В данном варианте интеграции содержания физического и биологического образования реализуется уровень межпредметного синтеза. Межпредметный синтез - это интегративный фактор формирования содержания и структуры учебного предмета. Ведущим источником интеграции на уровне межпредметного синтеза выступают сами науки, их отдельные отрасли, структурные элементы естественнонаучных знаний и теорий [131].

При реализации рассматриваемого варианта интеграции физического и биологического образования у студентов формируется дифференциально-синтетическое мышление. При этом, решая те или иные задачи, студенты не обращаются к поиску какой-либо новой информации с помощью специальных методов, а пользуются готовыми знаниями, выраженными в понятиях, суждениях, умозаключениях.

Теоретический вариант интеграции содержания физического и биологического образования формируется на основе общеметодологического типа интеграции содержания. Факторами интеграции выступают биофизические теории, объединенные в общую структуру предметных знаний. В основе теории лежит система научных идей, фактов, понятий, законов, полученных на основе обобщения экспериментального материала по изучаемому вопросу. Выбор биофизических теорий определяет направленность процесса интеграции содержания на его конечный результат - удовлетворение познавательных потребностей студентов [131].

Интеграция содержания образования осуществляется на уровне дидактического синтеза. С гносеологической точки зрения, дидактический синтез есть отражение в содержании образования и методах его реализации тенденций соединения, обобщения и упорядочения естественнонаучных дисциплин, курсов, предметов, модулей с учетом дидактических целей. С методологической точки зрения, дидактический синтез выступает как дидактическое условие повышения целостности содержания образования, обеспечивающее повышение теоретического обобщения знаний и способов деятельности, развитие синтезированного и профессионального мышления, формирование профессиональной направленности студентов. Синтез знаний при этом рассматривается не как слияние научных знаний в смысле стирания всех различий между ними, а как "объединение их при сохранении качественных особенностей" [162].

Основной целью реализации теоретического варианта является фундаментализация биологического образования в вузе, повышение его теоретического уровня за счет обобщения основных положений современной физики, физической интерпретации ряда биологических явлений, а также рассмотрения теоретических основ применения физических методов, используемых в практике животноводства и научных исследованиях. При этом у студентов формируется синтезированное мышление. Студенты способны решать задачи с межпредметным содержанием, в основе которых лежат межпредметные теоретические обобщения, находить причинно-следственные связи между знаниями смежных учебных предметов [134].

Учитывая, что основной целью профессиональных образовательных учреждений является подготовка специалиста, обладающего профессиональным мышлением, мы считаем, что интеграцию содержания физического и биологического образования необходимо формировать на основе общеметодологического типа. Основным фактором интеграции должна выступать система методологических, естественнонаучных и прикладных знаний. Интеграцию необходимо осуществлять на уровне дидактической целостности. При этом целостность содержания образования реализуется через объединение образовательных областей, профессионального, универсального, прикладного образования, через определение общей естественнонаучной картины мира. При реализации варианта интеграции содержания физического и биологического образования у студентов формируется врачебное мышление, они могут решать профессиональные задачи, используя систему естественнонаучных и прикладных знаний. Такой вариант можно назвать компетентностным.

Диагностика естественнонаучного мышления студентов, осуществляемая посредством критериально-ориентированных тестов, дает возможность судить о влиянии целостности содержания образования на развитие естественнонаучного мышления студентов, обучающихся в условиях интеграции содержания физического и биологического образования.

Исследуя особенности мышления студентов, мы не ставили перед собой цель выявить, что в каждом индивидуальном варианте мыслительной деятельности является обусловленным задатками субъекта, а что - результатом предыдущего развития. Мы исходили из того, что особенности мышления обусловлены интегративным влиянием как внешних (социально-культурных и образовательных), так и внутренних (генетических) факторов [17].

Диагностика естественнонаучного мышления осуществляется согласно дидактической структуре, представленной в первом параграфе данной главы, и включает в себя четыре основных действия: ориентировочно-конструктивное, организационно-корректирующее, оценочно-результативное и аналитико-прогностическое. Последовательное выполнение представленных действий позволяет получить систему критериально-ориентированных тестов, по результатам которых можно судить о стадии сформированности и уровне развития естественнонаучного мышления студентов, обучающихся в условиях интеграции содержания физического и биологического образования.

Ориентировочно-конструктивное действие предполагает выделение учебных модулей, раскрывающих структуру биофизического образования, подбор заданий по каждому модулю учебного предмета, формулировку суждений на каждое задание, составление пробного критериально-ориентированного теста.

Анализ рабочих программ и учебных планов позволил выделить несколько модулей учебного предмета "Биофизика", на основе которых осуществлялась диагностика естественнонаучного мышления студентов: механическое движение, гидродинамика, акустика, термодинамика. Каждый модуль раскрывается через определенное содержание.

Рассмотрим, каким образом осуществляется диагностика естественнонаучного мышления студентов, изучающих модуль "Механическое движение". Содержание учебного материала этого модуля мы представили пятью основными темами:

Система биомеханических характеристик.

Масс - инерциальные характеристики движения живых существ.

Биомеханика ходьбы и бега живых существ.

Биомеханика плавания живых существ.

Биомеханика полета живых существ.

