Інтеграція знань з природничо-математичних і спеціальних дисциплін у професійній підготовці учителя трудового навчання

Коломієць Д.І. Інтеграція знань з природничо-математичних і спеціальних дисциплін у професійній підготовці учителя трудового навчання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.04. - теорія і методика професійної освіти. - Інститут педагогіки і психології професійної освіти АПН України, Київ, 2001.

У дисертації досліджено проблему інтеграції знань з природничо-математичних та спеціальних дисциплін у професійній підготовці вчителя трудового навчання. Розглянуто інтеграцію знань на трьох її рівнях. Перший рівень - міжпредметні зв'язки, другий - синтез різнопредметних знань на базі однієї кооперуючої дисципліни, третій - інтегровані курси.

У роботі показано шляхи впровадження в підготовку вчителя трудового навчання всіх трьох видів інтеграції. Пропонується кооперуючою дисципліною для здійснення синтезу знань обрати практикум у навчальних майстернях. Визначено основні шляхи інтеграції знань: розв'язування міжпредметних задач і засвоєння виконання комплексних завдань; проведення навчально - комплексних спостережень; організація олімпіад і конкурсів.

Розглянуто методичні аспекти проблеми інтеграції знань. З метою підготовки вчителів трудового навчання до здійснення міжпредметних зв'язків у школі пропонується написання курсових та дипломних робіт з проблем інтеграції. Всі рекомендації щодо інтеграції знань висвітлені з врахуванням методики її впровадження в школі.

Положення щодо формування змісту природничо-математичних та спеціальних дисциплін на основі інтеграції компонентів навчального матеріалу як дидактичного еквіваленту взаємозв'язків природничих і технічних наук, форми і методи інтегрування знань з природничо-математичних і спеціальних дисциплін при підготовці вчителя трудового навчання.

У вступі обгрунтовано актуальність обраної теми, визначено об'єкт, предмет і мету дослідження, його гіпотезу та основні завдання, методи та етапи дослідження, розкрито методологічні та теоретичні основи, наукову новизну, дана оцінка практичного та теоретичного значення проведеного дисертаційного дослідження, сформульовані основні положення, що виносяться на захист.

Перший розділ дисертації - “Проблема інтеграції знань у педагогічній теорії та практиці роботи навчальних закладів” - присвячено розгляду методологічних основ інтеграції знань та проблемам впровадження її у навчально-виховний процес вищих навчальних закладів. Серед питань, що висвітлюються у цьому розділі, назвемо такі: взаємозв'язок суспільних, природничих і технічних наук як передумова інтеграції змісту освіти; проблеми підготовки вчителя трудового навчання у руслі сучасних запитів науки та виробництва.

У загальнонауковій, філософській, психологічній і педагогічній літературі зустрічаються різні означення інтеграції, що пояснюється проникненням інтеграційних процесів не тільки в науку, а й в усі сфери людської діяльності. На нашу думку, такому багатоаспектному явищу, як інтеграція, слід давати дескриптивне означення, тобто у кожному конкретному випадку описувати сукупність суттєвих ознак інтеграції, її властивостей та характеристик.

Предметна система навчання у вищій школі забезпечує студентів певним рівнем сучасних наукових знань, що необхідні для підготовки молодих спеціалістів. Проте, предметне навчання має деяку дидактичну обмеженість, оскільки кожний предмет розглядає факти і явища реального світу дещо однобічно, з своєю метою і з своїх позицій. Таке однобічне вивчення матеріалу у вузьких рамках окремих навчальних предметів може привести до формування в студентів неправильних уявлень про наявність ізольованих сторін та властивостей предметів і явищ, до вироблення звички розглядати предмети і процеси природи відокремлено, поза їх зв'язками.

Процес утворення асоціацій, що є психологічною основою ефективного засвоєння нових знань, відбувається більш успішно при взаємопов'язаному навчанні. Тому, на нашу думку, для формування систематизованих знань важливо навчити студентів не тільки здобувати знання, а й застосовувати раніше засвоєні при вивченні інших предметів. Це досягається такою організацією навчального процесу, при якій він здійснюється із застосуванням дидактичної інтеграції знань.

