Трансдисциплинарная роль физико-математических дисциплин в современном естественно-научном и инженерном образовании

Введение. В последние десятилетия началась постепенная деградация подготовки по математике и физике в школах и вузах, вызвавшая существенное снижение качества профессиональной подготовки студентов в условиях коммерциализации, непрерывных реформ образования и его хаотичной цифровизации. В то же время современная математика и физика стали лидерами трансдисциплинарного тренда в естественных, инженерных и других науках цифровой эры, порождающего универсальную методологию, способную решать сложные многофакторные междисциплинарные проблемы природы и общества. В результате трансдисциплинарного тренда возникли такие научные области, как кибернетика, общая теория систем, теория катастроф, синергетика, искусственный интеллект, большие данные и др. Все эти концепции были разработаны за последние 70–80 лет на основе достижений математики и физики, породивших наиболее уникальные практические достижения современных естественных и технических наук.

Цель – исследовать трансдисциплинарную роль физико-математических дисциплин в современном естественно-научном и инженерном образовании.

Методология, методы и методики. В исследовании важную роль играл системный подход как методология анализа роли систем математических и физических наук в современном образовании. Синергетический подход стал основой исследования трансдисциплинарного тренда этих систем в исторической ретроспективе. В методологии этих подходов важную роль играли методы и методики формирования у студентов целостного научного мировоззрения, в том числе представлений о современной картине мира математики и физики. Важную роль играли также методы формирования у студентов системного мышления (с его важным качеством нелинейности), лежащего в основе решения многофакторных междисциплинарных задач их профессиональной деятельности.

Результаты. Результаты анализа трансдисциплинарной роли физико-математических дисциплин свидетельствуют о фундаментальном значении уникального потенциала этих дисциплин в естественно-научном и инженерном образовании эпохи компьютерной революции.

Научная новизна. Обосновано и охарактеризовано, какие трансдисциплинарные идеи и методы этих дисциплин выводят естественные и инженерные науки на более высокий уровень познания, тем самым способствуя повышению качества естественно-научной и инженерной подготовки студентов в вузах с использованием компьютера.

Практическая значимость. Материалы статьи имеют важное практическое значение в реализации трансдисциплинарного подхода в дидактике и методике обучения физико-математическим дисциплинам в системе естественно-научного и инженерного образования. Они будут интересны как теоретикам образования, так и преподавателям, ведущим профессиональную подготовку студентов естественно-научных и инженерных направлений, и всем, кто заинтересован в благополучном будущем системы образования.

1. Арнольд В. И. Экспериментальная математика. Москва: ФАЗИС, 2005. 63 с. Режим доступа: https://mccme.ru/arnold/books/VIA-exp-math05.pdf (дата обращения: 10.03.2023).

2. Bailey D., Borwein J., Calkin N., Luke R., Girgensohn R., Moll V. Experimental mathematics in action. New York: CRC press, 2007. 337 p. DOI: 10.1017/S0025557200185511

3. Пройдаков Э. М. Древо компьютерных наук // Науковедческие исследования: сборник научных трудов РАН. М.: Изд-во Директ-Медиа, 2012. 254 с. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/drevo-kompyuternyh-nauk (дата обращения: 10.03.2023).

4. Haggard G., Schlipf J., Whitesides S. Discrete mathematics for computer science. Thomson Brooks/Cole, 2006. 600 p. Available from: https://booksdrive.org/wp-content/uploads/2022/02/Discrete-Mathematics-for-Computer-Science-pdf.pdf (date of access: 10.03.2023)

5. Тестов В. А., Перминов Е. А. Роль математики в трансдисциплинарности содержания современного образования // Образование и наука. 2021. Т. 23, № 3. С. 11–34. DOI: 10.17853/1994-5639-2021-3-11-34

6. Лысак И. В. Междисциплинарность и трансдисциплинарность как подходы к исследованию человека [Электрон. ресурс] // Исторические, философские, политические и юридические науки, культурология и искусствоведение. Вопросы теории и практики. 2014. № 6 (44) Ч. II. С. 134–137. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=21516125 (дата обращения: 10.03.2023).

