Синергетика в современном обучении

Научно-практический журнал «Гуманизация образования» № 4/2013

Презентация научных работ - Лауреатов Всероссийского конкурса на лучшую научную книгу 2012 года, проводимого Фондом развития отечественного образования

Горбатюк В. Ф.

СИНЕРГЕТИКА В СОВРЕМЕННОМ ОБУЧЕНИИ

В 2011 году в результате общения и благодаря влиянию крупного российского учёного, одного из создателей современной синергетики, Колесникова А.А. у автора появилась идея провести в Таганрогском государственном педагогическом институте имени А.П. Чехова (ТГПИ) Международную научно-практическую интернет-конференцию «Педагогика в XXI веке: синергетика, моделирование и прикладные исследования, электронное, мета-проектное и взаимное обучение, интерактивность и мультимедиа». После определенных, порой значительных, усилий автора, как председателя оргкомитета конференции, интернет-конференция состоялась и прошла в ТГПИ с 22.02 по 31.03 2012 г. На сайте ТГПИ http://tgpi.ru/ был создан раздел, на котором была выложена вся информация конференции. На форумеforum.tgpi.ru обсуждались доклады. В работе интернет-конференции приняли участие 62 докладчика из трёх стран: Германия, Россия, Украина. Подан и принят оргкомитетом 61 доклад, у 23-х участников доклады с мультимедиа. Автором при поддержке ТГПИ создан электронный сборник трудов этой конференции, который стал первым электронным изданием ТГПИ, зарегистрированным в «Информрегистре». Благодаря конференции удалось установить творческие связи со многими учёными, интересными людьми: Е.Н. Князева, Г.О. Громыко, И.В. Абакумова и др. По рекомендации оргкомитета конференции и при поддержке ректората ТГПИ в апреле 2012 г. автором была основана научная школа «Синергетика, моделирование, современные технологии обучения». Всё это, а также желание поделиться полученными результатами, и дало творческий импульс, который и побудил автора написать эту монографию [1].

В первой главе кратко описана история создания и развития синергетики. Упомянуты только имена И. Пригожина, Г. Хакена и А. Колесникова, хотя список имён намного больше. Возникнув, синергетика стремительно развивается, проникая практически во все сферы деятельности человека. Педагогика не является исключением.

Имя профессора Ильи Романовича Пригожина (25.01.1917, Москва - 28.05. 2003, Брюссель) хорошо известно в качестве одного из основателей современной теории необратимых процессов. Его работы затрагивают фундаментальные вопросы термодинамики и статистической физики. Выдающиеся научные достижения И. Пригожина отмечены высокими наградами. В 1977 г. ему была присуждена Нобелевская премия по химии. И.Р. Пригожин сделал хорошую попытку единого описания явлений самоорганизации в сложных системах, т.е. в системах с большим числом взаимодействующих субъединиц. Научный опыт и наблюдения свидетельствуют о том, что такие системы (при выполнении определенных условий) могут характеризоваться когерентным поведением на масштабах, значительно превосходящих размеры отдельной субъединицы. Биологическая упорядоченность, генерация когерентного света лазером, возникновение пространственной или временньй упорядоченности в химических реакциях и гидродинамике и, нако-

43

ISNN 1029-3388

нец, функционирование экосистем в животном мире или жизнь человеческого общества - все эти примеры являются поразительной иллюстрацией явлений самоорганизации.

Хакен Герман (Hermann Haken, род. 12 июля 1927 г.) - немецкий физик-теоретик, основатель синергетики. Изучал физику и математику в университетах Галле (1946-1948) и Эрлангена (1948-1950), получив степени доктора философии и доктора естественных наук. С 1960 г. по 1995 г. являлся профессором теоретической физики университета Штутгарта. До ноября 1997 г. был директором Института теоретической физики и синергетики университета Штутгарта. С 1995 г. является почетным профессором и возглавляет Центр синергетики в этом институте, а также ведет исследования в Центре по изучению сложных систем в университете Флориды (Бока Рэтон, США). Основатель и редактор Шпрингеровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему времени опубликовано уже 69 томов.