На сучасному етапі розглядають три рівні інтеграції, кожний з яких має свою логічну структуру, яка складається з базису (кооперуючої дисципліни), завдання (проблеми базової дисципліни), знаряддя (теоретичного та технічного інструментарію базової та суміжних дисциплін).

Першим рівнем інтеграції є інтеграційні взаємодії на рівні редукції. Такі взаємодії між дисциплінами здійснюються у формі МПЗ.

У педагогічній науці міжпредметні зв'язки розглядаються як міжнаукові зв'язки; як умова, що забезпечує послідовне відображення в змісті предметів об'єктивних взаємодій, які мають місце в природі; як умова виховуючого та розвиваючого навчання; як принцип навчання і т.д. Міжпредметні зв'язки розглядалися в різних аспектах - філософському, психологічному, загально-педагогічному та інших, що породило різноманітні підходи до їх класифікації.

Під МПЗ сьогодні розуміють систему відношень між знаннями, уміннями та навичками, які формуються в результаті послідовного відображення в засобах, методах та змісті навчальних дисциплін тих об'єктивних зв'язків, що існують в реальному світі, тобто в широкому розумінні слова, МПЗ - це педагогічний еквівалент дидактичних зв'язків, які реалізуються в навчальному процесі.

Другий рівень дидактичної інтеграції - це синтез взаємодіючих наук на основі деякої базової дисципліни. При цьому мова не йде про механічне злиття інформації взаємодіючих дисциплін чи про поглинання одного предмета іншим. Мається на увазі так званий внутрішньодисциплінарний синтез, який об'єднує різні теорії в рамках одного предмета. Такий синтез носить діалектичний характер, дає можливість враховувати також диференціацію знань, є методом досягнення єдності наукових знань.

Третій рівень дидактичної інтеграції - найменш досліджений етап інтеграції. Мається на увазі створення цілісної інтегративної системи, зокрема інтегративного курсу. Прикладами таких курсів у шкільному навчанні є природознавство у молодших класах, трудове навчання у середніх, фізика у старших, іноді курси спецдисциплін - у вищих технічних навчальних закладах.

Комплексне застосування знань з різних предметів - це закономірність сучасного виробництва, яке вирішує складні технічні та технологічні завдання. Уміння комплексного застосування знань, їх синтезу, перенесення ідей та методів з однієї науки в іншу лежить в основі творчого підходу до наукової, інженерної, художньої діяльності людини в сучасних умовах науково-технічного прогресу. Озброєння майбутніх учителів такими вміннями - актуальне завдання вищої школи, яке диктується тенденціями інтеграції в науці та практиці і розв'язується за допомогою інтеграції знань.

У сучасних умовах, коли період життя знань в окремих галузях скоротився до 3-5 років, знання в традиційному їх розумінні вже не можуть виступати як основна мета спеціаліста. Більш цінним для нього є здатність до нестандартного, творчого та інтегративного мислення. Ми вважаємо, що розвивати таке мислення можна лише за умови інтеграції знань, які містяться у різних предметах.

Підсумовуючи наукові дослідження з проблем інтеграції елементів змісту освіти, зазначимо, що в процесі виховуючого навчання необхідно поступово забезпечити у студентів цілісну систему знань про навколишню дійсність. Окрім відомих нині науці фактів, доцільно ознайомити майбутніх педагогів із систематизацією наукових понять відповідно до розвитку науки, навчити їх виділяти в єдиній системі знань фундаментальні знання та зв'язки, забезпечити наступність знань та акцентування на перспективних напрямах розвитку науки, переконати студентів в прогностичних можливостях систематизованих, інтегрованих знань.

У другому розділі - “Інтеграція знань у професійній підготовці вчителя трудового навчання” - пропонуються шляхи здійснення інтеграції знань при підготовці вчителя трудового навчання.