7. Nicolescu B., Ertas A. (Editors). Transdisciplinary, education, philosophy & applications. Lubbock, Texas, USA: TheATLAS, 2014. 272 p. Available from: http://www.basarab-nicolescu.ciret-transdisciplinarity.org/BOOKS/Transdisciplinary_Education_Philosophy_Applications_2014.pdf (date of access: 10.02.2023).

8. Крушанов А. А. «Трансдисциплинарная» тенденция в современном научном познании // Тенденции развития науки и образования. 2018. Т. 42. Ч. 5. С. 77-80. DOI: 10.18411/lj-09-2018-106

9. Спасков А. Н., Гибадулин Р. Я., Жданов Р. И. Трансдисциплинарный подход в науке и образовании [Электрон. ресурс] // Философско-педагогические проблемы непрерывного образования: сборник научных статей. Материалы III Международной научно-практической конференции. Могилев, 26–27 апреля 2018 г. Могилев: МГУ имени А. А. Кулешова, 2018. С. 48–52. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=35653913 (дата обращения: 10.02.2023).

10. Alvargonzales D. Multidisciplinarity, interdisciplinarity, transdisciplinarity and sciences. International Studies in the Philosophy of Science. 2011. № 25 (4). P. 387–403. DOI:10.1080/02698595.2011.623366

11. Frodeman R., Klein J. T., Mitcham C. The oxford handbook of interdisciplinarity. New York: Oxford University Press, 2010. 580 p. Available from: https://global.oup.com/academic/product/the-oxford-handbook-of-interdisciplinarity-9780198841647?sortField=2&lang=en&cc=us (date of access: 10.02.2023).

12. Бочко Д. М. Медиабезопасность и транспрофессионализм в современном дискурсе [Электрон. ресурс] // Вестник Челябинского государственного университета. 2013. № 21 (312). С. 87–92. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/mediabezopasnost-i-transprofessionalizm-v-sovremennom-diskurse-smi (дата обращения: 10.02.2023).

13. Tejedor G., Segalas J., Rosas-Casals M. Transdisciplinarity in higher education for sustainability: How discourses are approached in engineering education // Journal of Cleaner Production. 2018. № 175. P. 29–37. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.11.085

14. Scholz R. W., Steiner G., Transdisciplinarity at the crossroads // Sustainability Science. 2015. № 10 (4). С. 521–526. DOI:10.1007/s11625-015-0338-0

15. Сенашенко В. С. Компетентностный подход в высшем образовании: миф и реальность [Электрон. ресурс] // Высшее образование в России. 2014. № 5. С. 34–45. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/kompetentnostnyy-podhod-v-vysshem-obrazovanii-mif-i-realnost (дата обращения: 10.02.2023).

16. Донских О. А. Дело о компетентностном подходе [Электрон. ресурс] // Высшее образование в России. 2013. № 5. С. 36–46. Режим доступа: https://vovr.elpub.ru/jour/article/view/3550 (дата обращения: 10.02.2023).

17. Усольцев А. П. Инфляция компетентностного подхода в отечественной педагогической науке и практике // Образование и наука. 2017. Т. 19. № 1. С. 9–25. DOI: 10.17853/1994-5639-2017-1-9-25

18. Тестов В. А. Содержание современного образования: выбор пути // Образование и наука. 2017. Т. 19. № 8. С. 29–46. DOI: 10.17853/1994-5639-2017-8-29-46.

19. Красовский Н. Н. Размышления о математическом образовании [Электрон. ресурс] // Известия УрГУ. 2003. № 27. С. 5–12. Режим доступа: https://psihdocs.ru/razmishleniya-o-matematicheskom-obrazovanii.html (дата обращения: 10.02.2023).

20. Разумовский В. Г., Сауров Ю.А. Методология деятельности экспериментирования как стратегического ресурса физического образования [Электрон. ресурс] // Сибирский учитель. 2012. № 2. С. 5–13. Режим доступа: http://www.sibuch.ru/node/824 (дата обращения: 10.02.2023).

21. Перминов Е. А. Методическая система обучения дискретной математике студентов педагогических направлений в аспекте интеграции образования: монография. 2-е изд., доп. и испр. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2019. 287 с. Режим доступа: https://elar.rsvpu.ru/bitstream/123456789/28749/1/978-5-8050-0673-0.pdf (дата обращения: 10.02.2023).