Термин «синергетика», обозначающий новое направление междисциплинарных исследований в науке, Хакен впервые ввел в своих лекциях в университете Штутгарта в 1969. Слово «синергетика» пришло из греческого языка и означает науку о сотрудничестве, кооперации. Хакен убежден в существовании общих закономерностей, которые имеют силу не только для фундаментальных составных частей материи, но и для поведения сложных систем любой природы. Хакен внес вклад в разработку теории лазеров, предложив простейшую модель для описания когерентного лазерного излучения, которое по сей день рассматривается в качестве парадигмального примера структур самоорганизации. Ключевым словом для синергетики является «взаимодействие». Синергетика является учением о взаимодействии («die Lehre vom Zusammenwirken») элементов внутри сложных систем, в результате которого возникают новые макроскопические свойства этих систем. Синергетическая модель Хакена для объяснения становления когерентного поведения элементов (самоорганизации) включает три важнейших представления: параметры порядка, принцип подчинения, циклическую причинность. Синергетика не сводит поведение системы ни к её поведению на микроскопическом уровне (редукционизм), ни к её макроскопическому поведению (холизм), она скорее пытается понять, как устанавливается и функционирует связь между этими двумя уровнями. Это удается ей благодаря понятию параметров порядка и принципу подчинения.

Колесников Анатолий Аркадьевич (род. 06.08.1935 г. в с. Карпо-Обрывск, Тацинс-кого р-на Ростовской обл.) - заведующий кафедрой синергетики и процессов управления, Южный федеральный университет (ЮФУ), г. Таганрог, Россия; доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники России; основатель современной синергетики применительно к системам и процессам управления. Является действительным членом международной Академии навигации и управления движением и Академии электротехнических наук России; член-корреспондент Российской академии естественных наук. Анатолий Колесников является руководителем известной российской научной школы в области нелинейного системного синтеза - системной физики, Соросовский профессор (четырежды) в области точных наук. Для эффективного применения идей синергетики А. Колесниковым предложен новый, принципиальный шаг, суть которого в переходе от непредсказуемого поведения системы по алгоритму диссипативной структуры к направленному движению вдоль желаемых инвариантных многообразий - аттракторов, к которым подстраиваются все другие переменные динамической системы. Это уже способ направленной самоорганизации синтезируемых систем. При таком подходе - аттрактор - определяет сущность процесса, а его истинное понимание состоит в самоуправлении и направленной самоорганизации в соответствии с поставленной целью. С информационной точки зрения этот способ отражает процесс рецеп-

44

Научно-практический журнал «Гуманизация образования» № 4/2013

ции информации, что на языке теории динамических систем означает перевод соответствующей системы в определенное конечное состояние независимо от её прежнего состояния. В свойстве самоуправляемости и направленной самоорганизации нелинейных систем проявляется новый взгляд на проблему системного синтеза, тенденция перехода от классических методов кибернетики к современным идеям синергетики.

Как показано во второй главе, разработано великое множество теорий и моделей обучения. Но жизнь продолжается, мир вступил и развивается в эпохе всеобщей информатизации. Новые информационные технологии, мобильная связь, интернет, мультимедиа, лавинообразное увеличение новой информации не дают человеку другого выбора, кроме освоения и использования новых технологий. И здесь многие науки, в том числе педагогика из-за инерции, трудности адаптации не всегда успевают отвечать вызовам прогресса. Описана авторская модель на основе синергетики, мета-проектов и взаимного обучения с использованием технологий e-leaming. Предложенная автором модель обучения основана на циклической модели (ПОЛУЧЕНИЕ - ПРИМЕНЕНИЕ): студенты получают (приобретают) знания по изучаемому курсу на занятиях (как аудиторных, так и самостоятельных) от преподавателя и из электронного ресурса преподавателя, а применяют знания, выполняя заданные преподавателем индивидуальные мета-проекты. Каждый обучаемый по своей индивидуальной траектории усваивает (изучает) заданный предмет. Процесс обучения контролируется путем оценки времени и качества выполнения индивидуальных мета-проектов. На рис. 1 приведена авторская модель обучения и приняты обозначения: а) циклическая модель; 1 -электронный образовательный ресурс преподавателя по предмету; 2 - база заданий преподавателя по предмету для выполнения мета-проектов; 3 - цикл (шаг) обучения; 4 - цикл (шаг) применения знаний; 5 - самостоятельное обучение; 6 - самостоятельное применение знаний; 7 - помощь (консультация) преподавателя; 8 - помощь товарищей (взаимное обучение).

