Проблеме совершенствования методики преподавания экологии в вузе посвящено достаточно много работ. Так, В.Н. Допшак [1, с. 226] считает, что экологическое образование в высшей школе должно характеризоваться междисциплинарным подходом, находясь на стыке наук о природе, о человеке, его производственной деятельности. Оно включает в себя самые разные аспекты формирования личностных качеств человека: мировоззренческие, нравственные, правовые, политические и др. Содержание экологического образования должно формироваться с учетом педагогических, дидактических и методических принципов, из которых вытекают определенные требования к его отбору и структурированию. И.Б.
Мелик-Пашаева в своей работе [2, с. 630] выделяет ряд методологических принципов формирования экологического мировоззрения: системности, аксиологический, культурологический, компетентностный принцип. Последний позволяет выделить компетенции, составляющие основу экологической культуры.

Основополагающим принципом формирования содержания курса экологии, как отмечается в работе [3, с. 16], является принцип соответствия всех компонентов содержания образования социальному заказу. В Федеральном законе «Об охране окружающей среды» (2002 г.) подчеркивается социальная значимость экологической культуры; более того, экологическое образование и воспитание обозначены как приоритетные направления государственной экологической политики.

На необходимости проработки содержательной части курса экологии в связи с низкой экологической культурой студентов и их невысоким базовым уровнем знаний обращает внимание Н.А. Лызь [4, с.215]. О формировании экологической культуры студента вуза на основе междисциплинарного подхода, а также разработке условий последовательного и целостного экологического обучения и воспитания, обусловливающих реализацию идеи системности и непрерывности отмечается в работе О.Ю. Мельниковой [5, с. 187].

По мнению автора [6, с. 8], эффективность экологического образования, в частности, в техническом вузе обусловлена его слабой связью с профессиональной деятельностью будущего специалиста. Разработанная автором методика преподавания экологии, включающая профессионально значимые темы в содержание курса экологии позволила повысить уровень экологической образованности студентов.

Актуальной проблеме – определению дидактических условий формирования экологической культуры студентов технического вуза – посвящена работа Е.В. Муравьевой [7, с. 9]. В качестве основополагающих автором названы такие условия, как изменение технократического принципа познания на гуманистический; построение учебных программ по экологии на основе философских идей русского космизма, всеединства мира, универсальной этики и коэволюционного развития; а также совершенствование средств и методов обучения на основе экоцентрического принципа.

Необходимость ряда подходов при изучении экологии в технических вузах (внедрение многоуровневой системы экологического образования; выполнение практических работ по экологии с использованием информационных технологий; привлечение студентов к практическому решению вопросов по охране окружающей среды) подчеркивается в работе [8, с. 260].

Анализ литературных данных позволил выявить недостаточную степень изученности проблемы отбора содержания дисциплины «Экология» в высшей школе. В этой связи цель настоящей работы заключалась в создании и апробации модели формирования содержания экологического образования в профессионально-педагогическом вузе.

Ранее нами была разработана и обоснована модель отбора содержания учебной дисциплины «Химия» на основе выделения дидактических инвариантов [9, с. 463]. Согласно данной модели, выделение дидактического инварианта дисциплины начинается с формулировки цели и задач ее изучения, определения дидактических единиц и их содержания (информационно-смысловых элементов) (рис. 1).

Обозначенная нами цель изучения дисциплины «Экология» заключается в формировании представлений о взаимоотношениях в системе «человек – общество – природа» как основы экологического мировоззрения и экологически сообразной профессионально-педагогической деятельности будущих специалистов. Для достижения указанной цели были определены следующие задачи освоения дисциплины: 1) формирование представлений о системности и единстве мира природы, о принципах функционирования экосистем и биосферы, о влиянии антропогенной деятельности на устойчивость биосферы; 2) формирование умений применять полученные знания в различных видах профессиональной деятельности.

При отборе содержания дисциплины «Экология» мы руководствовались как общедидактическими, так и некоторыми специальными принципами, изложенными в работе Е.В. Муравьевой [10, с. 9]. Из общедидактических нами были выделены принципы: систематичности и последовательности; научности; междисциплинарности; практикоориентированности; культуросообразности; фундаментальности; связи теории с практикой; ценностной ориентации знаний. Среди специальных особую значимость имеют принципы профессионально-экоцентрического подхода, в частности, экоцентрическая рефлексия, как выбор и обоснование экологически безопасных технических решений.

