INTERDISCIPLINARY INTEGRATION OF CHEMISTRY AND COMPUTER SCIENCE IN THE IMPLEMENTATION OF A TWO-PROFILE BACHELOR'S DEGREE PROGRAM IN HERZEN UNIVERSITY

Введение

Анализ концепции подготовки педагогических кадров для системы образования на период до 2030 г., утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 июня 2022 года №1688-р [1], позволил выявить наиболее важные направления формирования современного содержания подготовки педагогических кадров. В связи с развивающейся цифровизацией практически всех сфер деятельности общества возникает необходимость в подготовке высококвалифицированных специалистов в сфере образования, способных к эффективной трансформации компонентов педагогического образования, таких как его содержание и инфраструктура в соответствии с опережающим темпом обновления общего образования [2]. В соответствии с требованиями Указа Президента Российской Федерации от09 мая 2017г. № 203 «О Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017–2030 годы» [3] актуальным является повышение цифровой грамотности студентов путем освоения ими образовательных цифровых ресурсов, активизации применения возможностей электронной образовательной среды и использования цифрового контента.

Реализация программы четырехлетнего бакалавриата по направлению 44.03.01 Педагогическое образование (профиль «Химическое образование») не в полной мере обеспечивает формирование компетенций, отвечающих современному темпу развития цифровых технологий и образования. Для решения данной проблемы на факультете химии в РГПУ им. А.И. Герцена предлагается осуществить интеграцию в программы подготовки педагогических кадров модулей, позволяющих выпускнику получить несколько квалификаций в результате освоения программы пятилетнего бакалавриата 44.03.05 Педагогическое образование с двумя профилями подготовки «Химическое образование», «Информатика и информационные технологии в образовании».

Цель исследования – анализ учебного плана и дисциплин, позволяющих осуществить междисциплинарную интеграцию химии и информатики, их последовательности и преемственности в учебном плане, соответствующих двухпрофильной подготовке в области химического образования и информационных технологий в образовании по направлению 44.03.05 Педагогическое образование, реализуемой на факультете химии РГПУ им. А.И. Герцена.

Материал и методы исследования

Для достижения цели исследования использовался теоретический метод, включающий изучение таких нормативных документов, как Указ Президента Российской Федерации, ФГОС ВО, анализ учебного плана и рабочих программ дисциплин двухпрофильного бакалавриата, научно-педагогической литературы, описывающей различные подходы к преподаванию химических дисциплин у студентов, обучающихся по различным образовательным программам подготовки бакалавров, анализ и обобщение педагогического опыта преподавания химических дисциплин в педагогическом вузе. В качестве эмпирического метода исследования использовали анонимное анкетирование обучающихся 2-го курса бакалавриата по направлению 44.03.05 Педагогическое образование с двумя профилями подготовки «Химическое образование», «Информатика и информационные технологии в образовании».

Результаты исследования и их обсуждение

Для подготовки высококвалифицированных специалистов (бакалавров) по направлению подготовки 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки), обладающими универсальными и общепрофессиональными компетенциями, устанавливаемыми Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования (ФГОС ВО) [4], и профессиональными компетенциями, определяемыми образовательной организацией, необходим четко проработанный учебный план образовательной программы, который выступает в качестве основы организации учебного процесса. Учебный план должен обеспечивать преемственность дисциплин и практик и выступать в качестве направляющего инструмента, обеспечивающего достижение обозначенных компетенций и формирование знаний, умений и навыков [5] в педагогической области и области профессиональных интересов профилей подготовки по химии и информатике.

Согласно ФГОС ВО учебный план образовательной программы по направлению 44.03.05 Педагогическое образование состоит из трех блоков: модулей, включающих ряд дисциплин, реализующих эти модули; практики и государственной итоговой аттестации. Результаты освоения программы бакалавриата и готовность выпускников к решению задач дальнейшей профессиональной деятельности (педагогической, методической, проектной и т.д., п. 1.12 ФГОС ВО) определяются набором дисциплин и практик в учебном плане, их соотношением по количеству часов и последовательностью реализации.

