Организация междисциплинарных связей предметных блоков «Физика» и «Информатика» с позиции информационного пространства как один из путей повышения качества образования

The author examines the possibility to raise the quality of education for students of pedagogical professions which is founded on the connections between the disciplines. The conception of object information area is given. The author also analyses the reflection of interdisciplinary relationships onto the theory of multitude with visual graphic interpretation. The concrete measures of raising the quality of mastering the interdisciplinary relationships for students of pedagogical professions are pointed.

The keywords: interdisciplinary relationships, object information area, quality of education.

Одним из наиболее значимых показателей качества результатов в условиях высшего профессионального образования является становление у студентов целостного научного мировоззрения, а также представления о мире и месте человека в нём. Основу научного мировоззрения составляет естественнонаучная картина мира, которая является результатом интеграции знаний физики, химии, биологии, информатики и других наук [3].

Особая роль в организации связей дисциплин естественнонаучного цикла отводится формируемому у студентов в процессе образования информационному пространству, включающего в себя как знания (по сути, информацию), так и умения их получать, хра нить и синтезировать новые на основе уже имеющихся (методология информационных процессов). Особенность обучения в педагогическом вузе заключается в формировании у студентов умения передавать информацию и сопровождать учащегося в его информационном пространстве по индивидуальной образовательной траектории.

Проблема выявления и использования междисциплинарных связей (МДС) в высшей школе носит комплексный характер. Для ее решения необходимо объединение усилий ученых-педагогов и преподавателей-практиков, творчески развивающих дидактические основы обучения.

МДС следует рассматривать как отраже ние в учебном процессе межнаучных связей, составляющих одну из характерных черт современного научного познания. Объективная и историческая закономерности связей между различными науками исходят из общего объекта изучения - природы, с одной стороны, а с другой стороны, все современные естественные науки проистекают из средневековой натурфилософии.

Как подсистема образования МДС вполне удовлетворяет структуре ценностей образования, т. е. обладает системными свойствами: полезности, привлекательности, информативности и упорядоченности [5].

Определим роль педагогического взаимодействия преподавателя и студента в организации МДС. Это взаимодействие может происходить в двух плоскостях: либо в процессе трансляции передаваемой от преподавателя к студенту информации, либо при сопровождении преподавателем каждого студента в информационном пространстве по индивидуальной образовательной траектории. В первом случае МДС вычленяются и подчеркиваются преподавателем, а во втором - студенты должны выделить и освоить эти связи под руководством преподавателя. Оба метода имеют достоинства и недостатки при решении задачи повышения качества образовательного процесса и активно дополняют друг друга, поэтому должны использоваться на различных этапах обучения.

За основу определения пространства примем определение античных философов: пространство как нечто, вмещающее в себя все сущее.

Система - это сложный объект, состоящий из взаимодействующих частей (подсистем), причем отсутствие любой из частей неизбежно приводит к нарушениям целостности и функционирования, а простое (аддитивное) суммирование подсистем не приводит к образованию системы. С точки зрения теории графов, система может представлять собой граф, вершины которого являются подсистемами, а ребра - связями между подсистемами.

Процесс - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих видов деятельности, преобразующих входы и выходы. Образовательные процессы характеризуются единством обучения и воспитания и приводят к созданию образовательной продукции (на входе - абитуриенты, на выходе - специалисты, бакалавры или магистры).

Деятельность - осознанная активность индивидуума, направленная на достижение цели.

Цель - есть образ желаемого результата. Цели характеризуются высокой степенью субъективности.

Информация - это разъяснение, уменьшающее степень нашего незнания об объекте. Информация (I) тесно связана с понятием энтропии (Н), меры хаоса, неопределенности [4]. Связь их устанавливается формулой I = Н1 - Н2, где Н1 и Н2 - соответственно, начальное и достигнутое состояния энтропии.

