Реализация межпредметных связей в процессе изучения естественно-научных и общетехнических дисциплин
Автор: Савельева С.В., Железняк И.Л., Запорощенко Е.В.
Журнал: Инновационное развитие профессионального образования @journal-chirpo
Рубрика: Образовательные технологии: наука и практика
Статья в выпуске: 2 (46), 2025 года.
Бесплатный доступ
Проблема межпредметных связей является объектом внимания и вызывает интерес у педагогов всех уровней образования, о чем свидетельствуют научные работы и публикации. Цель представленной статьи - показать необходимость и возможность реализации межпредметных связей естественно-научных и общетехнических дисциплин в военном вузе. Потребность учета взаимосвязи дисциплин обнаружила себя еще в XVII в., и в современном образовательном контексте эта идея сохраняет актуальность. Авторы статьи полагают, что в системе профессионального образования межпредметные связи учебных дисциплин играют важную роль в обучении и являются эффективным инструментом для формирования профессиональных компетенций и повышения качества подготовки военных специалистов. Материалами изучения выступили избранные педагогические труды ученых-педагогов и статьи из научных журналов, в которых отражаются особенности межпредметных связей и определяется актуальность исследуемой темы. Так, начиная с XVII в. считали, что все должно преподаваться во взаимосвязи; призывали использовать взаимосвязи между изучаемыми предметами как средство содействия правильному восприятию окружающего мира; полагали, что понимание связи между предметами помогает увидеть мир во всем многообразии. Прошлый век и начало настоящего стали актуальными для исследований в области межпредметных связей, поскольку в это время вырабатываются современные подходы и выдвигаются гипотезы о зависимости межпредметных связей от содержания учебной дисциплины и методических приемов. Исследуются межпредметные связи между различными учебными дисциплинами - физикой, математикой, информатикой, электротехникой и электроникой и др. В статье акцентируется внимание на применении информационных технологий, позволяющих быстро обрабатывать большие объемы данных и анализировать полученные результаты. По мнению авторов, объединение таких дисциплин, как электротехника и электроника, метрология и стандартизация, с информатикой повышает эффективность их изучения. Результативными являются методы обучения, направленные на активизацию мыслительной деятельности и требующие применения обобщенных знаний из разных дисциплин. Для дисциплин «Информатика», «Электротехника и электроника» и «Метрология, стандартизация и сертификация» в статье приводятся примеры проблемных заданий, связанных с построением математических моделей электронных устройств и обработкой экспериментальных данных, и их решение с помощью компьютерных технологий.
Межпредметные связи, военный специалист, профессиональное самоопределение, естественно-научный, общетехнический, информатика, электротехника, электроника, метрология, стандартизация, сертификация
Короткий адрес: https://sciup.org/142246030
IDR: 142246030 | УДК: 378.1
Implementation of interdisciplinary connections in the process of studying natural science and general technical disciplines
The problem of interdisciplinary connections is the object of attention and is of interest to teachers of all levels of education, as evidenced by scientific papers and publications. The purpose of the presented article is to show the necessity and possibility of implementing interdisciplinary connections of natural science and general technical disciplines in a military university. The need to take into account the interrelationship of disciplines was revealed back in the 17th century, and in the modern educational context this idea remains relevant. The authors believe that in the system of professional education, interdisciplinary connections of academic disciplines play an important role in training and are an effective tool for the formation of professional competencies and improving the quality of training of military specialists. The materials of the study were selected pedagogical works of scientists and teachers and articles from scientific journals, which reflect the features of interdisciplinary connections and determine the relevance of the topic under study. Thus, starting from the 17th century, it was believed that everything should be taught in interconnection; they called for the use of interrelations between the subjects studied as a means of promoting the correct perception of the world around us; they believed that understanding the connection between subjects helps to see the world in all its diversity. The last century and the beginning of the present have become relevant for research in the field of interdisciplinary connections, since at this time modern approaches are developed and hypotheses are put forward about the dependence of interdisciplinary connections on the content of the academic discipline and methodological techniques. Interdisciplinary connections between various academic disciplines are studied - physics, mathematics, computer science, electrical engineering and electronics, etc. The article focuses on the use of information technologies that allow to quickly process large amounts of data and analyze the results. According to the authors, the combination of such disciplines as electrical engineering and electronics, metrology and standardization with computer science increases the effectiveness of their study. Effective teaching methods are aimed at activating mental activity and requiring the use of generalized knowledge from different disciplines. For the disciplines “Computer Science”, “Electrical Engineering and Electronics” and “Metrology, Standardization and Certification” the article provides examples of problem tasks related to the construction of mathematical models of electronic devices and the processing of experimental data, and their solution using computer technology.
