Концепция целостности естественно-научного цикла дисциплин технического вуза

№ 1,2003 iiiiiiiiiiiiii

АКАДЕМИЧЕСКАЯ ИНТЕГРАЦИЯ

КОНЦЕПЦИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ЦИКЛА ДИСЦИПЛИН ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА

B.C. Михалкин, доцент кафедры физики Ижевского государственного технического университета

Современный период развития техносферы характеризуется устойчивым перемещением акцента с трудоемких процессов на наукоемкие, что предъявляет новые требования к подготовке студентов в техническом вузе. Если раньше большинство инженерных задач достаточно далеко отстояли от границ непознанного, то современное производство передвинуло их непосредственно к этим границам. Оно нуждается в принципиально новых технологических подходах, которые могут разработать только специалисты, способные интегрировать идеи из различных областей науки и техники. Существующая система высшего инженерного образования отстает от требований производства, ее выпускники могут обладать обширными специальными знаниями, но не междисциплинарными знаниями и методологическими понятиями.

На повестку дня встает задача модернизации высшего инженерного образования, которая реализуется сегодня в рамках его фундаментализации, являющейся одним из приоритетных направлений государственной образовательной политики и научно-педагогических исследований (см.: Кондратьев В.В. Фундамен-тализация профессионального образования специалиста в технологическом университете. Казань, 2000; Суханов А.Д. Концепция фундаментализации высшего образования и ее отражение в государственных образовательных стандартах // Высшее образование в России. 1996. № 3; Чебышев Н., Каган В. Высшая школа XXI века: проблема качества // Там же. 2000. № 1). Не вызывает сомнения, что повышение фундаментальности общенаучной подготовки выпускников технических университетов обеспечивается в первую очередь качественной физикоматематической подготовкой, которая

создает универсальную общенаучную и методологическую базу для изучения циклов общетехнических и специальных дисциплин.

Претворение в жизнь политики гуманитаризации высшего технического образования привело к недооценке и умалению значения его важнейшей физикоматематической составляющей и вызвало вполне существенное сокращение учебных объемов физики и математики — базовых курсов цикла естественнонаучных дисциплин (далее цикла ЕНД). В таких условиях достижение фундаментальности общенаучной подготовки приобретает особую актуальность и должно осуществляться путем строгого отбора, выделения и интеграции главнейших инвариантов, общих методологических подходов указанных дисциплин. Основу фундаментализации составляет не борьба за «увеличение числа часов на физику и математику», а формирование единой системы универсальных знаний, дающей целостное представление о процессах, происходящих в окружающей действительности, и создание условий для дальнейшего образования и развития личности.

Одним из признаков фундаментального образования является его целостность, предполагающая, что отдельные дисциплины не просто составляют совокупность традиционных автономных курсов, а интегрируются в единые циклы с общей целевой функцией и междисциплинарными связями. В ходе анализа проблемы целостности фундаментального образования обнаруживаются три ее уровня. Первый, или высший, уровень — это целостность всего фундаментального образования как его конечная цель. Становление целостности всего образования невозможно без обеспечения целостнос-

© B.C. Михалкин, 2003

ИНТЕГРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ

ти на втором и третьем уровнях: целостности образовательных циклов и целостности каждой из составляющих их дисциплин.

В предлагаемой концепции целостности цикла ЕНД автор исходит из того, что развитие современного естественно-научного знания вступило в стадию «точного естествознания», которое базируется на научном эксперименте, характеризуется математическим оформлением и теоретической формой. Отсюда вытекает возможность и необходимость решения актуальной проблемы повышения целостности и фундаментальности инженерного образования на основе математизации как естественно-научной, так и общепрофессиональной подготовки выпускников технических вузов.

Выпускники инженерных специальностей технических университетов являются потребителями, а не производителями физических и математических знаний, они должны овладеть определенной системой естественно-научных знаний как основой их профессиональной компетентности. В их инженерно-технической практике чаще всего встречаются случаи совместного воздействия различных физических явлений и процессов на функционирование технических объектов. Для количественной оценки такого воздействия необходимо использование методов математического моделирования, которое становится сегодня особым родом инженерной деятельности, мощным, а иногда и единственным инструментом, позволяющим понять физику функционирования технических объектов и спрогнозировать их поведение, не прибегая к реальным экспериментам.

