Изучение дисциплины «Концепции современного естествознания» (далее – КСЕ) преследует цель ознакомления студентов, обучающихся по гуманитарным направлениям и специальностям, с основополагающими концепциями различных естественных наук (физики, химии, биологии и др.) в общекультурном, историческом аспекте. Методология дисциплины состоит в восхождении по уровням организации эволюционирующего материального мира, затем – к взаимодействиям биосферы с цивилизацией.

Как правило, данная дисциплина преподается студентам первого или второго курсов, в основном, первого. Усвоение ее материала предполагает понимание и знание материала физики, математики, химии и биологии за среднюю школу. И от уровня этих знаний во многом зависит и методология, и методика преподавания курса КСЕ. Поэтому нами уже в течение десяти лет на первом семинаре, который является методическим, проводится проверка уровня естественнонаучных знаний студентов за среднюю школу. Им предлагается система вопросов. Их особенность заключается в том, что знание ответов на них является исходной естественнонаучной базой студента, на которую можно опереться в процессе преподавания рассматриваемой дисциплины. К сожалению, на большинство из этих вопросов мы ответа не получаем. И число таких вопросов возрастает от года к году. Статистика правильных ответов колеблется в зависимости от будущей специальности студента. Наибольшее количество неправильных ответов дают студенты специальностей «Религиоведение». «Культурология», «История», «Журналистика», наименьшее – «Прикладная математика».

На какие же вопросы мы, как правило, не получаем верных ответов в большинстве студенческих групп первого курса гуманитарных специальностей?

По математике задается всего три вопроса:

А) каков физический смысл первой производной функции?

Б) что будет с первой производной, если функция растет, убывает, не изменяется?

В) как подсчитывается число возможных комбинаций из N-элементов?

Знание ответа на первые два вопроса обязательно при изложении универсального критерия эволюции Гленсдорфа-Пригожина. Знание ответа на третий вопрос необходимо и тогда, когда объясняется, что такое статистический вес термодинамической системы (особенно при его подсчете в конкретных ситуациях), и тогда, когда говорится о том, что белки состоят из различных последовательностей двадцати аминокислот. Практически студенты не дают ответа на первый вопрос, то есть они не знают, что первая производная функции характеризует скорость ее изменения. А вот на второй вопрос большинство студентов дают правильный ответ. Удивляет, что студенты не могут ответить на третий вопрос. Они не знают, что такое факториал, как он записывается и как находится.

Со знанием нужного физического материала дела обстоят не лучше. Большинство студентов не различают изолированные и замкнутые системы, не умеют формулировать условия, при которых выполняется та или иная хорошо известная им формула. Например, мало правильных ответов на вопрос: когда можно применять закон Кулона? Не могут студенты сформулировать основную механическую задачу, указать условия, при которых механическая задача в рамках механики Ньютона считается корректно сформулированной. Студенты не отвечают на вопросы: какая система отсчета является инерциальной; с помощью каких физических параметров задается полное описание механической системы в рамках классической механики; чем отличается поле от вещества; в каких системах выполняются законы сохранения физических величин; как задается состояние физической системы в классической физике и т.д.

Из блока вопросов по химии, как правило, наиболее сложным является такой: какова физическая природа химической связи? Хотя типы химической связи многие студенты не только называют, но и правильно характеризуют. Трудным является вопрос: совпадает ли число простых веществ с числом известных химических элементов? Нет достаточной полноты ответа на вопрос о том, по каким физическим эффектам судят о том, что в системе протекает химическая реакция.

Как правило, знание основ биологии во много раз выше, чем физики и химии. Но и тут есть ряд «каверзных» для студентов вопросов. Большинство студентов не может ответить на вопрос, что такое ген и что означает, что гены несут наследственную информацию. Очень редко удается добиться ответа, что наследственная информация – это коды синтеза тех или иных белков.

Со знанием астрономии и основ строения Земли дела обстоят хуже всего. Практически нет правильных ответов на вопросы: за счет чего светятся звезды? Каковы источники энергии, порождаемые Землей? Что такое гидростатическое равновесие звезды? Что такое тепловое равновесие звезды? И т.д.