Энтропия есть функция состояния системы, в то время как информация служит функцией описывающей процессы передачи информации (информационные процессы, к ним относятся также получение, хранение и накопление). Если после прохождения информационного процесса энтропия системы не изменилась (Н1 = Н2), то полученная системой информация равна нулю (это самый неблагоприятный исход в применении к образовательному процессу). Если следствием прохождения информационного процесса явилось уменьшение энтропии до нуля (Н2 = 0), соответственно

• 1    = Н1, то происходит получение «полной» информации (это идеальный вариант исхода образовательного процесса). Идеальным вариантам прохождения информационных процессов мешают шумы или помехи.

Информационное пространство (ИП) объекта - это множество всей известной информации о данном объекте. Информационное пространство объективно.

Информационное пространство приобретает особую роль в связи с развитием INTERNET-технологий, а также переводом книг и учебных пособий в электронный вид. В этом смысле электронные носители отлично дополняют бумажные (хотя полностью и не заменяют их).

ИП обладает свойствами структурности и целостности, а значит является системой. Структура ИП включает в себя идентификацию (дефиниция, определение) объекта, информацию о производстве и применении объекта и т. д. В случае, если сведения об объекте разрозненные, то информационное пространство терпит разрыв в точках неопределенности (в применении к образовательному учреждению такая ситуация соответствует бессистемному знанию, получаемому в ходе неверно организованного образовательного процесса).

Кроме того, учитывая, что информация об

Теория и методика профессионального образования объекте есть величина аддитивная (накапливаемая), то размеры информационного пространства, по крайней мере, не уменьшаются. Поэтому прогресс в получении информации бесконечен, как и сама информация, содержащаяся в объекте [1].

Поскольку человек - существо с ограниченными возможностями восприятия, его информационные каналы обладают конечной пропускной способностью, следовательно, информация, которую он может получить о каком-либо объекте, также конечна по величине. Отсюда следует объективная необходимость структурировать информационное пространство и вводить дихотомические и трихотомические градации.

Из теории информации известно, что максимальное количество информации можно закодировать, если число равновероятных градаций равно основанию натурального логарифма, равного примерно 2,7, что находится. в числовом интервале между 2 (дихотомия) и 3 (трихотомия) [2]. Реально структурность может быть более сложной, поскольку градации обычно не равновероятны.

Итак, в идеале студент под руководством преподавателя на выходе из образовательного процесса должен продемонстрировать полное освоение информационного пространства изученных дисциплин и свободно ориентироваться в нем. Только в этом случае выпускается компетентный специалист (бакалавр или магистр).

В трактовке информационного пространства МДС приобретают особенную прозрачность. В тех случаях, когда мы анализируем один и тот же объект с позиций различных дисциплин (со своими специфическими методами и понятийным аппаратом), то получаем объединение двух информационных подпространств подобно объединению подмножеств в математике. В этом случае информация, добытая средствами одной науки, дополняется информацией от другой науки, и такое сотрудничество крайне полезно, поскольку в результате выигрывают все.

Если объект изучается двумя дисциплинами со схожими методологиями и понятийным аппаратом, то происходит пересечение двух информационных подпространств. Именно в области пересечения двух подмножеств активно проявляются МДС. Поскольку информация из области пересечения может встретиться при изучении как одной дисциплины, так и другой, то на данном этапе освоения информационного пространства студен тами можно оптимизировать образовательный процесс во времени.

В любом случае, гностический процесс студента протекает успешнее при условии сопровождения его преподавателем. Именно преподаватель задает вектор, направляющий движение студента по индивидуальной образовательной траектории в информационном пространстве.

Выявление МДС в образовательном процессе так или иначе сводится к решению задачи о нахождении множества понятий, законов, методов наук, являющихся пересечением информационных подпространств этих дисциплин.

Согласно стандарту ГОСТ Р ИСО 90002001 под качеством будем понимать степень соответствия присущих объекту характеристик требованиям к нему. Так как характеристики требований законодательно регламентированы образовательными стандартами, то успешность образовательного процесса будет зависеть от соответствия характеристик выходящей образовательной продукции критериям качества, задаваемым преподавателем (или принятым в образовательном учреждении). В этом смысле успешность носит субъективный характер. С другой стороны, невозможно предложить полную систему критериев качества образования, которая базировалась бы только либо на объективном, либо на субъективном подходах (принцип дополнительности Н. Бора).