С учетом сказанного автором предлагается в качестве приоритетного направления математизации высшего инженерного образования его ориентация на использование математического моделирования физических и технических объектов как средства, соответствующего современным тенденциям научного и технического развития. Приобщение студентов к культуре моделирования в полной мере отвечает требованиям фундамента-лизации образования, поскольку оно сме-

щает приоритеты с прагматических знаний на развитие научных форм мышления, с исторического контекста становления научного знания на сегодняшние представления о структуре и целостном их содержании, устраняет разрыв между современным состоянием наук и архаическим стилем их преподавания.

Превращение математического моделирования из метода научного познания в средство решения инженерных задач находит свое отражение в государственных образовательных стандартах и нормативных документах авторитетнейших образовательных организаций. Так, например, Европейская федерация национальных ассоциаций инженеров, предъявляя требования к компетенции современного инженера, формулирует два из них следующим образом:

— быть способным работать над многодисциплинарными объектами;

— быть способными создавать теоретические модели, позволяющие прогнозировать физические явления и использовать указанные модели.

С точки зрения той решающей роли, которую математические модели физических явлений играют в технических приложениях, вызывает удивление, что методы математического моделирования и соответствующий языковой словарь не являются частью стандартного арсенала понятий, изучаемых в общих курсах физики и математики. Поэтому обучение методам моделирования настоятельно требует разработки и введения принципиально нового общенаучного курса математического моделирования физических процессов и явлений, в котором развитие культуры математического моделирования реализовалось бы как философия использования знаний физических и математических дисциплин естественнонаучного цикла для решения познавательных и профессиональных задач.

Разработанный автором общенаучный курс математического моделирования физических процессов и явлений (см.: Михалкин В.С. Основные концепции математического моделирования физических объектов и систем. Ижевск, 1999) предлагается в качестве альтерна-

№ 1, 2003

тивы прежней традиции образования, когда достаточно было ограничиться установлением локальных пограничных междисциплинарных связей. Он предназначается для завершения цикла ЕНД, обобщения содержания и методологий естественно-научных дисциплин, формирования целостных представлений о физической реальности и преодоления разъединенности и невостребованности научного потенциала учебных дисциплин. Его основная задача — превратить совокупность базовых физико-математических дисциплин в единую систему, объединенную общей целевой функцией, объектом исследования и методологией построения.

Введение в цикл ЕНД общенаучного курса математического моделирования физических процессов и явлений составляет основу инновационного подхода к математизации и целостности инженерного образования. Его реализация выдвигает на первый план решение дидактических проблем создания новых междисциплинарных курсов, интегрирующих содержание наиболее универсальных, методологически важных знаний базовых дисциплин естественно-научного и технического циклов. Разработка и внедрение таких курсов отражают тенденцию математизации естественно-научного знания, обеспечивают достижение нового уровня научной грамотности и широкого базового образования.

Конкретизируя предложенную концепцию целостности цикла ЕНД на основе введения общенаучной дисциплины математического моделирования физических процессов и явлений, можно сказать, что ее дидактический потенциал в инженерном образовании проявляется многопланово и обеспечивает следующее:

— фундаментализацию и целостность инженерной подготовки путем обобщения результатов изучения отдельных дисциплин цикла ЕНД, выявления и освоения общих естественно-научных и методологических подходов всех интегрируемых дисциплин цикла;

— развитие культуры математического моделирования как системы фундаментальных (инвариантных) знаний и обобщенного вида инженерной деятельности для решения множества частных задач данной профессиональной области;

— дальнейшее развитие всего цикла ЕНД, осуществляемое главным образом путем совершенствования методологии и содержания всех основных дисциплин цикла — физики, математики и информатики и междисциплинарных коммуникаций;

— повышение эффективности обучения на основе современных информационных технологий обучения и новых организационных форм взаимодействия преподавателей и студентов, изменяющих содержание и характер их деятельности;

— развитие рационального мышления категориями, понятиями и моделями современной физики, которое становится инструментом познавательной деятельности и необходимо не только профессиональным физикам, но и всем, кто готовится к продуктивной деятельности в области современной техники и технологии.

Предложенная концепция целостности естественно-научного цикла дисциплин технического вуза находится в русле современного подхода к достижению фундаментальности образования, который формулируется так: «От целостной картины мира — к целостному знанию и через него — к целостной личности». Он может осуществляться различными средствами, и прежде всего изменением содержания и методологии учебного процесса и созданием принципиально новых учебных курсов, ориентированных на формирование целостных представлений о научной картине мира. Завершение цикла ЕНД обобщающим курсом математического моделирования физических процессов и явлений повышает целостность и фундаментальность инженерного образования, поскольку он отражает фундаментальное единство современного развития физических и математических наук.

Поступила 11.10.02.