На нашу думку, у цьому випадку відповідно до вимог конкретного етапу розвитку суспільства необхідною складовою навчально-виховного процесу повинно бути навчання студентів наукових основ сучасного виробництва.

При підготовці вчителів трудового навчання під час вивчення багатьох дисциплін розглядаються окремі аспекти виробничого процесу. Це сприяє підсиленню зв'язків теорії з практикою, а також підкреслює міждисциплінарні зв'язки. Зрозуміло, що при вивченні властивостей матеріалів та принципу дії машин і механізмів, які застосовуються в сучасному виробництві, слід досліджувати їх комплексно, а досягти цього можна лише за умови встановлення тісних міжпредметних зв'язків. Найближче з виробничими процесами пов'язані заняття з практикуму в навчальних майстернях (ПНМ), який, в свою чергу, має широке переплетіння зв'язків з низкою природничо-математичних та спеціальних дисциплін.

Проаналізувавши навчальний план, ми встановили, що частина цих зв'язків є попередніми (ретроспективними) для фізики, нарисної геометрії, машинознавства. Деякі з них є супутніми (синхронними) з фізикою, завдяки паралельності вивчення цих предметів у часі. Але більшість зв'язків послідовні (перспективні), тобто навчання в майстернях вимагає значного запасу знань з фізики, креслення, математики, технології конструкційних матеріалів тощо.

Здійснивши тематичний та поелементний аналіз програм із спецдисциплін та предметів природничо-математичного циклу, ми визначили, що близько 80% теоретичних знань, 60% практичних робіт, які повинен уміти виконувати вчитель трудового навчання, близько 70% прийомів діяльності, якими він повинен користуватись при роботі, безпосередньо базуються на знаннях, уміннях та навичках, набутих при вивченні природничо-математичних дисциплін. На нашу думку, саме ПНМ відкриває значні можливості для інтеграції знань.

Для здійснення інтеграції знань на заняттях з ПНМ значна увага приділялася дослідницькому та творчому підходу до виконання практичних завдань, що переслідувало подвійну мету: забезпечення інтеграції технічних та природничо-математичних знань, одержаних студентами при вивченні фундаментальних наук, та поповнення методичних знань майбутніх учителів із здійснення міжпредметних зв'язків. Кожний процес чи об'єкт, з якими стикаються студенти в майстерні, піддається детальному вивченню шляхом спостереження за його будовою та принципом дії, тут же дається повне пояснення фізичної суті об'єкта, уточнюються властивості матеріалу, з якого виготовлено об'єкт, причини можливих недоліків тощо.

Формування практичних умінь - конструктивних, технологічних і операційних - у виробничому навчанні значною мірою залежить від особливостей тих знань, на яких грунтуються ці уміння. Тому в даному дослідженні багато уваги було приділено вивченню фізики, математики, нарисної геометрії та інших дисциплін.

Програмний матеріал з фізики містить у собі серйозні потенційні можливості для розкриття глибокого зв'язку теорії з практикою, а найкраще перевірити уміння студентів застосовувати свої знання з фізики на практиці можна під час лабораторно-практичних занять у навчальних майстернях. Не менш важливим є зворотній зв'язок між спостереженнями на заняттях з трудового навчання та фізикою. Знайомство студентів з різними механізмами, механічним рухом, тертям, тиском та іншими фізичними явищами дозволяє викладачу фізики спиратися на практичний досвід студентів.

Завдяки тому, що при вивченні окремих розділів фізики та ПНМ об'єкти дослідження збігаються (різноманітні верстати, механізми, устаткування), застосовуються однакові методи дослідження, розділи будуються на спільних закономірностях, загальних теоретичних концепціях, а прийоми діяльності студентів при вивченні цих розділів адекватні, стало можливим провести ряд інтегративних занять. Викладачами фізики в експериментальних групах було проведено узагальнюючі лекції “Фізика і науково-технічний прогрес”, “Фізика і утворення нових матеріалів” та інші.