Текст научной статьи Реализация межпредметных связей в процессе изучения естественно-научных и общетехнических дисциплин
В постановлении Правительства Российской Федерации закреплено следующее: «Повышение доступности, эффективности и качества образования в соответствии с реалиями настоящего и вызовами будущего — одно из базовых направлений реализации государственной политики, общая рамка системных преобразований, которые обеспечат решение вопросов социально-экономического развития страны»1.
Соответственно, обеспечение профессионального самоопределения личности курсанта и овладения основами профессионального мастерства является одной из множества задач, решаемых на этапе организации образовательного процесса в военном вузе. При решении данной задачи необходимо формировать понимание решаемых профессиональных задач и связанных с ними профессиональных качеств военного специалиста, а также понимание социальной значимости и потребности общества в данной профессии в современных условиях военного конфликта и внешней политической обстановки.
Подготовка военного специалиста инженерного профиля предполагает изучение большого количества дисциплин, опирающихся на знания наук естественно-научного и общетехнического профиля. В современных учебных программах обучение строится с учетом планируемых результатов освоения учебной дисциплины, которыми на сегодняшнем этапе развития образования являются компетенции. Так, по дисциплинам «Информатика», «Электротехника и электроника», «Метрология, стандартизация и сертификация» формируются следующие компетенции (рис. 1).
Рис. 1. Планируемые результаты освоения естественно-научных и общетехнических дисциплин
Информатика использовать основные законы математических и естественно-научных дисциплин в профессиональной деятельности, в том числе с использованием программных средств (ОПК-10), понимать принципы работы современных информационных технологий и использовать их
Электротехника и электроника осуществлять критический анализ проблемных ситуаций на основе системного подхода, вырабатывать стратегию действий (УК-1), выявлять естественно-научную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и применять соответствующий физико-математический аппарат для их формализации, анализа и выработки решений (ОПК-1)
Метрология, стандартизация и сертификация решать прикладные инженерно-геометрические задачи и оформлять техническую документацию (ОПК-2);
использовать в профессиональной деятельности необходимые методические, регламентирующие и справочные документы, нормативные правовые акты (ОПК-3).
Таким образом, в процессе изучения курса информатики курсанты должны освоить принципы работы современных информационных технологий и программных средств, что позволит им применять полученные знания для решения профессиональных задач, опираясь на знания математических, естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин.
При изучении дисциплины «Электротехника и электроника» курсанты постигают сущность профессиональных проблем с позиции знаний законов и закономерностей физики, которые дополняются знаниями электротехники и электроники, а также умениями рассчитывать и анализировать электрические цепи и электронные устройства.
В ходе образовательного процесса по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» важно обучить курсантов пониманию методов решения прикладных инженерно-геометрических задач, оформлению технической документации, а также использованию в профессиональной деятельности необходимых методических и нормативных материалов.
В современном мире цифровые технологии активно используются в различных научных и технических сферах, в том числе и в образовании. Следовательно, обучаясь в военных вузах, курсанты должны приобретать навыки работы с программным обеспечением на компьютере не только на учебных занятиях по информатике, но и в процессе освоения других естественно- научных, общетехнических и специальных (профессиональных) дисциплин. В условиях же непрерывного развития цифровых технологий актуальным для решения сложных современных проблем становится объединение знаний из разных научных и технических областей. Именно поэтому интерес к изучению взаимосвязей между различными дисциплинами возрастает и открывает новые возможности для обучения курсантов.
В настоящее время, когда информационно-коммуникационные технологии меняются очень быстро, интернет как глобальное медиапространство становится местом, где можно обмениваться знаниями, обучаться, находить необходимую информацию для решения сложных профессиональных задач. В связи с этим изучение естественно-научных и общетехнических дисциплин во взаимосвязи с информатикой приобретает особую актуальность.
