Фундаментальные естественнонаучные понятия как методологическая основа обучения бакалавров экологии и природопользования

1УДК 378.147 ББК 74.480

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ ПОНЯТИЯ КАК МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА ОБУЧЕНИЯ БАКАЛАВРОВ ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

М. Г. Ваганов

Рассматривается проблема развития естественнонаучных понятий у бакалавров экологии и природопользования, которые обеспечивают фундаментализацию экологического образования и способствуют более эффективному формированию профессиональных компетенций.

Ключевые слова: естественнонаучные понятия, методология, компетенция, фундаментали-зация экологического образования.

FUNDAMENTAL CONCEPTS OF NATURAL SCIENCE AS METHODOLOGICAL BASIS FOR TRAINING BACHELORS OF ECOLOGY AND WILDLIFE MANAGEMENT

M. G. Vaganov

In the article the problem of natural science concepts development by bachelors of ecology and wildlife management is considered. These concepts provide fundamentalization of environmental education and contribute to more effective formation of professional competencies.

Keywords: natural science concepts, methodology, competency, fundamentalization of environmental education.

В условиях модернизации отечественного образования становятся очевидными тенденции привлечения внимания к проблемам экологического образования. Как подчеркивает Л. В. Моисеева, «оно выступает необходимым условием преодоления негативных последствий антропогенного влияния на окружающую среду и фактором формирования экологической культуры личности как регулятора отношений в системе "человек - окружающая среда"» [1, с. 4]. Приоритетным в этом отношении становится высшее профессиональное экологическое образование, которое реализуется через ряд программ подготовки квалифицированных кадров в области экологической деятельности, в том числе и бакалавров экологии и природопользования. В соответствии с социальным заказом государства обучение бакалавров по данному направлению выстроено с учетом научной области экологии, объектом которой являются сложные надорганизменные системы, а также проблемы взаимодействия

глобальной человеческой цивилизации (культуры) и природной среды.

Особенностью процесса подготовки бакалавров является приоритетность формирования у них компетенций, направленных на решение профессиональных задач. Формируемые компетенции должны обладать максимальной универсальностью, которая может быть достигнута лишь в том случае, если бакалавры обладают глубоким пониманием сущности происходящих процессов и явлений. В связи с этим становится актуальным поиск оптимального соотношения фундаментальной и прикладной составляющих профессионального обучения.

Фундаментализация экологического образования может быть достигнута, если приоритетными станут методологические основы содержания обучения, предполагающие не только овладение студентами основными понятиями, законами, концепциями, но и познавательными средствами, методами и приемами изучаемых наук, необходимыми для непрерывного

самообразования и самосовершенствования. Как подчеркивает Л. М. Фридман, содержанием вузовского обучения является вчерашний день соответствующих наук, то есть уже устоявшиеся положения, факты и теории этих наук. В то время как «...в высшем образовании должны получить приоритет методологические основы содержания обучения, овладение студентами основными познавательными средствами, методами и приемами изучаемых наук с тем, чтобы создать необходимую базу для непрерывного самообразования и самосовершенствования. И лишь на базе методологических основ в учебных предметах вуза должно изучаться все остальное содержание обучения как конкретизация и реализация этих основ» [2, с. 121]. Таким образом, важна не столько полнота приобретенных профессиональных знаний, сколько освоение самого гносеологического фундамента знаний, способов их развития, а также способностей понимать и использовать поток новой информации.

Данные постулаты нашли свое отражение в Федеральном государственном образовательном стандарте (ФГОС) высшего профессионального образования по направлению подготовки 022000.62 - «Экология и природопользование» (квалификация (степень) «бакалавр»), который ориентирует бакалавров не только на усвоение теоретических основ общей экологии, социальной экологии и ландшафтоведения, способностей к использованию этих знаний в практической деятельности, но и овладение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения; постижение базовых философских знаний и умение их использовать в области экологии и природопользования, а также овладение знаниями фундаментальных разделов физики, химии и биологии в объеме, необходимом для освоения физических, химических и биологических основ в экологии и природопользовании.

Овладение фундаментальными онтологическими и гносеологическими знаниями предполагает формирование у студентов понятийного аппарата с опорой на общие философские принципы развития и единства материи, а также естественнонаучные - структурный и генетический подходы, что будет способствовать

более глубокому пониманию и осмыслению механизмов организации, функционирования и эволюции сложных надорганизменных (экологических) систем. В свою очередь понимание этих принципов и подходов позволит эффективно решать практические профессиональные задачи, рассматривая их через призму физико-химических и биологических основ экологии.

