О введении методологических знаний в фундаментальную подготовку бакалавров – будущих инженеров

Многие методисты и дидак-ты (И.Я. Лернер, Л.Я. Зорина, Г.М. Голин, М.Н. Скаткин, В.В. Краевский и др.) обосновывают необходимость введения методологических знаний в содержание обучения принципам дидактики (сознательности и активности, научности, системности и систематичности) [5, с. 31]. Психологи (Н.Ф. Талызина, А.А. Смирнов, Г.П. Щедровицкий и др.) утверждают, что усвоение элементов методологической культуры способствует эффективному восприятию научной информации и ее пониманию в единстве со структурно-функциональными связями между разнородными элементами знаний. И это представляется особо значимым в контексте лавинообразного увеличения объема

НАТАЛЬЯ

ПЕТРОВНА

БЕЗРУКОВА кандидат химических наук, доктор педагогических наук, профессор кафедры информационных технологий обучения и математики Краснояр-

ского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева. Cфера научных интересов: модернизация учебновоспитательного процесса, учреждений высшего и среднего профессионального образования посредством инновационных технологий, в том числе информационнокоммуникационных, модернизация процесса обучения при изучении дисциплин естественнонаучного цикла в общеобразовательной школе. Автор 134 публикаций

научных знаний, характерного для современного этапа развития человеческого общества.

М.В. Архангельская, З.Э. Бай-багисова и Е.А. Бершадская обосновывают, например, важность освоения обучающимися элементов научной теории, структуры знаний, общих методов научного познания в процессе обучения естественнонаучным дисциплинам как в общеобразовательной, так и в высшей школе [1–3]. Формирование таких компонентов знаний в рамках овладения содержанием фундаментальных дисциплин в процессе профессиональной подготовки будущих металлургов приобретает особую актуальность в условиях реализации компетент-ностного подхода в образовании.

В проекте новых федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки «Металлургия» только в общем виде указаны требования к освоению методологических знаний бакалаврами. В частности, готовность использовать фундаментальные общеинженерные знания (общепрофессиональная компетенция – 1), основные понятия, законы и модели термодинамики, химической кинетики, переноса тепла и массы (профессиональная компетенция – 4), способность выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы (профессиональная компетенция – 2), применять соответствующие методы моделирования физических, химических и технологических процессов (профессиональная компетенция – 5). Однако, как показал анализ психолого-педагогической литературы и опыт образовательной практики, как в общеобразовательной, так и в высшей школе уделяется недостаточно внимания рациональным способам введения методо-логических знаний в содержание образования, способам их усвоения, описанию моделей учебного процесса, направленных на формирование умений применять методологические знания для решения различных задач.

Все это определило содержание настоящей статьи, посвященной исследованию состояния сформированности методологических знаний студентов, а также возможных способов включения методологических знаний в содержание образования на примере базовой химической подготовки бакалавров металлургического направления. Ведь известно, что химические дисциплины высшей школы обладают боль-

шим потенциалом для решения этой проблемы.

Известно, что в настоящее время нет общепринятого определения понятия «методологическое знание». Так, Л.Я. Зорина к методологическим знаниям относит «совокупность знаний из методологии науки». И.Я. Лернер, М.Н. Скаткин, В.В. Краевский – «знания о методах и истории познания, конкретных методах науки и различных способах деятельности», О.С. Зайцев – «знания о методах и способах получения новых знаний». Определяя методологические знания как метазнания, знания о знаниях, ученые (Л.Я. Зорина, Г.М. Голин, М.В. Архангельская, Е.А. Бершадская и др.) выделяют разные компо- ненты методологических знаний, которые необходимо формировать в учебном процессе [1–3].

С нашей точки зрения, интересна модель структуры методологических знаний, предложенная З.Э. Байбагисовой, в контексте системного подхода. Она включает взаимосвязанные и взаимопроникающие составляющие (знаниевый, деятельностный, ценностный), которые выступают одновременно с уровнями овладения методологическими знаниями, позволяющими оценивать их сформированность в учебном процессе. При этом каждая последующая составляющая является более высоким уровнем владения методологическими знаниями [2, с. 23].