В соответствии с задачами нами были выбраны для изучения дисциплины следующие разделы экологии – дидактические единицы:

− экологические системы;

− основы учения о биосфере;

− глобальные экологические проблемы;

− рациональное природопользование и охрана окружающей среды;

− социально-экономические аспекты экологии.

Концепция экосистемы основана на изучении закономерностей процессов переноса и превращения вещества и энергии между живыми организмами и средой их обитания. Она играет важнейшую роль в экологии, так как решение вопросов охраны окружающей среды и рационального природопользования в настоящее время невозможной без знания особенностей функционирования природных экосистем.

Рисунок 1. Модель отбора содержания учебной дисциплины на основе выделения дидактических инвариантов

Биосфера, как глобальная экологическая система, представляет собой высший уровень взаимодействия живого и неживого и является обобщением знаний о роли живых организмов в эволюции нашей планеты. В этой связи учение о биосфере является наиболее актуальным.

Раздел «Глобальные экологические проблемы», посвященный изучению особенностей антропогенного воздействия на окружающую природную среду, включает в себя понятия экологического кризиса, его причин и проявлений; загрязнения окружающей среды и истощения природных ресурсов.

Необходимость изучения экологических принципов рационального природопользования и охраны окружающей среды продиктована возрастающей эксплуатацией невозобновимых и потенциально возобновимых природных ресурсов. Следовательно, возникает необходимость рассмотрения таких вопросов, как мониторинг окружающей среды и нормирование ее качества; основные направления охраны атмосферного воздуха, воды и почвы; особо охраняемые природные территории, охрана растительного и животного мира и т.д.

Одной из главных причин современного экологического кризиса является низкий уровень экологического сознания людей. Следовательно, необходим коренной пересмотр взаимоотношений человека с окружающей природной средой. В разделе «Социально-экономические аспекты экологии» рассматриваются экономический механизм природопользования, основы экологического права, вопросы международного сотрудничества в области охраны окружающей среды.

Рассмотрим алгоритм отбора содержания курса экологии для студентов профиля «Металлургия» на примере дидактической единицы «Экологические системы». Указанная тема состоит из множества различных информационно-смысловых элементов, начиная элементов экологической системы и заканчивая ее саморазвитием. Детальный анализ содержания указанной темы позволяет выделить системообразующие компоненты, к которым мы отнесли: 1) экологические факторы среды; 2) лимитирующие экологические факторы, закон толерантности В. Шелфорда; 3) структуру экосистемы, автотрофные и гетеротрофные организмы; 4) биотический круговорот веществ; 5) энергетику экосистемы; 6) саморегуляцию и саморазвитие экосистемы.

Информационно-смысловые элементы были проанализированы нами на предмет выявления их связей с другими дидактическими единицами, с другими изучаемыми в вузе дисциплинами и выбранным профилем подготовки. Как видно из рис. 2, в результате установления таких связей происходит отделение дидактического инварианта от вариативной части.

Рисунок 2 – Схема отбора содержания дисциплины «Экология» на основе

Рисунок 2. Схема отбора содержания ДЕ «Экологические системы» на основе выделения инвариантов

По указанному на рис. 1 алгоритму был проведен отбор содержания каждой из выделенных дидактических единиц.

С целью определения эффективности выбранной нами модели была проведена оценка уровня знаний и степени их усвоения студентами очной формы обучения профилей подготовки «Энергетика», «Машиностроение и материалообработка», «Информатика и вычислительная техника», «Экономика и управление» по результатам тестирования. Студентам были выданы тестовые задания, содержащие 20 вопросов по темам пяти дидактических единиц: экологические системы; основы учения о биосфере; глобальные экологические проблемы; рациональное природопользование и охрана окружающей среды; социально-экономические аспекты экологии.

Ответы оценивались по 5-бальной системе на основании следующих критериев: 4 правильных ответа на вопросы ДЕ – оценка «отлично»; 3 – оценка «хорошо»; 2 – «удовлетворительно»; 1 или отсутствие правильных ответов – «неудовлетворительно».

Рисунок 3. Результаты тестирования студентов по экологии в начале обучения

Анализ полученных результатов (рис. 3) выявил, что студенты не владеют знаниями о составе, свойствах и принципах функционирования экологических систем (ДЕ «Экологические системы»), поскольку в данном случае доминирует оценка «неудовлетворительно». Весьма слабые знания студенты продемонстрировали по вопросам ДЕ «Социально-экономические аспекты экологии» (85 % «неудовлетворительных» результатов). В то же время, как видно из рис. 3, достаточно понятными и ясными для 77 % опрошенных студентов являются вопросы, связанные с глобальными экологическими проблемами. В целом, уровень знаний студентов в начале изучения дисциплины «Экология» оценивается как «неудовлетворительный».

