CC BY
57
УДК 5.53 ББК 74.48
РЕАЛИЗАЦИЯ ИНТЕГРАТИВНОГО ПОДХОДА В ОБУЧЕНИИ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ В ИДЕОЛОГИИ CDIO
IMPLEMENTATION OF AN INTEGRATIVE APPROACH TO TEACHING SCIENCE IN THE CDIQ IDEOLOGY
Бутакова Светлана Михайловна
Доцент Сибирского федерального университета, кандидат педагогических наук, доцент E-mail: [email protected]
Butakova Svetlana M.
Assistant Professor at Siberian Federal University, PhD in Education, Associate Professor
E-mail: [email protected]
Феськова Елена Васильевна
Доцент Сибирского федерального университета, кандидат педагогических наук, доцент E-mail: [email protected]
Аннотация. Под интеграцией в обучении в статье понимается взаимодействие и взаимопроникновение структурных элементов различных областей знания, методов познания и общенаучных понятий на единой логико-методологической основе с целью раскрытия межпредметных вопросов и проблем. Моделями интеграции в образовании могут быть: курс, объединяющий несколько предметов из одной образовательной программы; объединение учебных предметов из одной образовательной области на базе преимущества одной дисциплины, сохраняющей свою специфику; интегративный курс в рамках вариативной части
Feskova Elena V.
Assistant Professor at Siberian Federal University, PhD in Education, Associate Professor
E-mail: [email protected]
Abstract. The authors of the article regard integration in education as the interaction and interpenetration of the structural elements of different areas of knowledge, methods of cognition and the scientific concepts on a common logical and methodological basis for the purpose of disclosure of cross-curricular issues and concerns. Models of integration in education can be a course that combines several subjects from one educational programme; combination of academic subjects from one educational area on the basis of the advantages of a single discipline that retains its specifics; an integrative course in the elective component
учебного плана, где объединяются предметы из удаленных образовательных областей. При реализации интегрированного обучения знания становятся системными; умения -обобщенными, способствующими комплексному применению знаний, переносу идей и методов из одной науки в другую.
of the curriculum, which combines items from remote educational areas. While implementing integrated education knowledge becomes compound; abilities -generalized, able to promote the all-around application of knowledge, to transfer ideas and methods from one science to another.
Ключевые слова: интегративный подход, интегрированное учебное задание, фрагментарная интеграция, межпредметная интеграция, активные методы обучения.
Keywords: integrative approach, integrated learning task, a fragmented integration, interdisciplinary integration, active learning methods.
Одной из особенностей современной высшей школы является дисциплинарный подход в обучении, который выступает главным фактором, препятствующим построению интегративных связей в образовании. Это одна из актуальных проблем высшей школы, решение которой требует комплексного подхода.
Учебная деятельность, как и всякая деятельность, имеет интегративный характер, поэтому одним из путей повышения качества высшего образования в современных условиях является интегративный подход в обучении. По мнению В. И. Загвязинского, интегративный подход к обучению опирается на идею целостности обучения, выражающую единство целей, содержания, средств, форм и методов обучения [1, с. 53].
Интеграция является сложным междисциплинарным понятием, употребляемым в большей части гуманитарных наук: философия, социология, психология, педагогика и других. Интеграция выступает как одна из основных форм организации содержания образования на основе целостности восприятия обучающимися окружающего мира.
Педагогическая трактовка термина «интеграция» представлена И. Д. Зверевым и В. Н. Максимовой: «Интеграция - процесс и результат создания неразрывно связаного, единого, цельного. В обучении она осуществляется путем слияния в курсе, теме, разделе программы элементов разных дисциплин, слияния научных понятий и методов в общенаучные понятия и методы познания, комплексирования и суммирования основ в раскрытии межпредметных учебных проблем» [2, с. 17].
