Модернизация и фундаментальность естественно-научного образования в техническом вузе Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

№ 3, 2003

на выпускающих кафедрах и военной кафедре, а всей системой воспитания и профессиональной подготовки студентов.

Интеграция образовательных программ (ОП) предусматривает организацию учебного процесса на основе минимизации человеческих, финансовых и материальных ресурсов.

Интеграция ОП позволит:

— исключить дублирование в содержании дисциплин;

— улучшить качество содержания учебного материала по основаниям устройства и функционирования ВВТ. Никто лучше не расскажет об устройстве ВВТ, чем сам создатель;

— включить в ОП по оборонным специальностям вопросы эксплуатации ВВТ. Чтение материала поручить военным специалистам;

— сформировать единую учебно-материальную базу учебного процесса;

— организовать полигонную практику для оборонных специальностей и заводскую для военных специалистов;

— использовать опыт преподавателей кафедр оборонных специальностей по

применению новых образовательных технологий в учебном процессе;

— постоянно повышать квалификацию по военно-учетным специальностям военных специалистов на опыте создания и производства новых образцов ВВТ.

Как результат интеграции образовательных программ может выступать военно-технический факультет в составе выпускающих кафедр по оборонным специальностям, кафедры военно-специальной подготовки и кафедры физической подготовки в структуре технического университета.

Организация учебного процесса на факультете позволит реализовать множество образовательных траекторий подготовки специалистов по оборонным и военно-инженерным специальностям. Например, здесь могут быть подготовлены такие специалисты, как офицер для службы по контракту, офицер для резерва, служащий Вооруженных Сил. Здесь же может осуществляться переподготовка военных специалистов из войск и ВПК, а также подготовка специалистов оборонного профиля по госзаказу.

Поступила 26.06.03.

МОДЕРНИЗАЦИЯ И ФУНДАМЕНТАЛЬНОСТЬ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ

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

Рассмотрены особенности модернизации и фундаментализации естественно-научного образования технических вузов, реализуемого в цикле естественно-научных дисциплин. Предложена концепция повышения целостности естественно-научного цикла на основе разработки и введения принципиально нового общенаучного курса математического моделирования физических явлений, в котором развитие культуры моделирования реализуется как философия использования знаний физических и математических дисциплин цикла.

Features of modernization and fundamentality the natural-science education in technical colleges realized in a cycle of natural-science disciplines are considered. The concept of increasing the integrity of a natural-science cycle is offered on the basis of development and introduction of essentially new general scientific course of mathematical modeling of the physical phenomena in which development of culture of modeling is realized as philosophy of use of knowledge of physical and mathematical disciplines of a cycle.

Российской системе образования ботанной Правительством РФ, и перехо-

предстоит очередной этап совершенство- дом экономики к инновационной модели

вания, особенности которого определе- развития на базе широкого использованы концепцией ее модернизации, разра- ния достижений отечественной науки,

© В.С. Михалкин, 2003

ИНТЕГРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ

техники и технологий. Реализация инновационной модели развития требует соответствующей модернизации системы высшего профессионального образования как главного фактора научно-технического и социально-экономического развития страны. Важнейшим направлением современной модернизации высшего образования является его фундамен-тализация, сущность которой заключается в соединении научного знания и процесса образования (см.: Садовничий В. Высшая школа России: традиции и современность // Alma Mater. 2002. № 12.

С. 7—13). Эталонным образованием может быть только фундаментальное образование как неотъемлемая составляющая мировой культуры.

Ограничимся рассмотрением фунда-ментализации одной из базовых структур высшего профессионального образования — естественно-научного образования технических вузов, реализуемого в цикле естественно-научных дисциплин (цикл ЕНД). Такой выбор определяется важностью образования в естественнонаучных областях, обеспечивающего получение студентами не узкоспециализированных, а фундаментальных, целостных представлений о научной картине мира и общенаучную подготовку. Однако ценность и значимость естественнонаучного знания в решении инженерных задач могут возрастать только при преодолении существующей обособленности и независимости естественно-научной и инженерной практик.

К сожалению, в нашем обществе происходят процессы, приводящие к дефун-даментализации образования. Претворение в жизнь политики гуманитаризации высшего технического образования привело к недооценке и умалению значения его важнейшей естественно-научной составляющей. Следствием этого стало вполне существенное сокращение учебных объемов физики и математики — базовых курсов цикла естественно-научных дисциплин. Несмотря на многочисленные публикации ряда известных ученых и педагогов, переломить тенденцию к уменьшению объема естественно-научных дисциплин в вузовских программах

оказалось невозможно. В таких условиях достижение традиционного для России высокого уровня естественно-научной подготовки как основы сохранения и развития интеллектуального потенциала страны приобретает особую актуальность и требует адекватных мер по его восстановлению.

Одним из признаков фундаментального образования является целостность. Его отдельные дисциплины не должны рассматриваться как совокупность автономных курсов. Они интегрируют в единые циклы, обладающие общей целевой функцией и междисциплинарными связями. В ходе анализа проблемы целостности фундаментального образования выделяются три уровня его целостности (см.: Суханов А.Д. Концепция фундамен-тализации высшего образования и ее отражение в государственных образовательных стандартах // Высш. образование в России. 1996. № 3). Первый, или высший, уровень — это целостность всего фундаментального образования как его конечная цель. Становление целостности всего образования невозможно без обеспечения целостности 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 современное естественно-научное знание вступило в стадию, которую можно назвать интегральным естествознанием. Оно тесно интегрируется с математикой, что трансформирует его в «точное естествознание», которое базируется на научном эксперименте, характеризуется теоретической формой и математическим оформлением и позволяет перевести интуитивные подходы к действительности, базирующиеся на чисто качественных, приблизительных описаниях, на язык точных определений и формул математических моделей, из которых возможны количественные выводы.

