На правах рукописи

ПОХЛЕБАЕВ Сергей Михайлович

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРЕЕМСТВЕННОСТИ ФИЗИКИ, ХИМИИ, БИОЛОГИИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ ПОНЯТИЙ

13. 00. 02 – теория и методика обучения и воспитания (физика)

13. 00. 02 – теория и методика обучения и воспитания (биология)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора педагогических наук

Челябинск 2007

Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике

государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинский государственный педагогический университет»

Научный консультант

действительный член Российской академии образования, доктор

педагогических наук, профессор Усова Антонина Васильевна

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор Старченко Сергей Александрович,

МОУ «лицей № 13» г. Троицка Челябинской области

доктор педагогических наук, профессор Яворук Олег Анатольевич,

ГОУ ВПО «Югорский государственный университет»

доктор биологических наук, профессор Сарапульцев Борис Игоревич,

ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет

Ведущая организация

ГОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет»

Защита состоится 5 ноября 2007 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.295.02 при ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» по адресу: 454080, Челябинск, проспект Ленина, 69, ауд. 439.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Челябинского государственного педагогического университета

Автореферат разослан «__» _________ 2007 года

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор педагогических наук,

профессор В.С. Елагина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность исследования. Главной целью российской образовательной политики в настоящее время является обеспечение современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства. Это положение зафиксировано в Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации № 1756-Р от 29 декабря 2001 г. Модернизация общеобразовательной школы, которая является базовым звеном, предполагает ориентацию образования не только на усвоение обучающимися определенной суммы знаний, но и на развитие его личности, его познавательных и созидательных способностей. Современная общеобразовательная школа должна формировать целостную систему универсальных знаний, умений, навыков, а также опыт самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, то есть ключевые компетенции, определяющие современное качество содержания образования. При этом рекомендуется использовать богатейший опыт российской и советской школы и сохранить лучшие традиции отечественного естественнонаучного образования.

Стратегические направления модернизации общеобразовательной школы касаются, прежде всего, естественнонаучного образования в силу того, что именно эта область человеческих знаний в основном определяет темпы научно-технического развития любого государства и его статус на мировой арене. Новое качество естественнонаучного образования может быть обеспечено лишь на основе современных обобщенных знаний, умений и навыков, которые формируются в процессе различных видов учебно-познавательной деятельности учащихся, а впоследствии превращаются в универсальную систему познания и деятельности будущих специалистов. Это возможно лишь на базе принципиально новой системы обучения, результатом которой должны быть такие психические новообразования, как системные предметные и метапредметные знания, обобщенные экспериментальные умения и навыки, необходимые не только для решения традиционных задач, региональных проблем, но и глобальных, которые могут быть решены в результате сотрудничества в рамках международного сообщества. Только на этой основе можно сформировать теоретическое естественнонаучное мышление, которое является основным критерием качества естественнонаучных знаний.

Особо острые проблемы имеют место в образовательной области «Естествознание». В соответствии с ныне действующим базисным учебным планом (БУП) биология, как учебная дисциплина, начинает изучаться в основной школе без опоры на физические и химические знания в V классе. Такая практика крайне негативно сказывается не только на формировании биологического мышления учащихся, но и естественнонаучного мышления в целом. При таком подходе нарушается диалектическая связь, преемственность между структурными компонентами физических, химических и биологических знаний, а принцип межпредметных связей только декларируется или используется эпизодически.

Решение большого груза проблем, накопившегося в образовательных областях физики, химии, биологии, возможно только на основе фундаментальной перестройки всего естественнонаучного образования. Таких основных направлений два. Первое направление связано с реализацией концепции, разработанной академиком А.Г. Хрипковой, согласно которой начальное изучение предметов естественнонаучного цикла начинается с курса «Естествознание» в V классе. При таком подходе пропедевтические знания учащихся о фундаментальных законах природы остаются на уровне усвоения явлений. Второе направление реализуется в рамках концепции естественнонаучного образования, разработанной академиком А.В. Усовой, которая предлагает начинать изучение предметов естественнонаучного цикла с опережающего курса физики. Вслед за физикой изучается химия, география и биология. Систематизация и обобщение естественнонаучных знаний предлагается в старших классах в рамках интегративного курса «Естествознание» (однако этот курс не заменяет физику, химию и биологию в старших классах). Опережающее изучение физики позволяет получить знания на теоретическом уровне и использовать их для объяснения сущности химических явлений и закономерностей. В свою очередь изначальные физические и химические знания позволяют раскрыть сущность биологических явлений, протекающих в живой природе. Таким образом, появляется возможность отразить в школьном образовании преемственность, взаимосвязь и взаимозависимость естественных наук, диалектику их развития и взаимодействия.

Достижение поставленной цели, требующей существенного повышения качества естественнонаучной подготовки выпускников школ, может быть обеспечено лишь при комплексном решении целого ряда конкретных проблем, накопившихся к настоящему времени. Одной из них является проблема методологических и содержательных основ преемственности физики, химии, биологи. В образовательной области естествознания общефилософский принцип преемственности реализуется через межпредметные связи (МПС) курсов физики, химии, биологии, которые определяют стратегию и логику формирования фундаментальных естественнонаучных понятий и изучения законов и теорий, общих для цикла естественных наук.

Теоретические основы МПС были заложены в исследованиях таких видных ученых-педагогов, как Ян Амос Коменский, К.Д. Ушинский, Н.К. Крупская и многих других. Наряду с теоретическими обоснованиями, ведущие советские педагоги М.А. Данилов, Б.П. Есипов и Э.И. Моносзон дали конкретные практические рекомендации по углублению и расширению взаимосвязи учебных предметов в школе и изучаемых специальных дисциплин в вузе. К зарубежным классикам, активно работающим в этой области, следует отнести, прежде всего, Джона Локка, И. Гербарта, А. Дистерверга, Дж. Дьюи.

В настоящее время идеи МПС получили свое дальнейшее развитие в работах М.Н. Берулавы, Г.А. Берулавы, А.А. Боброва, Г.Г. Гранатова, Н.В. Груздевой, А.И. Гурьева, В.С. Елагиной, Д.И. Зверева, В.Р. Ильченко, Ц.Б. Кац, Д.Н. Кирюшкина, Н.А. Лошкаревой, В.Н. Максимовой, А.В. Петрова, М.Ж. Симоновой, М.Н. Скаткина, С.А. Старченко, Н.Н. Тулькибаевой, А.В. Усовой, В.Н. Федоровой, О.А. Яворука, В.Н. Янцена и других. В этих фундаментальных исследованиях проблема МПС рассматривается как на теоретико-методологическом, так и методическом уровне.

Новый уровень интеграции наук диктует необходимость более тесной преемственности между курсами физики, химии, биологии и ее реализации посредством МПС на теоретическом уровне. Это будет способствовать более глубокому пониманию учащимися единства материи, форм ее движения, а также общих законов развития материального мира. Только на таком фундаменте возможно целенаправленное формирование современного научного мировоззрения, развитие диалектического системного мышления, умения обобщать знания из разных предметов. Именно эти интеллектуальные способности смогут обеспечить творческое отношение к труду и позволят решить насущные проблемы практики, требующие синтеза знаний из разных предметных областей. Межпредметные связи повышают также политехническую и экологическую направленность.

Проведенный нами анализ научно-методической литературы по проблеме преемственности методологических и содержательных основ физики, химии, биологии и ее решение в процессе реализации МПС в школьной педагогической практике позволил сделать заключение о том, что в выполненных работах рассматриваются либо общие проблемы МПС, либо межпредметные связи конкретного учебного предмета (физики, химии, биологии, математики и т.д.) с каким-либо другим родственным предметом. Однако работ, в которых исследовалась бы теория и практика осуществления МПС какого-либо учебного предмета с циклом учебных дисциплин, например биологии с физикой и химией, недостаточно. При этом следует подчеркнуть, что в настоящее время в комплексных исследованиях МПС физики, химии, биологии не уделяется должного внимания методологическим и содержательным основам преемственности.