В то же время результаты наших исследований позволяют сделать вывод, что у многих студентов-экологов уровень развития естественнонаучных знаний и общей методологической культуры невысок. Основными причинами этого являются:

1. Неразработанность взаимосвязей между практико-ориентированными методами изучения экологических систем и фундаментальными естественнонаучными и методологическими основами экологии, которые четко выстраивают логику изучения форм движения материи, в результате чего происходит искажение естественнонаучного мировоззрения и мышления студентов.

2. Доминирование в изучении экологических дисциплин методических подходов, ориентированных на фактологический уровень познания, в то время как приоритет должны получить методологические основы содержания обучения, а весь частный материал выступать средством подтверждения этих закономерностей.

3. Невостребованность в процессе формирования специальных экологических понятий физических, химических и общебиологических знаний, необходимых для понимания сущности организации, функционирования и эволюции экологических систем, что не позволяет сформировать у студентов целостное представление о явлениях и процессах, изучаемых в общепрофессиональных дисциплинах, и использовать эти знания на практике при решении конкретных профессиональных задач.

Анализ базовых положений трудов ученых, которые рассматривали проблемы экологического образования и совершенствования методики формирования понятий, показал, что важнейшим условием формирования и развития фундаментальных знаний в области экологии выступают естественнонаучные понятия. Мы

разделяем точку зрения Г. А. Берулава, А. И. Гурьева, М. Д. Даммер, С. М. Похлебаева, Д. Х. Рубинштейна, М. Ж. Симоновой, А. В. Усовой, А. А. Яворука и др., что среди научных понятий фундаментальные естественнонаучные понятия занимают особое место в системе знаний. Данные понятия являются определенными кластерами знаний, которые интегрирует в себе итог и сам процесс познания, включают определенные рефлексивные процессы мышления, они имеют наибольший объем и обладают самым мощным методологическим потенциалом, необходимым для понимания сущности объектов неживой и живой природы и их взаимодействия, а следовательно, влияют на уровень сформированности общекультурных и профессиональных компетенций бакалавров экологии и природопользования. В объективном ракурсе они выступают ключевым системообразующим фактором и составляют ядро естественнонаучной картины мира. Не умаляя достоинства результатов научных исследований отмеченных выше авторов, следует обозначить два важных момента, которые мотивируют продолжение работы в этом направлении. Во-первых, результаты исследований получены авторами в основном на материале основной и средней школы. Во-вторых, в качестве предмета исследования отбирались одно или два фундаментальных естественнонаучных понятия, которые не позволяли в полной мере раскрыть содержание (сущность) изучаемых объектов.

В основу нашего исследования были положены труды С. М. Похлебаева, в которых обоснована необходимость параллельного формирования и развития пяти фундаментальных естественнонаучных понятий: «вещество», «энергия», «диффузия», «информация», «форма» (которые тесно взаимосвязаны между собой) при изучении биологической формы движения материи. «Данные понятия имеют высокий уровень абстракции, через них раскрывается содержание атрибутов материи: движения, взаимодействия, отражения, а потому они являются системообразующими понятиями при формировании естественнонаучной картины мира» [3, с. 597]. Основная задача исследования состояла в разработке эффективной методики обучения студентов, обеспечивающей усвоение ими методологического потенциала систе-

мы обозначенных выше понятий и применение этих знаний при изучении экологических систем в вузовских курсах, а также принятии практических решений в различных сферах человеческой деятельности.

Данные понятия определяют стратегию изучения живого на всех уровнях его организации. Подтверждением этому является высказывание К. А. Тимирязева, в котором все проявления жизни сводятся к трем явлениям: к превращению вещества, превращению энергии и превращению формы [3]. В свою очередь академик Н. П. Дубинин констатировал, что триадой жизни являются: вещество, энергия и информация [4]. Понятие «диффузия», по-нашему мнению, помогает более полно раскрыть механизмы превращения вещества и энергии на всех уровнях организации: от электронного (электронная, протонная, атомарная, молекулярная диффузия) до биосферного (биогеохимические циклы). Ключевая стратегия обозначенной нами системы фундаментальных естественнонаучных понятий проявляется в том, что они конкретизирует и раскрывают сущность такой важнейшей диалектической пары категорий, как содержание и форма.

Многообразие и неповторимость форм живой материи, являющихся результатом эволюции, обеспечивает разнообразие и устойчивость экосистем разного уровня. Форма есть внешнее выражение какого-либо содержания. Отсюда следует, что любая биоформа есть внешнее выражение внутренних жизненных процессов, в основе которых лежат явления превращения вещества, энергии и информации. Ключевую роль в этих превращениях играет диффузия, обеспечивающая взаимодействие между элементами как внутри живой системы, так и между ее элементами и окружающей средой. Таким образом, обозначенные нами фундаментальные естественнонаучные понятия находятся в генетической связи и позволяют наблюдать сопряженную эволюцию формы и содержания на разных уровнях организации живых систем начиная с клеточного уровня и заканчивая надорга-низменным, который является предметом изучения экологических дисциплин.

