательных, профессиональных и высших учебных заведениях сибирского региона. В частности:

-- содержание послевузовского образования преподавателей математики, предлагаемое в учебно-методическом центре (УМЦ) областного управления начального профессионального образования администрации Томской области формировалось в значительной мере с применением методологии энтропийно-синергетического сканирования учебного процесса и использованием учебного пособия по математике, разработанного на основе этой методологии;

-- учителя естественнонаучных дисциплин: физики, химии, биологии, повышающие квалификацию в УМЦ, обучаются по программе «Естественнонаучные основы математики» и учебному пособию «Естестенникум» разработанным также на основе методологии энтропийно-синергетического сканирования;

-- преподаватели естественно-математических дисциплин высших учебных заведений, повышающие квалификацию в Институте инженерной педагогики Томского политехнического университета, обучаются по программе «Релятивистская и эволюцинно-синергетическая картины мира» с использованием учебного пособия «Основы неклассического и постнеклассического естествознания», позволяющего сократить разрыв между постнеклассическим уровнем достижений современной науки и классическим уровнем их преподавания;

-- изложенное в диссертационной работе представление о знании как живой системе предлагается преподавателям естественно-математических дисциплин высших учебных заведений в процессе повышения их квалификации в Институте инженерной педагогики Томского политехнического университета;

--предложенная в диссертации методология энтропийно-синергетического сканирования позволяет непрерывно осуществлять интеграцию естественнонаучных дисциплин даже в условиях меняющихся образовательных стандартов и учебных пособий.

Исследование проводилось в 4 этапа:

На поисковом этапе (2001-2003 гг.) анализировалась педагогическая, дидактическая, научно-методическая, философская литература, связанная с темой диссертационного исследования; сопоставлялся уровень достижений современного естествознания с содержанием естественнонаучного образования в средних, средних специальных и высших учебных заведениях. Изучался синергетический подход к образовательной деятельности, а также предпосылки к синергетическому подходу - многочисленные работы по теории и практике междисциплинарных связей. Сопоставлялась динамика междисциплинарного взаимодействия в образовании с динамикой междисциплинарного взаимодействия в науке. Обнаружилось недостаточное внимание к серьёзному отражению достижений неклассического и постнеклассического естествознания в учебном процессе.

На экспериментально-формирующем этапе (2003-2004 гг.) разрабатывались предложения по дополнению содержания отдельных общеобразовательных тем физики, химии, математики конкретными связующими и системообразующими сведениями, позволяющими устранить несогласованности в практике обучения этим дисциплинам. Проводились педагогические эксперименты в среднем и среднем специальном учебном заведении с целью проверки возможности качественного усвоения предложенных нетрадиционных связующих и системообразующих сведений учащимися средних и средних специальных учебных заведений. При оценке качества усвоения учащимися предлагаемых им материалов помимо традиционного опроса, использовались задачи входного, рубежного и итогового контроля, являющиеся элементами модели непрерывной диагностики знаний учащихся.

На экспериментально-обучающем этапе (2004-2006 гг.) студенты высшего учебного заведения обучались основам неклассического и постнеклассического естествознания по материалам, разработанным с целью сокращения разрыва между классическим уровнем обучения естественным наукам и постнеклассическим уровнем достижений современного естествознания. На курсах повышения квалификации преподавателям естественнонаучных дисциплин предлагалось освоить методологию энтропийно-синергетического сканирования, позволяющую контролировать и устранять несогласованности обучения различным естественнонаучным дисциплинам. В обоих случаях (при обучении студентов и при повышении квалификации преподавателей) экспериментальная оценка качества усвоения предлагаемых материалов осуществлялась при сочетании традиционного опроса и задач входного, рубежного, итогового контроля.

На заключительном этапе (2006-2008 гг.) производилась корректировка основных положений исследования, обобщались и систематизировались материалы педагогического эксперимента, формулировались выводы, завершалась работа над диссертацией.

Экспериментальная база исследования: Томский политехнический университет, Институт инженерной педагогики Томского политехнического университета, Томский государственный педагогический университет, лицей при Томском политехническом университете. В отдельных аспектах исследования были задействованы: Томский областной институт повышения квалификации и переподготовки работников образования (ТОИПКРО), учебно-методический центр областного управления начального профессионального образования администрации Томской области, Томское областное музыкальное училище.

На защиту выносятся:

1. Положение о несоответствии содержания современного классического естественнонаучного образования постнеклассическому уровню достижений современной науки, сложившемся в результате традиционного воспроизводства традиционных знаний. Классическое естествознание, сформированное И. Ньютоном, Р. Декартом, Р. Бойлем, остаётся для обучаемых главным источником научных сведений о явлениях окружающей действительности. Неклассическое естествознание, основанное А. Эйнштейном, В. Гейзенбергом, излагаемое достаточно специфическим математическим языком, оказывается практически доступным узкому кругу специалистов. Попытки представить неклассическое естествознание классическим языком, оправдываемые стремлением к доступности изложения, мало способствуют повышению уровня мышления, предоставляя для восприятия преимущественно образные, внешние картинки действительности, внутри которых остаётся спрятанной суть объектно-субъектного единства. Обучение постнеклассическому естествознанию, зародившемуся в 20 веке благодаря трудам И. Пригожина, Г. Хакена, ограничивается феноменологическим описанием синергетических процессов и определениями основных понятий синергетики, не затрагивая уникальных свойств нелинейных дифференциальных уравнений, которым подчиняются все синергетические процессы.