В контексте вышесказанного приобретает особую актуальность исследование методологических и содержательных основ преемственности школьных курсов физики, химии, биологии, изучающих основные формы движения материи естественной природы в условиях МПС. Углубление методологических, содержательных и деятельностных (процесссуальных) связей между этими дисциплинами с учетом последних достижений соответствующих наук позволит вывести эти связи на теоретический уровень обобщенности и обеспечить формирование у школьников современного естественнонаучного мышления.

В своем исследовании мы выделяем следующие направления реализации межпредметных связей, требующие разработки в условиях стандартизации и модернизации образования:

- научное обоснование новой последовательности изучения предметов естественного цикла: физика, химия, биология, – вместо традиционного: биология, физика, химия;

- пересмотр содержания учебных предметов, прежде всего биологии, с учетом новейших достижений биологической науки (молекулярной биологии), отражение в содержании учебного предмета роли физических и химических процессов в жизнедеятельности организмов;

- определение фундаментальных понятий, законов, теорий, общих для всех предметов естественного цикла, последовательности в раскрытии их содержания;

- обеспечение единства интерпретации общих понятий, законов, теорий с учетом своеобразия оперирования ими в каждом из учебных предметов в соответствии со спецификой изучаемых структурных форм организации материи и движения;

- обеспечение преемственности в формировании и развитии фундаментальных естественнонаучных понятий и общих учебно-познавательных умений;

- разработка методических руководств, приемов и средств реализации МПС в условиях развивающего обучения;

- разработка эффективных форм повышения квалификации учителей, участвующих в эксперименте.

Общими фундаментальными понятиями для цикла естественнонаучных дисциплин, которые развиваются на протяжении всего периода изучения физики, химии, биологии и географии в школе, являются такие, как «материя», «движение», «взаимодействие», «отражение» («информация»), «формы движения», «вещество», «поле», «масса», «энергия», «диффузия», и др. Среди них главным – по мнению Г.А. Берулава, М.Д. Даммер и А.В. Усовой, – является понятие «вещество». Формирование понятия «вещество» в предметах естественного цикла должно идти параллельно с формированием понятия «энергия», так как в процессе превращения вещества происходит и превращение энергии. Важную роль в превращении вещества и энергии играет явление диффузии, которое следует считать конкретным случаем проявления фундаментальной формы движения материи – физической, определяющей развитие всех остальных форм движения материи и сохраняющейся в них в качестве исходной. Проявление диффузии имеет место на всех уровнях организации природных систем на нашей планете, начиная с уровня элементарных частиц и заканчивая геосферой.

Мерой организации любой природной системы является информация, как отраженное разнообразие, которое фиксируется, закрепляется в виде «формы», позволяющей выявить специфические качества нового объекта по сравнению с предшествующими. Поэтому понятия «информация» и «форма» являются фундаментальными категориями естествознания; они должны быть постоянно в поле зрения педагогов и наполняться конкретным содержанием при изучении предметов естественнонаучного цикла.

Таким образом, обозначенные нами понятия «вещество», «энергия», «информация», «диффузия» и «форма» являются конкретизацией атрибутов материи движения, взаимодействия, отражения, что позволяет их выделить в особую группу фундаментальных взаимосвязанных естественнонаучных понятий и на этой основе разработать методологические и содержательные основы преемственности физики, химии, биологии в условиях МПС. Реализация этой концептуальной идеи будет способствовать обеспечению формирования у учащихся теоретических знаний и естественнонаучного мышления.

Выделенные нами фундаментальные естественнонаучные понятия являются категориальным аппаратом законов (сохранения массы, энергии, электрического заряда, законов термодинамики др.) и теорий (электронная теория вещества и квантовая теория света и др.), общих для дисциплин естественнонаучного цикла.

На наш взгляд, формирование фундаментальных естественнонаучных понятий в условиях реализации МПС физики, химии и биологии возможно только на основе деятельностного подхода, широко применяемого в научном познании психологами и педагогами. По мнению С.Л. Рубинштейна, одной из актуальных проблем современной психологии является «преодоление абстрактного функционализма и переход к изучению психики, сознания в конкретной деятельности, в которой они не только проявляются, но и формируются». Деятельностный подход позволяет рассмотреть особенности деятельности преподавателя и учащихся, их взаимодействие в процессе осуществления МПС смежных предметов естественного цикла.

Анализ психолого-педагогической и методической литературы, а также результаты педагогического эксперимента позволяют констатировать, что, несмотря на то, что проблема МПС теоретически исследована довольно глубоко, в школьной практике и у учителей, и учащихся существуют значительные трудности в их установлении, особенно при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий.

На наш взгляд, качественно новый уровень формирования выделенных нами понятий в курсах физики, химии и биологии в основной школе возможен на основе Новой концепции естественнонаучного образования, и разработанной в ее рамках Современной концепции биологического образования которые обеспечивают методологические, содержательные и деятельностные связи между естественнонаучными предметами на теоретическом уровне.

Проведенный нами теоретический анализ состояния проблемы преемственности курсов физики, химии, биологии позволил выявить ряд противоречий:

- между естественным ходом развития форм движения материи (их генетической связью), закономерность которой подтверждена ходом развития и взаимосвязи естественных наук, и искажением этой закономерности в базисном учебном плане школы;

- между необходимостью формирования фундаментальных понятий на теоретическом уровне в связи с более глубоким уровнем исследования объектов и явлений природы на основе интеграции и взаимопроникновения естественных наук и их усвоением учащимися основной школы на эмпирическом уровне;

- между необходимостью формирования у учащихся целостного взгляда на природу и разрозненностью знаний учащихся по предметам естественнонаучного цикла, связанной с невозможностью раскрыть перед учащимися преемственность физических, химических и биологических явлений в природе, общность фундаментальных естественнонаучных понятий, законов, теорий, методов исследования при существующем содержании и последовательности изучения предметов естественнонаучного цикла в школе;

- между необходимостью использования единого подхода к формированию фундаментальных естественнонаучных понятий «вещество», «энергия», «диффузия», «информация» и «форма», являющихся понятийным скелетом естествознания, установления связей между ними и относительно слабой разработанностью способов и средств осуществления МПС в процессе их формирования у учащихся школы при изучении физики, химии и биологии в условиях стандартизации образования;

- между стремительным ростом объема информации и ограниченными возможностями школьников по ее усвоению;

- между высоким уровнем развития философских, общенаучных знаний и слабым их использованием в качестве методологий при изучении предметов естественного цикла;

- между уровнем понимания сущности физических и химических методов, понятий, законов, теорий, необходимым для раскрытия биологических явлений, и низким уровнем подготовки большинства учителей по смежным предметам;

- между традиционными методами и формами организации деятельности учащихся, направленной на эмпирическое усвоение понятий, и требованиями новой образовательной парадигмы, предусматривающей использование методов теоретического поиска, позволяющих формировать фундаментальные естественнонаучные понятия на теоретическом уровне;

- между необходимостью формирования у учащихся современного научного (теоретического) стиля мышления и отсутствием соответствующего методико-дидактического обеспечения.

Таким образом, актуальность данного исследования обусловлена, во-первых, современными тенденциями развития школьного естественнонаучного образования; во-вторых, огромными потенциальными возможностями преемственности предметов естественного цикла в условиях МПС при формировании у учащихся теоретического естественнонаучного мышления; в-третьих, неразработанностью методологических и содержательных основ преемственности физики, химии и биологии в формировании фундаментальных естественнонаучных понятий; в-четвертых, недостаточной разработанностью методико-дидактического обеспечения данной проблемы.

На основании изучения и анализа имеющихся в науке исследований, обобщения эффективного педагогического опыта, собственных результатов работы была сформулирована проблема исследования, определяющаяся противоречием, с одной стороны, между возросшими требованиями к качеству естественнонаучного образования на основе сохранения его фундаментальности и необходимости совершенствования процесса формирования фундаментальных естественнонаучных понятий в условиях преемственности физики, химии и биологии, а с другой недостаточной теоретико-методологической и методико-дидактической разработанностью концептуальных основ их формирования у учащихся основной школы в рамках Новой концепции естественнонаучного образования, которые бы позволили довести усвоение фундаментальных естественнонаучных понятий до теоретического уровня.

Важность и актуальность рассматриваемой проблемы послужили основанием для определения темы исследования: «Методологические и содержательные основы преемственности физики, химии и биологии при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий».