Мы привели несколько примеров вопросов, на которые студенты или затрудняются ответить, или не отвечают совсем, не для того, чтобы в очередной раз критиковать школьную естественнонаучную подготовку студентов. Эти знания нужны для выработки правильного подхода к преподаванию дисциплины КСЕ. Если мы знаем, что большинство студентов на определенные вопросы не отвечают, хотя они должны знать ответы на них из материала дисциплин средней школы, то мы обязаны напомнить эти положения для того, чтобы был понятен материал непосредственно самого курса КСЕ. Таков урок понимания того, что должны знать студенты из средней школы и что они знают на самом деле. Если не будет дано предварительное разъяснение этого школьного материала, то не будут понятны и сами положения дисциплины КСЕ. А значит, цели и задачи данного курса не будут выполнены. Не будет создана и атмосфера для «спокойного» усвоения данной дисциплины.

Это исходный концептуальный элемент преподавания дисциплины КСЕ. А теперь главное. Чего мы хотим добиться в процессе преподавания данной дисциплины? За годы ее существования вышло в свет множество учебников и учебных пособий по концепциям современного естествознания [1-12]. Они очень различны и по отбору материала, и по структуре, и по уровню изложения самого материала. Но ни один из них, на наш взгляд, не удовлетворяет полностью ныне действующему государственному стандарту по этой дисциплине.

Структура курса, отбор материала играют решающую роль в реализации целей преподавания дисциплины «Концепции современного естествознания». На наш взгляд, вводной темой к курсу должна быть тема «Научный способ освоения мира и специфика его проявления в естествознании». В процессе своего существования человечество выработало множество способов освоения мира: художественный, мифологический, религиозный, научный, технический и др. Каждый из них имеет свои «правила игры». Они касаются выбора решаемых проблем, выбора методов их решения и выбора способов оценки полученных результатов. В наше время в обществе доминирует научный способ освоения мира. Но нельзя забывать, что лишь все вместе они обеспечивают жизнедеятельность человека. Каков бы ни был в обществе уровень развития науки и техники, человеку всегда суждено жить, действовать и принимать ответственные решения на границе науки и других способов освоения мира. Человек вынужден многократно пересекать эту границу. Значит, он должен знать, где начинается и где кончается наука. В этой теме мы сосредотачиваем внимание на том, что научное знание является сущностным, обобщенным, обоснованным, доказанным, что каждый этап развития науки порождает свои нормы и установки, что наука руководствуется целостной системой методологических регулятивов.

Вторая тема – «Научный метод». В этой теме должна быть решена задача доведения для студентов особенностей современного естественнонаучного наблюдения и эксперимента, включая и математическую теорию планирования эксперимента. Должна быть изложена теория измерений, дано понятие факта, рассмотрены гипотеза как форма развития естествознания и естественнонаучная теория.

Третья тема – «Общие закономерности развития естествознания». В ней, как минимум, должны быть рассмотрены такие закономерности: интеграция фундаментальных и прикладных исследований в современном естествознании, математизация, развитие естествознания как смена парадигм, преемственность в развитии естествознания, в том числе и принцип соответствия Н. Бора.

Эти три темы – вводные. Они должны задать видение всего естествознания. На их изложение тратится примерно 20% лекционного времени. И это оправданно.

Второй блок – фундаментальные идеи и принципы физики, химии, биологии, синергетическая парадигма, Вселенная. Этот блок занимает 65% лекционного материала.

Третий блок – завершающий и обобщающий весь предыдущий материал – исторические типы рациональности: классический, неклассический, постнеклассический.

В первом блоке важнейшим является вопрос о том, как задается объект в теоретическом естествознании. Раскрытие сути идеализации и идеальной модели помогает понять логику изложения концепций физики, химии, биологии, синергетической парадигмы.

Естествознание в целом, в том числе и физика, предельно ясно различает процесс мышления и сами явления. Объекты предметной области сами в теорию не входят. Они представлены там некоторыми другими (абстрактными) объектами. Одна из форм такого представления - идеальная модель [13]. Эти абстрактные объекты выступают в качестве имен реальных объектов. Другими словами, прежде чем моделировать какой-либо объект, необходимо как-то его обозначить. Простейшей является операция присвоения ему имени. Нет имени - нечего моделировать. Итак, базисный уровень моделирования любой научной теории образован именами объектов из ее предметной области. Например, для астронома, изучающего Солнечную систему, этот уровень включает имена: «планета», «комета», «астероид» и т.д. За каждым именем-понятием стоит не индивидуальный объект, а класс объектов с его сущностными характеристиками. Это предъявляет к субъекту действия определенное требование: оперируя словами как понятиями, он несет ответственность за то, чтобы в его рассуждениях были соблюдены все правила работы с понятиями.