По каждой выделенной теме учебного предмета подбираем задания, для решения которых не требуется никаких вычислений и предполагается применение естественнонаучных знаний к анализу понятий, законов, теорий, о которых идет речь в задании. Распределяем задания в соответствии с логикой изучаемого материала. Так как каждое задание отражает содержание учебного предмета по конкретной теме, то расположение этих заданий в логической последовательности дает целостное содержание модуля. Составляем тест открытого типа.

Выбираем три группы экспертов и проводим тестирование открытым способом для получения суждений на выбранные задания. Для этого определяем первую группу экспертов, включающую в себя учащихся, которые еще не изучали систему знаний по естественнонаучным предметам, а при ответе на задания пользуются отрывистыми сведениями о тех или иных процессах и явлениях. Суждения, полученные от этой группы экспертов, определяем как бытовые. Во вторую группу экспертов включаем учащихся школ и студентов вузов, изучивших естественнонаучные предметы и обладающих системой теоретических знаний по этим предметам, а также учителей школ и педагогов вуза, преподающих физику и общебиологические предметы. Суждения, полученные от этой группы экспертов, относим к предметным суждениям. Третья группа экспертов включает преподавателей биофизики, общепрофессиональных и профессиональных предметов и практикующих ветеринарных врачей. Полученные от них суждения являются синтезированными суждениями.

Ориентировочно-конструктивное действие позволяет получить пробный критериально-ориентированный тест, который содержит 30 задний, к каждому предлагается три варианта суждений: бытовое, предметное, синтезированное. Суждения отбираются на основе типичных ответов первой, второй и третьей экспертных групп. Все ответы предлагаются студентам в формализованном виде.

В качестве примера приведем фрагмент теста по модулю "Механическое движение" (Приложение 1).

Задание. Почему, спускаясь с горы, лыжник слегка приседает?

1. Лыжник приседает, чтобы в случае падения, расстояние до земли было меньше, и падение было менее болезненным.

2. Когда лыжник приседает, центр тяжести его опускается, и лыжник оказывается в более устойчивом положении.

3. Приседая, лыжник уменьшает силу лобового сопротивления, которая возникает при спуске, при этом увеличивается скорость его передвижения.

В данном задании бытовому суждению соответствует 1-ый вариант; предметному - 2-ой; синтезированному - 3-ий вариант суждения. В основе решения данной задачи лежит понятие "сила лобового сопротивления", которое студенты изучают в теме "Система биомеханических характеристик".

Задание. Почему дети, чтобы успеть за ходьбой взрослого человека, вынуждены переходить на бег?

1. Чтобы двигаться вровень с взрослым человеком, ребенок увеличивает частоту шага, при этом фаза переноса ноги уменьшается, а фаза амортизации увеличивается, а это характерно для бега.

2. У взрослого человека ноги длиннее, чем у ребенка, и чтобы идти рядом, ребенок пытается догнать взрослого человека и постепенно переходит на бег.

3. Скорость движения зависит от длины и частоты шага. Эти параметры у взрослого человека выше, следовательно, скорость в единицу времени у него больше, и чтобы идти наравне, ребенок переходит на бег.

Для решения данной задания студенту необходимо знать зависимость скорости от длины и частоты шага, которая рассматривается при изучении темы "Масс-инерциальные характеристики движения живых существ". Бытовому суждению в данном случае соответствует 2-ой вариант, предметному - 3-ий, синтезированному - 1-ое суждение.

Организационно-корректирующее действие заключается в апробации пробного критериально-ориентированного теста в образовательном процессе вуза. Образовательный процесс по учебному предмету "Биофизика" организуется по теоретическому варианту интеграции содержания физического и биологического образования. После изучения отдельного модуля студентам предлагается пройти критериально-ориентированный тест. При выполнении студентами теста определяется хронометрический показатель, который имеет большое значение для распределения учебного времени. На проведение тестирования в среднем отводится 30 минут, этого времени достаточно, чтобы студенты смогли прочитать задание и выбрать суждение.

Для количественной обработки результатов тестирования подсчитывается коэффициент синтезированного суждения (Кс) (формула 5).

Для удобства результаты тестирования заносятся в таблицу, в которой фиксируется количество бытовых суждений (Nб), количество предметных суждений (Nп), количество синтезированных суждений (Nс), выбранных студентами при ответе на задания теста, а также значения коэффициента синтезированного суждения (Кс).

Дальнейший анализ результатов тестирования и подсчет показателей достоверности теста осуществляется по алгоритму, описанному в первом параграфе данной главы.

Полученные количественные показатели позволяют нам определить достоверность разработанных критериально-ориентированных тестов. Тест считается достоверным, если коэффициент надежности не ниже 0,8, а коэффициент валидности не ниже 0,2 (0,2 - 0,3 - низкая валидность, 0,3 - 0,5 - средняя, выше 0,6 - высокая). Если значения коэффициентов ниже требуемых показателей, осуществляется корректировка теста. Для этого проводится поэлементный анализ суждений, выбираемых студентами. Выявляются суждения, которые студенты не выбирают, и суждения, которые выбирают все студенты. Задания с подобными суждениями либо заменяются, либо проводится дополнительный опрос экспертов и переформулирование суждений задания.

После корректировки теста осуществляется повторное тестирование и определение достоверности теста. И так до тех пор, пока коэффициенты дифференцированности, валидности и надежности не будут соответствовать требуемым значениям.