В целом выделенные нами фундаментальные естественнонаучные понятия (которые далее мы будем обозначать как естественнонауч-

ные понятия), отражают базовые принципы организации, функционирования и эволюции природных систем, понимание которых позволяет раскрыть сущность более частных экологических процессов. Однако формирование и развитие каждого понятия в отдельности друг от друга или вне взаимосвязи с более обобщенными философскими категориями и более частными общебиологическими и экологическими понятиями будет крайне неэффективным. Важнейшим фактором их эффективного развития и, как следствие, повышение фундаментализации профессионального экологического образования, выступает принцип сопряжения. Сопряжение как одна из внутренних сторон взаимодействия и естественнонаучная категория познания обоснованы в работах С. М. Похлебаева с сотрудниками [3-4; 6-7]. В своем содержании данная категория отражает общий принцип организации и эволюции объектов и явлений окружающего мира, позволяет раскрыть один из механизмов возникновения у этих объектов нового качества. Сопряжение выполняет огромную методологическую роль, при развитии естественнонаучных понятий, выступая основой для познания сложных экологических процессов и явлений, поскольку определение и познание объекта возможно только в системе взаимодействий с другими окружающими явлениями, их частями, сторонами и свойствами. Понимание и усвоение методологического потенциала категории сопряжения позволяет вооружить студентов эффективным методом формирования частных экологических понятий, что позволяет раскрыть сущность процессов и явлений, происходящих в экологических системах и на этой основе сформировать экологическое мышление и сознание.

В свою очередь активное оперирование понятиями и глубокое понимание их содержания, позволит унифицировать знания и применять их в решении профессиональных задач в любых условиях и ситуациях. Данное положение можно реализовать, если развитие понятий будет выстроено с опорой на основные философские категории, отражающие ключевые постулаты общей методологии познания -материалистической диалектики. Тактикой развития данных понятий, на наш взгляд, должен служить компетентностный подход, который ориентирует студентов на формирование

универсальных профессиональных качеств. Эти качества определяют обучаемость бакалавров, так как позволяют в итоге обобщать их знания в форме понятий и принципов и сводить их в единую систему.

Следует отметить, что формируемые компетенции студентов неотделимы от смысловой составляющей базовых видов профессиональной деятельности, которую слагают фундаментальные естественнонаучные понятия. Через развитие данных понятий реализуется сопряжение общекультурных и профессиональных компетенций, которые позволяют адаптироваться в профессиональной среде, а также способствуют самостоятельному решению задач различного уровня сложности. В то же время современная система подготовки бакалавров не обладает эффективными методиками формирования и развития компетенций в области решения профессиональных задач с опорой на фундаментальные естественнонаучные и экологические понятия.

Таким образом, современная система подготовки бакалавров экологии и природопользования должна быть ориентирована на фундамен-тализацию профессионального образования за счет повышения роли философских, физико-химических, общебиологических географических основ экологии, сконцентророванных в категориях и понятиях. Данные знания способствуют формированию компетенций студентов, поскольку позволяют унифицировать способы решения профессиональных задач.

Содержательные основы преемственности в развитии и сопряжении естественнонаучных понятий у бакалавров экологии и природопользования, проявляются в том, что:

• дидактические функции понятий «вещество», «энергия», «диффузия», «информация» и «форма» обеспечивают синтез знаний, получаемых студентами в процессе овладения учебным материалом при изучении общепрофессиональных дисциплин. Данные понятия играют системообразующую и методологическую роль в изучении механизмов организации, функционирования и эволюции экосистем;

• методологические подходы обеспечивают преемственность в развитии философских категорий, естественнонаучных и экологических понятий. К таким подходам следует отнести диа-

лектический, исторический, системно-синерге-тический, кибернетический, эволюционный, де-ятельностный и компетентностный;

• система образно-знаковых моделей, отражающих уровни организации и функционирования экосистем, позволяет развивать философские категории, естественнонаучные, общебиологические и экологические понятия на конкретных дисциплинах общепрофессионального цикла у бакалавров экологии и природопользования.