Дуже корисним у плані здійснення інтеграції знань з математики та трудового навчання є практичні завдання, що потребують певних розрахунків та логічного мислення. В свою чергу, задачі з економічною тематикою, пов'язаною з трудовим навчанням, сприяють розвитку економічного мислення студентів, дозволяють не тільки відпрацьовувати суто математичні знання та уміння, а й одночасно сприяють формуванню професійних знань та умінь. Враховуючи великий обсяг та складність вказаної роботи, ми займалися підбором таких задач за розділами. Це дозволило відразу організувати перевірку їх ефективності. Інтеграція знань з вищої математики та із спецдисциплін має й іншу особливість, що не менш важлива. Справа у тому, що оволодіння основами вищої математики нерозривно пов'язане з серйозним розумінням шляхів застосування цього апарату.

В експериментальних групах більше уваги приділялося не тільки числовим розрахункам, а й задачам, пов'язаним з різними явищами природи, особливо тими, які мають безпосереднє відношення до спецдисциплін. На практичних заняттях переважаючим стало розв'язування задач практичного (фізико-технічного) змісту.

Враховуючи комплексність сучасної науки та виробництва, креслення в експериментальних групах викладалося в тісному поєднанні з іншими дисциплінами. Для проведення оперативного й ефективного контролю знань і навичок студентів використовувалися картки програмованого контролю із зображенням різних деталей, які крім контролюючої функції виконували також навчальну, виховну, організаційну, розвиваючу та методичну.

Теоретичною базою побудови проекційного креслення є, як відомо, метод проекцій, що знайшов своє обгрунтування в курсі нарисної геометрії. Оскільки точне виконання креслення тієї чи іншої деталі залежить не тільки від креслярських умінь, а й, в першу чергу, від розвитку просторового уявлення студента, то вивченню креслення передує курс нарисної геометрії. В кресленні абстрактні закономірності методу проекцій застосовуються для побудови зображення реальних технічних об'єктів. Тому в експериментальних групах при виконанні геометричних побудов увага приділялася розв'язанню задач на знаходження лінії перерізу та її проекції для різних поверхонь. Розв'язування таких задач сприяло розвитку просторових уявлень, які особливо необхідні при просторовому розмічанні деталей під час лабораторно-практичних занять з ручної обробки металів.

Оскільки до змісту практикуму в навчальних иайстернях входять переважно загальнотрудові і спеціальні уміння і навички, а також навички розв'язування задач, що вимагають мислення, то й вони отримали своє відображення в програмах та методичних розробках з окремих тем програми трудового навчання. На основі такої програми та методичних розробок нами були складені творчі навчально-виробничі завдання на кожне заняття. Ці завдання стимулювали мислення студентів, примушували їх використовувати на заняттях в майстерні свої теоретичні знання з трудового навчання, фізики, математики та інших фундаментальних дисциплін.

До завдань наших досліджень поряд з іншими питаннями входило також вивчення особливостей розв'язання комплексних задач в умовах виробничого навчання. В одному з експериментів досліджувалася роль зв'язків основ наук з трудовим навчанням при підготовці студентів III курсу до розв'язання міжпредметних задач. З цією метою було підібрано і впроваджено ряд комплексних задач та завдань. Однією з форм здійснення інтеграції знань, на нашу думку, є студентські олімпіади та конкурси, завдання для яких повинні бути побудовані таким чином, щоб включали в себе матеріал з фізики, математики, електротехніки, технології конструкційних матеріалів, креслення та інших предметів.

