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

Abstract

Introduction. In recent decades, a gradual degradation of mathematics and physics training in schools and universities has begun. Obviously, this has caused a significant decrease in the quality of professional training of students in the conditions of commercialisation and continuous reforms of education, and its chaotic digitalisation. At the same time, modern mathematics and physics have become the leader of the transdisciplinary trend in the natural, engineering, and other sciences of the digital era. The transdisciplinary trend generates a universal methodology capable of solving complex multifactorial interdisciplinary problems of nature and society. As a result of the transdisciplinary trend in science, such scientific fields as cybernetics, general systems theory, catastrophe theory, synergetics, artificial intelligence, big data, etc. have emerged. All these concepts were developed on the basis of the achievements of mathematics and physics over the past 70–80 years, which gave rise to the most unique practical achievements in modern, natural, and technical sciences. Aim. The present research aims to explore transdisciplinarity role of physical and mathematical disciplines in modern natural science and engineering education. Methodology and research methods. The system-based approach was used to analyse the role of mathematical and physical science systems in modern education. The synergetic approach became the basis for the study of the transdisciplinary trend of these systems in historical retrospect. In the methodology of these approaches, an important role was played by the methods of students’ holistic scientific worldviews formation, including ideas about the modern picture of the world of mathematics and physics. The authors applied the methods to develop student systems thinking (with its important quality of nonlinearity), which underlies the solution of multifactorial interdisciplinary tasks of their professional activity. Results. The results of the analysis of the transdisciplinary role of physical and mathematical disciplines indicate the fundamental importance of the unique potential of these disciplines in the natural science and engineering education in the era of the computer revolution. Scientific novelty. The authors identified, justified and characterised transdisciplinary ideas and methods (in mathematics and physics), which bring natural and engineering sciences to a higher level of cognition, thus contributing to improving the quality of natural science and engineering training of students at universities using a computer. Practical significance. The research materials emphasise considerable practical importance to implement a transdisciplinary approach in didactics and methods of teaching physical and mathematical disciplines in the system of natural science, and engineering education. The research findings will be of interest to educational theorists and teachers, who conduct professional training of students of natural science and engineering fields and to everyone who is interested in the prosperous future of the educational system.

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.