Усвоение знаний о способах деятельности , об основных общелогических операциях соответствует знаниевому компоненту и первому уровню их сформирован-ности. Он предполагает понимание студентами смысла таких основных общенаучных терминов, как «гипотеза», «закон», «принцип», «теория» и другие, а также правил для осуществления операций классификации (требований к операции деления), выдвижения и проверки гипотезы, сравнения, обобщения и др. Приобретенные умения по использованию этих способов деятельности в качестве инструмента познания называются методологическими умениями , которые образуют одновременно деятельностный компонент

Таблица 1

Показатели сформированности методологических знаний студентов-первокурсников (бакалавриат) по направлению подготовки «Металлургия» (2012/2013 учебный год)

Компонент методологических знаний	Специализация
	Металлургия цветных металлов	Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия	Литейное производство черных и цветных металлов и Безопасность жизнедеятельности в техносфере
Количество студентов, владеющих компонентами методологических знаний, %
Знаниевый	46,9	38,8	44,5
Деятельностный	38,8	29,8	24,7
Ценностное отношение	45,2	50,0	61,5

Таблица 2

Показатели сформированности методологических знаний студентов, обучающихся по специальности «Металлургия цветных металлов» (2012/2013 учебный год)

Компонент методологических знаний	Курс
	1-й	2-й	3-й	4-й
Количество студентов, владеющих компонентами методологических знаний, %
Знаниевый	46,9	33,0	45,6	47,4
Деятельностный	38,8	20,8	26,4	33,9
Ценностное отношение	45,2	20,8	18,2	30,6

Таблица 3

Показатели сформированности методологических знаний студентов 3-го курса, обучающихся по специальностям «Безопасность жизнедеятельности в техносфере»

и «Металлургия цветных металлов» (2011/2012 учебный год)

Компонент методологических знаний	Специализация
	Безопасность жизнедеятельности в техносфере (Сибирский федеральный университет)	Металлургия цветных металлов (Ачинский филиал Сибирского федерального университета)
Количество студентов, владеющих компонентами методологических знаний, %
Знаниевый	35,3	45,6
Деятельностный	18,2	29,1
Ценностное отношение	30,0	14,3

и выступают вторым, более высоким уровнем владения методологическими знаниями. Третья ценностная составляющая определяется нами как методологическое мышление и ассоциируется с такими понятиями, как «методологическая культура», «культура умственного труда», «рефлексивная культура». Этот уровень владения методологическими знаниями характеризуется такими специфическими признаками мышления, как чувствительность к проблемам, широта мышления, систематичность, гибкость, высокая степень самостоятельности суждений, сформированность рефлексивных умений.

Нами был проведен констатирующий эксперимент по выявлению сформированности методологических знаний у студентов очной формы обучения Сибирского федерального университета и его ачинского филиала по направлению подготовки «Металлургия». В качестве инструмента исследования использовалась модифицированная нами анкета З.Э. Бай-багисовой [2, с. 60]. Ее задания позволяют выявить сформирован- ность первых двух уровней методологических знаний. Выявление уровня сформированности методологического мышления – это уже отдельная психолого-педагогическая задача, требующая комплекса диагностических средств. Она в нашем исследовании не ставилась. В анкету были включены также несколько вопросов для выявления ценностного отношения студентов к методологическим знаниям.

В анкетировании приняли участие 136 студентов с 1-го по 4-й курс, обучающихся специальностям «Металлургия цветных металлов», «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия», «Литейное производство черных и цветных металлов», «Безопасность жизнедеятельности в техносфере». Результаты анкетирования приведены в табл. 1, 2, 3.