Цель исследования: обоснование и разработка методологических и содержательных основ преемственности курсов физики, химии и биологии при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий в основной школе в рамках Новой концепции естественнонаучного образования, предусматривающей опережающее изучение физики (начиная с пятого класса) и химии (начиная с шестого класса).

Объектом исследования является целостный процесс формирования у учащихся основной школы фундаментальных естественнонаучных понятий в рамках Новой концепции естественнонаучного образования.

Предмет исследования: методологические и содержательные основы преемственности физики, химии и биологии при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий в условиях межпредметных связей.

Гипотеза исследования: формирование у учащихся основной школы

фундаментальных естественнонаучных понятий на теоретическом уровне будет результативно, если:

1) концепция естественнонаучного образования будет отражать генетическую связь форм движения материи, которая подтверждена историческим ходом развития естественных наук;

2) всеобщие методологии (диалектический материализм и формально-логические методы) будут конкретизированы и использованы как средства познания и установления преемственности, логической взаимосвязи, иерархичности общенаучных методологий (системно-синергетический метод, метод моделирования и др.), отраслевых, частнонаучных методологий а также фундаментальных понятий, законов и теорий общих, курсов физики, химии и биологии;

3) системообразующим фактором естественнонаучного образования будут выступать фундаментальные естественнонаучные понятия;

4) методологические и содержательные основы школьного естественнонаучного образования будут разработаны в соответствии с современными достижениями философии, психологии, педагогики, методики, а также физической и химической науки, их понятиями, законами и теориями;

5) процесс формирования фундаментальных естественнонаучных понятий, законов, теорий и методов познания объективной реальности у учащихся основной школы будет осуществлен на основе принципа преемственности в условиях реализации МПС физики, химии и биологии, что обеспечит высокий уровень их усвоения и развитие теоретического мышления.

Согласно цели и гипотезы перед исследованием были поставлены три группы задач:

Теоретико-методологические:

1) провести теоретико-методологический анализ основ преемственности в естественнонаучном образовании и школьной практике в условиях МПС для определения основных направлений научного исследования;

2. исследовать состояние образовательного уровня учащихся основной школы с целью определения проблемы научного исследования и эффективных путей реализации преемственности курсов физики, химии и биологии в условиях МПС;

3) определить методологические и психолого-дидактические основы подготовки учащихся к деятельности по реализации преемственности курсов физики, химии, биологии в основной школе в условиях МПС;

4) разработать атрибутивную модель понятия «материя», которая сможет выполнять методологическую функцию при изучении всех естественнонаучных дисциплин и формировании методологических знаний у учащихся;

Общенаучные:

1) разработать методологические и содержательные основы преемственности физики, химии, биологии в рамках Новой концепции естественнонаучного образования.

2) провести теоретический синтез общих, общенаучных и частно-научных методологий и на этой основе разработать образно-знаковую модель живой системы, которая послужит методологической основой интеграции и средством развития естественнонаучных знаний на теоретическом уровне;

3) выявить систему фундаментальных естественнонаучных понятий, необходимых для понимания физико-химической сущности общебиологических явлений, лежащих в основе живого;

3) разработать систему логически связанных образно-знаковых моделей, которые будут являться содержательной и деятельностной основой преемственности курсов физики, химии и биологии в условиях МПС при формировании и развитии фундаментальных естественнонаучных понятий («вещество», «энергия», «диффузия»); «информация» и «форма»);

4) конкретизировать и развить понятийно-терминологическое поле исследования.

Практические:

1. разработать учебно-методический комплекс, включающий учебные программы, учебные пособия, методические рекомендации, теоретические семинары, дидактические и диагностические материалы с целью внедрения методической системы МПС физики, химии и биологии в школьную практику;
2. осуществить экспериментальную проверку эффективности разработанной автором методической системы реализации методологических и содержательных основ преемственности физики, химии и биологии при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий «вещество», «энергия», «диффузия», «информация» и «форма», а также общих учебно-познавательных умений у школьников в условиях реализации МПС в основной школе;
3. определить систему адекватных целям исследования критериев и методик экспериментальной проверки разработанной модели естественнонаучного образования и надежных средств ее реализации;
4. провести педагогический эксперимент, направленный на проверку гипотезы исследования, оценку эффективности разработанной автором методики и условий ее реализации, которые призваны обеспечить формирование у учащихся фундаментальных естественнонаучных понятий на теоретическом уровне.

Общую теоретико-методологическую основу исследования составляют материалистическая диалектика и диалектическая логика как теория познания: принципы восхождения от абстрактного к конкретному, рассмотрения объекта в его развитии, противоречивости, его количественной и качественной определенности, взаимосвязи количественных и качественных изменений; единства логического и исторического, анализа и синтеза, формы и содержания, объективности и всестороннего рассмотрения (Г.В.Ф. Гегель, Ф. Энгельс, Б.М. Кедров, П.В. Копнин, Э.В. Ильенков, А.П. Шептулин, А.Г. Спиркин, В.А. Штофф, В.С. Степин и др.); философия науки и структура научных исследований (И.Г. Герасимов, В.П. Кохановский, А.И. Ракитов, В.И. Кузнецов и др.); системно-синергетический подход (Л. Берталанфи, И.В. Блауберг, В.Н. Садовский, Э.Г. Юдин, М. Эйген, А.И. Уемов, И.Н. Степанов, И. Пригожин, И. Стингерс, Г. Хакен, П.В. Алексеев, А.В. Па-нин, и др.); метод моделирования (В. Томсон, Н. Винер, А. Розенблат, В.А. Штофф, Б.С. Украинцев Л.М. Фридман, Б.С. Гершунский, И.Б. Новик, В.С. Тюхтин, В.И. Загвязинский, И.Т. Фролов и др); деятельностный подход и теория деятельности (Л.С. Выготский, А.Н. Лентьев, П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина, Г.П. Щедровицкий, В.П. Зинченко, М.Н. Шардаков, М.А. Степанова и др.); психологические теории познавательных процессов, прежде всего мышления (С.Л. Рубинштейн, В.В. Давыдов, П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина, Г.А. Берулава); работы, посвященные проблемам комплексного, личностного, целостного подхода в педагогическом исследовании (В.Г. Афанасьев, В.И. Андреев, Н.Д. Никандров, Т.А. Ильина, В.В. Краевский, Н.В. Кузмина и др.); основные положения общей и профессиональной педагогики (В.П. Беспалько, Ю.К. Бабанский, М.Н. Скаткин, И.Я. Лернер, М.И. Махмутов, А.В. Усова, В.А. Черкасов, Н.М. Яковлева, Н.Н. Тулькибаева, В.К. Кириллов и др.); Исследования направленные на анализ природы категории преемственности (Ф. Энгельс, А.В. Батышев, С.М. Годник, А..В. Усова, А.В. Петров, И.С. Карасова, В.А. Черкасов, А.К. Бушля, Л.В. Воронова, Н.И. Ларина, М.В. Потапова, Т.И. Гнитецкая, Г.Е Бражникова и др.); результаты работ в области теории и методики межпредметных связей (А.В. Усова, В.Н. Федорова, В.Н. Максимова, Д.Н. Кирюшкин, Ц.Б. Кац, М.Н. Берулава, В.Р. Ильченко, Э. Мамбетакунов, А.И. Гурьев, С.А. Старченко, О.А. Яворук, В.С. Елагина, М.Ж. Симонова и др.).

Сочетание теоретико-методологического уровня исследования с решением задач прикладного характера детерминировало выбор комплекса теоретических и эмпирических методов.

Теоретические методы: а) исторический анализ проблемы, анализ базисного учебного плана, Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года, Государственных образовательных стандартов и программ по физике, химии, биологии с целью выяснения вопроса об отражении в них преемственности естественнонаучных дисциплин в условиях МПС в школьном обучении и прогрессивных направлений в решении данной проблемы; б) понятийно-терминологический анализ философской, психолого-педагогической и справочной литературы с целью применения его для вычленения стержня изучаемой проблемы и определения стратегии ее решения; г) системно-синергетический подход послужил основой для разработки Современной концепции биологического образования, которая позволила перестроить содержание биологического образования в основной школе на методологической и фундаментальной естественнонаучной основе; в) выявление оснований теоретического моделирования, его потенциальных возможностей в синтезе естественнонаучных знаний, построения идеализированных моделей высокого уровня интеграции с целью использования их как научных методологий при формировании развитии фундаментальных естественнонаучных понятий.

