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):