Анализ результатов анкетирования показал, что больше половины студентов-первокурсников (65%) понимают сущность понятий «теория», «научный факт», «понятие», «закон», «эксперимент». Однако более 90% из них не смогли указать пути открытия законов, определить полностью требования к научному эксперименту, отличить закономерность, явление на конкретном химическом материале. Только 5% студентов смогли сделать это правильно.

Более 70% респондентов не знают историю открытия Периодического закона Д.И. Менделеева, у них не сформировано представление об этом законе как о «естественной» классификации элементов. Они не обладают умениями прогнозировать и объяснять свойства элементов и их соединений на основе этой системы элементов.

Несмотря на то что примерно 50% респондентов понимают сущность признака классификации, ни один из них не смог выполнить задания на выделение при- знака сравнения, классификации на конкретном химическом материале. Более того, выделить все существенные признаки кислоты смогли лишь 17% респондентов, а признаки сравнения веществ и сделать обобщение – не более 20% студентов. При этом более 50% студентов-первокурсников выделили ценность приобретенного знания в умении его применять, поэтому отдали предпочтение исследовательским методам познания.

Таким образом, результаты анкетирования позволяют сделать вывод, что у студентов уровень владения всеми компонентами методологических знаний невысокий.

С нашей точки зрения, решение проблемы введения методологического компонента в процесс подготовки специалистов высшей школы требует системного подхода, что обусловливает модернизацию всех компонентов методической системы предметного обучения (цели, содержания, форм, средств, методов).

Как было уже отмечено, в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования формирование методологических знаний должно быть включено в цели обучения химическим дисциплинам в высшей школе наряду с формированием химических компетенций. Это выдвигает проблему отбора методологических знаний, формируемых в процессе химической подготовки бакалавров по направлению «Металлургия». Курс «Химия» должен обеспечить фундаментальный уровень химической подготовки, иметь профессиональную направленность, отвечать требованиям актуальности, проблемности, систематичности с сохранением преемственных (внутридисциплинарных) и междисциплинарных связей.

Известно, что одним из эффективных способов введения методологических знаний является фрагментное и последовательное введение специально переработанных сведений в содержание дисциплины по конкретному виду научного знания с одновременным раскрытием его структуры в процессе систематического изложения материала и развития содержания курса. В частности, сначала необходимо ознакомить студентов с определениями понятий, которые раскрываются при изложении соответствующего теоретического материала. Так, при освоении темы «Основные законы и понятия химии» сначала необходимо ввести понятия «факт», «явление», «закон», «следствие», а затем уже можно формировать представления о логике научного познания на основе открытия отдельных стехиометрических законов химии.

Важным аспектом формирования методологических знаний является усвоение структуры химических теорий, способствующей формированию системных знаний и системного мышления, поскольку умение организовывать знания в соответствии с теорией на химическом материале позволит использовать усвоенный инвариант и при изучении других дисциплин. Усвоение связей между элементами химической теории выступает одним из условий овладения теоретическими методами познания. Этому способствует структурирование учебного материала адекватно структуре теории, в котором видна роль и взаимосвязь ее элементов в познании. Именно в этом контексте и следует разрабатывать содержание лекционного курса.

Эффективным средством формирования методологических знаний является комплекс специально разработанных заданий, направленных на усвоение химических и методологических понятий, их связей, а также общелогических методов познания и элементов формальной логики. В частности, в процессе изучения таких тем курса, как «Классы неорганических соединений», «Растворы», «Окислительно-восстановительные реакции», «Основы электрохимии» и другие, студентам предлагаются задания на формирование умений систематизации материала и представления его в форме схем, графиков, рассказа, а также на осуществление операций сравнения, классификации понятий, установления их причинно-следственных связей. Как показывает наша практика, студенты предпочитают задания в электронном виде, размещенные в электронном курсе «Химия» в системе Moodle на сайте Сибирского федерального университета, по сравнению с бумажным вариантом. Правильность выполнения заданий обсуждается со студентами на последующих семинарах. Возможно включение студентов и в самостоятельное составление аналогичных заданий. Опыт, накопленный нами, показал, что студенты, принимавшие участие в разработке таких заданий, показывают более высокий уровень усвоения химического материала.