Схожую точку зрения имеют и другие исследователи (В. В. Давыдов, И. К. Журавлев, Л. Я. Зорина, И. Я. Лернер, М. И. Махмутов, М. Н. Скаткин). М. Н. Берулава, обобщая различные подходы к определению понятия «интеграция», определяет интеграцию как процесс взаимодействия на единой мировоззренческой и логико-методологической основе структурных элементов тех или иных наук, сопровождающийся ростом их унификации и комплексности [3, с. 8]. Возможными моделями интеграции в образовании могут являться: • создание курса, объединяющего несколько предметов из одной образовательной программы, с целью выведения предметного содержания на новый качественный уровень;
• объединение учебных предметов из одной образовательной области на базе преимущества одной дисциплины, сохраняющей свою специфику;
• создание интегративных курсов в рамках вариативной части учебного плана, где объединяются предметы из удаленных образовательных областей.
Основной смысловой дидактической единицей интегративного подхода в обучении являются интегрированные учебные задания. Целесообразность использования в преподавании интегрированных учебных заданий подчеркивается стандартом 7 Всемирной инициативы CDIO (Conceive - Design - Implement - Operate, то есть Задумка - Проект - Реализация - Эксплуатация), определяющим новое видение развития современного инженерного образования. В рамках стандартов CDIO такие задания понимаются как «учебные задания, при выполнении которых осваиваются дисциплинарные знания, а также личностные, межличностные компетенции» [4, c. 9]. Выполнение интегрированных заданий студентами способствует их интеллектуальному и личностному развитию.
Анализ педагогической литературы показал разные трактовки термина «интегрированное учебное задание», которое авторами понимается как:
• специальное учебное задание с элементами междисциплинарной интеграции, при выполнении которых у обучающихся формируются общие и профессиональные компетенции, решаются проблемные ситуации (Е. А. Демина) [5, с. 136];
• учебные задания различных типологий: собственно-предметные, комплексные межпредметные, практико-ориентированные, личностно-ориентированные (О. Г. Роговая) [6, с. 173];
• комплексное задание, синтезирующее методы и виды деятельности по нескольким взаимосвязанным вопросам (П. В. Никитин, Р. И. Горохова, А. И. Мельникова) [7, с. 6].
В данном исследовании под интегрированным учебным заданием будем понимать практико-ориентированное или профессионально-направленное учебное задание с элементами межпредметной интеграции, в процессе выполнения которых получение дисциплинарных знаний происходит одновременно с освоением личностных, межличностных навыков.
Целью интеграции содержания дисциплин, то есть реализации интегративного подхода в обучении, является формирование у студента необходимой цепочки ассоциаций, которые позволяют связать понятия из разных учебных дисциплин в единую логически связанную систему знаний, что будет способствовать формированию их системного мышления. Для создания благоприятных условий реализации интегративного подхода в ходе освоения курса той или иной дисциплины целесообразно на начальном этапе обучения привести практическое решение проблемы и подчеркнуть, что в будущем, изучив теоретические аспекты темы, студенты смогут участвовать в решении сложных проблем самостоятельно.
В современной высшей школе можно выделить такие направления интегративных связей, как внутрипредметная и межпредметная интеграция. Внутрипредметная интеграция, по мнению Ю. И. Дика, является фрагментарной интеграцией, когда только на отдельных этапах учебного занятия используются знания из других научных областей или разделов дисциплины [8, с. 42]. Следующий уровень - межпредметная интеграция, которая синтезирует знания разных наук для раскрытия того или иного вопроса.
Реализуя интегративный подход в обучении, необходимо не только показать области соприкосновения нескольких учебных дисциплин, но и через их органическую реальную связь показать студентам единство естественнонаучной картины мира. Иначе интеграция может превратиться в поверхностную констатацию - пародию на межпредметные связи. Если представить интеграцию как взаимодействие всех ее аспектов, то она может выглядеть следующим образом: взаимопроникновение, взаимодополнение, взаимосочетаемость, взаимозависимость. Педагоги, использующие в своей практике интегративный подход, должны учитывать противоречия сущности познания. Только обобщенные представления об окружающем мире дают возможность адекватно в нем ориентироваться.