Организационно-корректирующее действие позволяет получить критериально-ориентированные тесты, отвечающие необходимым требованиям достоверности.

Оценочно-результативное действие предполагает проведение критериально-ориентированного тестирования с помощью тестов, отвечающих необходимым требованиям достоверности. Использование критериально-ориентированных тестов до и после изучения студентами отдельного модуля позволяет получить количественные показатели стадии сформированности естественнонаучного мышления каждого студента в разные периоды обучения.

Аналитико-прогностическое действие заключается в том, что мы сопоставляем результаты сформированности стадий естественнонаучного мышления студентов. Такое сопоставление позволяет нам определить общую тенденцию развития естественнонаучного мышления студентов, их постепенное продвижение от эмпирически-бытовой до эмпирически-научной стадии, от эмпирически-научной до дифференциально-синтетической, от дифференциально-синтетической до синтетической стадии сформированности естественнонаучного мышления. У каждого студента тенденция развития естественнонаучного мышления проявляется по-разному: некоторые студенты могут пройти в своем развитии все стадии сформированности, а некоторые могут "перепрыгивать" через стадию.

Кроме индивидуальных показателей развития естественнонаучного мышления студентов, определяются показатели развития для группы студентов.

Сопоставление результатов тестирования по отдельным тестам дает возможность предположить, каким образом будет осуществляться формирование врачебного мышления при дальнейшем обучении студентов.

Последовательное выполнение действий, представленных в дидактической модели деятельности по диагностике естественнонаучного мышления, позволило нам создать систему критериально-ориентированных тестов по модулям: "Механическое движение", "Гидродинамика", "Акустика", "Термодинамика". Содержание критериально-ориентированных тестов по выделенным модулям представлено в приложении 1, 2, 3, 4.

Таким образом, фактологический, понятийный и теоретический варианты интеграции содержания физического и биологического образования, реализуемые в образовательном процессе ветеринарного вуза, обеспечивают развитие естественнонаучного мышления студентов от эмпирического до теоретического типа.

Диагностику естественнонаучного мышления студентов возможно осуществлять посредством критериально-ориентированных тестов. Содержание каждого критериально-ориентированного теста представляет собой совокупность 30 заданий (качественных биофизических задач), к которым предлагается три варианта суждений на разном уровне обобщения. В основе каждого задания лежит тот или иной биофизический факт, биофизическое понятие, биофизический закон или биофизическая теория.

Основным критерием, на который ориентированы тесты, является способность студентов осуществлять интеграцию физических и биологических знаний на основе теоретических межпредметных обобщений биофизических фактов, понятий, законов и теорий.

2.3 Реализация технологии диагностирования естественнонаучного мышления студентов, обучающихся по различным вариантам интеграции физического и биологического образования в ветеринарном вузе

Тенденция сокращения учебного времени на изучение естественнонаучных дисциплин, в частности физики, обусловливает появление таких проблем, как снижение качественных и количественных показателей успеваемости студентов по физике, снижение интереса студентов к изучению предмета, неосознание познавательной значимости физических знаний в изучении специальных учебных предметов и в профессиональной деятельности. Решение обозначенных проблем в образовательном процессе ветеринарного вуза следует начать с формирования целостного представления содержания физического и биологического образования.

Формирование содержания биофизического образования рассматривается нами с опорой на теорию интеграции содержания естественнонаучного образования. В современном понимании суть интеграционного процесса формирования содержания образования заключается в соединении, составлении, сочетании структурных составляющих содержания образования таким образом, что в результате образуется упорядоченная, организованная, целостная система, обладающая новыми качествами [93, 131]. Все это определяет варианты интеграции содержания физического и биологического образования, реализуемые в образовательном процессе ветеринарного вуза (фактологический, понятийный и теоретический).

Изучение любого учебного предмета осуществляется на аудиторных и внеаудиторных занятиях. Основными формами аудиторных занятий в ветеринарном вузе являются лекционные и лабораторно-практические занятия. Во время внеаудиторных занятий студент прорабатывает лекционный материал, готовится к лабораторным и практическим занятиям, изучает учебную и дополнительную литературу, составляет конспекты, пишет рефераты, решает задачи, оформляет мультимедийные презентации, выполняет научные исследования и т.д.

Рассмотрим подробнее, каким образом осуществляется организация содержания биофизического образования, направленного на развитие естественнонаучного мышления, на лекционных и лабораторных занятиях в рамках фактологического, понятийного и теоретического варианта интеграции содержания физического и биологического образования.

В условиях реализации фактологического варианта изучается следующий инвариантный и вариативный учебный материал:

Механическое движение: кинематика и динамика поступательного и вращательного движения материальной точки и твердого тела - перемещение, путь, скорость, ускорение, угол поворота, угловая скорость, угловое ускорение; энергия, работа, мощность; законы сохранения энергии, импульса, момента импульса. В качестве фактологического материала рассматривается механическое движение как свойство биологических объектов, данные о скорости передвижения животных, влияние гравитации на развитие скелета животных, взаимосвязь энергии и массы, реактивный способ движения животных, энергетическая питательность кормов и др.

