Интеграция образования в области естественных и точных наук

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ  

им. А. И. ГЕРЦЕНА

ИНТЕГРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ 
В ОБЛАСТИ ЕСТЕСТВЕННЫХ 

И ТОЧНЫХ НАУК

Санкт-Петербург

Издательство РГПУ им. А. И. Герцена

2019

ББК 74.489
 
И73

Авторы: В. Н. Аниськин (1.2), Е. В. Баранова (1.1), В. И. Бого
словский (1.2), Ю. Ю. Гавронская (1.3), Т. А. Жукова (1.2), Л. А. Ларченкова (2.1), Л. П. Макарова (1.5), Н. В. Макарова (ФГАОУ ВО ГУАП) 
(2.2), М. С. Пак (1.4), Н. Н. Плахов (1.5), Н. С. Подходова (2.3), Р. И. Попова (1.6), О. Г. Роговая (1.3), И. В. Симонова (1.1), В. И. Снегурова 
(2.1), Л. П. Сотова (2.1), П. В. Станкевич (1.6), М. А. Шаталов (2.4.)

И73

 Интеграция образования в области естественных и точных 

наук / под ред. Е. В. Барановой. — СПб.: Изд-во РГПУ им. 
А. И. Герцена, 2019. — 200 с.

 
ISBN 978-5-8064-2803-6

Монография посвящена актуальным проблемам интеграции высшего и обще
го образования в области естественных и точных наук. Монография включает 
два раздела. В первом разделе представлены вопросы интегративной подготовки 
бакалавров и магистров высшего образования. Во втором разделе рассматривается интегративные составляющие обучения естественным и точным наукам в 
общеобразовательной школе.

ББК 74.489

 
© Коллектив авторов, 2019

 
© С. В. Лебединский, оформление обложки, 2019

ISBN 978-5-8064-2803-6 
© Издательство РГПУ им. А. И. Герцена, 2019

О Г Л А В Л Е Н И Е

Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
5

ГЛАВА 1. Интеграция знаний в области естественных  

и точных наук при подготовке бакалавров и магистров  
педагогического образования  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
9

1.1. Баранова Е. В., Симонова И. В. Модель обучения  

алгорит мизации и программированию специалистов  
образования в области информационных технологий  
для подготовки кадров цифровой экономики . . . . . . . . . . .  
9

1.2. Богословский В. И., Аниськин В. Н., Жукова Т. А. Органи
зация информационного сопровождения подготовки 
педагогов в условиях мультикультурности цифрового  
общества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
30

1.3. Гавронская Ю. Ю., Роговая О. Г. Методологические осно
вания разработки программ непрерывного уровневого  
химико-педагогического образования . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
52

1.4. Пак М. С. Актуальность интегративной методологии  

в химико-педагогическом образовании . . . . . . . . . . . . . . . .  
74

1.5. Плахов Н. Н., Макарова Л. П. Основы здоровьеформи- 

рования участников образовательного процесса  
в цифровую эпоху . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
83

1.6. Станкевич П. В., Попова Р. И. Преемственность  

в развитии методических компетенций бакалавров  
и магистров образования в области безопасности  
жизнедеятельности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  101

ГЛАВА 2. Интеграция знаний в области естественных  

и точных наук в условиях общего образования  . . . . . . . . . .  120

2.1. Ларченкова Л. А., Снегурова В. И., Сотова Л. П. Форми- 

рование представлений об относительности движения  
на уроках физики и математики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  120

2.2. Макарова Н. В. Моделирование на уроках информатики  

как средство интеграции знаний в области естественных  
и точных наук . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

2.3. Подходова Н. С. Развивающие цели изучения  

геометрии: отношение пространственного мышления  
и логического . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  156

2.4. Шаталов М. А. Внутрипредметные и межпредметные  

связи как механизмы и средства интеграции и фундаментализации в практике общего естественно-научного  
образования (на примере учебного предмета «Химия»)  
в средней школе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

Заключение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

В В Е Д Е Н И Е

Современная парадигма образования предполагает не
обходимость интеграции знаний, т. е. формирования у обучающихся целостного представления об окружающем мире, 
формирования знаний, которые отражают связанность отдельных частей мира как системы.