Эмпирические методы: а) исследование и обобщение педагогического опыта по реализации преемственности в процессе формирования фундаментальных естественнонаучных понятий;

б) педагогическое наблюдение, опрос, собеседование, самооценка, анализ качества усвоения учащимися фундаментальных естественнонаучных понятий на основе анкетирования и тестирования школьников;

в) педагогический эксперимент во всех его формах (констатирующий, зондирующий, формирующий, контрольный) по проверке эффективности предлагаемых способов и средств по реализации преемственности при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий у учащихся в условиях МПС;

г) статистические методы обработки результатов педагогического эксперимента.

В соответствии с поставленными задачами исследование проводилось с 1994 по 2006 годы и включало в себя четыре этапа. Базой исследования явились школы №№ 80, 99, 102, 124 г. Челябинска и школа № 4 г Аши Челябинской области.

На первом этапе (19941995 гг.) изучались правительственные документы по проблемам образования. Определялись методологические и теоретические основы исследования, анализировалась философская, психолого-педагогическая и методическая литература по исследуемой проблеме, изучался отечественный и зарубежный опыт построения естественнонаучного образования, проводилось анкетирование и тестирование школьников с целью выяснения состояния исследуемой проблемы в педагогической науке и практике школьного обучения. Изучался опыт учителей по реализации преемственности курсов физики, химии, биологии в условиях МПС при формировании естественнонаучных понятий у учащихся. На этом этапе была разработана авторская методика реализации методологических, содержательных и деятельностных основ преемственности физики, химии, биологии в условиях МПС при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий, определены и сформулированы цель, объект, предмет, гипотеза, задачи исследования, разработан план проведения эксперимента.

На втором этапе (1995–1997 гг.) проведена корректировка программ по физике, химии и биологии с позиции Новой концепции естественнонаучного образования, основанной на опережающем изучении физики (с V класса) и химии (с V класса), и разработанной в ее рамках методики преемственности методологических, содержательных и деятельностных основ физики, химии, биологии в условиях МПС; подготовлен учебно-методический комплекс, в который вошли авторская концепция, программы, содержание теоретических семинаров для учителей, дидактические материалы для учащихся. Комплекс составлен с учетом принципов ориентации на целостность естественнонаучных знаний и их генерализации вокруг таких фундаментальных понятий, как «вещество», «энергия», «диффузия», «информация» и «форма». Разработана система образно-знаковых и понятийных моделей. Разработаны требования к знаниям и умениям. Проведен пробный (зондирующий) эксперимент с целью выявления способов, средств и форм реализации МПС при формировании понятий о веществе, энергии, диффузии, информации и форме в условиях экспериментального изучения физики, химии и биологии в рамках Новой концепции естественнонаучного образования.

Третий этап (19972000 г.г.) был посвящен обучающему эксперименту по проверке эффективности разработанной методики, теоретических моделей и других способов, средств и форм реализации преемственности физики. химии, биологии в условиях МПС при формировании понятий о веществе, энергии, диффузии, информации, форме в рамках экспериментального обучения. Уточнены критерии эффективности разработанной методики. Проведена обработка экспериментальных данных и оформлены результаты проведенного исследования.

На четвертом этапе (2000–2006 гг.) проведен контрольный эксперимент с целью проверки ранее полученных результатов. Основной теоретический материал был представлен в виде двух монографий: «Методологические основы развития естественнонаучных понятий в курсе биологии при опережающем изучении физики» и «Межпредметные связи биологии и физики при опережающем изучении физики», а также шести учебно-методических пособий. Анализировались основные результаты исследования, завершалось оформление диссертации.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

- разработаны методологические и содержательные основы преемственности физики, химии и биологии в условиях МПС, определившие стратегию формирования фундаментальных естественнонаучных понятий и способствовавшие качественно новому (теоретическому) уровню их усвоения;

- обоснована целесообразность изучения биологии на основе опережающих курсов физики и химии, которые закладывают и развивают фундаментальные естественнонаучные понятия, необходимые для понимания сущности биологических явлений и жизни в целом;

- методологически обоснована системообразующая роль фундаментальных естественнонаучных понятий: «вещество», «энергия», «диффузия» «информация» и «форма» при реализации преемственности в процессе изучения естественнонаучных дисциплин в условиях МПС;

- на основе теоретического синтеза общих, общенаучных и частно-научных методологий разработана идеализированная модель живой системы, выполняющая системообразующую роль интеграции и развития естественнонаучных знаний у учащихся;

- разработана Современная концепция биологического образования, которая конкретизирует Новую концепцию естественнонаучного образования и позволяет кардинально перестроить содержание биологического образования на методологической и фундаментальной естественнонаучной основе;

- разработана система логически связанных образно-знаковых моделей, позволяющая поэтапно формировать и развивать фундаментальные естественнонаучные понятия в процессе изучения курсов физики, химии и биологии в основной школе;

- разработана методика реализации преемственности физики, химии и биологии при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий в условиях МПС.

Теоретическая значимость:

- уточнено и скорректировано содержание и иерархичность понятийно-категориального аппарата современного естественнонаучного образования («диффузия», «энергетический обмен» «анаболизм», «катаболизм» и др.) на основе применения фундаментальных естественнонаучных понятий, а также современных методологий познания – исторического, системно-синергети-ческого и функционального подходов;

- теоретически обоснована целесообразность формирования фундаментальных естественнонаучных понятий в общеобразовательной школе на основе принципа движения от абстрактного к конкретному: от атрибутов материи, выраженных философскими понятиями («движение», «взаимодействие», «отражение»), к общебиологическим понятиям («открытость», «саморегуляция», «самовоспроизведение»), а от них к блоку фундаментальных естественнонаучных понятий («вещество», «энергия», «диффузия», «информация» и «форма»), раскрывающих сущность физических, химических и биологических явлений;

- обоснована необходимость комплексного использования следующих методологических подходов: диалектического, исторического, системно-синергетического, структурного, генетического, кибернетического, функционального, эволюционного и др., их ранжирования и правильного выбора при изучении природных объектов различного уровня сложности, установления преемственности между ними;

- определена стратегия познания учащимися сущности природных форм различного уровня иерархичности, основанная на «сопряжении» чувственного познания, с рациональным. Ее реализация осуществляется через конструирование и использование логически связанных, эстетически оформленных образно-знаковых моделей разного уровня интеграции;

- конкретизированы педагогические и методические положения реализации преемственности физики, химии и биологии при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий в условиях МПС основной школы в рамках Новой концепции естественнонаучного образования;

Практическая значимость исследования заключается в том, что его выводы и рекомендации по реализации преемственности физики, химии и биологии в процессе формирования фундаментальных естественнонаучных понятий в условиях МПС служат совершенствованию образовательного процесса в основной школе и повышению качества естественнонаучного образования учащихся. Практическая значимость определяется:

1) внедрением в школьную практику авторской методики реализации преемственности курсов физики, химии и биологии, обеспечивающей теоретический уровень усвоения фундаментальных естественнонаучных понятий «вещество», «энергия», «диффузия» «информация» и «форма», предусматривающей реализацию МПС на теоретическом уровне при формировании понятий, законов, теорий, общих для предметов естественнонаучного цикла;

2) разработкой и внедрением в учебный процесс системы образно-знаковых моделей высокого уровня интеграции, призванных выполнять методологическую функцию при формировании понятий на основе МПС курсов физики, химии и биологии;

3) разработкой учебно-методического комплекса, включающего концепцию и методику формирования фундаментальных естественнонаучных понятий, учебные программы, учебно-методические руководства для учителей, дидактические материалы для учащихся;

4) подготовкой учебно-методических пособий, содержащих теоретическое обоснование, практические рекомендации и дидактические материалы по формированию фундаментальных понятий, общих для предметов естественнонаучного цикла: «вещество», «энергия», «диффузия», «информация» и «форма», в условиях реализации межпредметных связей;

5) положительным влиянием разработанной автором методики реализации преемственности физики, химии и биологии на качество усвоения учащимися фундаментальных естественнонаучных понятий «вещество», «энергия», «диффузия», «информация» и «форма».