Гидродинамика: особенности движения жидкостей; уравнения движения и равновесия жидкостей; идеальная жидкость; стационарное течение идеальной жидкости; уравнение Бернулли; вязкость жидкости; силы внутреннего трения. Фактологическим материалом выступают физические свойства крови, физические закономерности движения крови по сосудам, давление крови, гипертония и гипотония и др.

Акустика: механические колебания и волны; шкала акустических волн; энергетические характеристики звука; закон Вебера-Фехнера; инфразвук и ультразвук. Перкуссия и аускультация как методы диагностики болезней животных, колебательные движения различных систем и органов животных, болезнетворное действие звуковой волны, производственные шумы и вибрации, санитарно-гигиенические нормы уровня шума, влияние ультразвука и инфразвука на живые организмы и т.д. - являются фактологическим материалом.

Молекулярная физика: молекулярно-кинетическая теория; законы идеального газа; реальные газы и пары; молекулярные явления в жидкостях; явление капиллярности; механико-молекулярные явления в твердых и упругих телах; явления переноса: диффузия, осмос, теплопроводность, вязкость. Основным фактологическим материалом выступают: понятие о молекулярном строении тел живой природы, физические свойства органических соединений, функциональная роль аппарата дыхания, влияние влажности в сельскохозяйственных помещениях на сопротивляемость животных к заболеваниям, роль капиллярности в живой природе, упругие свойства биологических материалов и др.

Термодинамика: первый закон термодинамики; общие представления о терморегуляции; второй закон термодинамики; физический смысл понятия "энтропия". В данном модуле фактологическим материалом выступают: понятие о тепловом эффекте, биологическое значение теплового обмена веществ и энергии, биокалориметрия, тепловой баланс организма, понятие об энтропии, изменение энтропии в биологических системах и др.

При реализации понятийного варианта в образовательном процессе вуза предполагаются следующие модули и темы для изучения:

Механическое движение и биомеханические характеристики движения живых организмов: элементы кинематики поступательного движения; элементы динамики поступательного движения; элементы кинематики и динамики вращательного движения; энергия; закон превращения и сохранения энергии; механическая работа; мощность; закон взаимосвязи энергии и массы. В качестве основных профессионально значимых понятий выделяются следующие: линейная и угловая скорость, линейное и угловое ускорение, масса, сила, импульс тела, момент инерции, момент силы, импульс момента силы, энергия, работа, мощность и т.д.

Гидродинамика и движение реальных жидкостей: уравнение неразрывности потока; уравнение Бернулли; закон Пуазейля; закон Стокса; методы измерения давления. Основными понятиями являются: вязкость жидкости, плотность жидкости, ламинарное течение, турбулентное течение, статическое давление, динамическое давление, весовое давление и т.д.

Акустика и психофизиологические особенности звукоизлучения и звуковосприятия: закон Вебера-Фехнера; влияние шума на организм животных и человека; звукообразующие и звуковоспринимающие органы человека и животных; физические свойства инфразвука; физические свойства ультразвука; влияние инфразвука и ультразвука на живые организмы. Основополагающими выступают такие понятия, как звук, интенсивность, шум, инфразвук, ультразвук.

Молекулярно-кинетическая теория и явления переноса в клетках: основные положения молекулярно-кинетической теории; число степеней свободы; газообразное состояние вещества; законы идеального газа; реальные газы и пары; уравнение Ван-де-Ваальса; молекулярные явления в жидкостях; явление капиллярности; механико-молекулярные явления в твердых и упругих телах; закон Гука для упругой деформации; механико-молекулярные свойства костной ткани и мягких биологических тканей; явления переноса; общее уравнение переноса; роль явления переноса для биологических систем. Здесь изучаются следующие понятия: диффузия, осмос, теплопроводность, внутренняя энергия, деформация и др.

Термодинамика: изменение внутренней энергии; виды теплообмена; первый закон термодинамики и его реализация в биологических системах; представление о механизмах накопления и освобождения энергии в живом организме; пути превращения энергии в живом организме; теплопродукция живого организма; второй закон термодинамики в физике и биологии; понятия "жизнь" и "смерть" в терминах физики. В качестве основных понятий изучаются: теплопроводность, конвекция, испарение, излучение, энергетический баланс, теплопродукция и др.

Теоретический вариант реализуется через изучение следующих модулей и тем:

Биомеханическое движение: система биомеханических характеристик; кинематические биомеханические характеристики: траектория, перемещение, путь, скорость, ускорение, темп, ритм, фаза, цикл; динамические биомеханические характеристики: масса, сила, момент силы, импульс тела; энергетические биомеханические характеристики: энергия, работа, мощность; биомеханика плавания живых существ; биомеханика полета живых существ; биомеханика ходьбы и бега живых существ. Основной биофизической теорией является биомеханическая теория движения живых существ.

Гемодинамика: физические закономерности течения идеальной и реальной жидкости; уравнение неразрывности потока; уравнение Бернулли; биофизические закономерности течение крови в сердечно-сосудистой системе; методы измерения артериального давления крови. Содержание этого модуля организуется с учетом теории течения неньютоновских жидкостей.

Биоакустика: физические характеристики звуковой волны: длина волны, частота, скорость звука, интенсивность, акустическое давление, акустическое сопротивление; психофизиологические характеристики звуковой волны; звуковые явления; звукоизлучение и звуковосприятие живых организмов; физиологический аспект действия инфразвука на живые организмы; биофизика ультразвука; способы получения ультразвука; применение ультразвука в ветеринарии; шум; влияние шума на живые организмы. В качестве биофизической теории выступает психофизическая теория звукоизлучения и звуковосприятия живых организмов.

