Использование в инженерном проектировании межпредметных связей как отражения процессов интеграции и дифференциации в науке

Современный этап развития наук характеризуется двунаправленным процессом их дифференциации и интеграции. Формируя у школьников основные навыки инженерного проектирования, необходимо учитывать междисциплинарный характер этого процесса. Инженерное проектирование играет интегрирующую, системообразующую роль по отношению к различным областям человеческой деятельности, и к учебным предметам, как отражению этой деятельности.

Для правильного проектирования системы связей между учебными предметами и использования этой системы с целью формирования основ инженерного проектирования у старшеклассников, необходимо понимать, чем обусловлена необходимость их введения в учебный процесс, как они связанны с соответствующими областями науки и как эти области связанны между собой. Согласно [13] межпредметные связи раскрывают современные тенденции развития науки, и актуальность их реализации в обучении обусловлена современным уровнем научного развития. Далее будет показано, что межпредметные связи являются отражением в образовании процессов научного развития.

На протяжении всей истории своего развития наука находится под воздействием двух противоположных тенденций – дифференциации единой науки на области знания и интеграции их между собой.

Процесс дифференциации нашел свое отражение в разделении целостного учебного процесса на циклы (естественнонаучный, гуманитарный и др.) и, далее, на учебные предметы. В основе дифференциации науки лежит объективная разграниченность тех аспектов явления, которые выступают объектами научного познания. Большое значение имеет и тот факт, что специализация в сфере научной деятельности, как и в сфере образования, способствует более эффективному достижению результата, экономии сил, средств и времени. Одновременно с этим дифференциация науки порождает сужение кругозора ученых, утрату ими ориентации в других областях знания. Эта негативная тенденция находит свое отражение в разделении учащихся на “гуманитариев” и “технарей”, почти агрессивно отрицающих противоположное направление.

Процессы дифференциации науки находятся в диалектическом единстве с процессами её интеграции. Уже в античные времена сформировалась философия, объединившая существующее знание. В основе процессов интеграции лежит единство материального мира [15], общность как основных свойств материи, так и законов ее развития на разных структурных уровнях её организации.

Однако, начавшиеся почти одновременно, эти процессы протекали по-разному. Дифференциация наук шла относительно равномерно на протяжении всей истории развития человечества, преобладая в течение значительного периода времени над интегративными процессами. Новые науки рождались из потребностей повседневной жизни (геометрия, медицина), промышленности (термодинамика) или являлись развитием искусств и ремесел (литературоведение, металлургия). Однако с конца XIX века процессы интеграции наук резко усилились. Важнейшим фактором, стимулирующим как процессы дифференциации, так и, в ещё большей степени, интеграции, является научно техническая революция и ее развитие, выразившееся в переходе к постиндустриальному (информационному) обществу. В соответствии с работой [1], выделим три основных варианта синтеза знаний в науке: 1) внутридисциплинарный синтез, проходящий в рамках одной дисциплины, 2) междисциплинарный синтез в пределах ряда дисциплин, входящих в единый комплекс наук, например, естествознание или технические науки, 3) полидисциплинарный синтез, объединяющий знания многих областей, существенно различных по своей предметной характеристике. Следует отметить, что в процессе исторического развития науки на фоне явного преобладания внутридисциплинарного синтеза постепенно усиливается влияние междисциплинарного, а в последнем столетии и полидисциплинарного синтеза. В образовании это находит свое отражение в том, какие акценты ставятся в основу построения межпредметных связей в различные исторические периоды. Еще в начале XIX века Гегель, будучи директором гимназии, замечал (цитировано по [11]): “…деятельность духа может упражняться на любом материале”. То есть, не отрицая необходимости построения целостной системы образования, не считал ее необходимой. В первой половине двадцатого века уже идет разговор о преподавании единой системы наук о природе, о политехнизме и, даже, о его связи с общественными науками: “Политехнизм не есть какой-то особый предмет преподавания, он должен пропитывать собой все дисциплины, отразится на подборе материала и в физике, и в химии, и в естествознании, и в обществоведении. Нужна взаимная увязка этих дисциплин и увязка их с практической деятельностью…” (Н.К. Крупская, цитировано по [13]). В настоящее время все большее внимание уделяется связям учебных дисциплин различных циклов – как на уровне фактов, так и на более глубоком уровне использования аналогий, методов, языка.