На защиту выносятся:

- положение о том, что реализация в единстве методологических, содержательных и деятельностных (процессуальных) основ преемственности при изучении курсов физики, химии, биологии в основной школе в условиях МПС в рамках Новой концепции естественнонаучного образования обеспечит качественно новый теоретический уровень усвоения учащимися основной школы фундаментальных естественнонаучных понятий «вещество», «энергия», «диффузия»; «информация» и «форма»;

- система образно-знаковых моделей как эффективная форма познания и средство деятельности при реализации преемственности курсов физики, химии, биологии, позволяющая формировать и систематизировать естественнонаучные понятия на теоретическом уровне;

- разработанная автором методика реализации преемственности при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий «вещество», «энергия», «диффузия», «информация» и «форма», включающая:

1) изменение последовательности изучения и содержания естественнонаучных дисциплин в соответствии с Новой концепцией естественнонаучного образования, основанной на опережающем изучении курсов физики (начиная с V класса) и химии (начиная с V класса);

2) обеспечение преемственности в формировании и интерпретации выделенных понятий на основе единых требований к уровню их усвоения;

3) осуществление единого подхода при формировании общих классов естественнонаучных понятий и учебно-познавательных умений школьников;

4) использование метода моделирования, как современной общенаучной методологии, объединяющей разные методы теоретического поиска (анализ, синтез, абстрагирование) и обеспечивающей сопряжение чувственной и рациональной форм познания;

5) использование интегративных форм учебных занятий, целью которых является обобщение и систематизация знаний, полученных учащимися при изучении различных естественнонаучных предметов;

6) использование в процессе формирования обозначенных понятий, задач и заданий, требующих комплексного применения знаний по физике, химии и биологии.

Достоверность и обоснованность представленных в диссертации основных положений и выводов обеспечиваются:

- комплексным подходом к разработке теоретических основ построения дидактической системы преемственности курсов физики, химии, биологии в условиях МПС в развивающем обучении;

- их согласованностью с фундаментальными положениями философии, психологии, дидактики и методики обучения физике, химии и биологии;

- проведением длительного педагогического эксперимента в строго контролируемых условиях школы, использованием методов, адекватных целям и задачам исследования, многосторонним качественным и количественным анализом фактического материала, полученного в ходе исследования, анализом результатов с применением методов математической статистики;

- воспроизведением результатов, полученных в условиях работы различных школ города Челябинска и Челябинской области.

Апробация работы и внедрение результатов исследования

Материалы исследования докладывались более чем на 40 научно-практических конференциях, семинарах и совещаниях:

на международных научно-практических конференциях: Международная конференция «Физиология растений – основа фитобиотехнологии» Пенза, 2003 г.; Х11 Международная научно-практическая конференция «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» Челябинск, 2005 г.; Х111 Международная научно-практическая конференция «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» Челябинск, 2006, 2007 г.г.; Международная научно-практическая конференция «Теоретико-методологические основы совершенствования естественнонаучного и технологического образования в основной, средней школе и педвузе» – Челябинск, 2006 г.; Международная конференция «Проблемы биологии растений», посвященная 100-летию со дня рождения В.В. Письяуковой Санкт-Петербург, 2006 г.

На всероссийских научно-практических конференциях: Всесоюзная научно-практическая конференция преподавателей методики биологии высших учебных заведений «Совершенствование методической подготовки учителей биологии в условиях перестройки педагогического образования» – Челябинск, 1989 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы биологического и экологического образования в период модернизации средней и высшей школы» Челябинск, 2003 г.; Х11 Всероссийская научно-практическая конференция «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» Челябинск, 2004 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Теоретико-методологические основы совершенствования естественнонаучного и технологического образования в школе и педагогическом вузе – Челябинск, 2005 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы биологического и экологического образования в период модернизации средней и высшей педагогической школы» Челябинск, 2006 г., а также на межвузовской научно-практической конференции «Методика вузовского преподавания» Челябинск, 2006 г.; семинаре-совещании «Проблемы совершенствования преподавания ботанических дисциплин в педвузе» – Вологда, 1990 г.

На семинарах и совещаниях, методических объединениях учителей физики, химии и биологии гг. Челябинска, Аши, Сатки, Омска (19952006 г.г.), научно-методических семинарах при кафедре методики преподавания физики ЧГПУ, конференциях по итогам научно-исследовательской работы преподавателей ЧГПУ в 19902007 гг.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст занимает 486 страниц, содержит 39 рисунков, 5 таблиц и 6 схем. Библиографический список включает 493 наименования.

СРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность проблемы исследования, сформулированы тема диссертации, цель, гипотезы и задачи исследования, выделены объект и предмет исследования, раскрыты его новизна, теоретическая и практическая значимость, рассмотрены этапы, апробация и внедрение результатов исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Теоретико-методологические основы преемственности курсов физики, химии, биологии в условиях межпредметных связей» рассмотрена историческая функция процесса познания и полученного знания как фактора преобразования действительности, многократно возрастающего в современных условиях научно-технической революции. Выявлены актуальные вопросы не только о том, как осуществляется процесс познания мира, окружающей природы и социальных явлений, каковы этапы этого познания, по каким законам оно движется, но и вопрос, как овладеть процессом познания, управлять им, с тем, чтобы ускорить его прогресс с целью решения существующих глобальных проблем человечества. Обозначена проблема приоритетности тех наук, предметом которых является научное знание; выбрана всеобщая методология материалистическая диалектика, в основе которой лежат принципы развития и взаимосвязи, позволяющие выявить законы эволюции любого объекта или явления, в том числе и процесса познания.

Рассмотрены основные этапы становления и развития методологических знаний (работы Аристотеля, Ф. Бэкона, Р. Декарта, Дж. Локка, Д. Юма, И. Канта, И. Фихте, Гегеля, К. Маркса, Ф. Энгельса, В.И. Ленина), а также исследования наших современников (Б.М. Кедрова, И.Т. Фролова, В.А. Штоффа, М.Н. Алексеева, Н.М. Амосова, П.К. Анохина, В.Г. Афанасьева, В.М. Глушкова, Э.В. Ильенкова, И.Б. Новика, С.Л. Рубинштейна, В.Н. Садовского и др.).

Выбор материалистической диалектики как методологической основы преемственности курсов физики, химии и биологии обусловлен также и тем, что на современном этапе развития философии, помимо своей фундаментальности, она взяла на себя функцию формальной логики как философского метода познания действительности, совпадения в мысли субъективного и объективного. Предметом же изучения современной формальной логики остался язык, с его определенной структурой, правилами употребления знаков и образования формул. Ее метод – образование идеальных языковых моделей строгого непротиворечивого доказательства мышления.

Исходным принципом развития диалектической логики В.И. Ленин считал исторический подход в силу того, что категории материалистической диалектики сами выработаны в процессе исторического развития философского знания. Поэтому исторический анализ становления и развития научного знания позволяет диалектической логике выявить законы и формы движения знания к истине. Таким образом, материалистическая диалектика и формальная логика – суть две логики, имеющие значение для всякого научного познания. Для развития научного знания они необходимы в своем единстве, поскольку дают разное знание. Обе логики являются фундаментальной теоретико-методологической основой не только для познания бытия, но и для формирования целостного знания при изучении предметов естественнонаучного цикла.

Роль философских знаний в современный период развития науки не только не уменьшается, а наоборот, возрастает. Это обусловлено, с одной стороны, ее дифференциацией, которая нацелена на изучение глубинных явлений всех форм движения материи, а с другой, с обширной интеграцией не только естественнонаучных, но и гуманитарных знаний, которая направлена на выявление общенаучных законов природы и общества. Методологическую функцию в решении обеих проблем может выполнить только диалектический материализм.

Для нашего исследования актуальными были два положения: 1) материалистическая диалектика как мировоззрение оказывает воздействие на ход научного знания в виде метода и теории познания; 2) новые идеи и построения в современной науке возникают в результате теоретического синтеза, который в качестве своего момента содержит категории философского мировоззрения, выступающие методом научно-теоретического мышления. Отсюда следует, что философия продолжает оставаться источником новых научных идей, а материалистическая диалектика является «единственным, в высшей инстанции, методом мышления, соответствующим теперешней стадии развития естествознания».