Под идеальной моделью реального объекта будем понимать логический конструкт (иначе, абстрактный объект), построенный на базе реальных знаний об объекте, который позволяет объяснить то, что наблюдаемо в опыте, эксперименте. Когда мы называем идеальную модель реального объекта логическим конструктом, то тем самым подчеркиваем, что она существует только в головах людей. Ее нельзя наблюдать. С ней можно работать только в мыслях и при помощи мысли. Но это такой логический конструкт, который позволяет объяснить то, что происходит с реальным объектом. Это позволяет предположить, что в идеальной модели реального объекта воспроизведены определенные свойства реального объекта. Конечно, не все, а лишь некоторые. Идеальные модели строятся лишь по отношению к тем сторонам реальных объектов, которые ненаблюдаемы, то есть их нельзя воспринять ни с помощью органов чувств, ни с помощью приборов. Все, что наблюдаемо, ни в каких идеальных моделях не нуждается. Развитие науки раскрывает перед исследователем, сконструировавшим идеальную модель реального объекта, систему возможностей:

1. То, что сконструировано исследователем, в процессе развития приборной техники становится наблюдаемым. Тогда становится ясным, правильно ли была сконструирована модель, и что не уловил исследователь в структуре реального объекта. Это редко встречающийся в научной практике вариант.

2. Сконструированная модель реального объекта объясняет определенные явления, но и одновременно противоречит другим явлениям, относящимся к этому же объекту. Здесь раскрываются два пути: а) переходить к более совершенным моделям реального объекта, сохраняя основы предыдущей; б) отказаться от введенной модели.

3. Нередки случаи, когда разные исследователи создают разные модели одних и тех же объектов, порой несовместимые друг с другом. Но они позволяют объяснить одни и те же факты, решать один и тот же класс задач. В принципе это означает, что эти две модели «воспроизвели» разные свойства реального объекта, но среди них есть и общие. Пусть мы имеем в реальном мире некий объект А и пусть в процессе его познания созданы его две идеальные модели: модель А₁, которая воспроизводит свойства Б, С, М, Т, О объекта А, и модель А₂, которая воспроизводит свойства Б, С, Т, К, Н, Е, Г объекта А. Если задача сформулирована так, что для ее решения достаточно знать свойства Б, С, Т объекта А, то эта задача может быть решена и на модели А₁, и на модели А₂.

4. Идеальная модель может представлять собой такое построение, которое никогда и ни при каких условиях не будет поддаваться прямому наблюдению, но обладает объективным существованием. Подчеркнем, что в определенном смысле идеальных моделей как определенной репрезентации нет ни в субъекте, ни вне объекта. «Идеальное возникает в пространстве между объектом и субъектом… Носителем идеального (как и виртуального) является не вещь (субъект как тело и объект), а взаимодействие, контакт субъекта и объекта, человеческая деятельность» [14, 85].

С одной стороны, от модели требуется, чтобы она содержала известную до ее построения информацию о моделируемом объекте, с другой - изучение самой модели должно вести к получению новой информации о моделируемом объекте. Отметим, что это принципиальное требование.

Идеальные модели, например, физических объектов строятся на основании экспериментальных данных и теоретических представлений о данной области физических объектов. Однако идеальные модели формально-логически из этих данных не выводятся. Они как бы “навеиваются” этими данными. Воображение здесь, как правило, обгоняет соображение. Воображение может больше, чем происходит на самом деле. Человек нередко придумывает всякого рода соответствия и отношения, которых в действительности нет. Поэтому нужны ограничители воображения. Они создают определенный механизм направления мысли ученого-естественника в определенное русло. Так, например, в физике ряд принципов выполняет функцию ограничения фантазии ученых. Примером могут служить принципы симметрии, понимаемые как требование инвариантности физических законов относительно определенной группы преобразований (симметрий). Например, галилеевский принцип симметрии требует инвариантности законов относительно пространственных перемещений. Так, одно и то же явление должно подчиняться одним и тем же законам, независимо от того, где оно происходит: в Солнечной системе или в далекой галактике. Тем самым этот принцип из всех возможных для классической физики законов отбирает только те, которые остаются неизменными (инвариантными) при пространственных перемещениях явлений. Это позволяет выделять действительные модели из множества возможных.

