Университетское химическое образование в современном мире

В.В. Лунин, Н.Е. Кузьменко, В.В. Еремин

Химический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Д.В. Корольков

Химический факультет Санкт-Петербургского государственного университета

В любом цивилизованном обществе всегда существует проблема: как наиболее эффективно адаптировать основные представления современной науки тем социальным группам (в первую очередь аудиториям средней и высшей школы), для которых наука станет возможной профессией. Проще говоря, всегда существует проблема, как хорошо научить подрастающее поколение математике, химии, биологии и т.д. Естественные науки, и в их числе химия, являются фундаментальной компонентой общего образования. Трудности, стоящие перед химическим образованием, заключаются в том, что теоретические модели и структуры современной химии стремительно развиваются и усложняются. Очевидно, что без притока профессионально подготовленной молодежи в вузы и далее в научно-исследовательские центры и на химические производства поддерживать мировой уровень развития химии в России невозможно.

Между тем, уровень химического образования в стране, можно даже утверждать более определенно – общий уровень химической культуры общества – падает. Это относится и ко всем категориям учащихся: школьникам, студентам, аспирантам. Особенно резко уровень химического образования снижался в 1980-х годах, а в начале 1990-х годов достиг критического уровня на фоне глобальных общественных преобразований и начавшейся реструктуризации системы образования.

Особенность химического образования в вузах России состоит в том, что выпускники средних школ, желающие стать студентами, должны пройти конкурсный отбор (сдать два-четыре экзамена). Студентами становятся те из абитуриентов, кто сдаст экзамены лучше всех. Понятно, что чем выше конкурс, тем выше "планка" для победителей. А чем выше уровень интеллектуального развития абитуриентов, чем выше уровень их знаний, тем выше и будущий уровень образования студентов: ведь ничто не снижает уровень преподавания так резко, как плохая подготовка обучаемых, их низкий интеллектуальный потенциал. Убедительной иллюстрацией сказанного может служить ситуация, сложившаяся на химическом факультете Московского университета к началу 1990-х годов (см. рис. 1), когда приток школьников сократился до критического уровня, а конкурс приблизился к черте, за которой можно было отменять вступительные экзамены.

Среди множества причин, породивших это ненормальное положение, мы попытались выделить те, которые прежде всего зависят от нас самих и на которые мы имеем реальную возможность влиять:

Рис. 1. Динамика изменения конкурса (числа абитуриентов на одно место) на химический факультет МГУ в 1990-2000 гг. Некоторое снижение конкурса в 1998 и 1999 гг. вызвано изменением условий приема под давлением министерства образования РФ.

1. Отсутствовала единая научно и методически обоснованная Программа для поступающих в вузы.

2. Отсутствовали отечественные учебные пособия для школьников, которые адекватно отражали бы требования современной высшей школы.

3. Большинство вузов не могли отступить от традиционных, годами сложившихся форм нового приема.

4. Практически отсутствовала связь конкретных вузов с учителями и учащимися средних школ соответствующих регионов.

Ключевым этапом в переломе ситуации стало создание принципиально новой программы для поступающих в российские вузы. Суть новой научно-методической концепции построения учебной программы по химии для поступающих в российские вузы такова, что, во-первых, программа должна состоять из двух принципиальных разделов - теоретического и фактологического и, во-вторых, теоретические положения программы должны показывать взаимосвязь химии с другими науками - это относится практически ко всем положениям, таким как атомно-молекулярная теория и основные законы химии, строение атомов, молекул и вещества, закономерности протекания химических реакций и т.д. Именно такое построение теоретического раздела позволяет школьнику проводить изучение фактологического материала, традиционно относимого к неорганической и органической химии, на заложенной теоретической базе. На основе этой концепции авторский коллектив учебно-методического объединения по химии классических университетов России разработал единую программу по химии, которая охватывает все классические университеты (в стране их более 40) [1]. Эта программа выдвинула серьезные требования к подготовке школьников и потребовала создания качественно новых учебников и учебных пособий.