Сибирский Федеральный университет с сентября 2014 г. начал подготовку специалистов по нескольким специальностям в рамках международного проекта по реформированию инженерного образования CDIO. В рамках статьи более подробно остановимся на вопросе реализации преподавания дисциплин образовательной программы 22.03.02.11 «Металлургия CDIO» с учетом особенностей интегративного подхода в обучении. Организуя образовательный процесс в вузе по освоению дисциплин естественнонаучного модуля: «Математика», «Физика», «Химия», «Теплофизика», «Физическая химия» в идеологии CDIO в Сибирском федеральном университете, мы опираемся на требования ФГОС ВО и стандартов CDIO.
Характеризуя процесс преподавания ественнонаучных дисциплин в идеологии CDIO для студентов направления «Металлургия», мы можем судить как о внутрипредметной, так и о межпредметной интеграции. При обучении в условиях реализации межпредметной интеграции дисциплин «Математика» и «Физика» преподаватели на занятиях обсуждают со студентами содержание изучаемой темы, акцентируя связь с другими дисциплинами.
Например: рассмотрение математических методов решения систем линейных алгебраических уравнений в первом семестре, которые во втором семестре в рамках дисциплины «Физика» используются при реализации законов Кирхгоффа; изучение математического аппарата интегрального исчисления, который в том же семестре применим при решении физических задач в разделе «Механика».
Однако необходимо, чтобы преподаватели естественнонаучных, общетехнических дисциплин и дисциплин профессионального цикла использовали единую терминологию в трактовке сущности явлений, единое обозначение величин, соблюдали требования, которые предъявляет ГОСТ к графическим изображениям. Систематическое закрепление понятий и навыков на новом предметном материале приводит к формированию у обучающихся компетенций использования ранее полученные знаний в новом контексте.
Главной целью естественнонаучного образования в условиях интеграции является формирование у студента личностных и межличностных компетенций (CDIO Syllabus): инженерное мышление и способность решать задачи (2.1); приобретение знаний (2.2); системное мышление (2.3); критическое мышление (2.4). Формированию таких компетенций способствуют используемые нами в работе технологии: интегрированного обучения, контекстного обучения, формирования критического мышления, проблемные, проектные, игровые. Компетенции формируются в учебной деятельности студентов на основе усвоения базовых знаний, методов и операций дисциплин «Математика», «Физика», «Химия»,
«Физическая химия», «Теплофизика», «ТРИЗ», а также навыков, преобретенных ими в рамках турниров «Инженерный кластер» и «Инженерный старт».
В ходе практических занятий по дисциплине «Математика» преподаватель формулирует задачи из курсов физики, химии, физической химии, металлургических дисциплин, обсуждает со студентами ход их решения с целью повышения мотивации студентов к изучению математического аппарата посредством рассмотрения практико-ориентиро-ванных и профессионально направленных заданий, опираясь на анализ материалов предыдущего этапа деятельности обучающихся на занятии, результатом которой являлся алгоритм решения интегрированных заданий, демонстрирующих различные приложения математического аппарата. Примером такого интегрированного (профессионально-направленного) задания является задача о расчете состава шихты, а также решение пра-ктико-ориентированного задания - задачи из курса физической химии об определении напряжения листовой меди.
Задача 1. Сформулировать математическую задачу, подобрать математический метод для расчета состав шихты плавки Ванюкова (ГМК «Норильский никель») в тоннах, используя данные таблицы о процентном составе поступающей шихты (табл. 1).
Таблица 1
Состав поступающей шихты
Медьсодержащее сырье Медь Никель Железо
Богатая медная руда (рудник «Октябрьский») 18,0% 2,5% 31,0%
Медный концентрат («Норильская обогатительная фабрика») 25,0% 1,2% 28,0%
Пирротиновый концентрат (из отвалов) 0,5% 2,5% 50,0%
Состав шихты, поступающей на плавку 23 т 2 т 32 т
Задача 2. Определить напряжение листовой меди при t = 250 °С, а также температуру при о = 7,54 Н/см2, используя математическую модель линейной зависимости напряжения от температуры, если экспериментальные тесты по определению разрушающего напряжения о листовой меди при различных температурах £ (табл. 2).
Таблица 2
Разрушающее напряжение листовой меди при различных температурах
Разрушающее напряжение 5, Н/см2 8,46 6,63
Температура °С 70 604
Данные задачи студенты решают на итоговых занятиях по изученным разделам дисциплины «Математика» и либо презентуют результаты своей работы публично, либо обсуждают ход решения с преподавателем, отвечая на уточняющие вопросы. Тематика таких занятий связана с проблемой использования аппарата различных математических разделов в прикладных задачах.