Электрокинетические явления в клетках: клетка как открытая термодинамическая система; обобщенное уравнение переноса; транспорт веществ через биологическую мембрану: пассивный, активный транспорт веществ через мембрану; биопотенциалы; методы регистрации биопотенциалов. В качестве биофизической теории используется электрокинетическая теория.

Термодинамика биологических систем: различные виды термодинамических систем; открытые термодинамические системы; первый закон термодинамики для биологических систем; теплопродукция живого организма; физические механизмы терморегуляции живого организма: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение, испарение; второй закон термодинамики для биологических систем. В основе рассматриваемого модуля лежит теория терморегуляции живых организмов.

Тематика и содержание лабораторных занятий также отличаются в различных вариантах в зависимости от уровня целостности содержания биофизического образования. В фактологическом варианте интеграции содержания физического и биологического образования студенты выполняют следующие лабораторные работы: "Изучение зависимости углового ускорения от момента вращающей силы и момента инерции", "Использование весов Вестфаля для измерения плотностей некоторых жидкостей", "Измерение вязкости жидкости с помощью вискозиметра", "Изучение свойств звука и его влияния на жидкости", "Изучение приборов, используемых для измерения влажности воздуха", "Изучение закона Гука и измерение модуля упругости различных объектов".

В рамках понятийного варианта интеграции содержания физического и биологического образования студентами выполняются следующие лабораторные работы: "Изучение основного закона динамики вращения", "Измерение плотности крови при помощи весов Вестфаля", "Измерение вязкости жидкости с помощью вискозиметра", "Изучение свойств ультразвука и его влияния на жидкость", "Измерение влажности воздуха в учебных аудиториях", "Изучение закона Гука и измерение модуля упругости костной ткани".

При реализации теоретического варианта интеграции содержания физического и биологического образования студенты выполняют следующие лабораторные работы: "Расчет инерциальных характеристик человека", "Исследование плотности биологических жидкостей различными способами", "Исследование вязкости биологической жидкости разными способами", "Исследование свойств ультразвука с помощью терапевтического аппарата, применяемого в ветеринарной практике", "Исследование влажности воздуха разными способами, применяемыми в ветеринарной практике и сельском хозяйстве", "Исследование механических свойств костной ткани, измерение модуля упругости".

Содержание биофизического образования реализуется в образовательном процессе посредством методов, приемов и средств, набор которых в каждом варианте интеграции специфичен.

Реализуя в образовательном процессе фактологический вариант интеграции содержания образования, преподаватель использует традиционный (объяснительно-иллюстративный) тип обучения. Усвоение знаний носит репродуктивный, воспроизводящий характер.

Основными методами при осуществлении образования в рамках фактологического варианта интеграции содержания образования являются словесные (рассказ и объяснение), наглядные (демонстрация опытов, демонстрация макетов, рисунков, графиков, схем) и практические (лабораторные методы). В качестве основных приемов в данном варианте используются: актуализация профессиональной значимости предмета "Биофизика" в условиях его взаимосвязи со специальными учебными предметами; введение фактологического материала, раскрывающего взаимосвязь учебных предметов; рассмотрение профессионально значимых положений в смежных науках.

В качестве основного средства обучения при реализации фактологического варианта интеграции содержания образования используется постановка и решение студентами под руководством преподавателя проблемных ситуаций, на которых наглядно показывается связь физики со специальными учебными предметами и практической деятельностью. Например, при изложении темы "Физические основы гидродинамики" преподаватель акцентирует внимание студентов на проявление физических понятий и законов в живом организме, природе, практике. Объясняется причина изменения скорости течения жидкостей при изменении площади поперечного сечения сосуда, в том числе поясняется, почему скорость течения крови в аорте больше, чем в капиллярах, дается общее представление о методах измерения плотности различных жидкостей весами Вестфаля, поясняется значимость показателей плотности для практической деятельности.

При таком построении учебного процесса студенты воспринимают готовые знания, запоминают их и воспроизводят, то есть основным психическим процессом, формируемым в рамках данной модели, является память. При реализации в образовательном процессе фактологического варианта осуществляется развитие эмпирически-научного мышления.

При подборе задач для самостоятельного решения учитывается особенность эмпирически-научного мышления и отбираются предметные качественные задачи, в которых идет речь о реальных процессах и явлениях, наблюдаемых в окружающем мире.

В рамках понятийного варианта интеграция содержания биофизического образования осуществляется на основе профессионально значимых физических понятий. При усвоении студентами профессионально значимых понятий происходит формирование дифференциально-синтетического мышления.

Профессионально значимые физические понятия включают в себя профессионально значимые физические явления (поступательное движение, вращательное движение, колебательное движение, механическая волна, звуковая волна, шум, вязкость жидкости, деформация тела, диффузия, осмос, теплопроводность, смачивание, капиллярность и др.), профессионально значимые физические величины (длина, площадь, перемещение, скорость, ускорение, угловое ускорение, угловая скорость, объем, плотность, масса, сила, вес, момент силы, момент инерции, период, частота, амплитуда, длина волны интенсивность, механическая работа, мощность, энергия, кинетическая энергия, потенциальная энергия, давление и др.) и профессионально значимые физические методы (ультразвуковая терапия, вискозиметрия, термометрия, калориметрия, рефрактометрия, поляриметрия, спектральный анализ, люминесцентный анализ и др.) и т.д.