За последние 5 лет авторский коллектив МГУ подготовил и издал серию учебных пособий, полностью соответствующих концепции и содержанию новых учебных программ. В первую очередь необходимо отметить книги [2, 3], представляющие собой всеобъемлющее и систематическое изложение основ химии, которые необходимо знать каждому поступающему в вузы. Аналогов данным книгам в России не существует. В этих книгах авторы впервые объединили теоретический материал и большое число разнообразных задач по химии. По сути, эти книги представляют собой универсальные пособия, одинаково пригодные как для теоретических занятий, так и для практической подготовки. Эти книги выдержали несколько изданий и в настоящее время являются базовыми для средней школы и довузовского образования.

Новые формы изложения теоретического материала должны сопровождаться задачами, которые позволяют закрепить пройденное. Еще в 1991 г. известный российский математик В.И.Арнольд утверждал: "...чтобы увидеть, чему реально мы учим студентов ..., нужно зафиксировать набор задач, которые они должны уметь решать. Эти списки задач нужно ежегодно публиковать" [4]. Это утверждение, на наш взгляд, полностью справедливо для школьников и абитуриентов. За последние годы авторы статьи проделали большую работу по созданию задач нового типа, которые не требуют от школьника знаний сверх школьной программы, но заставляют его думать и зачастую помогают представить известные тривиальные факты в новом неожиданном свете. Эти задачи были апробированы на вступительных экзаменах. Результаты конкурсного отбора показали эффективность новых методических приемов, использованных в этих задачах. Абсолютно все новые задачи и методические приемы их решения опубликованы [5, 6]. Полная открытость материалов ежегодных вступительных экзаменов позволяет общеобразовательной средней школе видеть ту реальную "планку" требований, которую предъявляет к ней высшая школа.

Наряду с учебно-методическими, важное значение для взаимодействия средней и высшей школ имеют организационные подходы. Впервые в России в 1993 г. на химическом факультете МГУ была реализована новая, нетрадиционная форма приема в высшую школу – система двухступенчатых заочно-очных письменных экзаменов. В последующие годы система заочно-очного приема получила свое развитие в ряде других российских университетов. Накопленный опыт позволяет утверждать, что данная система обеспечивает эффективный прием в вузы талантливых молодых людей, увлеченных наукой. Кроме того, в рамках данной системы создана инфраструктура взаимодействия с периферийными центрами довузовского образования и, как следствие, резко возросло число поступивших школьников из периферийных районов России, а также других стран СНГ.

Повышение качества подготовки абитуриентов, поступающих в университеты, требует новых подходов к преподаванию химии в высшей школе. Для обучения студентов, получивших фундаментальное среднее химическое образование, необходимы новые методы представления учебного материала, которые, с одной стороны, включают современные научные трактовки известных еще в школе понятий, а с другой стороны, показывают новые тенденции и проблемы в науке. Преподавание химии в высшей школе должно быть интересным, направленным на дальнейшее совершенствование естественнонаучного кругозора и сочетающим необходимую глубину фундаментальных теоретических дисциплин с ранней профессиональной ориентацией.

В последние годы мы стали свидетелями стремительного увеличения числа российских вузов, называемых университетами. В подавляющем большинстве случаев это не вновь открытые вузы, а старые учебные заведения, преобразованные в университеты. Старейшие научно-образовательные центры в Москве, Санкт-Петербурге, Казани заложили основы классического химического образования. В настоящее время обучение студентов по специальности "химия" ведется в 44 классических и в 6 технических государственных университетах (см. табл. 1).

Таблица 1. Государственные классические и технические университеты России, в которых открыта специальность "Химия"

Государственные классические университеты

Государственные технические университеты

Главная задача университетов – подготовка таких выпускников, которые, с одной стороны достаточно широко образованы, представляют себе основные направления развития науки и могут самостоятельно выбрать наиболее перспективную для себя область, а с другой стороны хорошо умеют делать что-то конкретное, т.е. являются настоящими специалистами и могут быть востребованы.