На формирующем этапе эксперимента были подобраны педагогические условия, обеспечивающие реализацию модели формирования содержания дисциплины «Экология» на основе инвариантов. Были определены формы, средства и методы обучения экологии в соответствии с обозначенной целью.

Обучение экологии преподавателями кафедры МСП осуществляется по двум направлениям: 1) усвоение экологических знаний как компонента общего фундаментального естественнонаучного образования, способствующего формированию экологического мировоззрения и 2) подготовка специалистов, владеющих знаниями экологической безопасности и рационального природопользования в сфере выбранного профиля подготовки. Сформулированы ведущие идеи курсов: единство и самоценность всего живого, взаимосвязь человека, общества и природы, невозможность выживания человечества без сохранения биосферы.

Содержание курса экологии было построено в рамках системного подхода, что должно способствовать, по нашему мнению, формированию целостных, обобщенных экологических представлений об окружающем мире как макросистеме, подсистемами которой являются природа, общество и человек. Эти представления раскрывается, в частности, на основе фундаментальных законов и принципов термодинамики, химического принципа подвижного равновесия и кибернетического принципа обратной связи, установленных для неживых систем и полностью справедливых для живых систем – биосферы, общества, организма. Через содержание курса проходит идея о том, что функционирование всех живых систем в биосфере осуществляется за счет обменных процессов веществом, энергией и информацией с окружающей средой.

Одной из важнейших форм обучения экологии является научный семинар, позволяющий студентам обсудить причины и возможные пути решения экологических проблем своего места жительства. Эти семинары развивают у студентов способность анализировать результаты хозяйственной деятельности человека, вызывают чувство личной ответственности за состояние окружающей среды, эмоциональные переживания и стремление изменить экологическую ситуацию к лучшему.

Изучение дисциплины «Экология» основано на межпредметных связях с базовым курсом химии, поскольку знания по этой дисциплине необходимы также и при выполнении лабораторных работ, в которых анализируется качество продуктов питания, питьевой воды, воздуха, почвы, и др. Лабораторные занятия способствуют приобретению студентами навыков проведения экологического мониторинга и самостоятельной интерпретации полученных результатов.

Нельзя не отметить и такую форму обучения, как самостоятельная работа студента. Основное внимание при изучении экологии, на наш взгляд, должно уделяться не накоплению материала, а умению добывать конкретные знания, подкрепляющие и разъясняющие теоретические представления. Все это способствует формированию экологического мировоззрения и экологического мышления.

Особое место в учебном процессе по экологии занимают компьютерные технологии, способствующие более полному усвоению знаний. В этой связи преподавателями кафедры были разработаны и внедрены электронные учебно-методические комплексы (УМК) по экологии с использованием кейс-технологии.

Контролирующий этап эксперимента состоял в проверке степени усвоения полученных студентами знаний в конце семестра после проведения всех описанных выше мероприятий. Контрольное мероприятие проводилось в форме тестирования по вопросам указанных выше ДЕ. Для оценивания ответов использовались критерии, разработанные ранее.

Из представленных на рис. 4 данных видно, что в ходе обучения ликвидированы пробелы в знаниях практически всех студентов по разделам «Экологические системы» и «Социально-экономические аспекты экологии». Доля неудовлетворительных результатов по указанным ДЕ составила 15 % и 7,5 % соответственно. Наибольшие успехи в усвоении знаний студенты продемонстрировали при изучении материала по ДЕ «Глобальные экологические проблемы», что подтверждается достаточно большим количеством повышенных оценок – «хорошо» и «отлично». Весьма неплохие результаты тестирования отмечены по разделу «Рациональное природопользование». Средняя оценка усвоения материала дисциплины «Экология», представленная на рис. 5, приближается к 3,5.

Сравнение средней оценки знаний по экологии в начале и конце обучения (рис. 6) подтверждает отмеченное выше утверждение.

Рисунок 4. Результаты тестирования студентов по экологии в конце обучения

Рисунок 5. Средняя оценка уровня знаний студентов по экологии в конце обучения

Рисунок 6. Средняя оценка уровня знаний студентов в начале и конце обучения

Таким образом, содержание инвариантного компонента курса экологии будет способствовать, по нашему мнению, более глубокому усвоению знаний, а значит, и достижению главной цели изучения экологии – формированию экологического сознания.