Рассмотрим теперь основные направления интеграции научного знания и их отражение в образовательном процессе.

1. Перенос идей и представлений из одной области в другую (понятия состояния, движения, системы, принципы симметрии, подобия и сохранения). Это направление довольно широко используется в педагогической практике [1]. К нему можно отнести и применение единых методов, например законов сохранения, в различных областях физики, единых подходов при анализе исторических формаций или литературных текстов.
2. Эффективное использование понятийного аппарата, метода и других познавательных средств одних областей науки другими. В отличие от первого направления, здесь подразумевается обогащение различных отраслей знаний способами их получения и отражения в образовательном процессе практически не имеет, за исключением крайне близких учебных предметов одного цикла. В качестве примера можно привести применение идей симметрии в математике и физике для доказательства утверждений. Вместе с тем, умение применять методы одной науки в предметной области другой крайне важно для развития креативности, логического мышления и познавательного потенциала учащихся. Так, принцип симметрии позволяет анализировать физические задачи, биологичские объекты [14], художественные произведения и литературные тексты, сближая, тем самым, предметные области и делая их доступными учащимся с различным типом мышления.
3. Формирование комплексных междисциплинарных проблем и направлений исследований. Это направление интеграции знаний в значительной мере связано с возникновением серьезных региональных и глобальных проблем. Поскольку эти проблемы находят свое отражение в учебных курсах, отражено в них и данное направление интеграции знания. Однако, только согласованный подход учителей – предметников позволит сформировать у учащихся с одной стороны правильное представление о проблеме, решить которую можно только путем применения знаний многих наук, с другой – умение применять эти знания для решения проблем, разумеется, не обязательно глобальных. Одним из мощных средств развития таких умений является, на наш взгляд, метод проектов.
4. Формирование новых научных дисциплин пограничного типа на стыках ранее известных наук (биохимия, биофизика и физическая химия). Наибольшее отражение в образовательном процессе получило именно направление формирования пограничных наук [3,5,9] и наук, относящихся к различным предметным областям [7]. Большинство публикаций, касающихся развития межпредметных связей, посвящено именно этим вопросам. Сюда же можно отнести и появление новых курсов, таких, как, например, концепции современного естествознания и др.
5. Сближение наук, различающихся своими предметными областями, усиление взаимодействия естественных, общественных и технических наук (математическая лингвистика, политическая география, историческая метрология [12]). Это направление находит свое отражение, в основном, на уровне сообщения фактов.
6. Сближение научных дисциплин различных типов – фундаментальных и прикладных, эмпирических и теоретических, сильноформализованых и описательных (синергетика, техническая эстетика, педагогическая кибернетика). Это направление интеграции, на наш взгляд, практически не нашло своего отражения в образовательном процессе, если не считать учебного предмета “черчение” как синтеза фундаментального и технического направлений. Другим примером может служить работа [8].
7. Универсализация средств языка в науке (формирования тезауруса - системы понятий и ассоциаций, единой для большей части научного знания, развитие математики как универсального языка науки, создание формальных языков). Одним из первых внимание к проблеме общего языка в науке привлек Чарльз П. Сноу в своем эссе “Две культуры”. По мере того, как ученые разных направлений все более утрачивают способность понимать друг друга, усиливается тенденция к восстановлению взаимопонимания. В первую очередь здесь следует говорить о математизации наук и о математике как языке многих, если не большинства современных научных дисциплин. Любое включение математики в межпредметную связь с другими предметами способствует этой тенденции. Другое направление в развитии средств межнаучного языка – терминология одной науки, как правило, более “старой”, применяемая другой в том же, или близком смысле. Так, например, термин “локация” одинаково понимается учителем физики при рассмотрении радиолокаторов, учителем биологии при рассмотрении способа ориентации летучих мышей и учителем физической географии при объяснении способов изучения морского дна. Более того, этот термин описывает одно и тоже явление, изучаемое различными научными дисциплинами. Такой подход нашел свое отражение как в уроках, проводимых несколькими учителями, так и в межпредметных задачах по физике и математике, значительно реже – по другим предметам.