В современных условиях необходимо готовить специалистов, которые, овладев фундаментальными знаниями, способны быстро адаптироваться в потоке новых знаний, в оперативном осмыслении и усвоении нового материала, что невозможно без владения информационными технологиями и цифровыми ресурсами [6, 7]. В то же время для эффективного формирования компетенций необходимо опираться на классические дидактические принципы [8]: постепенное наращивание сложности материала, обеспечение его логической последовательности и системный подход при изучении дисциплин. Важным аспектом структуры учебного плана является преемственность [9], которая реализуется в согласовании содержания как внутри дисциплины, так и смежных дисциплин. При этом необходимо учитывать, что содержание дисциплин разных предметных областей может весьма результативно дополнять друг друга, способствовать пониманию и усвоению материала. Объединение в одном учебном плане дисциплин двух профилей – химии и информационных технологий – как нельзя лучше реализует принцип междисциплинарной интеграции и способствует формированию профессиональных компетенций будущего учителя. Согласно учебному плану данной программы [10] фундаментальные химические дисциплины – общую, неорганическую, аналитическую, физическую, органическую, коллоидную химию и биохимию – обучающиеся изучают в течение пяти лет в рамках модулей: «Предметно-методический», «Неорганическая химия», «Современная органическая химия», «Прикладная химия». Все дисциплины имеют множество точек соприкосновения: терминология, химическая символика, номенклатура, законы, методы, модели в том числе направлены на формирование одних и тех же компетенций, связанных с освоением и использованием теоретических знаний и практических умений и навыков в предметной области при решении профессиональных задач, а также со способностью организовать образовательный процесс с использованием современных образовательных технологий, в том числе дистанционных. Дисциплины профиля «Информатика и информационные технологии в образовании» объединены в модули «Предметно-методический», «Коммуникативно-цифровой», «Информатика» и также изучаются параллельно с химическими дисциплинами в течение всего периода обучения.

Изучение химии начинается на первом курсе с дисциплины «Общая химия». Эта дисциплина в объеме 16 зачетных единиц (з.е.) является базисом, освоение которого во многом определяет успешность дальнейшего обучения. Не изучив основы химического языка, фундаментальные законы и принципы, концепции квантово-механической теории строения атома и молекул, закономерности в изменении свойств атомов химических элементов и их соединений, научные теории химической связи, количественные закономерности, технику проведения химического эксперимента, первокурсник не сможет в достаточной степени освоить содержание дисциплин 2-го курса: «Химия непереходных элементов» (6 з.е.), «Химия переходных элементов» (6 з.е.), «Аналитическая химия» (5 з.е.), которые, в свою очередь, являются основой для освоения дисциплин 4-го курса «Физическая химия» (9 з.е.) и «Коллоидная химия» (4 з.е.). «Общая химия» является центральным звеном, призванным создать необходимую научно-теоретическую базу для изучения последующих дисциплин учебного плана и заложить основы формирования профессиональных компетенций. При этом учебный процесс построен на идее преемственности и концентризма, когда основные понятия и законы, заложенные в курсе «Общая химия», более глубоко изучаются в дисциплинах «Аналитическая химия», «Физическая химия», «Органическая химия» и «Коллоидная химия» в рамках предметно-методического модуля. В то же время дисциплины предметно-методического модуля являются необходимыми для освоения таких модулей, как «Неорганическая химия» и «Прикладная химия».