22. Тестов В. А. Порядковые структуры в алгебре и теории чисел. Москва: МПГУ, 1997. 110 с.Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01001792343 (дата обращения: 10.02.2023).

23. Клековкин Г. А., Перминов Е. А. Элементы абстрактной и компьютерной алгебры: в 4 ч. Ч. I: Алгебры. Алгебраические системы: учеб. пособие для студентов пед. ун-тов и ин-тов. Самара: СФ МГПУ, 2006. 73 с.

24. Клековкин Г. А., Перминов Е. А. Элементы абстрактной и компьютерной алгебры: в 4 ч. Ч. II: Группы. Кольца: учеб. пособие для студентов. пед. ун-тов и ин-тов. Самара: СФ МГПУ, 2006. 91 с.

25. Перминов Е. А., Тестов В. А. Методология моделирования как основа реализации междисциплинарного подхода в подготовке студентов педагогических направлений // Образование и наука. 2020. Т. 22, №6. С. 9–30. DOI: 10.17853/1994-5639-2020-6-9-30

26. Perminov E. A., Anakhov S. V., Grishin A. S., Savitskiy E. S. On the Research of the Methodology of Mathematization of Pedagogical Science // International Journal of environmental & science education. 2016. Vol. 11, № 16. P. 9339–9347. Available from: https://elar.rsvpu.ru/bitstream/123456789/15174/1/IJESE_1168_article_580d1691cfbf8.pdf (date of access: 10.02.2023).

27. Садовничий В. А. Традиции и современность [Электрон. ресурс] // Высшее образование в России. 2003. № 1. С. 11–18. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/traditsii-i-sovremennost (дата обращения: 10.02.2023).

28. Glass R.L. Facts and Fallacies of Software Engineering. USA: Addison-Wesley Professional, 2002. 216 p. Available from: https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.94.2037&rep=rep1&-type=pdf (date of access: 10.02.2023).

29. Тестов В. А. Математика как основное средство развития мышления учащихся в цифровую эпоху [Электрон. ресурс] // Математика – основа компетенций цифровой эры: материалы XXXIX Международного научного семинара преподавателей математики и информатики университетов и педагогических вузов (01–02 октября 2020 года). Москва: ГАОУ ВО МГПУ, 2020. 396 с. Режим доступа: https://www.mgpu.ru/wp-content/uploads/2020/09/Materialy-XXXIX-Mezhdunarodnogo-nauchnogo-seminara.pdf (дата обращения: 10.02.2023).

30. Андрианов И. В., Баранцев Р. Г., Маневич Л. И. Асимптотическая математика и синергетика: путь к целостной простоте. М.: Едиториал УРСС, 2004. 304 с. Режим доступа: https://ega-math.narod.ru/Books/AnBaMan.htm (дата обращения: 10.02.2023).

31. Graps A. An introduction to wavelets // IEEE computational science and engineering. 1995. Vol. 2, №. 2. P. 50–61. DOI: 10.1109/99.388960

32. Wojtaszczyk P. A mathematical introduction to wavelets. Cambridge University Press, 1997. 261 p. DOI: 10.1017/CBO9780511623790

33. Syropoulos A., Grammenos T. A Modern Introduction to Fuzzy Mathematics. USA: John Wiley & Sons, 2020. 384 p. DOI: 10.1002/9781119445326

34. Běhounek L., Cintula P. From fuzzy logic to fuzzy mathematics: A methodological manifesto // Fuzzy Sets and Systems, 2006. Vol. 157, № 5. P. 642–646. Available from: https://www.behounek.online/logic/papers/hp.pdf (date of access: 10.02.2023)

35. Savchuk M. M., Fesenko A. V. Quantum Computing: Survey and Analysis // Cybernetics and Systems Analysis. 2019. Vol. 55. P. 10–21. Available from: https://link.springer.com/article/10.1007/s10559-019-00107-w (date of access: 10.02.2023).

36. Gyongyosi L., Imre S. A Survey on quantum computing technology // Computer Science Review. 2019. Vol. 31. P. 51–71. DOI: 10.1016/j.cosrev.2018.11.002