Подчеркнем, что процессы интеграции и дифференциации наук нельзя рассматривать по отдельности. Это единый, динамический процесс. Действительно, наряду с интеграцией научного знания происходит формирование новых научных дисциплин, которые возникают теперь на стыке различных областей – таких как пограничная биофизика, объединившие более удаленные области бионика и математическая лингвистика и, например, кибернетика, синергетика или теория систем, включившие в себя различные области знания и “обслуживающие” различные области человеческой деятельности. Проведем аналогию с развитием человеческого организма – в результате процессов дифференциации из одной яйцеклетки образуются различные части организма, но функционировать они могут только вместе, образуя связанную систему. Не дифференцированное образование не может дать достаточного уровня знаний в приемлемое время. Формируя у учащихся картину мира, школьные предметы создают своего рода опорные столбы, на которые должна быть наброшена сеть связей, и чем она гуще, тем более адекватно будет отражена эта картина.

Таким образом, можно сформулировать следующие утверждения: во-первых, процессы интеграции и дифференциации диалектически взаимосвязаны и протекают на протяжении всей истории развития наук; во-вторых, активизация этих процессов является следствием научно-технической революции, и, одновременно, они сами активно влияют на развитие научного прогресса; в-третьих, эти процессы имеют свое отражение в образовании в виде расчленения учебного процесса на предметы с одной стороны и межпредметных связей между ними с другой; в-четвертых, правильный учет интегро-дифференциальных процессов в науке и полноценное их отражение в процессе образовательном позволит проводить систематическое, высокоструктурированное изучение основ наук с одновременным созданием у учащихся прочной сети связей между элементами знания. Путь к этому лежит через формирование содержания образования [4], а спектр методов практически не ограничен.

Одним из путей формирования у школьников высокоструктурированного политехнического мышления, дающего возможность использовать знания в междисциплинарных исследованиях, является формирование у обучающихся основ инженерного проектирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Н.Н. Барабанов. Один из способов укрепления межпредметных связей “Механика-оптика”//Физика в школе, №4, 2002.
2. В.С. Готт, Э.П. Семенюк, А.Д. Урсул. Категории современной науки. М.: Мысль, 1984.
3. В.А. Далингер. О некоторых приемах реализации связей “математика-физика”. ”//Физика в школе, №3, 2003.
4. В.И. Загвязинский Теория обучения: Современная интерпритация М.: Академия, 2001.
5. И.Б. Коваленко. Организация исследовательской деятельности учащихся на базе межпредметной связи физики и астрономии. //Физика в школе, №6, 2003.
6. Г.А. Ларина. Поэзия на уроках астрономии.// Физика в школе, №3, 2002.
7. Н.В. Лифанова. Все о колоколах и колокольных звонах// Физика в школе, №3, 2002.
8. М.К. Мухлибаев. “Экологическая связь” уроков физики и технологии. //Физика в школе, №4, 2003.
9. М.В. Николаева. Урок по физике и химии в V классе “Тайны маминой кухни”.//Физика в школе, №6, 2003.
10. Е.Б. Петрова, Н.С. Пурышева. Физика в биологии и медицине.// Физика в школе, №2, 2006.
11. Проблемы социалистической педагогики. Материалы I научной конференции ученых–педагогов социалистических стран. М.: Педагогика, 1973.
12. А.П. Пронштейн, В.Я. Кияшко Вспомогательные исторические дисциплины. М.: Просвещение, 1973.
13. Современный словарь по педагогике / Сост. Рапацевич Е.С. Минск, Современное слово, 2001.
14. Тарасов Л.В. Симметрия в окружающем мире. М.: “Оникс 21 век”, Мир и “Образование”, 2005.
15. Теория и методика обучения физике в школе: Общие вопросы. Под ред. С.Е. Каменецкого и Н.С. Пурышевой. М.: Академия, 2000.
16. В.Н. Третьяков. Веер-панорама “Вопросы физиков к историческим фактам и событиям”. // Физика в школе, №1, 2003.