При реализации понятийного варианта в качестве основных методов обучения используются словесные (беседа, рассказ, объяснение), наглядные (демонстрация опытов, демонстрация наглядных пособий: макетов, схем, рисунков) и практические (лабораторный метод, практический метод, решение качественных задач).

Основными приемами обучения являются: рассмотрение профессионально значимых теоретических положений в смежных науках; создание ориентировочно-мотивационной ситуации при рассмотрении профессионально значимых тем и структурных элементов знания; рассмотрение обобщенных планов изучения структурных элементов знаний; решение качественных задач с межпредметным содержанием; включение в содержание лабораторного практикума работ по профессионально значимым учебным темам; рассмотрение профессионально значимых физических методов исследования и измерений, применяемых при изучении профессиональных учебных предметов; рассмотрение объектов, имеющих непосредственную взаимосвязь с профессиональными предметами.

Дидактическим условием и средством реализации содержания биофизического образования в понятийном варианте выступают межпредметные связи. В качестве основного средства реализации межпредметных связей являются качественные межпредметные задачи. Методика решения задач с межпредметным содержанием рассматривается в работах Н.Н. Тулькибаевой [145, 146], С.А. Старченко [125], Ю.С. Царева [158].

Основной целью реализации содержания образования в теоретическом варианте, наряду с формированием системы знаний, умений и способов деятельности, является развитие теоретического естественнонаучного мышления студентов. Для этого в образовательном процессе используются теоретические и практические методы.

К теоретическим методам относятся: создание проблемных ситуаций биофизического содержания; преподавание модулей и предметов, в основе которых заложены теоретические знания; сравнение, анализ, обобщение знаний различных предметов, выявление особенностей каких-либо процессов в различных структурах; использование в преподавании естественнонаучных предметов исторического и логического подходов; обобщение и систематизация знаний на уровне естественнонаучной картины мира; преподавание синтезированных предметов и модулей [126, 128].

Основными практическими методами являются: приобщение к самостоятельному поиску; самостоятельное решение биофизических задач; осуществление межпредметных и внутрипредметных связей между учебными предметами на лабораторно-практических занятиях; проведение обобщающих межпредметных занятий, обеспечивающих целостное представление знаний; проведение научно-исследовательских конференций [126, 128].

Осуществляя интеграцию содержания образования на лекционных занятиях, преподаватели используют следующие приемы [128, 168]: актуализацию профессиональной значимости учебного предмета в условиях ее взаимосвязи с профессиональными предметами; рассмотрение профессионально значимых теоретических положений науки; создание ориентировочно-мотивационной ситуации при рассмотрении профессионально значимых тем и структурных элементов знаний; выдачу лекционных заданий по самостоятельному изучению тем биофизического содержания; рассмотрение обобщенных планов изучения структурных элементов знаний.

При организации лабораторных занятий также используются приемы, обеспечивающие профессиональную направленность физических знаний. К ним относятся: формирование обобщенной структуры деятельности при постановке учебного эксперимента; рассмотрение профессионально значимых физических методов исследования и измерений, применяемых в профессиональных предметах; включение в лабораторный практикум средств экспериментального исследования, рассматриваемых при изучении профессиональных предметов; рассмотрение объектов, имеющих непосредственную взаимосвязь с профессиональными предметами [128, 168].

В зависимости от характера деятельности студентов С.А. Старченко [131] выделяет репродуктивные, частнопоисковые и исследовательские лабораторные работы. В образовательном процессе ветеринарного вуза преобладают репродуктивные и исследовательские лабораторные работы.

Репродуктивные лабораторные работы предусматривают деятельность студентов по инструкции, в которой описывается теоретическая основа лабораторной работы, задания, которые должен выполнить студент, последовательность выполнения отдельных действий и операций, предлагаются таблицы и формы представления результатов эксперимента, вопросы, выносимые на собеседование с преподавателем. Такие лабораторные работы проводятся в лабораторном биофизическом практикуме, так как студенты еще не владеют структурой проведения эксперимента, имеют низкий уровень сформированности измерительных навыков. К этим работам относятся: "Исследование плотности крови с помощью весов Вестфаля", "Исследование размеров малых объектов при помощи микроскопа", "Исследование концентрации растворов оптически активных веществ методом поляриметрии" и др.

Исследовательские лабораторные работы проводятся со студентами индивидуально как в аудиторное, так и во внеаудиторное время под руководством преподавателя. Исследовательские лабораторные работы - это работы, в которых студенты реализуют структуру исследовательской деятельности, а именно: определяют проблему биофизического познания, выдвигают гипотезу разрешения проблемы, формулируют цель деятельности, определяют этапы достижения цели, проводят необходимые опытно-экспериментальные действия, оформляют отчет о проведенной работе, выступают на конференциях, доказывая справедливость полученных результатов. Примерами таких работ являются "Исследование освещенности рабочего места при помощи люксметра", "Исследование артериального давления человека в нормальном состоянии и после физической нагрузки", "Исследование электропроводности биологической ткани", "Исследование действия постоянного электрического тока на живые организмы" и др.

