Педагогические науки/5. Современные методы преподавания.

Уткина Т.В.
Челябинский институт переподготовки и повышения квалификации работников образования, Россия
Отражение целостности физических и биологических знаний при изучении открытых термодинамических систем

Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года определила стратегическую цель государственной политики в области образования - повышение качества образования [1]. Повышение качества общего образования требует обратить особое внимание на профильное обучение учащихся, которое ориентировано на результат, качественно отличающийся от базового уровня образования.

Обеспечение качества подготовки выпускников профильных естественнонаучных классов возможно за счет целостного подхода к содержанию естественнонаучного образования, при котором каждый учебный предмет не просто вносит свой вклад в образование учащихся, а является системным элементом в общей структуре естественнонаучного образования. Именно поэтому необходимо изменить взгляд на место предметов естественнонаучного цикла в условиях профильного обучения учащихся.

Объективную основу целостности естественнонаучных знаний составляет материальное единство мира, всеобщая связь явлений, происходящих в природе, качественное и количественное многообразие явлений и предметов, их взаимопревращение, взаимовлияние и развитие. Однако естественнонаучные знания, полученные учащимися по профильным предметам, рассматриваются весьма односторонне, с точки зрения лишь одной из наук, что не позволяет создать единую и непротиворечивую картину мира. Подобная проблема требует коррекции в изложении учебного материала по предметам естественнонаучного цикла.

Поиск оптимальных путей решения выше обозначенной проблемы привел нас к необходимости отражения целостности содержания естественнонаучного образования путем интеграции физики и биологии в старших профильных классах. Так как, во-первых, живые объекты – часть природы, и поэтому они подчиняются всем основным законам физики. Во-вторых, биологические объекты живут – жизнь же есть биологическая форма движения материи, которая является синтезом всех низших, более простых по отношению к ней форм движения материи: химической и физической. В-третьих, анализируя структуру живого объекта с позиций материалистического подхода, мы убеждаемся: живое представляет собой, сложным образом, взаимодействующие частицы материи – молекулы и атомы. Следовательно, развитие биологического и физического знания в направлении целостного знания о биологическом объекте есть объективная закономерность развития наук. Интеграция физики и биологии позволит отойти от изолированного изучения этих предметов и перейти к взаимосвязанному, взаимодополняющему, комплексному изучению природных явлений.

Изучение состояния исследуемой проблемы в современной педагогической теории и методической практике позволило сделать вывод о том, что повышение целостности содержания физического и биологического образования в условиях профильного обучения, требует целенаправленных усилий по ее формированию. Перед нами встала задача разработки содержания биофизического образования раскрывающего сущность функционирования живых организмов, как открытых термодинамических систем. В этом аспекте живые организмы рассматриваются не как отдельные элементы физики (открытые термодинамические системы) и биологии (живые организмы), а как единая система биофизических знаний о биологических системах. Физическая картина мира описывает открытые термодинамические системы, но глубокая их интерпретация возможно только на основе биологической картины мира. Эта идея отражает важнейший методологический принцип естествознания, согласно которому к целостному миропониманию приводит объединение смежных наук (физики и биологии) на основе рассмотрения реальных процессов и явлений.

Решение задачи целостности естественнонаучного образования на основе изучения открытых термодинамических систем мы видим в отражении в школьном курсе физики и биологии черт современной биофизической картины мира. Однако в рамках границ биофизической картины мира трудно уловить общие тенденции развития такой области знаний, как открытые термодинамические системы, поэтому открытые термодинамические системы необходимо рассматривать в контексте синергетической картины мира (рис.1). Необходимость рассмотрения термодинамики открытых биологических систем через призму синергетической картины мира объясняется тем, что синергетика описывает процессы структурирования в неравновесных нелинейных системах.

Рис. 1. Схематическое представление синергетической картины мира при изучении открытых термодинамических систем

Синергетическая картина мира способна объединить фрагментарное физическое и биологическое знание в единое научное знание о биологических системах, способных к саморегулированию и самоорганизации. Хочется отметить, что биологические системы являются одним из главных объектов исследования синергетики, так как она ставит перед собой задачу выявление универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация в живой природе, сопровождающаяся интенсивным обменом веществ, энергией и информацией с окружающей средой.

Использование синергетического подхода при изучении открытых термодинамических систем позволит изучать биологические объекты, как природные системы, имеющие общие принципы организации: иерархичность, структурность, целостность и взаимосвязь с внешней средой.

Изучение термодинамики биологических систем на основе синергетики расширяет рамки описания и понимания живого, переходя от консервативных систем к диссипативным, от линейной динамики - к нелинейной, от равновесных состояний - к неравновесным, от устойчивости - к неустойчивостям и т.д. Тем самым снимаются разграничения в естественнонаучном описании живой и неживой природы, что свидетельствует о более глубоком и адекватном понимании учащимися реальности мира.

Понимание основных принципов самоорганизации и саморегулирования живых систем не требует «новой» физики. Необходимы лишь новые представления и подходы, связывающие теорию самоорганизации и неравновесную термодинамику, которые могут служить основой молекулярной биологии.

Выбранный нами синергетический подход для описания термодинамики биологических систем определяет качественно новый взгляд к формированию биофизического содержания естественнонаучного образования.

Подводя итоги, подчеркнем следующее. Без пересмотра биофизического содержания естественнонаучного образования с учетом новых тенденций развития наук, в том числе и синергетики, нет смысла говорить о повышении целостности содержания естественнонаучного образования, так как только понимание роли физических и синергетических знаний при изучении биологических систем обеспечит повышение уровня гуманизации образования и познания целостного реального мира.

Литература:

1. Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г. № 1662-р