Монография посвящена исследованию научно обосно
ванных методологий, методик, механизмов, средств интеграции знаний в области естественных и точных наук 
в условиях высшего педагогического и общего образования. 

Подготовка компетентных в области современных ин
формационных технологий специалистов образования 
является ключевой в подготовке граждан в условиях цифровой экономики. Актуальными являются проблемы обновления структуры и содержания обучения бакалавров 
и магистров педагогического образования, специализирующихся в области информатики. В монографии описываются новые подходы к обеспечению преемственности 
содержания подготовки, его согласованности, междисциплинарности, в первую очередь с математикой, непротиворечивости, полноты, модульности, технологичности 
в целях тиражирования знаний, для поэтапного, системного развития у студентов готовности к эффективному 
использованию средств информационных технологий 
в профессиональной деятельности. 

Современное мультикультурное цифровое общество 

предполагает соответствующую подготовку педагогов, 
готовых отвечать вызовам эпохи с учетом быстро изменяющегося мира. В этом аспекте весьма актуальной задачей представляется поиск новых подходов к научному 
обоснованию сущности изменений, происходящих в 

современном мультикультурном мире, уточнению понятия 
«информационное сопровождение», проектированию модели информационного сопровождения подготовки педагогов.

Интегративная методология подготовки будущих педа
гогов базируется на принципах непрерывности, преемственности, междисциплинарности в области предметных и профессиональных педагогических дисциплин. В этих условиях особую значимость имеют исследования, посвященные 
анализу методологических оснований проектирования образовательных программ различных направлений и профилей, направленных на обеспечение преемственности и непрерывности подготовки с учетом требований профессиональных стандартов в условиях сопряжения сфер труда 
и образования и полипарадигмальности образовательной 
системы. 

Преемственность в развитии методических компетенций 

бакалавров и магистров в условиях уровневого высшего 
педагогического образования носит комплексный характер, 
обеспечивается согласованностью и непротиворечивостью 
в содержании, формах, методах и средствах обучения, реализуется через вариативность образовательных модулей 
и программ.

Механизмы интеграции в практике общего образования, 

при обучении школьным предметам в области естественных 
и точных наук базируются на фундаментализации школьного образования, реализации внутрипредметных и межпредметных связей, формировании межпредметных понятий 
и универсальных учебных действий. В этом аспекте актуальной представляется проблема исследования психологических и дидактических основ установления таких связей 
в процессе обучения.

В монографии рассматриваются вопросы формирования 

у обучающихся межпредметных понятий, исследуется важность пропедевтического этапа, в рамках которого происходит первичное знакомство учащихся с такими понятиями, описываются подходы к организации взаимодействия 
учителей при работе с понятиями, которые являются об

щими для нескольких предметов, но имеют нюансы понимания и применения. Подчеркивается, что причиной 
познавательных затруднений учащихся при формировании 
межпредметных понятий является отсутствие единого подхода к трактовке таких понятий, недостаточная согласованность методических действий учителей.

Научное мировоззрение предполагает, что у учащихся 

сформировано ясное понимание соотношения объективного мира и научных знаний о нем, понимание того, что все 
научные понятия отражают определенные явления, процессы и отношения объективной действительности, будучи 
их моделями. 

Исследуется возможность учебного предмета «Инфор
матика» для интеграции знаний из различных предметных 
областей. Интеграция как цель обучения направлена на 
создание у учащегося целостного представления об окружающем мире; должна дать ученику те знания, которые 
отражают связанность отдельных частей мира как системы. 
Основой интеграции являются межпредметные связи между всеми школьными предметами, а в особенности предметами естественно-научного цикла, где прослеживается 
в том или ином виде формализованный подход к постановке задач для моделирования.

Важным направлением исследований в области как 

общего, так и высшего педагогического образования выступают проблемы разработки программ сохранения и укрепления (формирования) здоровья участников образовательного процесса в условиях перехода общества в сферу цифрового образования. Ведущим направлением политики 
здоровьеформирования граждан является смена парадигмы 
обеспечения «…полного физического, психического и социального благополучия…» (версия Всемирной организации здравоохранения) на парадигму формирования потенциала здоровья как совокупности функциональных ре зервов 
организма. Объём и риски информационного пространства 
диктуют необходимость разработки образовательных программ в области духовно-нравственного компонента педагогики.