Разработанная нами методика развития естественнонаучных понятий включает:

• методическую модель, в основе которой лежат системный и компетентностный подходы, принцип сопряжения, позволяющие реализовать дидактические принципы развития естественнонаучных понятий, к которым можно отнести следующие: фундаментализации, преемственности, интегративности, наглядности и профессиональной направленности;

• уточнение и корректировку содержания дисциплин общепрофессионального цикла («общая экология», «ландшафтоведение» и «социальная экология»), которая позволяет отразить логику развития естественнонаучного мышления студентов в движении от наглядно-образного, далее к обобщенно-образному, понятийному и практико-действенному;

• методы (моделирования, погружения, эвристического и проблемного обучения, исследовательский) и формы (проблемная лекция, интегративный семинар, практические занятия и лабораторные работы) обучения, обеспечивающие, с одной стороны, развитие естественнонаучных понятий, с другой - их взаимосвязь с

практической направленностью подготовки бакалавров природопользования, позволяющей использовать ключевые физико-химические и биологические знания в решении задач профессионального характера, что способствует формированию профессиональных компетенций;

• критерии сформированности естественнонаучных понятий, к которым нами были отнесены этапы развития и уровни представлений понятий;

• контрольные и самостоятельные задания, позволяющие выявлять уровень усвоения понятий у студентов;

• систему эстетически оформленных образно-знаковых моделей высокого уровня интеграции. Сопряжение двух этих компонентов при конструировании моделей инициировали у студентов чувственные и интеллектуальные эмоции, которые запрограммированно мотивировали интерес к изучению предметов экологического цикла и способствовали развитию чувственного и рационального способов познания.

С целью подтверждения эффективности разработанной нами методики формирования естественнонаучных понятий был проведен педагогический эксперимент, в соответствии с методикой А. В. Усовой [8]. В таблице представлены основные результаты педагогического эксперимента, характеризующие количественные (коэффициент эффективности предложенной системы по глобальному показателю уровня сформированности понятий (в)) и качественные (коэффициент эффективности по интегральному коэффициенту усвоения понятий (р)) показатели усвоения понятий, студентами экспериментальной группы.

Понятие Этап эксперимента II ю| о й 'а II

Вещество Констатирующий 1,165 0,909

Контрольный 1,553 2,227

Энергия Констатирующий 1,055 1,105

Контрольный 1,761 2,190

Диффузия Констатирующий 0,980 1,200

Контрольный 1,713 2,812

Информация Констатирующий 1,073 1,062

Контрольный 1,515 2,100

Форма Констатирующий 1,038 1,083

Контрольный 2,664 3,727

Таблица

Коэффициенты эффективности методики развития естественнонаучных понятий у студентов экспериментальной и контрольной группы

Результаты педагогического эксперимента позволяют утверждать, что применение методики развития естественнонаучных понятий обеспечило теоретический уровень их усвоения студентами экспериментальной группы. Оперирование студентами данными понятиями в учебном процессе способствовало достаточно быстрому переходу от наглядно-образного к обобщенно-образному, понятийному и практико-действенному типу мышления. Об этом свидетельствует активное применение естественнонаучных понятий студентами экспериментальной группы в решении профессиональных задач, данные понятия благодаря своей универсальности и значительной методологической роли позволили унифицировать способы решения задач, что явилось в своем роде методологическим инструментом, позволяющим не только сократить время на решение поставленных задач, но и оптимизировать способы и приемы метапредметных умений.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дубинин, Н. П. Общая генетика [Текст] / Н. П. Дубинин. - 2-е изд. - М.: Наука, 1976.

- 572 с.

2. Моисеева, Л. В. Региональное экологическое образование: Теория и практика [Текст] : дис. ... д-ра пед. наук / Л. В. Моисеева. -Екатеринбург., [б.и.], 1997. - 376 с.

3. Похлебаев, С. М. Методологические и содержательные основы преемственности физики, химии, биологии при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий [Текст]: дис. ... д-ра пед. наук / С. М. Похлебаев. - Челябинск, 2007. - 720 с.

4. Похлебаев, С. М. Сопряжение и разобщение как диалектическая пара, и ее роль в создании и понимании хемиосмотической теории Митчелла [Текст] / С. М. Похлебаев, И. А. Третьякова // Наука и школа. - 2011. - № 4.

- С. 65-67.

5. Похлебаев, С. М. Сопряжение как фундаментальный принцип организации и развития материи [Текст] / С. М. Похлебаев, О. С. По-хлебаева // Наука и школа. - 2009. - № 6. - С. 30-32.

6. Тимирязев, К. А. Исторический метод в биологии [Текст]: избр. соч.: в 4 т. / К. А. Тимирязев. - М.: Сельхозгиз, 1949. - Т. 3. - 644 с.