На кафедре физики, биофизики, математики и информатики ветеринарной академии имеется определенный практический опыт по организации внеаудиторной самостоятельной работы студентов. Чтобы обеспечить необходимый минимум самостоятельной работы студентов предмету "Биофизика", Ю.С. Царев, С.А. Старченко, В.Н. Симонова, Н.В. Лежнева [159] разработали систему самостоятельной работы студентов. Задания для самостоятельной работы составлены в соответствии со структурой учебного предмета "Биофизика" и включают в себя:

Проработку, краткое конспектирование учебного материала и ответы на вопросы по теме. При проработке и конспектировании учебного материала минимальный объем помогают определить контрольные вопросы, которые подобраны к каждой теме. Не на все контрольные вопросы студенты могут найти ответы в лекционном конспекте, в этих случаях им необходимо обратиться к учебникам и самостоятельно проработать материал.

Самостоятельное решение предметных, межпредметных и биофизических задач. Студентам предлагаются качественные и количественные задачи, которые они должны решать самостоятельно, пользуясь не только конспектами лекций, но и дополнительной литературой, справочными данными.

Написание рефератов межпредметного характера. Темы для составления рефератов выбраны по вопросам, которые имеют межпредметный профессионально значимый характер, то есть отражают различные стороны связи физики с биологией, с общебиологическими и биологическими предметами.

Реализация учебно-исследовательской деятельности. Самостоятельная работа студентов осуществляется при непосредственном взаимодействии с преподавателем. Выполняя учебно-исследовательскую работу, студенты изучают влияние физических факторов на биологически объекты, исследуют процессы, протекающие в биологическом веществе, знакомятся с возможностями исследования биологических объектов посредством физических методов.

В качестве основного вида самостоятельной работы, обеспечивающего развитие естественнонаучного мышления, мы используем решение предметных, межпредметных и биофизических задач. В образовательном процессе ветеринарного вуза не предусмотрено отдельных занятий по решению задач, поэтому качественные и количественные задачи включаются в содержание лекционных, лабораторных занятий, а также используются для самостоятельной работы студентов. Решение задач - один из сложных видов познавательной деятельности студентов, но вместе с тем очень важный, так как позволяет актуализировать мыслительную деятельность. В процессе решения задач студенты учатся глубже понимать физические явления, процессы, законы, разбираться в их особенностях, границах применимости, приобретают умение применять общие закономерности к конкретным ситуациям. В процессе решения задач вырабатываются навыки вычислительной деятельности, работы со справочной литературой, таблицами. Кроме того, при решении биофизических задач формируется естественнонаучное мышление, которое способствует, с одной стороны, нахождению связей между физическими и биологическими знаниями, с другой стороны, указывает направление использования биофизических знаний в практической деятельности.

Задачи по физике весьма разнообразны по содержанию и дидактическим целям. Их классифицируют по различным основаниям, отражающим наиболее типичные черты для многих задач разного содержания. В методических пособиях встречается классификации задач по способу решения, содержанию, степени трудности, целевому назначению. В работах С.А. Старченко и Н.Н. Тулькибаевой [129, 142] в основу классификации биофизических задач положен способ их решения и выделены следующие виды задач: качественные (логические), количественные (с применением математического аппарата), экспериментальные (предусматривающие эксперимент), исследовательские (рассматривающие методы научного исследования) [128]. Мы придерживаемся данной классификации и используем эти задачи при развитии естественнонаучного мышления.

Структурные компоненты вариантов интеграции содержания физического и биологического образования, реализуемого в образовательном процессе ветеринарного вуза на аудиторных занятиях, представлены в таблице 6.

Качественные биофизические задачи используются как задания критериально-ориентированных тестов, используемых для диагностики естественнонаучного мышления студентов.

Способность решать качественные биофизические задачи характеризует умение студентов применять теоретические знания для разрешения конкретных производственных ситуаций, а это оказывает влияние на уровень развития естественнонаучного мышления.

Таблица 6 - Структурные компоненты вариантов интеграции содержания физического и биологического образования в ветеринарном вузе

Таким образом, интеграцию физических и биологических знаний возможно осуществлять на различных уровнях целостности содержания биофизического образования.

Уровень целостности содержания биофизического образования позволяет организовывать процесс изучения предмета "Биофизика" по различным вариантам интеграции содержания физического и биологического образования, что оказывает непосредственное влияние на развитие естественнонаучного мышления студентов.

Фактологический вариант интеграции содержания физического и биологического образования больше ориентирован на изучение структурных элементов знаний по физике, а знания по биологии приводятся в виде отдельных примеров, фактов. Для самостоятельной работы студентам предлагаются качественные предметные задачи. В рамках этого варианта у студентов преобладает эмпирически-научное мышление.

В понятийном варианте структурные элементы знания рассматриваются на основе выделения межпредметных связей физики и биологии. Сначала приводится физическое понимание структурного элемента знания, а затем проявление этого элемента на уровне живого организма. Самостоятельная работа студентов основывается на решении качественных межпредметных задач. У студентов, обучающихся по данному варианту интеграции, преобладает дифференциально-синтетическое мышление.