Законы материалистической диалектики выражаются посредством философских категорий, которые в их систематической связи составляют ее содержание. В решении обозначенной нами проблемы особо значимой являлась категория преемственности. Данная категория отражает суть генетического метода исследования, который использовал Ф. Энгельс при разработке учения о формах движения материи и на котором он акцентировал особое внимание. Эта преемственность выражается не только в том, что высшие формы движения материи возникают на основе низших, но и в том, что они включают эти низшие формы движения в свою новую структуру, как бы «в снятом виде», подчиняя их себе. При этом низшие формы движения, войдя, в состав более высоких форм движения, продолжают свою эволюцию, и во многом определяют вновь возникшее качество более высокоорганизованных материальных форм движения.

Категория преемственности как форма осознания в понятии всеобщих способов отношения человека к миру, отражающая наиболее общие и существенные свойства, законы природы, общества и мышления, востребована в различных областях знания. В масштабах всего естественнонаучного знания данный принцип выполняет интегративную функцию, объединяя научное знание в некоторую целостную систему. Диалектико-материалистическое и общенаучное понимание сущности категории преемственности служит методологической основой для разработки как общих психолого-педагогических концепций образования и определения статуса данного понятия в системе этих наук, так и естественнонаучных, направленных на формирование естественнонаучной картины мира.

В образовательной области естествознания осуществление преемственности учебного познания происходит путем формирования системы обобщенных знаний учащихся на основе внутрипредметных, межпредметных и межцикловых связей. Мы разделяем мнение В.Н. Максимовой, что межпредметные связи служат способом раскрытия в содержании обучения современных тенденций развития науки, возникающих под влиянием процессов интеграции: социализации, гуманизации, теоретизации, математизации, формализации и др., поэтому с их помощью осуществляется преемственность не только в одной области знания, но и между различными областями знания, что ведет к формированию целостного образа мироздания.

При изучении курсов физики, химии, биологии в условиях нашего эксперимента категория преемственности позволяла учащимся проследить эволюцию природных форм, изучаемых данными дисциплинами. В свою очередь понимание сущности преобразования одних форм в другие помогало учителю понять механизмы формирования идеализированных форм в мышлении учащихся, так как закономерности развития природы и мышления едины.

Процесс познания является предметом изучения не только методологии, но и других наук, которые предлагают свои подходы, принципы и методы (общенаучная методология, частные методологии) к его изучению. К настоящему времени более разработанной (в сравнении с частнонаучной методологией) оказывается общенаучная методология, в рамках которой достаточно широко исследован системно-синергетический подход и метод моделирования. В связи с этим остро встает проблема ранжирования методологий различного уровня обобщенности и правильного выбора их при изучении природных объектов различного уровня сложности, установления преемственности между ними.

В понимании иерархической организации научного знания очень четко проявляется общая диалектика взаимодействия цели и средства деятельности, а именно знания более высокого уровня абстракции выполняют методологические функции по отношению к более конкретному знанию. Так, например, системный подход конкретизирует принципы материалистической диалектики, кибернетические представления об управлении, информации, обратной связи играют роль методологических постулатов в нейрокибернетике, бионике, при разработке электронно-вычислительной техники и т. п.

Исторический подход является методологической основой для создания эволюционного учения, которое, в свою очередь, служит основной методологией для разработки других биологических теорий: клеточной, биопоэза, симбиотической теории образования эукариот и др. Таким образом, при формировании научного знания происходит взаимодействие между целями и средствами деятельности: то, что было целью в одной системе деятельности, становится средством в другой системе. Однако проблемы современной методологии не исчерпываются пониманием этого взаимодействия, так как методологическое знание все более и более приобретает специальный статус, что требует его специального изучения. Итак, диалектический материализм как современная методология познания объективной реальности позволяет определить потенциальные возможности и границы применения как специальнонаучных методологий, так и общенаучной методологии, а также их взаимосвязь и эволюцию, что имеет исключительное значение для процесса познания и преобразования окружающей нас действительности, а также самого человека. Эта методологическая система служат главным основанием для определения стратегии преемственности между курсами физики, химии, биологии, которая реализуется посредством использования фундаментальных понятий, законов, теорий, общих для данных дисциплин, с целью раскрытия сущности изучаемых ими объектов неживой и живой природы.

Анализ истории развития методологического знания свидетельствует, что значимость методологии как стратегии развития всего сущего резко возрастает в период революционных преобразований. Именно такие преобразования происходят в настоящее время в нашем обществе как в целом, так и в его главнейших сферах науке, образовании. Не является исключением в этом смысле и педагогическая наука, которая, говоря языком теории самоорганизации систем, находится в настоящее время в точке бифуркации, и ее дальнейший прогресс или регресс будет зависеть от той методологии, на которой она остановит свой выбор. Вместе с тем, как и в другие периоды революционной ломки, в настоящее время на поверхность всплывают различные философские учения, в том числе и спекулятивные, претендующие на роль абсолютной истины. Это обстоятельство накладывает еще большую ответственность на тех исследователей, которые по своему статусу призваны определять дальнейшую стратегию развития той или иной сферы человеческой деятельности.

Анализ педагогических концепций показывает, что официальная педагогика российского государства и ее представители придерживаются трех основных подходов. Одни обосновывают свои концепции на философском уровне и используют в качестве методологии диалектический материализм. Однако в большинстве случаев данная методология лишь декларируется, а сами концепции не находят глубокого философского обоснования. Другие не касаются философского уровня методологии в своих работах, а опираются лишь на современную общенаучную методологию – системный подход, который также чаще всего только обозначается. Третьи – опираются лишь на эмпирические данные, а проекты этих авторов вряд ли можно назвать концепциями, в силу того что они методологически не обоснованы и отражают некоторые частные вопросы.

Обозначенная выше тенденция негативно сказывается на эффективности школьного образования. Об этом свидетельствует мнение Б.Д. Комисарова, который отмечает, что деятельность по формированию научного мировоззрения учащихся носит начетнический характер и в лучшем случае сводится к примерам, подтверждающим проявление законов диалектики.

Проведенный теоретико-методологический анализ позволил заключить, что повышение уровня естественнонаучного образования современных школьников, приведение его в соответствие с законами развития самой природы и запросами общества возможно только при условии кардинальной перестройки содержания предметов естественного цикла и пересмотра последовательности их изучения в школе. Понимание острой необходимости таких преобразований в современной школе стимулировало работу ряда исследователей (физиков, химиков, биологов, географов), направленную на модернизацию естественнонаучного образования с целью приведения его в соответствие с объективными законами развития природы. Преобразования проводились в рамках Новой концепции естественнонаучного образования, основанной на опережающем изучении курса физики (начиная с V класса) и курса химии (начиная с V-го класса), разработанной академиком РАО А.В. Усовой. Концепция включена в план исследования РАО и поддержана грантами Министерства образования и науки РФ.

Новизна данной концепции заключается, прежде всего, в том, что в ее основу положены две важнейшие методологические идеи, которые позволили, в условиях эксперимента, вывести естественнонаучные знания учащихся на новый качественный уровень. Первой исходной и фундаментальной является идея (учение) диалектического материализма о генетической связи различных форм движения материи, их иерархичности и преемственности. Согласно данному учению основополагающей является физическая форма движения материи, которая в процессе своего развития «породила» более сложную – химическую форму движения, а она, в свою очередь, – биологическую.

Приоритетность физической науки, ее главенствующая роль среди других естественных наук определяется, таким образом, как ее положением в системе естественных наук (она изучает наиболее простую форму движения материи), так и теми фундаментальными законами и принципами, лежащими в основе организации и развития материи, которые открыла эта наука и которые определяют стратегию развития других естественных наук. Фундаментальные понятия и законы природы, изучаемые в курсе физики, также были положены нами в основу преемственности и интеграции естественнонаучных знаний. Познание этих законов и их использование при изучении курсов химии, биологии в условиях эксперимента обеспечило у учащихся формирование системы естественнонаучных знаний, научного миропонимания и мировоззрения. Познанные закономерности природы становились общими законами мышления, они обеспечивали правильное формирование сознания учащихся и их личностных качеств.