Опыт использования таких ограничений накоплен и продолжает расти. Так, например, в создании физических моделей ограничителями являются законы сохранения, второй закон термодинамики, в химии это принцип Ле-Шателье, и т.д. Академик Н.Н. Моисеев обратил внимание на принцип минимума диссипатии энергии в мировом эволюционном процессе [15, 10]. Такие примеры можно продолжить.

Необходимо учитывать, что всеми ограничениями надо пользоваться так, чтобы не закрывать для теоретика путь поиска новых смыслов и, следовательно, новых форм понимания. Без этого трудно надеяться на возникновение в естествознании новых, «сумасшедших» идей.

При изложении материала второго блока исключительно важно, чтобы студент понял не только сам материал, но и логику его изложения. Как это делается, покажем на примере анализа вопроса «Классическая механика Галилея-Ньютона». Схема изложения этого вопроса такая: определение механического движения – объяснение, почему в теоретической механике движущийся объект задается с помощью идеализации, а не с помощью идеальной модели – анализ двух основных идеализаций классической механики (материальная точка и абсолютно твердое тело) – выявление условий, при которых реальные объекты могут быть подведены под эти идеализации – рассмотрение вопроса об условиях познания механического движения – представление системы отсчета как условия познания механического движения – рассмотрение инерциальных систем отсчета – рассмотрение вопроса о формулировке основной задачи классической механики, ее корректности – объяснение, что означает, что координата и импульс задают полное описание механического движения объекта в классической механике – деление механики на кинематику и динамику, выяснение их различий – выделение общей схемы решения задач динамики – выявление основных принципов классической механики (принципа относительности, принципа суперпозиции, принципа векторного сложения скоростей и др.).

Студент должен как минимум обращать внимание на:

- условия возможности применения той или иной формулы, того или иного представления;

- причины появления новых представлений в физике, например, сильного взаимодействия, слабого взаимодействия, кванта и т.д.;

- аксиоматичность современных теорий естествознания;

- переходы от одних модельных представлений к другим и их причины;

- особенности линейных, нелинейных и сильно нелинейных систем, и т.п.

К концептуальным основам преподавания дисциплины КСЕ относится и проблема, какой вузовской кафедре поручить читать данную дисциплину. В Оренбургском государственном университете преподавание дисциплины КСЕ закреплено за кафедрой культурологии. При этом исходили из следующего: в мировоззрении любого человека можно выделить две составляющие культуры – гуманитарную и естественнонаучную. Между ними должно быть единство, а не конфронтация. А раз это так, то целесообразно формирование у студентов названных составляющих культуры сосредоточить в одних руках, то есть на одной кафедре. На кафедре культурологии ОГУ доминирует подход, согласно которому преподаватели дисциплины КСЕ должны иметь двойное образование – физическое и философское, причем базовое образование должно быть физическим, специализация – теоретическая физика. Опыт показывает, что такое базовое образование позволяет освоить нужный материал из области химии, биологии, астрономии. Мы считаем нецелесообразным, когда разные разделы дисциплины читают преподаватели с разных естественнонаучных кафедр, так как теряется единый подход, нет стыковки между отдельными частями дисциплины. Нецелесообразно отдавать чтение этого курса также ни специальным философским кафедрам, ни техническим кафедрам. Преподаватели этих кафедр предельно упрощают естественнонаучный материал, что не позволяет глубоко раскрыть сущность концепций современного естествознания.