При підготовці вчителів трудового навчання з метою розвитку практичних умінь та творчого потенціалу майбутніх спеціалістів вивчаються спецпредмети “Технічна творчість” і “Практикум з технічного конструювання і моделювання”, які самі по собі є інтегрованими, оскільки специфічною особливістю технічного мислення є його теоретично-практичний характер. Крім того, названі дисципліни стали індикаторами узагальнених знань та умінь, набутих студентами під час вивчення предметів загальнотехнічного та природничо-математичного циклів, оскільки саме тут студенти дістають можливість реалізувати свій науковий та творчий потенціал. Використовувались пояснювально-ілюстративний, репродуктивний, дослідницький методи та метод пошуку нових технічних розв'язків під час вивчення цих технічно-творчих дисциплін, причому викладачами в експериментальних групах надавалася перевага двом останнім методам організації роботи з студентами.

У педагогічних інститутах та університетах проблема інтеграції знань має два важливих аспекти. Перший - це реалізація інтегративних процесів у навчально-виховному процесі самого закладу освіти з метою підготовки висококваліфікованих кадрів, а другий - це підготовка майбутніх учителів до реалізації міжпредметних зв'язків, синтезу споріднених предметів на базі трудового навчання в їх подальшій самостійній роботі в школі.

Для студентів педагогічних закладів освіти особливо важливими є уміння розпізнавати МПЗ в навчальних текстах, наукових статтях, вміння знайти фактичний матеріал для підтвердження законів природи, загальнонаукових ідей, понять; уміння аналізувати конкретні приклади з різних наук з позиції загальних закономірностей, усвідомлювати міжпредметний характер пізнавальних задач, самостійно підбирати міжпредметні задачі, планувати розв'язання міжпредметної проблеми та інші.

Крім умінь аналізувати навчально-програмну документацію, навчальну літературу, добирати необхідні засоби для вивчення та складання календарно - тематичного і поурочного планів, майбутніх учителів, згідно із запропонованою нами методикою, треба готувати до здійснення навчального процеса із застосуванням інтеграції знань на першому та другому її рівнях.

Інтегративні процеси, за умови правильної їх організації, можуть зіграти велику роль у підвищенні рівня теоретичних знань студентів з питань, які є спільними для певного циклу дисциплін, а також у підвищенні рівня сформованості професійно-методичних умінь та навичок.

Відомо, що загальноосвітні середні школи вже перейшли до масового впровадження міжпредметних зв'язків. Їх зміст включено у вигляді обов'язкових розділів до діючих навчальних програм з усіх предметів, а теоретичні проблеми і методичні рекомендації з використання МПЗ висвітлюються в педагогічних і методичних журналах. Саме тому в даному дослідженні звернуто увагу на питання підготовки вчителя трудового навчання до інтегрування знань у загальноосвітніх школах, ПТУ, ВНЗ I-II рівнів акредитації.

Усі названі види діяльності впливають на підвищення якості професійної підготовки вчителя, формують його творчий потенціал та розвивають здатність адаптуватись до нових умов і постійно удосконалюватися, як того вимагає бурхливий розвиток суспільства.

У третьому розділі - “Експериментальне визначення ефективності інтеграції знань у навчально-виховному процесі підготовки вчителя трудового навчання” - висвітлюється методика організації педагогічного експерименту, наводяться статистичні розрахунки та основні результати експерименту, описано критерії, методику вимірювання та аналіз проведення педагогічного експерименту.

Всього експериментом було охоплено 876 студентів (440 в експериментальних групах і 436 в контрольних групах). При формуванні вибірок - експериментальних та контрольних груп - ми користувалися такими критеріями: незначна різниця в успішності з природничо-математичних дисциплін (за оцінками в атестатах про середню освіту); приблизно однаковий відсоток студентів групи, які закінчили міську школу; студентів, які закінчили професійно-технічні училища чи ВНЗ I-II рівнів акредитації.технікуми.

Плануючи перевірку гіпотези про вплив інтеграції знань на якість підготовки вчителів трудового навчання, ми передусім використовували наявні та можливі МПЗ для складання та формування навчальних планів базових дисциплін. Враховуючи останнє, в експериментальних групах навчальний план будувався на основі методологічних зв'язків між дисциплінами.

