Учебное пособие 800604

Технологическое мышление [6] – это отражение в теории сущности получения продукта при минимальной затрате средств. Оно является составной частью технического мышления [7], направленного на преобразование природной среды с целью получения «полезного результата» – адаптации.

Общебиологическое понятие «полезный результат» (адаптация, приспособление) возникло в недрах физиологии, благодаря учению П. К. Анохина о функциональных системах [1]. Поскольку основной задачей биологического образования является изучение многообразия живой природы на основе формирования адаптаций, то следует ожидать, что биологические знания могут помочь раннему формированию у обучающихся технологического мышления на основе аналогии, реализации межпредметных связей

иассоциативного мышления. Данный результат с точки зрения психофизиологии и педагогической адаптологии [5] обеспечивается большим числом связей между нейронами и позволяет реализовать высокую надежность

ицелостность работы мозга, а индивиду – адаптивную устойчивость [3].

Традиционно школьные дисциплины по математике, физике и химии своим содержанием ориентированы на инженерные специальности, тогда как биологические примеры игнорируются или практически не рассматриваются в этих курсах. В свою очередь, учителя биологии плохо ориентируются в технических вопросах, что обедняет возможности биологического образования по формированию технологического мышления. Предмет «Технология» прививает умения и навыки на уровне ремесла и далек от формирования технического интеллекта.

Идеи бионики [2] давно стали достоянием инженеров-технологов и вдохновляют их на решение современных технических задач. К сожалению, школьный курс биологии мало ориентирован на детей с техническими интересами, а вузовское техническое образование игнорирует биологическую информацию. Интеграция технического и биологического образования могла бы ускорить технологический прогресс.

Попытаемся проследить возможные ресурсы биологического образования по формированию технического интеллекта в различные возрастные периоды обучения.

Биология растений, изучаемая в 6 классе, с одной стороны закладывает основу систематического биологического образования, но с другой стороны предоставляет много материала для формирования технологического мышления. Один факт наличия у растительной клетки целлюлозной оболочки может быть поводом для осмысления множества технических и технологических идей по поводу противоречия между прочностью, гибкостью и подвижностью. Появление сосудов у растений обеспечило практически неограниченный рост, а наличие лубяных волокон коры решило проблему прочности побегов. Строение и разнообразие корней растений раскрывает не только фиксационную и запасную функцию, но и заставляет задуматься о рациональных принципах водоснабжения и водоотведения. Радиальная симметрия растений, строение и расположение листьев – при-

101

мер рационального освещения, вентиляции и терморегуляции. Строение почки и цветка – пример полифункциональности и защищенности. Распространение плодов и семян базируется на законах механики, аэро- и гидродинамики. Размножение растений – это материал для реализации синергетичных и сопряженных производств. Плавучесть водных растений, выживаемость гидро-, ксеро- и эпифитов – образец для проектирования строений, машин и механизмов заданных качеств.

Технологии растениеводства – пример ритмичности, цикличности, адекватности и оптимальности производственных процессов. «Принцип поверхности» хорошо иллюстрируется агротехническими приемами: прищипка, обрезка, пасынкование, окучивание, рыхление, мульчирование. Все они направлены на увеличение взаимодействия со средой и аналогичны многим технологическим процессам в химии и теплоэнергетике.

Вопросы фотосинтеза и дыхания растений раскрывают принципы конвейерного и цикличного химического производства, а образование крахмала и кислорода как изящное решение утилизации и безотходного производства с экономией воды. И это далеко не все возможности ботаники и физиологии растений для формирования интеллекта будущего технолога. Микробиология как отрасль технологий давно перестала быть только пищевой. На примере жизни микроорганизмов можно показать современные достижения и пути развития безотходных производств даже в металлургии.

Зоологические знания семиклассника еще более перспективны для развития технологического мышления, так как животные способны к самостоятельному перемещению и обитанию во всех экологических средах.

Для животных характерно многообразие форм движения: от амебоидного и жгутико-ресничного до мышечного во всем его разнообразии; от лазания, ползанья, хождения и бега до плавания, полета и реактивного движения. Адаптация животных к разным средам обитания – предмет подражания для многих технологий.