2. Теоретические представления об информационных обменах, как процессах, подчиняющихся естественнонаучным закономерностям вещественно-энергетических превращений. Закономерности мышления, обмена знаниями и информацией оказываются аналогичными физическим, в частности, термодинамическим закономерностям вещественно-энергетического обмена, наблюдающимся в энтропийно-синергетических процессах.

3. Методология энтропийно-синергетического сканирования содержания естественнонаучных дисциплин, включающая в себя следующие этапы:

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

-- ликвидация несогласованностей - разработка способов, методов и методик устранения обнаруженных нарушений с помощью связующих и системообразующих сведений;

--систематизация (синергетическая составляющая) - поиск возможностей интеграции, предлагаемого учащимся материала, позволяющей воспринимать разрозненные сведения аспектами единого целого.

4. Теоретические представления о варианте развития трёх направлений синергетического подхода к учебному процессу: синергетика для образования, синергетика в образовании, синергетика образования. Первое направление (синергетика для образования) предполагает разработку интегративного обучения различным естественнонаучным дисциплинам, которая может осуществляться на основе методологии энтропийно-синергетического сканирования. Второе направление (синергетика в образовании) характеризуется внедрением в частных дисциплинах материалов, иллюстрирующих принципы синергетики. При этом математическое описание даже таких простейших синергетических систем как брюсселятор, орегонатор, ячейки Бенара, может быть предложено только студентам естественнонаучных факультетов. Третье направление (синергетика образования) предусматривает синергетичность самого процесса образования.

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

В классическом естествознании, сформированном И. Ньютоном, Р. Декартом, Р. Бойлем, пространство представляет собой протяжённость, в которой располагаются объекты и происходят наблюдаемые события, а время - длительность, относительно которой измеряются эти события, в том числе процессы эволюции. Пространство, время, событие и наблюдатель рассматриваются как четыре независимых друг от друга компонента действительности.

В неклассическом естествознании А. Эйнштейна, В. Гейзенберга, восприятие пространства и времени оказывается результатом взаимодействия субъекта (наблюдателя) и объекта (пространства и времени). При этом все явления описываются относительно наблюдателя, для которого время представляет собой инвариантное расстояние (времениподобный интервал), являющееся функцией расстояния, преодолеваемого фотоном в вакууме. Принципиальное различие между пространством и временем исчезает, они оказываются аспектами единого четырёхмерного пространственно-временнуго континуума, восприятие свойств которого зависит от состояния наблюдателя (субъекта).

Постнеклассическое естествознание, основоположниками которого считаются И. Пригожин и Г. Хакен, обнаружило ограниченность Эйнштейновского понимания пространства и времени - открыло способность материи к процессам, направление развития которых, начиная с определённого момента (точки бифуркации) становится многовариантным, а выбор конкретного варианта оказывается принципиально непредсказуемым для наблюдателя. Причём, возможным вариантом нередко оказывается самоорганизация системы (эволюция) в динамичный макрообъект, структурированный в пространстве и времени. Таким образом, свойства прошлого и будущего в постнеклассическом естествознании становятся существенно различными. Если прошлое определяется изучением пройденного пути, то будущее оказывается объективно вероятностным и точно не предсказуемым в принципе. Пространственно-временньй континуум Вселенной воспринимается современным наблюдателем вещественно-энергетических процессов не только искривлённым, но также разветвлённым, а Вселенная оказывается открытой для случайных воздействий. Возникает необходимость говорить не только о пространственно-временнуй протяжённости, но о едином пространственно-событийно-временнум континууме, в котором будущее разветвлено. Таким образом, постнеклассическое естествознание объединило в одно, неразрывное целое все четыре условно выделенных компонента действительности: пространство, время, событие и наблюдателя.

Достоверность результатов обеспечивается исходными методологическими и теоретическими позициями исследования, соответствующими его целям и задачам; концептуальной непротиворечивостью положений и выводов диссертации основным положениям современной дидактики и методологии педагогики; репрезентативностью данных, полученных в ходе педагогического эксперимента; апробацией результатов исследования.

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 Аристотеля (384-322 до 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.

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 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, В.С. Стёпин, 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.

Разработка А. 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 Н. Н. Моисеева «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

Постнеклассическая наука

Неклассическая наука

Классическая наука

Синкретическая 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 В.Г. Будановым 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, В.Г. Виненко, Кучеренко М.Г. О.Н. Козлова, П.И. Третьяков,

И.Б. Сенновский ), ценностно-синергетический подход (В.В. Маткин), синергизм (И.В. Роберт).

Обозначились попытки применения синергетического подхода к управлению развитием образования (В.Г. Рындак), 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.



а х у b а b z e рис.2. Схема функционирования брюсселятора:	а, b - входящие компоненты, т.е. непрерывно поступающие в систему для поддержания их количества в системе постоянным; - z, e - исходящие компоненты, т.е. покидающие систему и являющиеся продуктами переработки входящих; х, у - интермедиаты - промежуточные продукты переработки входящих компонентов.

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.

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.