Особенности современных систем образования определяются многими факторами, главные из которых – это состояние науки в целом и специфика отдельных областей знания. Современная наука ушла довольно далеко от романтики великих озарений отдельных индивидуумов. Ее сегодняшнее состояние определяют два важных, взаимосвязанных фактора: финансовый и информационный. В настоящее время наука в целом - это хорошо организованная система производства знаний, это - бизнес с развитой инфраструктурой, четким планированием, сформировавшимися денежными потоками и жесткой конкуренцией вокруг этих потоков. Передовая наука делается большими коллективами людей (коллаборациями) под управлением сильных, широко мыслящих администраторов, способных реагировать на потребности общества и умеющих влиять на эти потребности.

В науке уже накоплено колоссальное количество информации, но еще больше скорость производства этой информации. Ежедневно появляются новые научные направления и области исследований. Это совершенно естественно, т.к. информация - главный продукт научной деятельности. Проблема обработки и хранения новой информации успешно решается научным сообществом с помощью компьютеров, однако возможность восприятия этой информации человеческим мозгом сильно ограничена. Чрезмерное разрастание внутренней структуры науки и экспоненциальный рост количества научных направлений приводят к ослаблению внутринаучных связей и появлению большого числа узких специалистов. Научная специальность большинства отдельно взятых людей часто напоминает колею, попасть в которую довольно сложно, а выбраться еще трудней. Это напрямую связано с большим объемом информации, которую нужно усвоить для того, чтобы начать производительно работать в новой для себя области.

В университетском образовании основную роль играют два взаимосвязанных фактора: содержательный и человеческий. В содержательном плане образование – система консервативная, особенно в такой богатой фактами области, как химия. Образование – это не система быстрого реагирования; его содержание не должно оперативно изменяться под влиянием всех новейших достижений науки и технологии, тем более, что оценить реальные социальные и экономические последствия этих достижений можно лишь спустя годы и десятилетия. Вместе с тем, университетское образование готовит людей для науки и поэтому не может быть оторвано от нее. В структуре образования должен быть предусмотрен механизм обратной связи с наукой, при этом механизм должен иметь буферный характер, для того, чтобы новое знание нормально адаптировалось в существующую содержательную систему.

Идеальной является многоуровневая образовательная конструкция, которая включает: общую подготовку в виде набора базовых курсов, специальную подготовку на уровне спецкурсов и узкоспециальную подготовку в виде самостоятельной научной работы. В этой схеме базовые курсы – фундаментальная, т.е. наиболее инертная и медленно изменяющаяся составляющая; а специальные курсы – гибкая надстройка, которая обеспечивает переход от базового образования к специальному.

Важнейшую самостоятельную роль играет человеческий фактор. Хороший университет должен обязательно иметь как классных преподавателей, так и классных ученых. Преподаватель должен научить тому, что уже известно в науке, а ученый - тому, как сделать неизвестное известным. Хороший преподаватель должен объяснять не только и не столько содержание своего предмета, сколько его методологию и образ мышления в нем. По-настоящему хороший преподаватель будет излагать не только чужие мысли и результаты, но и свои собственные, а для этого надо заниматься научной деятельностью. В свою очередь, хороший ученый должен не только получать новые результаты, но и уметь рассказать о них, а для этого надо заниматься преподавательской деятельностью, в частности читать лекции. Один из крупных ученых говорил, что "шарлатаном является всякий, кто не может объяснить, чем он занимается, шестилетнему ребенку". К сожалению, редко бывает так, что два типа деятельности - преподавание и наука -успешно сочетаются в одном человеке. Так, известно, что величайший ученый Джозайя Гиббс читал довольно скучные лекции, на которые ходило всего два человека. Прямо противоположный пример дает другой великий ученый - Лайнус Полинг, который умел необычайно артистично и ярко рассказать о науке не только студентам, но и своим коллегам-химикам.