Жизнь животных в водной среде накладывает отпечаток на форму тела и особенности покровов для успешного преодоления сопротивления водной среде, снижения лобового, турбулентного и ламинарного сопротивления – пример гидротехнологий. Воздушная среда требует снижения удельного веса тела, способности к машущему полету или планированию, что находит воплощение в строении костей, пневматизации тела, эффективном теплообмене, «двойном дыхании» и строении перьевого покрова – достойный пример аэротехнологий. Обитатели почвы (черви, кроты, землеройки) приобрели качества пригодные для технического воплощения. Даже движение рептилий достойно техническому подражанию. Лазание и брахиация как средства освоения нескольких сред стало предадаптацией для прямохождения, мощного развития мозга у приматов и способствовало антропогенезу. Только колесо как чисто техническое открытие человечества крайне ограничено в биологическом существовании и реализуется в

102

пассивном перемещении («кубарем» или «перекати поле») у некоторых животных и растений.

Фабрикации животных для жилья и охоты (норы, гнезда, берлоги, плотины и хатки бобров, ловчие сети, коконы, соты) и материалы для них (воск, шелк, паутина) могут вдохновлять современных инженеров на создание аналогичных конструкций и материалов (арочные и вантовые мосты, волокна-полимеры и др.). Даже способы добычи, переработки и хранения пищи – пример для пищевых технологий: внешнее пищеварение у пауков, сушка у беличьих, употребление падали и протухшего мяса (маринование) у многих хищных, пищеварение у кроликов и парнокопытных с использованием симбионтов.

Курс биологии человека не менее богат содержанием для развития технологического мышления. В гистологии можно продемонстрировать связь структуры и функции на примерах строения четырех типов ткани, а на примере соединительной ткани проиллюстрировать роль агрегатного состояния межклеточного вещества в решении многих технологических проблем. Например, как обеспечить текучесть и сохранность продукта на примере крови. Как сочетать прочность и эластичность (гибкость) на примере строения и состава костной ткани. На примере строения эритроцита можно анализировать оптимальность условий диффузии газов через максимальную поверхность при минимальном объеме. Губчатое строение легких, увеличение числа извилин коры больших полушарий, строение митохондрии, строение ворсинок кишечника, пристеночное пищеварение, строение капиллярной сети отражают технологический «принцип поверхности», которую стремятся увеличить для эффективного теплообмена, увеличения скорости химических реакций или создания инертности (торможения) в строительстве и механике.

Изучение строения и свойств нервной ткани (возбудимость и проводимость на основе электрического импульса) демонстрирует решение ряда современных информационных технологий. Например, природа нервного импульса, возбуждение и торможение – хорошая иллюстрация бинарного кода. Строение и работа синапса – пример биологических клапанов и диодов с односторонним проведением вещества или сигнала. Мякотное волокно аксонов нейронов – аналог быстрого, незатухающего и энергетически экономного проведения электрического сигнала. Строение нервной системы – пример многоконтурной, многоуровневой, многоканальной системы, сопряженной саморегуляции на основе «обратной связи».

Изучение типов высшей нервной деятельности, а также функциональных состояний (сон, бодрствование, стресс) аналогично влиянию погодных (средовых) условий на протекание технологических процессов.

Сенсорные системы хорошо иллюстрируют сочетание чувствительности, избирательности, компактности и надежности, так необходимых для работы технических систем.

«Принцип рычага» и «принцип воронки» для усиления воздействия, представлен в строении среднего и наружного уха. «Принцип противото-

103

ка» биологические объекты демонстрируют на примере жаберного дыхания, кровоснабжения конечностей, петли Генле в нефронах и строении печеночной дольки. Технические системы, устроенные подобным образом (реакторы, теплообменники, фильтры) работают более экономично.

«Каскадный принцип» для усиления сигнала в технических усилителях присутствует в работе эндокринной системы, где слабый сигнал гипоталамуса в виде релизинг-гормонов многократно усиливается тропными гормонами гипофиза и периферическими железами.

