Тема 4
Межпредметная интеграция исследовательской и проектной направленности
Раздел 4.1
Межпредметные исследования и проекты
Современное знание перестает быть монопредмедметным. Прорывные открытия и изобретения становятся принципиально межпредметными, междисциплинарными. Мы можем выделить несколько конструктов междисциплинарных исследований:

  • «Объект одной науки + теоретические модели и методы другой науки»
  • «Уникальный объект» + теоретические модели/методы разных наук
  • Интеграция знаний в формате STEM
4.1.1. Междисциплинарные исследования «Объект одной науки + теоретические модели и методы другой науки»
В научной деятельности в структурно-функциональном залоге может быть выделен «объект исследования», «предмет исследования», «способы исследования», «средства исследования», «результат исследования», «теоретические модели».

В этом плане междисциплинарное исследование подразумевает ситуацию, когда объект одной науки изучается через применение теоретических моделей и методов другой науки.

Так, на стыке «объекта» одной науки и модели/метода другой науки, возникли такие научные дисциплины как биохимия, физхимия, биофизика, структурная антропология и др.

С учетом вышесказанного вернемся в педагогическим проблемам и задачам. Представляется, что отталкиваясь от конструкта «объект науки «А» /методы науки «В»», можно проектировать различные учебные темы междисциплинарного характера, например:

  • Осмос в живых клетках как физико-химический процесс;
  • Дыхание как физико-химический процесс;
  • Кровоток как гидродинамика;
  • Глаз как оптическая система;
  • Глаз как живая, самонастраивающаяся оптическая система;
  • Живые системы и законы термодинамики и т.д.
4.1.2. «Уникальный объект» + теоретические модели/методы разных наук
Другой тип новых знаний и новых высокотехнологических продуктов возникает тогда, когда методами различных наук изучаются уникальные объекты, например, объекты с наноразмерными характеристиками.

Появление новых, уникальных объектов – явление достаточно редкое. Оно знаменует собой если не смену научной парадигмы, то её существенно расширение.

Кроме того, появление уникального объекта «наноразмерные объекты» повлекло за собой не только интеграцию различных методов научных исследований, но и интеграцию исследований и технологических разработок. Не зря в практике закрепился термин «нанотехнологии». При этом понятно, что под «нанотехнологиями» понимаются и научные разработки, и технологические разработки, протекающие в сложной взаимосвязи. Специалистов, работающих в сфере нанотехнологий, уже сложно отнести к известной группе специалистов; кто они – ученые, технологи, конструкторы?

Очевидно, что специалисты этой области интегрируют «на себе», в своей деятельности – разные виды знаний, разных методов, разных деятельностей.

На примере нанотехнологий можно показать, как осуществляется интеграция различных теоретических моделей и методов исследований, с одной стороны, а с другой, как происходит интеграция деятельностей – исследовательской и проектной.
4.1.3. Интеграция знаний в формате STEM
Учебный процесс в формате STEM представляет собой относительно новый подход к инженерному образованию, где проектные (инженерные и технологические) решения осуществляются с опорой на математику и естественнонаучные/гуманитарные знания.

Обратим внимание на это важный момент – ведущей деятельностью STEM является именно инженерная и технологическая деятельность.

А математика, естественнонаучные и гуманитарные знания выступают средством решения инженерных и технологических задач.

В рамках STEM не ведется исследовательская деятельность. В этом смысле здесь не предполагается проведение междисциплинарных исследований по типу «объект одной науки + модель/метод другой науки» и т.д.

В рамках STEM используются «готовые» знания из сферы математики, гуманитарии и естественных наук. Однако эти знания необходимо (при необходимости) интегрировать между собой и использовать для решения инженерных, технологических проблем (задач).

В реальной педагогической практике существуют разные варианты реализации STEM.

Распространенный, но предельно вырожденный формат такой работы заключается в организации нескольких станций, где школьники знакомятся с разными областями знаний, объединенных общей темой. Например, тема «Вода» обсуждается в контексте предмета «физика», «биология», «химия», литература», «ОБЖ» и т.д. Очевидно, что никакого отношения к STEM такая работа не имеет.

А вот работа по разработке, сборке, улучшению фильтров воды на основе различных законов физики и химии (капиллярное движение, адсорбция, испарение, механическая очистка) как раз отлично иллюстрирует возможности STEM-технологии, показывая, как здесь возможна интеграция знаний и за счет чего она осуществляется.

Другой пример, который можно привести в рамках данного обсуждения – это ссылка на отдельные виды работ Компания «СТЕМ-игры».

Разработчики пишут: «... в Самаре мы провели соревнования «Химические источники тока или батарейка своими руками». Школьники соревновались, у кого мощнее получится самодельная батарейка и сможет заставить крутиться вентилятор. Поток воздуха, создаваемый вентилятором, двигал шарик по трубе. Побеждала команда, чей шарик продвинулся дальше остальных».

STEM
STEM (eng. Science, Technology, Engineering and Math) — это учебная программа, основанная на идее обучения по четырем конкретным дисциплинам – Наука, Технологии, Инженерное дело и Математика, используя междисциплинарный и прикладной подход.
Летняя школа «Наноград-2018». Подготовка к защите «красивой идеи»
Раздел 4.2
R&D-практики и версии учебных модулей «Исследование+проект»
В данном разделе предлагаем вашему внимаю типологию учебных исследований. Данные типы более уместны для внеурочной деятельности, хотя и на уроках их применение возможно.

R&D-структуры, в которых осуществляются исследования и разработки, в отечественной традиции имеют другое название – НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы).

НИОКР – это совокупность работ, направленных на получение новых знаний и практическое применение при создании нового изделия или технологии. НИОКР включают в себя:
Научно-исследовательские работы (НИР) – работы поискового, теоретического и экспериментального характера, выполняемые с целью определения технической возможности создания новой техники в определенные сроки. НИР подразделяются на фундаментальные (получение новых знаний) и прикладные (применение новых знаний для решения конкретных задач) исследования.
Опытно-конструкторские работы (ОКР) и технологические работы (ТР) — комплекс работ по разработке конструкторской и технологической документации на опытный образец, по изготовлению и испытаниям опытного образца изделия, выполняемых по техническому заданию.
Моделировать работу R&D-структур (или НИОКР) в школьных условиях сложно. Для этого в большей степени адекватны создаваемые «Кванториумы», региональные образовательные центры «Сириус» и т.д.

Однако в рамках внеурочной деятельности учебные ситуации, в которых представлены варианты учебного контента, содержащего исследовательскую и проектную части, могут быть разработаны и реализованы.