Для обробки результатів оцінювання ефективності застосування експериментальної методики ми користувалися методиками, описаними в літературі, зокрема, статистичними методами (професор П.М. Воловик). Для оцінювання результативності методики інтеграції знань було створено комісію у складі 17 експертів. Експерти не знали, роботи якої групи студентів - контрольної чи експериментальної, вони перевіряють. Це робилося з метою уникнення упередженості до методики, яка досліджується.

За результатами тестування оцінювалися уміння студентів визначати зв'язки наукових понять з виробничо-технічною сферою їх застосування. Рівень уміння перенесення знань з одного предмета на інший визначався за допомогою узагальнюючого критерію переносу. Обчислення показали, що в експериментальній групі такий критерій значно вищий.

Уміння встановлювати взаємовідношення між теоретичними знаннями і практичними уміннями оцінювалися експертами за сумарною кількістю балів. В експериментальній групі цей показник становив 89%, а в контрольній 67%.

Педагогічний експеримент ще раз підтвердив, що паралельне вивчення теоретичних питань і практичних робіт саме по собі ще не забезпечує їх єдності. Завдання поєднання теорії і практики потребує навчання студентів при засвоєнні основ наук і при навчанні праці способів використання знань.

Рівень сформованості досліджуваних гностичних умінь визначався за допомогою спеціально узагальненої шкали, де кожне уміння оцінювалося за п'ятибальною шкалою. Ми оцінювали такі уміння: дати визначення поняттю інтеграції знань; аналізувати зв'язки між конкретними дисциплінами; орієнтуватися серед різноманітних підходів до реалізації міжпредметних зв'язків; тлумачити своє особисте бачення проблеми МПЗ та інтеграції знань; аналізувати підручники з метою встановлення наявності МПЗ та інтегрованих знань; застосовувати знання, одержані при вивченні однієї дисципліни, на заняттях з іншої дисципліни; розв'язувати міжпредметні задачі та комплексні завдання.

Враховуючи результати оцінювання студентів, ми виділили три рівні розвитку досліджуваних умінь (високий, середній та низький), використовуючи такі критерії: аналітичність мислення, об'єктивність, всебічність бачення проблеми, широта та гнучкість мислення, вміння застосовувати одержані знання у практичній діяльності. В експериментальних групах високого та середнього рівнів досягли 86% студентів. Оскільки показник оптимальності навчальної методики перевищує 70%, то можна зробити висновок, що експериментальна методика дала позитивні результати і заслуговує на широке впровадження. У контрольних групах високого та середнього рівнів досягли 52% студентів. Це означає, що експериментальна методика дає змогу більш ефективно формувати у студентів комплекс умінь, що допомагають їм бачити сутність явищ, відокремлювати основне від другорядного, вчасно і вдало застосовувати інтегративні знання в життєвих ситуаціях, застосовувати МПЗ у школі.

У розділі викладено результати обчислення міри розсіяння ознаки “засвоїли” при вивченні розділу “Ручна обробка металу”. Із 440 студентів при застосуванні експериментальної методики п'ятнадцять не засвоїли матеріалу. Таким чином, середнє квадратичне відхилення, яке є абсолютною характеристикою коливання ознаки, при цьому буде . При аналізі вивчення розділу “Механічна обробка металу” за експериментальною методикою Обидва значення середнього квадратичного відхилення вказують на доцільність експериментальної методики.

В ефективності експериментальної методики переконує діаграма, зображена на рисунку 1, яка є узагальненою порівняльною характеристикою таких умінь та навичок:

уміння співставляти фізичні поняття (факти) з технічними явищами;

уміння застосовувати теоретичні знання на практиці;

навички розв'язування інтегративних задач та виконання комплексних завдань, всебічне бачення проблеми інтеграції знань;

технологічні та методичні уміння та навички.

Таким чином, перевіркою педагогічних можливостей пропонованої методики інтегрування знань студентів з природничо-математичних і спеціальних дисциплін підтверджено, що вона забезпечує високі результати підготовки майбутніх учителів.