Вопрос о том, какая кафедра будет читать данную дисциплину, является принципиальным. На какую бы из существующих в вузе кафедр не отдали дисциплину КСЕ, она всегда будет находиться за пределами ее профиля, будет испытывать давление профиля кафедры. А это не те факторы, которые способствуют повышению уровня преподавания данной дисциплины. Надо начинать с создания в вузах кафедр концепций современного естествознания. Это наилучший вариант. Чем быстрее будут созданы такие кафедры, тем легче пройдет вписывание этой дисциплины в вузовский менталитет. Кафедры концепций современного естествознания должны быть отнесены к одному из естественнонаучных факультетов. За данными кафедрами желательно также закрепить и чтение курсов по истории науки, так как они находятся в интеграционном соотношении с дисциплиной «Концепции современного естествознания».

Важен и вопрос о единой сетке часов по этой дисциплине. Разброс здесь очень велик: 1/1, 2/1, 2/2 в течение одного семестра, 2/1 в течение двух семестров, 1/0 в течение одного семестра. На наш взгляд, наиболее оптимальный вариант – 2/2 в течение одного семестра, то есть еженедельно – лекция и практическое занятие. Целесообразно данную дисциплину читать в первом или во втором семестрах. Заканчивать курс зачетом, а не экзаменом.

Так нам представляются основные элементы концептуальной основы преподавания дисциплины «Концепции современного естествознания» в вузе.

Литература

1. Горелов,А.А. Концепции современного естествознания[Текст]:учеб. пособие для вузов/А.А. Горелов.-М.:АСТ: АСТРЕЛЬ,2004.-384 с.

2. Горохов,В.Г.Концепции современного естествознания и техники[Текст]:учеб. пособие для вузов/В.Г. Горохов.-М.:ИНФРА-М,2000.-608 с.

3. Гусейханов,М.К.Концепции современного естествознания[Текст]:учебник/М.К. Гусейханов, О.Р. Раджабов.-М.:Дашков и К,2005.-692 с.

4. Дубнищева,Т.Я.Концепции современного естествознания. Основной курс в вопросах и ответах:Учеб. пособие для вузов/Т.Я. Дубнищева.-Новосибирск:Сибирское унив. изд-во,2003.-407 с.

5. Жигалов,Ю. И.Концепции современного естествознания[Текст]:учеб.- метод. пособие для вузов/Ю. И. Жигалов.-2-е изд., перераб. и доп.-М.:Гелиос АРВ,2002.-272 с.

6. Карпенков,С.Х.Концепции современного естествознания:Учеб. для вузов/С.Х. Карпенков.-6-е изд., перераб. и доп.-М.:Высшая школа,2003.-488 с.

7. Покровский,А.К.Концепции современного естествознания[Текст]:учеб. для вузов/А.К. Покровский, Л.Б. Миротин;под ред. Л.Б. Миротина.-М.:Экзамен,2005.-480 с.

8. Рузавин,Г.И.Концепции современного естествознания[Текст]:учеб. для вузов/Г.И. Рузавин.-М.:Юнити,2005.-287 с.

9. Солопов,Е.Ф.Концепции современного естествознания[Текст]:учеб. пособие для вузов/Е.Ф. Солопов.-М.:Владос,2003.-232 с.

10. Торосян,В.Г.Концепции современного естествознания[Текст]:учеб. пособие для вузов/В.Г. Торосян.-М.:Высш. шк.,2003.-208 с.

11. Концепции современного естествознания[Текст]:учеб. пособие для студентов /М.Г. Кучеренко [и др.];под ред. В.А. Любичанковского.-4-е изд., доп.-Оренбург:ОГУ,2000.-166 с.

12. Концепции современного естествознания:учеб. для вузов [Текст]/под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова.-3-е изд., перераб. и доп.-М.:ЮНИТИ-ДАНА,2003.-317 с.

13. Бургин, M.C., Кузнецов, В.И. Введение в современную точную методологию науки: структура систем знаний: [Текст]пособие для вузов / М.С. Бургин, В.И. Кузнецов. - М.: АО «Аспект Трест», 1994. – 303с.

14. Кашин, В.В. Онтологические и гносеологические проблемы генезиса понимания [Текст]/ В.В. Кашин. – Уфа: Башкир. гос. ун-т, 2000. – 182с.

15. Илиев, С. Памяти Н.Н. Моисеева / С.Илиев // Вестник Международного института А. Богданова. – 2000. - №3. – С.3-13.