«Принцип матрешки» («малое в большом») можно наблюдать в структурно-функциональных единицах органов (остеон, саркомер, нефрон, ацинус, ворсинка, капилляр, нейрон, рефлекторное кольцо и т.д.). В технических системах этот принцип проявляется нередко: стройматериалы, конструктивные блоки и модули в электрических схемах и др.

Такая актуальная задача современных технологий, как утилизация отходов производства, в биологических системах решается разными способами. Например, путем концентрации при мочеобразовании; путем разбавления токсинов при отеках; путем изоляции за счет обрастания соединительной тканью; отложением солей; растворением в жировой ткани; накоплением в костях; путем образования хелатных комплексов; путем линьки или отслоения ороговевающего эпителия; листопада и др.

Защитная функция биологических систем еще более разнообразна и показательна для технологического воплощения. Можно выделить, с одной стороны, защиту как постфактум: выделение, воспаление, потоотделение, кашель, чихание, моргание, чесание. С другой стороны, профилактическую защиту через покровы, ослизнение, преактивацию, вакцинацию, затаивание, разминку и др. Технические объекты не столь разнообразно защищены, поэтому есть чему учиться у природы.

В рамках курса общей биологии также достаточно «технологических примеров». Цитология и молекулярная биология на примерах строения и функции мембран, органоидов и полимеров демонстрируют принципы поэтапности, конвейерности, матричности, непрерывности биологических «производств» от размножения и биосинтеза белка, до обмена веществ, энергии и информации. Мутации и их репарации с помощью ферментных систем – аналог повреждений и ремонта в технике.

Генетика и селекция – пример вариабельности биологических структур. Здесь инженеру есть чему поучиться для создания многообразия и адекватности товаров и технологий «на все случаи жизни». В этом видна аналогия с селекцией: многообразие штаммов, пород и сортов в сельском хозяйстве, видовое разнообразие и многообразие экологических ниш в экосистемах.

Теория эволюции демонстрирует пример работы технического контроля в природе. Товарно-рыночные отношения далеко не идеал для получения качественного продукта.

Экология как наука стала фундаментом для развития природоохранных технологий, так как практически все законы экологии [4] «техноло-

104

гичны». Но на системном подходе – «душе» экологии и физиологии, следует остановиться, т.к. именно он формирует не только успешного биолога

иврача, но и инженера. Усвоение теории функциональных систем П.К. Анохина и учение об экосистемах дает универсальные знания для технолога, экономиста, менеджера и даже политика. Врач, психолог и учи- тель-биолог, усвоивший экологию и физиологию, более профессионален, т.к. владеет системным мышлением.

Наконец, современные биологические и медицинские методы исследования, требуют знания техники и точных наук. Как освоение биохимических, физико-химических, иммунологических, электрофизиологических

иинформационно-математических методов – необходимость биологов и врачей в свете современных компетенций специалиста, так нельзя представить в современных реалиях компетентного инженера без достойной биологической подготовки.

Таким образом, мы попытались показать те резервы инженерного образования, которые заложены в биологических знаниях и надеемся, что развитие технологического мышления возможно через интеграцию биологических и инженерных знаний.

Литература

1.Анохин, П. К. Очерки по физиологии функциональных систем. – Москва: Медицина,1975. – 407 с.

2.Леонович, А. А. Бионика: подсказано природой. – Москва: АСТ,

2019. – 257 с.

3.Мороз, Л.В., Соколов, В.В. Педагогическое сопровождение в системе высшего образования: теоретические и прикладные аспекты: монография. – Вологда: ВоГУ, 2016. – 119 с.

4.Реймс, Н.Ф. Экология. Теория, законы, правила, принципы и гипотезы. – Москва: Россия Молодая, 1994. – 367 с.

5.Соколов, В.В. Педагогическая адаптология. Монография. – Вологда: ВГПУ, ВИРО, 2008. – С.16-19.

6.Ушеров-Маршак, А.В. Бетоноведение: лексикон. Москва: РИФ Стройматериалы. – 2009. – 112 с.

7.Чащин, Е. В. Техническое и технологическое мышление в современном обществе \\ Вестник Челябинского государственного университета. – 2012. № 35 (289). Вып. 28. – С. 51-55.