Студенты направления «Металлургия» в первом и втором семестре на добровольной основе выполняют проектно-исследовательские задания, презентуют их на научной студенческой конференции или на практических занятиях. Тематика заданий междисциплинарная и практико-ориентированная: «Применение аппарата линейной и векторной алгебры при нахождении стехиометрических коэффициентов»; «Расчет электрических цепей постоянного тока с использованием аппарата линейной алгебры»; «Построение математических моделей физических процессов на примере расчета параметров электротехнических приборов», «Применение геометрического и физического смысла производной при составлении математических моделей процессов, описанных в практико-ориентированных задачах».
В процессе освоения курса «Физика» интегративный подход реализуется в основном на занятиях, завершающих изучение модуля дисциплины. Студентам предлагаются задачи по физике, решение которых требует не только знание законов физики, но и положений математики, физической химии, теплофизики, ТРИЗ и других дисциплин. Так, при определении количества теплоты, требуемого для нагрева и плавления металла, студенты применяют знания физики, теплофизики и математики. В процессе изучения раздела «Механика» дисциплины «Физика» используется математический аппарат векторной алгебры и интегрального исчисления. Решение к поставленным задачам должно быть обоснованным с точки зрения использования аппарата различных дисциплин. С целью объективности оценивания предлагаемых решений на занятия приглашаются преподаватели смежных дисциплин.
Неподдельный интерес вызывают у студентов инженерные задачи, которые носят проблемный характер. Результатом такого решения является механизм, установка или последовательность операций, которые позволяют решить поставленную в задаче проблему. Приведем примеры формулировок таких задач.
Задача 3. При выплавке чугуна в домнах образуется шлак. Шлак, имеющий температуру 1000 °С, сливают в большие ковши и на железнодорожных платформах отвозят на шлакоперерабатывающие установки. При транспортировке на его поверхности образуется и быстро нарастает твердая корка. В результате на шлакоперерабатывающих установках используют только две трети шлака, остальное идет на свалку. Дополнительно нужно освободить ковш от затвердевшего шлака, а потом вывезти этот шлак с территории завода. Расплавлять шлак невыгодно. Что делать?
Задача 4. Дозатор жидкости сделан в виде качалки. В левой части дозатора емкость для жидкости. Когда емкость наполнена, дозатор наклоняется влево и жидкость выливается. При этом левая часть становиться легче, дозатор возвращается в исходное положение. Но выливается не вся жидкость, получается «недолив». Это зависит от многих причин (вязкость жидкости, трение в опорах дозатора и т. д.). Нужно устранить «недолив».
Формулировка физических задач в проблемной постановке способствуют тому, что студенты видят новое в уже известном им учебном материале и соотносят имеющиеся знания по дисциплине с дополнительным объемом информации из других естественнонаучных, общеинженерных и металлургических дисциплин. Решение таких заданий студентами подразумевает поиск взаимосвязей между явлениями и событиями, - это активизирует их мышление, формирует элементы критического и системного мышления обучающихся в ходе изучения естественнонаучных дисциплин.
По мере применения интегративного подхода в обучении встает вопрос об оценке уровня сформированности личностных и межличностных компетенций студентов в рамках освоения ими аппарата естественнонаучных дисциплин студентов и развития способности к выстраиванию межпредметных связей.
Показателями в процессе такой оценки могут являться: умения студентов привлекать понятия и факты из родственных дисциплин для расширения применимости теории по тому или иному предмету; навыки в привлечении изученных научных теорий одной учебной дисциплины для объяснения фактов другой; использование знаний, практических умений и навыков родственных дисциплин для получения новых экспериментальных данных. При осуществлении контроля знаний студентов используются тестовые опаросы, практико-ориентированные и профессионально-направленные задания, задачи в проблемной постановке, творческие задачи, составление обучающимися кратких опорных конспектов.