7. Третьякова, И. А. Методологическая роль понятия «Сопряжение» в понимании коэволюции типов обмена веществ и среды обитания организмов [Текст] / И. А. Третьякова, С. М. Похлебаев // Наука и школа. - 2011. - № 6. - С. 85-88.

8. Третьякова, И. А. Сопряжение как внутренняя сторона взаимодействия и методология познания [Текст] / И. А. Третьякова // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 11 (9). - С. 1929-1933.

9. Усова, А. В. Теоретико-методологические основы построения новой системы естественнонаучного образования [Текст]: моногр. / А. В. Усова, М. Д. Даммер, С. М. Похлебаев, М. Ж. Симонова; под ред. А. В. Усовой. - Челябинск: Изд-во ЧГПУ, 2000. - 100 с.

10. Фридман, Л. М. Психолого-педагогическая модель высшего образования [Текст] / Л. М. Фридман // Вестн. ЧГПИ. Сер. 2: Педагогика. Психология. Методика преподавания. -Челябинск: Изд-во ЧГПИ, 1995. - № 1. - С. 120-125.

REFERENCES

1. Dubinin N. P. Obshchaya genetika (General genetics). 2nd edition. Moscow: Nauka, 1976. 572 p.

2. Moiseeva L. V. Regionalnoe ekologicheskoe obrazovanie: Teoriya i praktika (Regional environmental education: Theory and practice). Ekaterinburg, 1997. 376 p.

3. Pokhlebaev S. M. Metodologicheskie i soder-zhatelnye osnovy preemstvennosti fiziki, khimii, biologii pri formirovanii fundamentalnykh est-estvennonauchnykh ponyatiy (Methodological and content basis of continuity of physics, chemistry and biology by forming of fundamental natural science concepts). Chelyabinsk, 2007. 720 p.

4. Pokhlebaev S. M., Tretyakova I. A. Sopryazhenie i razobshchenie kak dialekticheskaya para, i ee rol v sozdanii i ponimanii khemiosmoticheskoy teorii Mitchella (Conjugation and dissociation as a diacletic pair, and its role in creation and understanding of Mitchell's chemiosmotic theory). Nauka i shkola (Science and School), 2011, no. 4, pp. 65-67.

5. Pokhlebaev S. M., Pokhlebaeva O. S. Soprya-zhenie kak fundamentalnyy printsip organizatsii i razvitiya materii (Conjugation as a fundamen-

tal principle of matter organization and development). Nauka i shkola (Science and School), 2009, no. 6, pp. 30-32.

6. Timiryazev K. A. Istoricheskiy metod v biologii: izbr. soch.: v 4 t. (Historical method in biology: selected works: in 4 vol.) Vol. 3. Moscow: Selk-hozgiz, 1949. 644 p.

7. Tretyakova I. A., Pokhlebaev S. M. Metodolog-icheskaya rol ponyatiya "Sopryazhenie" v poni-manii koevolyutsii tipov obmena veshchestv i sredy obitaniya organizmov (The methodological role of the concept "Conjugation" within the meaning of coevolution of types of metabolism and organisms live environment). Nauka i shkola (Science and School), 2011, no. 6, pp. 85-88.

8. Tretyakova I. A. Sopryazhenie kak vnutrennya-ya storona vzaimodeystviya i metodologiya poznaniya (Conjugation as the inner side of in-

teraction and methodology of cognition). Fun-damentalnye issledovaniya (Fundamental studies), 2013, 11 (9), pp. 1929-1933.

9. Usova A. V. Teoretiko-metodologicheskie os-novy postroeniya novoy sistemy estestvennon-auchnogo obrazovaniya (Theoretical and methodological foundations of building a new system of natural science education). Chelyabinsk: Izd-vo ChGPU, 2000. 100 p.

10. Fridman L. M. Psikhologo-pedagogicheskaya model vysshego obrazovaniya (Psychological and pedagogical model of higher education). Vestn. ChGPI. Ser. 2: Pedagogika. Psikhologi-ya. Metodika prepodavaniya (Herald of Chelyabinsk State Pedagogical Institute. Ser. 2: Pedagogics. Psychology. Methods of teaching). Chelyabinsk: Izd-vo ChGPI, 1995, no. 1, pp. 120-125.

Ваганов Михаил Геннадьевич, учитель общеобразовательной школы «7 ключей», при НОУ ВПО «Русско-Британский институт управления», г. Челябинск e-mail: Vaganov454@mail.ru

Vaganov Michael G., Teacher, Secondary school "7 Keys" by State Educational Institution of Higher Professional Education "Russian-British Institute of Management", Chelyabinsk e-mail: Vaganov454@mail.ru