105

Технологическое образование как частный случай социальных адаптаций

В.В. Соколов, доцент кафедры биологии и химии Вологодского государственного университета, к.биол.н. e-mail: valeolog58@mail.ru

Аннотация. В статье предложено рассматривать технологическое образование как одну из форм социальной когнитивной адаптации на основе теории функциональных систем и педагогической адаптологии.

Ключевые слова: технологическое образование, когнитивные адаптации, адаптивные типы людей.

Technology education as a special case of social adaptation

V.V. Sokolov,

Ph.D., Associate Professor,

Biology and Chemistry Department, Vologda State University

Abstract. The article proposes to consider technological education as one of the forms of social cognitive adaptation based on the theory of functional systems and pedagogical adaptology.

Keywords: technological education, cognitive adaptation, adaptive types of people.

Технология в узком, традиционном смысле – это разработка алгоритмов получения тех или иных товаров, продуктов, материалов. В широком же смысле, технология – это «средства или деятельность, с помощью которых человек изменяет свою среду обитания и манипулирует ею» [8]. Следовательно, технологическое образование, в узком смысле – это образовательная система по подготовке инженеров-технологов, тогда как широкое понимание технологического образования, предполагает подготовку специалистов, способных менять среду, манипулировать ею, а это прерогатива не только инженеров. Отсюда следует, что любая система подготовки людей способных преобразовывать и манипулировать должна быть технологичной и универсальной. Как не банально, но медик и ветеринар овладевают технологиями лечения; педагог и психолог – технологиями обучения, воспитания, коррекции; агроном и зоотехник – технологиями сельского хозяйства; ученый должен владеть технологиями научной деятельности; наконец, музыкант, актер, художник, писатель – технологиями создания образов…

Технологическое образование – это нечто большее, чем обучение созданию ноу-хау, это система формирования надбиологических (социальных, искусственных) адаптаций. По сути, образование – это технология по созданию технологий (адаптаций), а технологическое образование может

106

выступать неким «универсумом» образования с набором общих универсальных принципов, признаков и продуктов («полезных результатов»).

Само образование, в настоящее время, представлено огромным числом разнообразных технологий [5], что свидетельствует о необходимости обществу адаптироваться к природному и социальному разнообразию.

Признавая образовательный процесс универсальным социальным уровнем формирования адаптаций [6], имеет смысл выявить его общие закономерности и принципы и сравнить их с природными адаптационными «технологиями».

Технологии всегда структурны и системны, что можно проиллюстрировать на примере функциональных систем П.К. Анохина [1]. Технологический процесс как функциональная система должен включать в себя необходимый и достаточный минимум элементов, представленных на рис. 1, где «Полезный результат» или адаптация здесь представлены неким «Продуктом», для получения которого создается данная функциональная система.

Рис. 1. Технология получения «Продукта» с позиции теории функциональных систем

Продукт должен удовлетворять потребителя с целью поддержания относительной динамической устойчивости жизни (аллостаза) [4] потребителя, который контролирует его качество и количество с помощью соци- ально-экономических методов, формируя мотивацию к производству на основе сырья, опыта, идеала (сравнительного образца) и параметров производства по определенным программам и действиям, с использованием энергии при условии принятия решения. Наличие прямых и обратных связей – важнейшее условие устойчивости и результативности данной системы. Это – универсальная технологическая система, присущая всем видам деятельности: образовательной, медицинской, производственной и т.д.

Технологии всегда поэтапны и конвейерны [7], а значит, поляризованы, что соответствует природным процессам (рост и развитие, пищеварение и дыхание, сукцессии и др.). Принцип природосообразности Дистервега [2] в педагогике как раз отражает эту особенность технологий.

107

Все технологии требуют затрат энергии и информации на получение и переработку «сырья», поэтому они антиэнтропийны и синтетичны, что объединяет биологические и социальные технологические системы. «Ценой адаптации (технологии)» как раз и являются эти затраты согласно четвертому закону Коммонера [3] в экологии: «Ничто не дается даром».