В монографии указанные проблемы исследуются при
менительно к общему образованию при обучении информатике, математике, химии, физике и др., а также подготовке специалистов педагогического образования различных направлений и профилей.

Гл а в а  1 

ИНТЕГРАЦИЯ ЗНАНИЙ В ОБЛАСТИ ЕСТЕСТВЕННЫХ  
И ТОЧНЫХ НАУК ПРИ ПОДГОТОВКЕ БАКАЛАВРОВ  
И МАГИСТРОВ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

1.1. Модель обучения алгоритмизации и программированию спе
циалистов образования в области информационных технологий для подготовки кадров цифровой экономики

Эффективная подготовка компетентных в области современных 

информационных технологий специалистов образования является ключевой в подготовке граждан в условиях цифровой экономики. 

Цель обучения бакалавров педагогического образования, спе
циализирующихся в области информационных технологий, алгоритмизации и программирования, можно сформулировать, по 
мнению авторов, вполне однозначно — это развитие алгоритмической компетенции, т. е. готовности «к разработке алгоритмов 
и программ, их использованию в профессиональной деятельности при обучении информатике, разработке электронных образовательных ресурсов (ЭОР), самообразованию в области информатики» [12]. 

Структура и содержание обучения бакалавров и магистров 

педагогического образования дисциплинам информационно-технологического, направленные на развитие их профессиональных 
компетенций, разрабатываются и апробируются авторами в течение многих лет [1, 3, 4, 6, 7, 13, 14]. Выявлена необходимость 
обеспечения преемственности содержания подготовки [11], его 
согласованности, междисциплинарности, в первую очередь с математикой, непротиворечивости, полноты, модульности, технологичности, в целях тиражирования знаний, для поэтапного, 
системного развития у студентов готовности к эффективному 
использованию средств информационных технологий в профессиональной деятельности. Повышение эффективности обучения 
должно осуществляться за счет отбора содержания, базирующе

гося на указанных принципах, использования инновационных 
методов, таких как электронное и дистанционное обучение, смешанное обучение, «перевёрнутый класс» и др., широкого использования электронных образовательных ресурсов [12]. По 
мнению авторов, ключевым аспектом развития алгоритмической 
компетентности является специальным образом сконструированная система задач, направленная на накопление у студентов системных знаний о сущностях предметной области и развитие 
готовности осуществлять познавательные действия адекватные 
решаемым проблемам. 

Разработанный авторами подход к конструированию классов 

задач базируется на таксономии педагогических целей Б. Блума 
[16] и так называемой «пересмотренной» таксономии Блума 
(revised taxonomу), разработанной его последователями Л. Андерсоном, Д. Красволем и другими. В рамках этого подхода для 
описания целей обучения предложена [15] двумерная структура, 
представляемая в виде таблицы, в которой разделяются процессы 
накопления знаний и когнитивные процессы и которая позволяет 
более точно и глубоко охарактеризовать каждую категорию таксономии. Иерархия категории знаний включает: фактологические 
знания, концептуальные, процедурные и метакогнитивные как 
самый высокий уровень. Модель развития познавательных процессов [17] состоит в иерархии познавательных действий, объединенных в следующие категории: помнить, понимать, применять, анализировать, оценивать, создавать. 

Рассмотрим подход к конструированию классов задач для обу
чения студентов алгоритмизации и программированию на примере базовых для подготовки модулей информационно-технологического цикла: «Теория и практика алгоритмизации и программирования» и «Теория и методика обучения информатике 
в школе».

Модуль «Теория и практика алгоритмизации и програм
мирования»

Фактологические или базовые знания, которыми должны ов
ладеть студенты, — знания о системообразующих терминах языков программирования, которые формируют понятийное ядро 
предметной области. К базовым терминам, в первую очередь, 
относятся: алгоритм, информационная модель, парадигма про