Сущность второй идеи, положенной в основу построения новой концепции заключается в рациональном сочетании таких направлений развития научного знания, как дифференциация и интеграция. В основной школе, согласно данной концепции, обучение строится на основе предметного дифференцированного преподавания физики, химии, биологии и географии. Вместе с тем, в Х–ХI классах вводится интегративный курс «Естествознание», который призван систематизировать и обобщать знания, полученные учащимися в V–IХ классах по предметам естественного цикла. Диалектическое сочетание выше обозначенных подходов и позволило при проведении нашего эксперимента привести в соответствие иерархию и содержание естественных дисциплин, изучаемых в школе, с уровнем развития современной науки и удовлетворить запросы, продиктованные научно-технической революцией.

Анализ стратегии развития методики физики, химии, биологии в отечественной и зарубежной школах свидетельствует, что она следует по пути вооружения учащихся методами научного познания в единстве с усвоением знаний и умений. В своих исследованиях мы опирались и на положение о том, что метод познания в физике является образцом – парадигмой современного научного познания, поэтому овладение им одинаково важно и для ученого-исследователя и для учащегося, овладевающего достижениями науки. Только при этом условии можно достичь активизации познавательной деятельности учащихся. В этой связи объектами изучения в курсах естественнонаучного цикла на доступном для учащихся уровне наряду с фундаментальными естественнонаучными понятиями, законами и теориями являлись и методы научного познания, прежде всего, такие, как эксперимент, метод построения моделей (гипотез) и метод их теоретического анализа.

Особое значение в экспериментальном обучении мы придавали методу моделирования. Это обусловлено: во-первых, тем, что в основе научного познания лежит моделирование реальных объектов и процессов. Этот метод обладает огромной эвристической силой, так как при конструировании модели у школьников возникает наглядный обобщенный образ существенных свойств моделируемого объекта; во-вторых, построение моделей является формой взаимодействия эмпирического и теоретического уровней познания, мышления с чувственностью, не наглядных элементов с наглядными, соответствующей требованиям и потребностям современной науки. Эта функция облегчает понимание формальных теорий и является особенно важной в процессе преподавания и обучения. Оперирование идеальными (мысленными) моделями представляет собой элемент теоретической (умственной) деятельности, складывающейся как из логического, дискурсивного мышления, так и из процесса творческого воображения.

При построении моделей различного уровня интеграции учащиеся осо- знавали, в чем суть моделей природных объектов (процессов) и гипотез, как делаются теоретические выводы, как экспериментально проверять модели, гипотезы и теоретические выводы. В учебном процессе, организованном таким образом, создавались условия для того, чтобы фундаментальные понятия, законы, теории, общие для курсов физики, химии, биологии, и методы науки были одновременно и объектом и средством учебного познания. Приобретение учащимися познавательной теоретической деятельности явилось решающим фактором экспериментального обучения и интеллектуального развития учащихся до уровня естественнонаучного мышления и научного мировоззрения.

Во второй главе «Образно-знаковые модели как средство формирования фундаментальных естественнонаучных понятий в условиях реализации межпредметных связей физики, химии и биологии» анализируется проблема моделирования как одна из важнейших методологических проблем, выдвинутых на передний план развитием ряда естественных наук ХХ века, в особенности физики, химии, биологии, кибернетики. Для исследования гносеологического значения моделирования нами выбрана диалектико-материалистическая концепция метода моделирования, разработанная В.А. Штоффом, которая позволяет раскрыть сущность и функции различного рода моделей, исходя из фундаментального принципа познания – принципа отражения. Разделяя мнение В.А. Штоффа, мы пришли к пониманию категории «модель» как к мысленно представляемой или материально реализованной системе, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает нам новую информацию об этом объекте.

В рамках нашего исследования была разработана атрибутивная модель понятия «материя» (рис. 1), которая отражает и интерпретирует сущность диалектического материализма, как основного метода познания материального мира. По нашему мнению, она является метамоделью естествознания и определяет общую стратегию изучения всех естественных дисциплин, их интеграции, способствует развитию теоретического мышления и научного мировоззрения не только у учащихся, но и у студентов, учителей и преподавателей вуза.

Метамодель построена на основе системы атрибутов (неотъемлемых, существенных свойств объекта) – движения, взаимодействия, отражения, раскрывающих сущность понятия материи. Материя и ее атрибуты являются философскими абстракциями, формирующими совокупность наших представлений о реальном мире. Естествознание, не претендуя на изменение смысла понятия «материя», использует ряд категорий, позволяющих конкретизировать и обобщить все явления окружающей действительности на основании качественных и количественных характеристик. Такими категориями являются понятия энергии, информации и энтропии. Они имеют абстрактный смысл, т. е. недоступны прямому наблюдению, их значения определяются расчетным путем с использованием результатов замера других наблюдаемых величин. Тем не менее, в общем виде они выступают как мерные характеристики атрибутов материи и поэтому играют важную роль в понимании сущности материального мира.

В понимании сущности материи важную роль играют и другие ее характеристики: формы проявления (виды материи) – вещество и поле, а также формы существования (бытия) – пространство и время. Структурными элементами вещества являются элементарные частицы, атомы (ионы) и молекулы. Взаимодействие между ними осуществляется посредством полей: гравитационного, электромагнитного, сильного взаимодействия и слабого взаимодействия. В модели отражена взаимосвязь вещества и поля, которая осуществляется через взаимопревращаемость элементарных частиц и полей, лежащих в самом фундаменте материи и определяющих ее единство и бесконечное движение в пространстве и во времени.

Атрибутивная модель понятия материи включает всю совокупность этих характеристик, сводит их в логически связанную целостную модельную

систему, которая является своеобразной методологией изучения конкретных объектов и явлений окружающего мира.

Необходимость применения моделирования в образовательной области естествознания очевидна в силу сложности и комплексности этой предметной области. В последнее время наблюдается тенденция к изменению парадигмы подготовки учащихся, а именно переход от экстенсивно-кумулятивной парадигмы к интенсивно-технологической, предполагающей формирование методологической культуры у школьников вплоть до интеллектуальной деятельности (В.И. Разумов). Поэтому нам представляется актуальным обучение моделированию учащихся основной школы и использование системы моделей при формировании фундаментальных естественнонаучных понятий, а также их применение при объяснении сущности законов и теорий, общих для курсов физики, химии, биологии.

Смена парадигмы в области естественнонаучного образования, детерминированная социально-экономическими запросами общества, определяет новые цели и задачи обучения – развитие у учащихся естественнонаучного теоретического мышления, навыков самостоятельного освоения и критического анализа новых сведений, умения строить научные гипотезы и планировать поиск для их проверки, что способствует развитию творческих способностей.

Мы разделяем мнение ученых Л.П. Анастасовой Б.Д. Комиссарова, И.Д. Зверева, Д.Д. Утешинского, А.В. Усовой и др., что учащихся необходимо знакомить со структурой научных знаний, включать их в построение философско-методологических «стержней», обеспечивающих поиск проблем, погружать их в «открытия», «озарения», интеллектуальные и практические «изобретения». Пришло время вместо «насыщения» учащихся «готовыми знаниями» с помощью традиционных форм и методов обучения создать условия для моделирования ситуаций научного поиска, развития эмоционального отношения к изучаемым системам, их постижения одновременно разумом и сердцем.

Анализ концепций и теорий, касающихся процесса филогенеза человеческого мышления, свидетельствует, что оно прошло длинный исторический путь развития от наглядно-действенного до понятийного и диалектического видов мышления. Промежуточным этапом на этом пути явилось наглядно-образное мышление. Последовательность прохождения данных этапов мышления характерна и для онтогенеза человека. Знание данной закономерности является исключительно важным при изучении предметов естественнонаучного цикла. Однако практика свидетельствует, что не только в школе, но и в вузе знания большинства учащихся и студентов не достигают теоретического уровня, в основе которого лежит понятийное мышление. Наибольшие затруднения в развитии мышления школьников возникают на этапе трансформации наглядно-образного мышления в понятийное.