Рис. 1. Авторская модель обучения

Автором проведены исследования по всем читаемым им предметам. Главный фактор, запускающий в учебной группе механизмы самоорганизации и самообучение - ситуация конструктивного хаоса. Студенты свободны в выборе индивидуальной траектории обучения, свободно общаются как с преподавателем, так и друг с другом в любое взаимно удобное время. Если в учебной группе преподавателем удачно создана ситуация конструктивного хаоса, то запускаются механизмы самоорганизации-самообучения, «правила игры», заданные преподавателем, становятся аттракторами и в группе проявляются эмерджентные свойства. В результате этого учебная группа может быть разделена на две

45

ISNN 1029-3388

полярные подгруппы: а) студенты, которые сами выполняют все задания. Именно они образуют «островок самообразования» (термин автора). Это активные лидеры самообучения. Посредством взаимного обучения подтягивают студентов своей группы до своего уровня; б) студенты, которые не могут сами выполнять задания по разным причинам. Они не лидеры обучения и нуждаются в помощи и взаимном обучении. Задача преподавателя - найти законы развития учебной группы как системы: аттракторы, запускающие механизм переключения, смены различных режимов развития системы, переходов от одной относительно устойчивой структуры к другой, перехода от первоначальных незнания и неумения к конечным знаниям и умениям, обеспечивающие в целом саморазвитие системы.

Уже более 30 лет человечество живёт в своём четвертом - информационном цикле развития. На Земле в разных странах возникают и развиваются различные технологии электронного обучения, работают кибер-университеты. Люди учатся по-новому и это даёт как новые результаты, так и новые преимущества. E-leaming позволяет реализовать два основных принципа современного образования - “образование для всех” и “образование через всю жизнь”. В третьей главе подробно описаны технологии электронного обучения и авторские примеры реализации. Автору удалось внедрить электронное обучение (и обучение на моделях) по всем читаемым им в ТГПИ учебным курсам. Это достигнуто ценой огромного, непрерывного труда и за счёт личного времени. К сожалению, такая работа пока не оплачивается.

Научно-технический прогресс приводит к широкому использованию в электронном обучении интерактивности и мультимедиа и появлению новых составляющих мультимедиа: виртуальная реальность, 3D и голографические изображения. Мультимедиа проникают практически во все сферы деятельности. В образовательном процессе применение продуктов мультимедиа занимает всё большее место. Новые технические средства, например, интерактивные доски, программы, обеспечивающие интерактивное взаимодействие участников обучения, становятся мощным инструментом для эффективной организации обучения. Одно из ключевых понятий в современном электронном обучении (e-learning) -интерактивность. Интерактивность - понятие, которое раскрывает характер и степень взаимодействия между объектами. Интерактивные методы в современной педагогике используются всё шире и чаще. В четвертой главе объяснены понятия мультимедиа и интерактивность и приведены примеры авторских курсов. Особенно интересен довольно сложный авторский курс «Основы создания видео и мультимедиа обучающих средств».

В современной педагогике всё чаще используется метод мета-проектов. Мета-про-ектное обучение с одной стороны, ограничивает традиционный предметоцентризм, с другой, - расширяет и углубляет его, делая учебный предмет полем межпредметных взаимодействий. Идеи мета-проектного обучения развиваются во многих вузах России. Все, что я познаю, я знаю, для чего это мне надо и где и как я могу эти знания применить, - вот основной тезис современного понимания метода мета-проектов, который и привлекает многие образовательные системы, стремящиеся найти разумный баланс между академическими знаниями и прагматическими умениями. В основе метода мета-проектов лежит развитие познавательных навыков студентов, умений самостоятельно конструировать свои знания, умений ориентироваться в информационном пространстве, развитие критического мышления. Умение пользоваться методом мета-проектов -показатель высокой квалификации преподавателя, его прогрессивной методики обучения и развития. Недаром эти технологии относят к технологиям 21 века, предусматрива-

46

Научно-практический журнал «Гуманизация образования» № 4/2013

ющим, прежде всего, умение адаптироваться к стремительно изменяющимся условиям жизни человека в современном обществе. Автор на протяжении ряда лет плодотворно использует мета-проектное обучение для всех своих предметов. В пятой главе изложены история и принципы мета-проектного обучения. Приведены конкретные примеры заданий по всем авторским курсам, созданные по принципам мета-проектов.

Ещё одна прогрессивная и эффективная технология обучения, которую использует автор - взаимное обучение. По данным автора, при использовании моделей обучения, основанных на принципах синергетики, процессы взаимного обучения в учебной группе запускаются автоматически. В шестой главе рассмотрена история и принципы парного обучения и предложено взаимное обучение как развитие парного обучения. Приведены авторские примеры применения.

Суть авторской концепции взаимного обучения - включение механизмов самоорганизации и самообучения; обучение по индивидуальной, выбранной самим обучаемым траектории; предоставление обширного электронного ресурса; возможность общаться с преподавателем в любое взаимно удобное согласованное время с помощью всех имеющихся современных средств; совместная работа обучаемых по выполнению заданий по курсу в спонтанно возникающих малых группах; выполнение заданий по курсу в форме мета-проектов; доступность электронного журнала преподавателя; выполнение всех заданий в электронном виде.