Материалы и методы исследования
В процессе подготовки данной статьи были применены теоретические и эмпирические методы исследования, что позволило выявить проблему межпредметных связей в контексте изучения естественно-научных и общетехнических дисциплин.
В рамках научного анализа были изучены публикации, размещенные в рецензируемых научных журналах и педагогических изданиях. На теоретическом уровне основным исследовательским методом стал контент-анализ научной педагогической и психологической литературы, посвященной вопросам междисциплинарного обучения и интеграции знаний. На эмпирическом уровне исследования применялись методы изучения и обобщения педагогического опыта, включающие анализ практической деятельности педагогов и систематизацию полученных данных.
Результаты исследования и их обсуждение
Идея использования межпредметных связей в обучении зародилась с целью отражения единства природы с содержанием учебного материала. По мнению известного педагога XVII в. Я.-А. Коменского, «все, что находится во взаимной связи, должно преподаваться в такой же связи» [1]. И.-Г. Песталоцци в XVIII в. писал о взаимосвязи между изучаемыми предметами как о поддержке правильного восприятия окружающий действительности. В своих трудах он призывал: «приведи в своем сознании все по существу взаимосвязанные между собой предметы в ту именно связь, в которой они действительно находятся в природе» [2]. О необхо- димости преподавания учебных предметов в их взаимосвязи в XIX в. писал педагог И.-Ф. Гер-барт [3], считавший, что увидеть мир вокруг себя во всем многообразии и единстве, а также получить более глубокие знания возможно, если понимать связь между учебными предметами.
Важность и актуальность методологических основ проблемы межпредметных связей в ХХ в. находит свое отражение в трудах отечественных педагогов. Н. А. Лошкарева выделяет три основных периода в истории исследования и практического использования межпредметных связей: первый (1917–1931 гг.) характеризуется интерпретацией проблемы как единства целостности научных знаний и их взаимосвязи с реальностью; второй (1954–1965 гг.) связан с анализом проблемы в узком дидактическом смысле, подчеркнута необходимость согласования содержания учебных дисциплин; третий (с 1966 г.) отличается научным оформлением идеи межпредметных связей, а также их использованием в предметном обучении [4].
Исследования в области межпредметных связей становятся особенно актуальными в начале XXI в. По мнению С. Ф. Андреева и Н. С. Сталович, формирование межпредметных связей «зависит от содержания учебной дисциплины и от используемых методических приемов» [5, с. 235]. Вышеназванные авторы считают, что основными методическими приемами являются: 1) постановка правильных вопросов межпредметного содержания; 2) восстановление и систематизация знаний и умений из других учебных дисциплин. Выполнение заданий и решение задач, интегрирующих материал из нескольких предметных областей, с точки зрения С. Ф. Андреева и Н. С. Сталович, играют важную роль в организации межпредметных связей.
Анализ публикаций в научных журналах показывает, что внимание авторов направлено на различные аспекты формирования, развития межпредметных связей. Изучены, например, проблемы межпредметных связей в формировании учебной мотивации [6]; проектная деятельность как форма реализации межпредметных связей [7]; психолого-педагогические основы как внутрипредметных, так и межпредметных связей [8]; графический метод как способ реализации межпредметной связи [9].
В последние годы усиливается интерес к объединению различных научных областей, таких как математика, информатика и социальные науки, что приводит к формированию новых знаний и технологий. В научных журналах публикуются статьи, близкие по тематике к исследуемой в нашей работе проблеме. Так, изучаются межпредметные связи: физики и электротехники при обучении бакалавров [10]; физики и математики при изучении механики студентами инженерных специальностей [11]; физики и информатики как фактор повышения знаний учащихся [12]; в обучении математическим и информатическим дисциплинам в вузе [13]; математики и информатики в системе подготовки к ЕГЭ [14]; при изучении дисциплин «Физика» и «Электротехника и электроника» в техническом вузе [15].