В любом случае, для людей, которые хотят достичь высокого уровня общения со студентами, существует ряд неукоснительных "правил хорошего тона" [7]. Эти правила как бы очевидны, но они настолько редко излагаются в явном виде, что мы не избежим соблазна сформулировать их в своей редакции:

1) система университетского образования предназначена для студентов, а не для преподавателей, поэтому студент – главный участник образовательного процесса;

2) к студентам надо относиться как к равным себе: с уважением, но без заигрывания; доброжелательно, но не бесхребетно; ответственно, но не педантично;

3) молодые головы очень хорошо соображают очень быстро воспринимают новое, поэтому хороший преподаватель должен иметь десятикратный запас знаний по своему предмету;

4) в химии очень много интересного, поэтому не следует думать, что ваш предмет - это единственная достойная вещь в химии (или даже в конкретном семестре); если вы все же так считаете, то попробуйте убедить в этом студентов, но только не административными методами;

5) наконец, к своей персоне нельзя относиться слишком серьезно: то, что мы можем хоть чем-то заинтересовать студентов, многим из них кажется весьма забавным.

Для студентов тоже существуют свои правила общения, однако здесь мы не будем их касаться.

До сих пор мы говорили об университетском образовании в целом. Теперь мы хотим перейти к специфике химического образования и постараемся ответить на вопрос: что университетское химическое образование должно дать выпускнику? В первую очередь университетское химическое образование должно учитывать, что главное содержание современной химии составляют: 1) реакционная способность химических соединений и динамика химических реакций (теоретическая основа химии); 2) химия процессов жизнедеятельности; 3) химия материалов как решающая часть современных технологий. Подробный анализ состояния химической науки на рубеже веков дан в статье академика А.Л.Бучаченко [8].

Современная образовательная программа должна включать такие новые дисциплины, как компьютерные методы в химии, химическая динамика, молекулярный дизайн, супрамолекулярная химия, медицинская химия. С позиций практических потребностей цивилизации от университета требуются специалисты в области синтеза и комплексного исследования новых химических объектов – наноструктурных и керамических материалов, суперселективных катализаторов, физиологически активных веществ. С точки зрения глобальной перспективы нужны специалисты для решения энергетических проблем (в частности, проблемы преобразования солнечной энергии с помощью создания эффективных химических энергоносителей) и проблем взаимоотношения между человечеством и биосферой.

При разработке главных принципов (содержания, структуры и методологии) университетского химического образования необходимо исходить из того, в какой области будут работать выпускники университета: в науке, технологии или образовании. Университет обязан дать специалисту знания и умения, достаточные для адаптации к работе в любой из этих сфер. Это включает: 1) знание основ всех базовых химических дисциплин: неорганической, органической и физической химии; 2) владение фундаментальными принципами химии; 3) способность к решению конкретных проблем и поиску актуальных направлений исследований.

Ниже мы попытаемся показать, как реализуется система химического образования в Московском и Санкт-Петербургском университетах. С недавнего времени на наших факультетах реализуются две образовательные системы: классическая одноуровневая и новомодная двухуровневая. Заметим, что подавляющее большинство университетов до сих пор считает оптимальной подготовку специалистов-химиков по одноуровневому, 5-летнему учебному плану. О двухуровневой системе скажем лишь несколько слов. Система 4-летней подготовки бакалавров представляется мало перспективной. Идея подготовки магистров не так уж плоха (двухлетнюю подготовку магистров мы ведем по всем 11 магистерским полям, утвержденным министерством образования РФ), но при хорошо развитой системе аспирантур в ведущих университетах страны магистратура вряд ли будет вызывать энтузиазм у наиболее одаренных и подготовленных студентов.

Традиционная одноуровневая система позволяет всем студентам в течение пяти лет получить как широкое, фундаментальное образование, так и навыки исследовательской работы. Эта система достаточно гибкая и позволяет реализовывать одновременно шесть самостоятельных учебных планов (условно говоря, по этим планам готовятся некоторые разновидности химиков-исследователей: теоретики, синтетики и т.д.). Эти учебные планы включают все общие химические дисциплины (их более 20) и специальные дисциплины (более 100). Наши образовательные программы включают сегодня 33 специализации. Реализация этих программ особых трудностей не вызывает: и МГУ, и СПГУ располагают большим числом высококвалифицированных преподавателей.