Подводя итоги, отметим, что повышению качества естественнонаучного фундаментального образования в контексте идеологии CDЮ способствует интегративный подход в обучении, наряду с использованием активных методов обучения преподавателями соответствующих дисциплин при проведении занятий. В результате реализации интегрированного обучения знания становятся системными, умения - обобщенными, способствующими комплексному применению знаний, их синтезу, переносу идей и методов из одной науки в другую, мировоззренческая направленность познавательных интересов студентов усиливается, что способствует формированию личностных и межличностных компетенций студентов, таких как критическое и системное мышление.
Список литературы
1. Загвязинский В. И. Педагогическое творчество учителя. - М.: Педагогика, 1987. -159 с.
2. Зверев И. Д., Максимова В. Н. Межпредметные связи в современной школе. - М.: Педагогика, 1981. - 160 с.
3. Берулава М. Н. Теоретические основы интеграции образования. - М.: Совершенство, 1988. - 192 с.
4. Международный семинар по вопросам инноваций и реформированию инженерного образования «Всемирная инициатива CDЮ»: материалы для участников семинара (пер. С. В. Шикалова) / под ред. Н. М. Золотаревой и А. Ю. Умаро-ва. - М. : Изд. дом МИСиС, 2011. - 60 с.
5. Демина Е. А. Система интегрированных учебных заданий как средство формирования профессиональных компетенций // Человек и образование. - 2015. -№ 1 (42). - С. 135-139.
6. Роговая О. Г. Интегрированные задачи с экологическим содержанием в эколого-педагогическом образовании студентов // Изв. Российского гос. пед. ун-та им. А. И. Герцена. - 2006. - Т. 7, № 17. - С. 171-178.
7. Никитин П. В., Горохова Р. И., Мельникова А. И. К вопросу о формировании предметных компетенций в области информационных технологий будущих учи-
телей информатики // Электронный журнал «Вестник МГОУ». - 2013. - № 4. - URL: http://evestnik-mgou.ru/ru/Artides/Doc/487 (дата обращения: 10.01.2018).
8. Дик Ю. И. Интеграция учебных предметов // Современная педагогика. - 2008. -№ 9. - С. 42-47.
References
1. Zagvyazinskiy V. I. Pedagogicheskoe tvorchestvo uchitelya. Moscow: Pedagogika, 1987. 159 p.
2. Zverev I. D., Maksimova V. N. Mezhpredmetnye svyazi v sovremennoy shkole. Moscow: Pedagogika, 1981. 160 p.
3. Berulava M. N. Teoreticheskie osnovy integratsii obrazovaniya. Moscow: Sovershenstvo, 1988. 192 p.
4. Zolotareva N. M., Umarov A. Yu. (eds.) Mezhdunarodnyy seminar po voprosam innovatsiy i reformirovaniyu inzhenernogo obrazovaniya "Vsemirnaya initsiativa CDIO": materialy dlya uchastnikov seminara (transl. S. V. Shikalov). Moscow: Izd. dom MISiS, 2011. 60 p.
5. Demina E. A. Sistema integrirovannykh uchebnykh zadaniy kak sredstvo formirovani-ya professionalnykh kompetentsiy. Chelovek i obrazovanie. 2015, No. 1 (42), pp. 135-139.
6. Rogovaya O. G. Integrirovannye zadachi s ekologicheskim soderzhaniem v ekologo-pedagogicheskom obrazovanii studentov. Izv. Rossiyskogo gos. ped. un-ta im. A. I. Herzen. 2006, Vol. 7, No. 17, pp. 171-178.
7. Nikitin P. V., Gorokhova R. I., Melnikova A. I. K voprosu o formirovanii predmetnykh kompetentsiy v oblasti informatsionnykh tekhnologiy budushchikh uchiteley infor-matiki. Elektronnyy zhurnal "Vestnik MGOU". 2013, No. 4. Available at: http://evestnik-mgou.ru/ru/Articles/Doc/487 (accessed: 10.01.2018).
8. Dik Yu. I. Integratsiya uchebnykh predmetov. Sovremennaya pedagogika. 2008, No. 9, pp. 42-47.
Интернет-журнал «Проблемы современного образования» 2018, № 2