Интерес к исследованию межпредметных связей математики и информатики с другими науками объясняется тем, что в основе любой естественно-научной или общетехнической дисциплины лежат математические модели. Большинство из них имеют сложную структуру и требуют большого количества времени для решения вручную с помощью бумаги и ручки. Применение информационных технологий позволяет проводить обработку данных, анализировать и делать выводы быстро и без каких-либо затруднений.
Н. В. Буркин считает, что при расчетах задач, имеющих в своей основе как простые, так и сложные математические модели, поможет компьютер: для простых моделей — проверить результат при ручном расчете; для сложных — получить результаты, которые проблематично рассчитать вручную; получать новые результаты, мобильно изменяя параметры модели. Соответственно, за счет сокращения временных затрат, при условии использования цифровых технологий, больше времени остается на детальный анализ результатов и составление подробных выводов и отчетов [16, c. 50].
В большинстве вузов программы изучения дисциплин составлены таким образом, что естественно-научные и общетехнические дисциплины изучаются раздельно, при этом применяются те формы и методы, которые характерны для каждой из них. Но результативность освоения данных дисциплин возрастет, если в процессе выполнения расчетов на лабораторных и практических занятиях у курсантов будет возможность применить средства или программирования, или электронных таблиц. В ВУНЦ ВВС «ВВА» (филиал, г. Челябинск) есть опыт объединения в качестве смежных общетехнических дисциплин «Электротехника и электроника», «Метрология, стандартизация и сертификация» с естественно-научной дисциплиной «Информатика».
Если рассматривать межпредметные связи относительно «какого-либо предмета, то их делят на межпредметные связи „как цель“ (предшествующие) и „как результат“ (перспективные)» [5, с. 234].
В общем случае предшествующие межпредметные связи реализуются другими дисциплинами по отношению к изучаемой. Например, в электротехнике и электронике изучаются понятия «сигнал», «аналоговый сигнал», «цифровой сигнал». В информатике аналоговый сигнал применяется в аудио- и видеосистемах, системах связи; цифровой сигнал — для кодирования данных, цифровой обработки изображений и звуковой информации. Поэтому естественно-научная дисциплина «Информатика» может стать предшествующей для общетехнической дисциплины «Электротехника и электроника». Рассмотрим другой пример. Одна из целей дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация» — изучение стандартов, т. е. нормативных технических документов, устанавливающих нормы, правила, требования к объекту стандартизации. В информатике объектами стандартизации являются информационные системы, данные, алгоритмы, программы, методы и технологии сбора, накопления, анализа, обработки и выдачи информации. Следовательно, естественно-научная дисциплина «Информатика» может стать предшествующей для общетехнической дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация».
В дисциплине «Информатика» перспективные межпредметные связи необходимы для обеспечения преподавания другого предмета. Знания, умения и навыки, позволяющие строить и анализировать математические модели (например, в электротехнике и электронике для расчета и исследования электрических цепей, в метрологии, стандартизации и сертификации для обработки измерений), способствуют более глубокому изучению самой дисциплины «Информатика».
Итак, с одной стороны, дисциплина «Информатика» предоставляет знания, умения, навыки для решения сложных предметных задач по общетехническим дисциплинам, с другой — обе дисциплины, используя математические модели, предоставляют материалы собственных наук для изучения дисциплины «Информатика».
Эффективны методы установления межпредметных связей, направленные на активизацию мыслительной деятельности. Для этого разрабатываются проблемные ситуации и вопросы в форме познавательной задачи, основанные на интеграции учебного материала разных дисциплин и требующие применения обобщенных знаний, что побуждает курсантов к выдвижению гипотез и их аргументированному обоснованию.
Для демонстрации межпредметных связей дисциплин «Информатика» и «Электротехника и электроника» приведем примеры заданий (рис. 2, 3).
Задание 1. При расчете усилителя (УПЧ — усилитель промежуточной частоты) радиолокационной станции (РЛС) необходимо постро- ить его амплитудно-частотную характеристику
(АЧХ). Для построения задаются значения промежуточной частоты, например, fm = 7 МГц (мегагерц) и Q’э добротности колебательного контура усилителя, например, Q ’э = 3, а также используется теоретическая формула для нор- мированного коэффициента усиления yf):