Изучение химических дисциплин предметно-методического модуля уже на 1-м курсе требует использования цифровых образовательных программ и ресурсов, позволяющих визуализировать сложные для понимания и восприятия представления о строении атомов и геометрии молекул [11, 12]. Поэтому в рамках коммуникативно-цифрового модуля вводятся дисциплины «Технологии цифрового образования» (2 з.е.), «Информационные технологии в химическом образовании» (1 з.е.) и «Цифровые образовательные ресурсы в обучении химии» (1 з.е.). Содержание данных дисциплин обеспечивает обучающихся опытом использования программ для изображения химических формул веществ и генерирования их современных названий по Международной номенклатуре, таких как ChemDraw, ChemSketch, программ для численного анализа данных и научной графики: Microsoft Excel, Origin и др., цифровых ресурсов по поиску информации о новых веществах, их составе и структуре (SciFinder), виртуальных химических лабораторий, а также знакомит с различными образовательными ресурсами по химии: образовательными сайтами, единой коллекцией цифровых образовательных ресурсов, компьютерными игровыми методами обучения химии [13–15].

Для успешного освоения дисциплин «Спектральные методы исследования» (3 з.е.), «Основы химии гетероциклических соединений» (3 з.е.), «Химия высокомолекулярных соединений» (2 з.е.) и «Органический синтез» (4 з.е.) на 3-м и 4-м курсах необходимо владение узкоспециальным программным обеспечением, позволяющим анализировать и предсказывать состав и структуру синтезированных веществ. При изучении дисциплины «Спектральные методы анализа» обучающиеся получают навыки работы с такими программами анализа ЯМР спектров, как MestReNova, Delta, GhostScript, Marvin, ACD; ИК спектров– IR Solution, электронных спектров – UV Probe, которые применяются обучающимися как при освоении других дисциплин, так и при выполнении исследовательских проектов и выпускной квалификационной работы.

Особое внимание при реализации программы уделяется исследованию химических явлений и их анализу с применением компьютерного моделирования и вычислительного эксперимента. Например, используя современное программное обеспечение, обучающиеся могут первично смоделировать строение молекул, зная их состав, предсказать их физико-химические свойства, в частности реакционную способность, определить термодинамическую возможность синтеза веществ, исследовать кинетические закономерности протекания процессов [11]. Использование современных цифровых технологий и приложений позволяет визуализировать результаты вычислительных экспериментов, представить их и опубликовать. На старших курсах в результате освоения дисциплин модуля «Информатика» обучающихся смогут самостоятельно разрабатывать программы для расчетов свойств веществ, для статистической обработки массивов экспериментальных данных. В рамках дисциплин «Методика обучения» (химическое образование / информатика) предполагается знакомство обучающихся c виртуальными химическими лабораториями, необходимыми в профессиональной деятельности, особенно при отсутствии лабораторного оборудования и реактивов. Также изучение дисциплин данного модуля позволит бакалавру грамотно выбирать компьютерную и коммуникационную технику, сетевое оборудование и программное обеспечение, осуществлять их установку и подключение.

Эмпирическим методом исследования стало анонимное анкетирование студентов 2-го курса, обучающихся по программе пятилетнего двухпрофильного бакалавриата (44.03.05 Педагогическое образование). Вопросы анкетирования были посвящены выявлению причин выбора данного направления подготовки, степени удовлетворенности организацией учебного процесса, реализации принципа преемственности дисциплин, а также касались использования цифровой образовательной среды Moodle, электронных баз данных и электронных библиотек в процессе обучения, редакторов химических формул и программных пакетов.

Анализ анкетирования показал, что значительная часть респондентов (63,6%) при поступлении выбрали данное направление в связи с желанием работать в школе учителем химии, и лишь 13,6% отметили, что их привлекла возможность получения образования по двум профилям (табл.1).

Таблица1

Обоснование выбора направления 44.03.05 Педагогическое образование при поступлении в университет

№	Вариант ответа	Ответ, %
1	Выбор направления обусловлен желанием работать учителем в школе	63,6
2	Привлекла возможность получения образования по двум профилям «Химическое образование» и «Информатика и информационные технологии в образовании»	13,6
3	Привлекла возможность использования цифровых ресурсов при более глубоком изучении химии	13,6
4	Низкий проходной балл на данное направление	9,1