В разрешении этой проблемы большое значение имеют результаты исследований в области физиологии мышления, полученные в лаборатории, руководимой Г.А. Твердохлебовым. На основании экспериментальных данных автор обосновывает наличие еще одного вида мышления – обобщенно-образного, которое является связующим звеном между наглядно-образным и понятийным мышлением. Установление данной формы мышления является исключительно значимым, так как во многом определяет стратегию перехода от наглядно-образного к понятийному мышлению. Косвенным подтверждением существования четвертого вида мышления является концепция Ж. Пиаже о четырех уровнях (этапах) развития процесса мышления в онтогенезе современного ребенка. Такую позицию разделяет и А.В. Усова, обоснованно считая, что при формировании научных понятий учитель должен решить вопрос о правильном сочетании наглядно-образного, словесно-теоретического (понятийного) и практически-действенного компонентов мышления в работе учащихся по овладению понятием.

Цель формирования обобщенно-образного мышления предопределяет необходимые средства, одним из которых является метод моделирования.

В наших исследованиях достижение поставленной цели реализуется через теоретико-методологическое обоснование и конструирование системы идеализированных моделей высокого уровня обобщенности. Эти модели выполняют методологические функции при изучении живых и неживых объектов различного уровня сложности и одновременно усваиваются как современные научные методологии познания природы, обеспечивая тем самым формирование и развитие обобщенно-образного мышления и развитие его до уровня понятийного и диалектического.

Анализ педагогической практики свидетельствует, что проблема формирования обобщенно-образного мышления, которое в действительности отсутствует как у большинства школьников, так и студентов, является весьма актуальной и требует незамедлительного решения. Это подтверждает многолетний опыт нашей работы со школьниками, студентами и учителями. Даже студенты старших курсов в большинстве своем не имеют должных теоретических знаний, практических навыков и умений по составлению обобщенных моделей (схем), в то время как исследования психологов (Л.М. Фридман, В.П. Давыдов, В.И. Загвязинский, П.И. Образцов, А.И. Уман, Р. Атаханов и др.) свидетельствуют об огромной значимости моделей в формировании наглядных обобщенных образов.

При выборе стратегии в решении вышеобозначенной нами проблемы преемственности курсов физики, химии, биологии в условиях МПС мы опирались на результаты исследований В.В. Давыдова и В.П. Зинченко. Анализируя онтогенез познания в предметной деятельности, они отмечают, что при овладении каким-либо учебным предметом школьники под руководством и с помощью учителя должны анализировать учебный материал, выделять в нем некоторое общее отношение, обнаруживая вместе с тем, что оно проявляется и во многих других отношениях. Фиксация детьми в какой-либо знаковой форме общего исходного отношения дает им содержательную абстракцию изучаемого предмета. Продолжая анализ учебного материала, школьники раскрывают закономерную связь выделенного исходного отношения с его различными проявлениями и тем самым строят содержательное обобщение изучаемого предмета. Затем они используют содержательные абстракции и обобщения для выведения (опять с помощью учителя) других, более частных абстракций и для объединения их в целостном (конкретном) учебном предмете».

Использование разработанных нами моделей в учебном процессе показало, что учащиеся и студенты усваивают их, после чего они становятся своеобразными методологиями изучения конкретного материала, и это способствует формированию обобщенно-образного мышления, которое является важнейшим звеном на пути к понятийному виду мышления.

В третьей главе «Содержательные основы преемственности формирования фундаментальных естественнонаучных понятий физики, химии и биологии в условиях межпредметных связей» определен общий подход к раскрытию сущности содержательных связей курсов физики, химии, биологии. В качестве общенаучного подхода было выбрано учение Ф. Энгельса о генетической связи между формами движения материи, которое играет ключевую роль в понимании законов развития природы, общества и мышления. Выявлена философская категория, через которую выражаются наиболее общие и существенные моменты (стороны) этих законов. Такой категорией является «преемственность», раскрывающая не только сущность основного закона развития природы отрицания отрицания, но и являющаяся проявлением закона количественных изменений в качественные и закона единства и борьбы противоположностей. Отобраны наиболее значимые фундаментальные естественнонаучные понятия, подходы и теории, являющиеся содержательной основой интеграции курсов физики, химии, биологии, предопределяющей формирование естественнонаучного мышления и естественнонаучной картины мира.

Диалектика природы раскрывается через общие закономерности перехода от низших форм движения материи к высшим. Каждая более высокая форма движения материи, будучи преемственно связана с более низкой, не отменяет их, а включает и подчиняет их себе, поднимая развитие на качественно новую ступень. В своих исследованиях мы опирались на эту закономерность и диалектическое положение о том, что форма есть внутренняя организация содержания, а содержание есть определяющая сторона целого, совокупность частей (элементов) предмета; исходили из того, что в содержании и форме мысленно отображается весь мир. Это позволило нам определить статус понятий «форма и содержание» не только как исходных философских категорий, объясняющих закономерности в смене форм движения материи, но и как естественнонаучных, позволяющих выявить механизмы развития конкретных природных форм (объектов), их взаимосвязь и стратегию развития.

Исключительно важным для нашего исследования было положение В.И. Ленина о том, что «…мир есть движущаяся материя. Понятие «материя» отражает ту сторону предмета научного познания, которая характеризуется его как содержание; понятие «движение» – ту, которая характеризуется как форма, присущая этому содержанию, следовательно, как способ бытия материи» (курсив наш). Это позволило заключить, что форма – это способ существования любого объекта природы и материи в целом, а применение диалектической связи между формой и содержанием при изучении природных объектов позволит понять основной механизм их эволюции и сформировать диалектический стиль мышления.

Для понимания структурности материи большое значение имеет уяснение соотношения формы и содержания. Сами понятия формы и содержания относительны. Например, атом является содержанием по отношению к молекуле и формой по отношению к элементарным частицам, из которых он состоит. На основании этого делается вывод, что форма есть не только внешняя, но и внутренняя организация системы, т.е. способ связи элементов внутри системы. В такой трактовке понятие формы совпадает с понятием структуры.

В понимании вопроса об эволюции форм в природе большое значение имеет закон перехода количества в качество и обратно. Эти качественные различия основываются либо на различном химическом составе или формах движения (энергии), либо имеет место почти всегда и то, и другое. Данная закономерность во многом определяла стратегию изучения объектов и явлений в курсах физики, химии и биологии в условиях эксперимента и позволяла понять общие механизмы преобразования (эволюции) одной природной формы в другую, то есть проследить ее усложнение (упрощение) исходя из количества элементов и их связей и появления нового качества (содержания). Накопление разнообразия элементов и их связей обеспечивает перестройку внутренней структуры исходной формы, что приведет к появлению новой формы существования материи, обладающей специфическим свойством.

В процессе изучения предметов естественнонаучного цикла учащиеся прослеживали эволюцию природных форм, начиная с элементарных частиц, которые по своей организации являются относительно простыми объектами природы, и заканчивая биосферой, являющейся наиболее сложной формой проявления живого. В процессе выяснения учащимися сущности преобразования одних природных форм в другие учитель имел возможность отслеживать механизмы формирования идеализированных форм в их мышлении, так как закономерности развития природы и мышления едины.

В качестве эффективного методологического приема формирования понятий «форма и содержание» мы использовали метод моделирования. Учитель совместно с учащимися конструировал интегративные модели, которые отражали в образно-знаковой форме основные объекты неживой и живой природы и их взаимосвязь. Помимо общей модели, касающейся всех форм движения материи, создавались модели, отражающие более детально эволюцию форм, изучаемых в рамках одной дисциплины или ее раздела. При этом учитывалось, что качественная определенность этих форм будет зависеть и от количественной составляющей, которую также необходимо привлекать при интерпретации сущности изучаемого объекта.

Количественная характеристика природных форм, относящихся к различным видам движения материи, учитывалась в качестве исходного пункта для решения вопроса о принципах их организации и эволюции. Для реализации этой идеи учащиеся приводили и сопоставляли количественные данные о тех элементах и их связях, которые составляют основу изучаемой структуры (формы). На основе этих данных составлялся своеобразный вариационный ряд, который показывал общую тенденцию усложнения природных форм на основе количественных характеристик их элементов.