Очевидно, что процесс формирования компонентов методологических знаний должен осуществляться при использовании всех организационных форм обучения: в лекционном курсе, на семинарских и лабораторных занятиях, в рамках самостоятельной работы.

В лекционном курсе формирование отдельных конкретных понятий методологических знаний преимущественно осуществляется информационно-рецептивным методом, предполагающим иллюстрацию использования различных видов методологических знаний на различном химическом материале. Развитию общелогических умений (сравнения, обобщения, классификации) способствует и написание студентами краткого эссе на завершающем этапе лекции, например по темам

«Гидролиз солей», «Электролиз растворов электролитов» и др.

На семинарских занятиях организуется работа по применению теоретических методов познания (сравнения, аналогии, индукции, дедукции) в процессе изучения химического материала. Взаимосвязь методологических и химических знаний реализуется при решении контекстных задач практической направленности. На начальном этапе решение таких задач целесообразно в мини-группах. При этом развиваются умения переноса изучаемых знаковых моделей, идеальных объектов в плоскость конкретных профессиональных задач для их успешного решения. Средствами формирования умений моделирования выступают исследовательские задачи на подбор условий растворения металлов, соединений в различных растворителях, разделения благородных и цветных металлов, а также количественные расчеты по уравнениям химических реакций, составляющих основу материального баланса металлургических процессов.

Овладение студентами представлениями об эмпирических методах познания осуществляется при выполнении лабораторных работ, в ходе которых у них формируются такие методологические умения, как умение правильно описать эксперимент, сформулировать вывод на основе эмпирических данных. Отработка этих умений на первом этапе вызывает определенные трудности у студентов, обусловленные невысоким уровнем школьной химической подготовки, сложностью восприятия многих абстрактных химических понятий, сокращением времени, выделяемого на изучение химических дисциплин в вузе. Как показывает наша практика, решению этих проблем способствуют выполнение виртуальных лабораторных работ и занятия c компьютерными тренажерами [4]. Формированию умений объяснять, доказывать, систематизировать способствует применение технологии развития критического мышления посредством чтения и письма [7].

Однако для формирования у студентов умений самостоятельно выдвигать гипотезы, ставить и описывать эксперимент по их проверке, выделять закономерности будущим бакалаврам недостаточно выполнения опытов по методическим указаниям. Для этой цели необходима организация экспериментальной работы в виде небольшого учебного исследования, которое можно осуществить при изучении процессов гидролиза солей, растворения металлов в растворах кислот и щелочей, разделения цветных металлов и др. При этом более опытных и активных студентов необходимо привлекать к выполнению проектно-исследовательских работ совместно со студентами старших курсов и преподавателями специальных кафедр.

Предварительные исследования показали, что изложенные способы введения методологических знаний в процесс химической подготовки будущих бакалавров по направлению «Металлургия» оказывают позитивное влияние на ее качество. Так, к концу семестра увеличилась доля студентов, способных выполнить задания на выделение признака сравнения, классификации на конкретном химическом материале. Существенно возросла и доля студентов, способных правильно, без помощи преподавателя сформулировать выводы в опытах лабораторной работы и др. По окончании курса увеличилось число студентов, мотивированных к научно-исследовательской деятельности.

Таким образом, формирование методологических знаний в целостной методической системе требует включения в учебный процесс инновационных средств и активных методов обучения, модернизации организационных форм обучения. При этом в соответствии с принципом преемственности последующие химические, общепрофессиональные и специальные дисциплины должны быть направлены как на закрепление и углубление у студентов знаниевой и деятельностной компонентов методологических знаний, так и на развитие третьей ценностной составляющей – методологического мышления, что будет способствовать формированию требуемых обществом профессиональных качеств будущих инженеров.