Методы математического моделирования играют все большую роль во многих областях современной науки и техники, являясь мощным и экономически выгодным средством для выполнения

111!111Й1И1!Ш №3,

самых разнообразных экспериментальных и конструкторских работ. Важно отметить, что математическое моделирование реальных явлений не составляет задачу математики. В ней изучаются уравнения математических моделей и вопросы следующего вида: как влияет изменение данного члена уравнения на существование решения, его единственность, его асимптотическое поведение, на корректность постановки задачи, на устойчивость решения и т.д. В них студенты не заняты поиском нужного физического смысла какого-то члена в каком-то уравнении. Выяснение конкретного физического смысла члена уравнения является делом специальных дисциплин.

Таким образом, следует признать недопустимость подмены изучения курсов математики изучением математического моделирования, поскольку в них оно носит лишь иллюстративный характер. Обучение методам моделирования настоятельно требует разработки и введения принципиально нового общенаучного курса математического моделирования физических явлений, в котором развитие культуры математического моделирования реализуется как философия использования знаний физических и математических дисциплин естественно-научного цикла для решения познавательных и профессиональных задач. Введение такого курса способствует достижению фундаментальности общенаучной подготовки специалиста в техническом университете, усилению роли базовых дисциплин (физики, математики и информатики) цикла ЕНД.

На основе разработки основных признаков фундаментальности учебной дисциплины (см.: Суханов А.Д. Указ. соч.) выдвигаются следующие положения дидактической концепции принципиально нового общенаучного курса математического моделирования физических процессов и систем.

1. Общенаучный курс математического моделирования физических процессов и систем является завершающим курсом в цикле ЕНД. Главное его отличие в инженерном образовании состоит в том, что он подводит итоги изучения

отдельных дисциплин цикла, интегрируя и выявляя дополнительно общие естественно-научные и методологические подходы, по-своему преломляемые в каждой из них.

2. Дидактическая цель курса — формирование подвижной структуры знаний и умений, применяемых для количественного решения широкого круга задач естественно-научного характера. Общей его основой является формирование культуры математического моделирования как философии использования знаний базовых дисциплин цикла ЕНД при построении, решении и использовании моделей физических процессов и явлений.

3. Методология курса — его целостность, осуществляемая через интеграцию фундаментальных понятий дисциплин цикла ЕНД — физики, математики и информатики. Использование всех методов интегрируемых наук, их объяснительных и прогностических возможностей направлено на последовательное количественное описание физических процессов и явлений.

4. Принцип разумной достаточности в использовании математического аппарата или соответствующих вычислительных средств предостерегает от стремления к излишней детализации или чрезмерной обобщенности результатов моделирования. Достаточность в данном случае понимается как возможность получения адекватной модели без необходимости использования громоздких математических результатов.

5. В условиях ограничения на воспроизведение исторической картины развития проблемы, ее решений или становления теоретических представлений предпочтительным считается системный подход, адекватный современному состоянию проблемы с позиции целостного рационального взгляда на изучаемый объект.

На основании приведенных аргументов и положений автором разработан и апробирован общенаучный курс математического моделирования физических процессов и систем, которым завершается цикл ЕНД (см.: Михалкин В.С. Новый общенаучный курс // Высш. образование в России.

ИНТЕГРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ

2002. № 5. С. 110—113; Он же. Предметно-математическое преобразование языка моделирования физических и технических систем // Физическое образование в вузах. М., 2002. Т. 8, № 4. С. 24—32). Одна из его важнейших особенностей заключается в преобразовании специфического стиля модельного отображения физической реальности, используемого в курсах общей физики. Отметим, что в них преобладает феноменологическое описание реальности на основе дескриптивных моделей, раскрывающих физический смысл изучаемых явлений. Такое описание в курсе математического моделирования необходимо трансформировать в прогностический

тип описания изучаемых объектов на основе их системных моделей.

Существенное упрощение преобразования языка моделирования достигается через использование энергетических моделей. Синтез энергетической модели физических объектов предполагает идентификацию их элементов и связей по энергетическим характеристикам и отражение этих характеристик в виде компонентных и топологических уравнений, связывающих энергетические переменные модели. В общем случае преобразование языков и этапов моделирования физических процессов и систем в учебном курсе включает описание четырех типов моделей и реализуется следующим образом:

Использование энергетических моделей и представление их в виде графов составляют основу перехода от понятийно-терминологического языка той или иной предметной области физики к формализованному языку математики и позволяют избежать противоречий между

представлениями различных физических областей.

Предлагаемую концепцию целостности и фундаментализации естественно-научной и общепрофессиональной подготовки в техническом университете представим в виде схемы:

№ 3, 2003

В заключение отметим, что достижение фундаментальности и целостности естественно-научного образования может осуществляться различными средствами, и прежде всего изменением методологии и содержания учебных дисциплин, при котором акцент делается на изучении фундаментальных законов природы. Однако устранение обособленности естественно-научного образования и инженерной практики на основе принципиально нового общенаучного курса математического моделирования физических явлений выступает одним из необходимых условий эффективности этого процесса. Введение общенаучного курса математического моделирования фи-

зических явлений отвечает современному состоянию научного и технического знания и адекватному решению актуальной проблемы фундаментализации подготовки инженерно-технических специалистов. Приобщение их к культуре моделирования в полной мере отвечает требованиям фундаментальности высшего образования, оно смещает приоритеты с прагматических знаний на развитие научных форм мышления, с исторического контекста становления научного знания на современные представления о структуре и целостном его содержании, устраняет разрыв между современным состоянием естественно-научных дисциплин и архаическим стилем их преподавания.

Поступила 26.06.03.