На профессорско-преподавательский состав кафедр в данном случае возлагается ответственность за разработку и внедрение собственных индикаторов качества образовательного процесса.

Особенность организации МДС предметных блоков «Физика» и «Информатика» на соответствующей специальности педагогического вуза состоит в том, что курс «Информатика» начинают читать с первого семестра, а курс общей и экспериментальной физики («Механика») - только со второго. За счет введения корректирующего курса «Элементарная физика» в первом семестре понятийный аппарат обоих блоков студенты к концу первого года осваивают на уровне, необходимом для дальнейшего обучения.

Информатика как дисциплина может использовать для демонстрации своих возможностей информацию, полученную любой наукой, поэтому некоторые дисциплины из блока «Информатика» можно наполнять физическим содержанием. В этот блок входят: «Информатика» и «Программное обеспечение ЭВМ» (1-й, 2-й семестры), «Практикум реше- ния задач на ЭВМ» (3-й, 4-й семестр), «Компьютерное моделирование» (8-й семестр).

В качестве ведущего метода работы со студентами первого и второго курсов предлагается метод проектов. На первом занятии разъясняется суть метода проектирования, ставится цель, намечаются задачи и конкретные меры по преодолению проблем на пути достижения целей. Далее каждое занятие будет посвящено определенному преподавателем проекту.

При изучении пакетов математических программ (MathCad) студентам предлагается решить задачу о движении тела в вязкой жидкости («Процедура Odesolve») и ряд других чисто физических задач.

При освоении дисциплины «Практикум решения задач на ЭВМ» студенты выполняют проекты по решению задач:

• •    о скатывании тел разной формы без проскальзывания с наклонной плоскости;

• •    о движении трех черепах;

• •    о колебаниях математического маятника в гармоническом и ангармоническом режимах и др.

Во время занятий по дисциплине «Компьютерное моделирование» студенты четвертого курса решают следующие задачи с физическим содержанием:

• •    об остывании кофе;

• •    о падении тел;

• •    о движении тела, брошенного под углом к горизонту;

• •    о движении планет (законы Кеплера);

• •    о механических колебаниях;

• •    о колебаниях в идеальном и неидеальном контурах, резонансе,

а также интерференционные и дифракционные задачи волновой оптики.

При изучении дисциплин физического блока особо следует выделить спецкурс по теме «Молекулярный дизайн», который проводится с привлечением программных комплексов, используемых для определения оптимизированной геометрии молекул (длин связей, валентных и двугранных углов выхода связей и т. д.), квантово-химических величин (электрооптических параметров, энергии связи молекулы и пр.), а также визуализации внутримолекулярных движений.

По всем вышеописанным дисциплинам составлены и внедрены тесты как форма промежуточного внутреннего контроля и допуска к экзамену. Тесты построены таким образом, что позволяют оценивать качество освоения студентами междисциплинарных связей. Успешное прохождение тестового контроля не отменяет обязательного экзамена. Мониторинг освоения дисциплин и входящих в них дидактических единиц происходит не только в конце семестра (зачетная неделя, сессия), но и в течение всего семестра (метод проектов, контрольные работы, промежуточный тестовый контроль). По результатам этого мониторинга делают вывод о качестве образовательного процесса и росте уровня осведомленности студента на выходе из этого процесса.

В заключение приведем ряд обобщающих замечаний:

• 1)    систему МДС для образовательного процесса можно построить на основании формирования информационного пространства;

• 2)    МДС эквивалентны пересечению информационных подпространств различных дисциплин;

• 3)    необходимо использовать МДС для формирования индивидуальной образовательной траектории студентов в информационном пространстве;

• 4)    МДС позволяют оптимизировать временные ресурсы образовательного процесса и таким образом повышать качество высшего образования;

• 5)    освоение студентами МДС является одним из критериев качества их образования;

• 6)    для эффективного внедрения МДС различных дисциплин необходим непрерывный мониторинг качества образовательного процесса.