Несмотря на то, что подготовка большей части наших выпускников, по общему признанию, пока достаточно высока, многие учебные программы требуют серьезного обновления и перераспределения материала между базовыми и специальными учебными курсами. В ведущих университетах России учебные программы заметно устарели, поскольку их основа была заложена около 30 лет назад и с тех пор практически не изменялась. Это касается, в первую очередь, содержания базовых курсов, которые неоправданно раздуты по объему за счет фактического материала. В химии слишком много фактов, которые студент не должен держать в голове, а может извлечь из справочника или из памяти компьютера. Бессмысленно стремиться к полноте знаний в каждой химической дисциплине, поскольку из-за необъятной информации эта цель никогда не может быть достигнута. Недостаточно одного изложения фактов; упор нужно делать на восприятие идей, законов, принципов, концепций и обобщений. Академик А.Н.Несмеянов на лекциях говорил студентам: "Весь фактический материал вы можете найти в учебниках, а задача профессоров Московского университета – научить вас думать".

Кроме того, очень важна последовательность изложения базовых курсов. В настоящее время фундаментальные теоретические области знания, такие как физическая химия и строение молекул излагаются только на старших курсах, тогда как они совершенно необходимы на более ранних стадиях, при изучении неорганической и органической химии.

Подводя итоги, мы можем сформулировать основные условия, которые на наш взгляд должны существовать в современном университете

1) развитая система взаимодействия со средними школами и система адаптации школьников к высшему образованию;

2) мощный состав преподавателей, которые, с одной стороны, способны заниматься научной деятельностью, а с другой стороны, умеют находить общий язык со студентами и разговаривать с ними как с равными себе;

3) гибкая программа обучения, которая обеспечивает фундаментальное базовое образование и в то же время способна отражать достижения современной науки;

4) собственная научная база и собственные научные группы, из которых значительная часть должна работать на мировом уровне;

5) мощная информационно-вычислительная база, включающая системы хранения и обработки информации, базы научных и библиографических данных, суперкомпьютеры для высокопроизводительных расчетов и полиграфические системы.

Литература

1. Лунин В.В., Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Сорокин В.В., Белых З.Д., Корольков Д.В. Программа по химии для поступающих в российские университеты.
Химия в школе, 1995, N 2, с. 76-80.

2. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А.
Химия для школьников старших классов и поступающих в вузы.
М.: Дрофа, 1995, 1997 (2-е изд.), 1999 (3-е изд.).

3. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А.
Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы.
М.: Экзамен, 1997, 1998 (2-е изд.), 2000 (3-е изд.). — 864 с.

4. Арнольд В.И.
Математический тривиум.
Успехи математических наук, 1991, т. 46, № 1, с. 225-236.

5. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В.
2400 задач по химии.
М.: Дрофа, 1999, 560 с.

6. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Чуранов С.С.
Конкурсный экзамен по химии.
МГУ, 1990-1999. – М.: Экзамен, 2000.

7. Friedman H.C.
Fifty-six laws of good teaching
Journal of Chemical Education, 1990, v. 67, № 5, p. 413-414.

8. Бучаченко А.Л.
Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы.
Успехи химии, 1999, т. 68, № 2, с. 99-118.

Сведения об авторах

1) Валерий Васильевич Лунин, доктор химических наук, академик РАН, профессор, декан химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. Научные интересы: физическая химия поверхности, катализ, физика и химия озона.

2) Николай Егорович Кузьменко, доктор физико-математических наук, профессор, зам. декана химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. Научные интересы: количественная молекулярная спектроскопия, внутримолекулярная динамика, аналитическая спектроскопия.

3) Вадим Владимирович Еремин, кандидат физико-математических наук, доцент химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. Научные интересы: квантовая динамика внутримолекулярных процессов, спектроскопия временного разрешения, фемтохимия.

4) Дмитрий Васильевич Корольков, доктор химических наук, профессор, декан химического факультета СПГУ. Научные интересы: теоретическая химия, химия и физика кластеров, координационная химия, электронное строение химических соединений, общая теория химической связи.