В теоретическом варианте структурные элементы знания рассматриваются на основе дидактического синтеза содержания физического и биологического образования. Средством самостоятельной работы выступают качественные и количественные биофизические задачи. Мышление студентов характеризуется как синтезированное.

Диагностику естественнонаучного мышления студентов, обучающихся по различным вариантам интеграции содержания физического и биологического образования, можно реализовать посредством критериально-ориентированных тестов, разрабатываемых с учетом содержания учебного предмета "Биофизика".

Заключение

В результате изучения проблемы диагностики естественнонаучного мышления студентов в условиях интеграции содержания физического и биологического образования были сделаны следующие выводы:

1. Актуальность диагностики естественнонаучного мышления студентов обусловлена повышением требований к качеству подготовки выпускников учреждений высшего профессионального образования. Решение проблемы диагностики естественнонаучного мышления приобретает важное значение в условиях интеграции образования, производства и науки и реализуется посредством организации содержания образования на различных уровнях целостности физического и биологического знания. В теории и практике образования накоплен определенный теоретический и практический опыт по диагностике естественнонаучного мышления обучаемых в процессе интеграции научных знаний. Однако недостаточность методических материалов, посвященных разработке диагностических средств, затрудняет диагностику развития естественнонаучного мышления студентов ветеринарного вуза. Нами осуществлена диагностика естественнонаучного мышления студентов в процессе изучения предмета "Биофизика" посредством критериально-ориентированных тестов.

2. Образовательный процесс по биофизике в ветеринарном вузе может быть реализован по различным вариантам интеграции содержания физического и биологического образования, которые обеспечивают развитие естественнонаучного мышления студентов. Мы выделили три варианта интеграции содержания физического и биологического образования: фактологический, понятийный и теоретический. Реализация фактологического варианта интеграции содержания физического и биологического образования в большей степени обеспечивает развитие эмпирически-научного мышления, понятийного варианта - дифференциально-синтетического мышления, теоретического варианта - синтетического мышления.

3. Дидактическая модель диагностики естественнонаучного мышления студентов, обучающихся в условиях интеграции содержания физического и биологического образования, включает в себя цель, содержание, средства и результат диагностики. Содержание диагностики следует рассматривать через ориентировочно-конструктивное, организационно-корректирующее, оценочно-результативное и аналитико-прогностическое действия.

4. В качестве основных этапов диагностики естественнонаучного мышления студентов можно выделить следующие: формулировка цели диагностики, разработка содержания критериально-ориентированных тестов, проверка тестов на достоверность, реализация тестирования, анализ и обработка результатов диагностики, прогнозирование изменений естественнонаучного мышления студентов.

5. Диагностическими средствами, позволяющими оценить тип, стадию и уровень естественнонаучного мышления студентов, обучающихся в условиях интеграции содержания физического и биологического образования, являются критериально-ориентированное тесты. Нами разработаны критериально-ориентированные тесты по учебным модулям: "Механическое движение", "Гидродинамика", "Акустика", "Термодинамика", применение которых позволяет отследить развитие естественнонаучного мышления студентов в процессе изучения учебного предмета "Биофизика".

6. Проведенное исследование показало методическую значимость внедрения полученных результатов в образовательный процесс ветеринарного вуза. В то же время, данное исследование не исчерпывает содержание рассматриваемой проблемы. Дальнейшее исследование диагностики естественнонаучного мышления студентов в условиях интеграции содержания физического и биологического образования следует продолжить в направлении разработки диагностики естественнонаучного мышления в условиях разработки и реализации компетентностного варианта интеграции содержания физического и биологического образования, определении других факторов, влияющих на развитие естественнонаучного мышления.

Библиографический список

Аванесов, В.С. Определение, предмет и основные функции педагогической диагностики [Текст] / В.С. Аванесов // Педагогическая диагностика. - 2002. - №1. - С.41 - 44.

Акулич, О.Е. Методика реализации ценностных и смысловых ориентиров при изучении медицинской и биологической физики [Текст]: Автореф. дис. … канд. пед. наук / О.Е. Акулич. - Челябинск, 2005. - 21с.

Анастази, А. Психологическое тестирование [Текст] / А. Анастази, С. Урбани. - СПб.: Питер, 2001. - 688с.

Андронов, В.П. Профессиональное мышление врача и возможности его формирования [Текст] / В.П. Андронов // Психологическая наука и образование. - 1999. - №2. - С.33 - 45.

Архангельский, С.И. Учебный процесс в высшей школе, его закономерные основы и методы [Текст] / С.И. Архангельский. - М.: Высшая школа, 1980. - 368с.

Бабанский, Ю.К. Избранные педагогические труды [Текст] / Ю.К. Бабанский. - М.: Педагогика, 1989. - 560с.

Бабанский, Ю.К. Совершенствовать методы педагогических исследований [Текст] / Ю.К. Бабанский. - М.: Советская педагогика. - 1986. - № 3. - С.40 - 46.

Бабин, С.В. Методика изучения закона сохранения и превращения энергии в курсе медицинской и биологической физики [Текст]: Автореф. дис. … канд. пед. наук / С.В. Бабин. - Челябинск, 2003. - 20с.

Бабина, С.Н. Интеграция технологического и физического образования учащихся школ (научно-методические основы и педагогический опыт реализации) [Текст]: Монография / С.Н. Бабина. - М.: Изд-во "Прометей", 2002. - 320с.