Технологии часто избыточны, для обеспечения надежности, поэтому не всегда эффективны, но всегда эмерджентны и результативны (относительно адаптивны). Например, в любом образовании как технологии присутствует избыточность затрат времени, сил, средств, тогда как «продукт» не всегда оправдывает вложения.

Технологии часто цикличны, непрерывны, но могут быть гетерохронны. Речь идет о том, что ряд процессов в технологиях повторяется (закалка и вальцовка в металлургии, лечебные курсы в медицине, концентрический принцип в обучении), но протекают длительно, и желаемые качества «продукта» могут проявиться в разное время.

По пространственно-временным характеристикам технологии, как и все адаптации, могут быть срочными (быстрыми) и долговременными, жесткими и гибкими. Срочные адаптации – ненадежны, долговременные же – затратные. Жесткие технологии (адаптации) хороши в стабильных условиях эксплуатации (поддержание гомеостаза в организме, порядка в обществе), тогда как гибкие технологии (нано-технологии, информационные, профилактические меры в здравоохранении, личностноориентированное обучение и др.) незаменимы в постоянно меняющемся мире. В связи с этим, опережающие и развивающие технологии (адаптации), как более гибкие, являются и более перспективными, хотя и более затратными на этапе внедрения.

Обращает на себя внимание тот факт, что во времени все адаптации, как в природе, так и в обществе имеют трехчастную структуру: зарождение и развитие, достижение пика (акме), и, наконец, дегенерацию и гибель. Их можно назвать первой адаптационной системой. Но есть особый вид адаптаций у человека – когнитивные (познавательные), которые не дегенерируют и способны к саморазвитию до конца жизни. Их можно считать второй адаптационной системой по аналогии с двумя сигнальными системами действительности по И.П. Павлову. Непрерывное образование, в этой связи, не просто дань необходимости приспосабливаться к постоянно меняющемуся миру, но и средство выживания на основе второй адаптационной системы.

Как не всякое сырье может быть технологически освоено, так и не каждый человек как объект образовательного процесса может достичь желаемых адаптаций. Уместно представить упрощенную классификацию когнитивных типов обучаемых и ожидаемых образовательных результатов в таблице 1. В зависимости от когнитивного типа, который коррелирует с типом конституции и типом высшей нервной деятельности и генетически детерминирован, следовательно, мало зависит от педагогических (средовых) воздействий.

108

Таким образом, предпринята попытка на основе идей педагогической адаптологии показать, что технологическое образование является частным случаем социальных, экстра адаптаций. Образование технологично, следовательно, имеет общие черты, присущие всем технологиям: структурность, системность, этапность, конвейерность, антиэнтропийность, избыточность, цикличность и др.

«Полезным результатом» образовательных технологий являются «продукты» образовательной функциональной системы: знания, умения, навыки, компетенции, которые являются когнитивными адаптациями, отличающиеся от других социально-биологических адаптаций своей устойчивостью на протяжении всего онтогенеза человека.

Таблица 1. Адаптивные типы обучаемых и их перспективы

Литература

1.Анохин, П. К. Очерки по физиологии функциональных систем. – М.: Медицина,1975. – 407 с.

2.Дистервег, А. О высшем принципе воспитания // Хрестоматия по истории педагогики в 3-х томах. – М.: ТЦ Сфера, 2007.

3.Коммонер, Барри. Замыкающийся круг. М.: Гидрометеоиздат, 1974. – 280с.

4.Куприянов, Р. В., Жданов, Р. И. Стресс и аллостаз: проблемы, перспективы и взаимосвязь // Журнал высшей нервной деятельности. – 2014 –

том 64. – № 1. – С. 21–31.

5.Селевко, Г. К. Энциклопедия образовательных технологий: В 2 т. Т.

1.– М.: НИИ школьных технологий, 2006. – 816 с.

6.Соколов, В. В. Педагогическая адаптология. Монография. – Вологда: ВГПУ, ВИРО, 2008. – С.16-19.

7.Уголев, А.М. Естественные технологии биологических систем. –

Л.: Наука, 1987. – 317 с.

8.History of technology // Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Online. Encyclopædia Britannica Inc., 2016.

110