В седьмом разделе приведены многочисленные результаты экспериментальных исследований в учебных группах ТЕПЛ. Особенностью авторских технологий обучения является ведение электронного журнала учёта обучения для каждой учебной группы по каждому предмету. Предлагаемый автором электронный журнал преподавателя представляет собой таблицу, в ячейках которой приведены фамилия, имя отчество каждого студента и указаны все задания по предмету, которые студентам предстоит выполнить в ходе обучения. В ячейки таблицы преподаватель заносит дату выполнения каждого задания. Иногда студенты с первого раза не сдают задание. В этом случае в ячейке таблицы могут быть две и более даты. В электронный журнал удобно заносить и результаты аттестации: зачет и экзамен. Чтобы данные электронного журнала можно было обрабатывать и анализировать, необходимо в каждой ячейке оставить только одну дату, последнюю. Затем данные электронного журнала копируются и переносятся в электронную таблицу MicrosoftExcel. Далее преобразуется формат данных в формат дата «Образец: 14.3». Вид электронного журнала, пригодный для дальнейшей обработки, показан на рис. 2. Нас интересуют вопросы, ответ на которые могут дать данные электронного журнала:

1) Возникают ли в данной учебной группе «островки самоорганизации, самообразования»?

2) Относится ли выбранный конкретный студент к подгруппе а) или б)?

Для обработки данных электронного журнала автором предложены разные методы, из которых самыми эффективными оказались метод сортировки и выделение лидеров по принципу двухнедельного цикла. На рис. 3 показан результат. Обведены выявленные лидеры - студенты, относящиеся к подгруппе а), образующие «островок самообразования». Предложенные автором методы обработки данных электронного журнала (модификация данных в электронной таблице, метод сортировки и двухнедельного цикла) позволяют обнаруживать эффект появления и роста «островков самобразования». Получен ответ на первый вопрос: в каждой учебной группе возникают «островки самоорганизации, самообразования». Автором также выработан чёткий критерий принадлежности, позволяющий определить метод получения ответа на второй вопрос: относится ли выбранный конкретный студент к подгруппе а) или б)?

47

ISNN 1029-3388

№ ФИО Задания 1 Задания 2 Задания 3 Задания 4 Задания 5 Задания 6 Задания 7

1 Бороденко Екатерина Николаевна. 313 ЗЛ ЗЛ 17Л 14.4 235 225

2 Васильченко Карина Васильевна, ст 1Я5 1&S \5J5 4.6 1S5 46 46

3 Грешнлов Владислав Олегович 5.6 5.6 20.6 13.6 13.6 23.6 23.6

4 Гуменюк Екатерина Васильевна. 15J5 15J5 1&S 46 1S5 46 7.6

5 Козленко Александр Владимирович 31.5 215 215 225 245 315 315

б Колесников Андреи Олегович 3.5 1S.4 26.4 13.4 23.4 20.4 2.5

7 Куэовлев Илья Александрович 4.6 4.6 46 46 10.6 8.6 19.6

S Куцеволов Александр Николаевич 3.5 214 3.5 21.4 30.4 21Л 2.5

9 Ластовецкнн Алексеи Иванович ил 4.4 4.4 44 17Л 4.4 19.4

10 Логинов Артем Олегович 2.7 2.7 4.7 22.6 3.7 2.7 3.7

11 Ннжннк Светлана Викторовна 245 305 155 1.6 225 5.6 5.6

12 Панычев Алексеи Николаевич 17.5 155 155 145 215 215 225

13 Пшеничный Артем Сергеевич 15_5 14.6 55 215 255 23.6 23.6

14 Сидорова Екатерина Олеговна. 155 155 155 275 275 6.6 1.6

15 Тнлтцак Юлия Викторовна. 10.5 105 105 225 105 105 315

10 Хрнщелюк Алексеи Юрьевич 175 145 215 155 105 215 215

17 Чистяков Алексеи Леонидович 225 155 1S5 215 215 215 225

Рис. 2. Модифицированный электронный журнал по предмету «Основы создания видео и мультимедиа обучающих средств» группы Ф-44 2011/2012 уч.года

Рис. 3. Графики выполнения заданий: вертикальная ось - дата; горизонтальная - количество студентов. Слева направо - задания 1,2,3, далее, второй ряд - задания 4,5,6 и внизу - задание 7 Приведенные обширные данные результатов многолетних экспериментальных исследований автора подтверждают правильность выдвинутых автором принципов обучения и работоспособность авторской модели обучения.

Библиографический список

1. Горбатюк, В.Ф. Синергетика в современном обучении: Монография - Таганрог: Изд-во Таганрог, гос. пед. ин-та им. А.П. Чехова, 2012. - 208 с.

48