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

граммирования, тип данных, структура данных, идентификатор, 
базовая управляющая конструкция, класс, объект. Вторая составляющая — детализированные, уточняющие представления о системообразующих понятиях.

Т а б л и ц а  1 

Модель представления фактологических знаний для модуля  
«Теория и практика алгоритмизации и программирования»

Базовый термин
Детализированные термины

Алгоритм
свойства алгоритма, способы представления алгоритма

Информационная модель

виды информационных моделей, способы представления моделей

Парадигма программирования

язык программирования, императивно-процедурная, 
функциональное программирование, логическое программирование, объектно-ориентированное программирование 

Программа
структура программы, синтаксические ошибки, синтаксически правильная программа, этапы жизненного 
цикла программы, компиляция программы

Тип данных
целый, вещественный, логический, строковый, указатели, статические и динамические данные

Структура данных
простые и сложные структуры (массивы, записи, множества, списки и т. д.)

Идентификатор
описание и именование идентификатора 

Базовая управляющая 
конструкция

оператор присваивания, условный оператор, оператор 
цикла

Подпрограмма
процедура, функция, модуль, формальные и фактические параметры

Класс
структура класса, описание класса, класс, как множество объектов

Объект
объект, как представитель классов, поле объекта, метод 
объекта, свойство объекта, конструктор, деструктор, 
статические и виртуальные методы, области видимости

Компиляция
синтаксис программы, формальные грамматики, лексический анализ, синтаксический анализ, генерация 
кода

База данных
отношение, схема отношения, тип данных, домен, 
атрибут, кортеж, первичный ключ, внешний ключ, 
 таблица, язык запросов

Базовый термин
Детализированные термины

Система управления 
базами данных

хранение и поиск данных в базе данных, обработка 
данных, безопасность и целостность данных

Информационная система

состав, структура и ресурсы информационной системы, 
хранение и манипулирование информацией о предметной области 

Фактологические знания формируются у студентов поэтапно, 

в течение всего периода изучения модуля. Первоначальные, общие 
представления о системообразующих понятиях уточняются, детализируются, обогащаются за счет освоения студентами назначения, характеристик, структуры, конкретных свойств, способов 
и области использования объектов, представляющих понятие. 

Следующий уровень в иерархии категорий знаний, в соот
ветствии с [15], — концептуальные знания. Этот уровень предполагает формирование у студентов знаний о взаимосвязях между базовыми элементами теории и практики программирования, 
как предметной области. Концептуальный уровень предполагает 
знания о категориях, принципах, теориях, моделях, подходах 
к классификациям, присущих предметной области. Применительно к программированию это: принципы структурного программирования, методы нисходящего и модульного программирования, 
концепция объектно-ориентированного программирования, включающая механизмы инкапсуляции, наследования, и полиморфизма, связи и отношения и отношения между базовыми конструкциями языков объектно-ориентированного программирования, 
принципы компиляции, методы лексического и синтаксического 
анализа, концепцией реляционных баз данных и т. д.

Уровень процедурных знаний предполагает владение алгорит
мами, методами, технологиями предметной области, представление о способах выбора инструментария, адекватного решаемой 
задаче. Применительно к программированию это: базовые алгоритмы поиска, сортировки, обработки информации, представленной в виде различных структур данных; методы разработки информационных моделей, описывающих поведение реальных 
и абстрактных объектов, и современные методы разработки программ, включая программную реализацию, отладку, тестирование, 
представление и интерпретацию полученных результатов; мето
О ко н ч а н и е  т а б л и ц ы  1