Межпредметная связь геометрии и химико-биологических наук

Принцип межпредметных связей нацеливает на формулировку проблемы, вопросов, заданий  для учащихся, ориентирующих на применение и синтез знаний и умений из разных предметов. Систематическое использование межпредметных связей создает возможности широко пользоваться дидактическими материалами и средствами наглядности (учебниками, таблицами, приборами, картами, диафильмами, кинофильмами), относящимися к одному учебному предмету, при изучении других дисциплин. В организации обучения возникает потребность в комплексных формах – обобщающих уроках, семинарах, экскурсиях, конференциях, имеющих межпредметное содержание. Такие формы требуют координации деятельности учителей, изучения учебных программ по взаимосвязанным предметам.

Существуют  различные классификации связей между предметами. Но у разных авторов  они включаю в себя разные аспекты. Это связано с многогранностью  межпредметных связей и целями образовательного процесса.  Все же основные типы связей, представленные ниже, примерно одинаковые по своему содержанию.

Межпредметные связи на уровне фактов (фактические  связи) – это установление родства  изучаемых в разных учебных предметах  фактов, подтверждающих и раскрывающих общие идеи и теории. Познавательная деятельность учащихся при фактических связях опирается на процессы запоминания и актуализации фактического материала. Уже на этом уровне происходит перенос и обобщение знаний, совершаются мыслительные процессы анализа и синтеза, формируются «комплексы фактов» как стадии в развитии общих для различных предметов понятий. У учащихся формируются умения всестороннего анализа фактов, их сопоставления, обобщения, объяснения с позиций общенаучных идей, умение ввести факты из разных учебных предметов в общую систему знаний о мире.

Понятийные  связи. Понятие – это форма  человеческого мышления, с помощью  которого познаются общие, существенные признаки предметов. Вместе с тем  понятия должны быть гибки, подвижны, относительны. Межпредметные понятийные связи – это расширение и углубление признаков предметных  понятий, а также формирование общих для родственных предметов понятий. К проблемам понятийных связей обрались многие авторы. Так, например, В.Н. Максимова рассматривает усвоение отдельных естественно – научных и гуманитарных понятий как частных случаев более общих понятий. Выявлена мировоззренческая значимость межпреметных, т.е. находящихся на стыке различных учебных предметов и наук, понятий (политико-экономических, экономико-географических, литературно – исторических, физико-математических и др.). Л.С. Выготский подчеркивал, что понятие возникает только в результате решения задачи, стоящей перед мышлением. Поэтому так важна целенаправленная формулировка учебно-познавательных межпредметных задач в обучении. У учащихся формируются общепредметные умения оперирования понятиями: сравнения, конкретизации, обобщения, формулирования их определений, применения в объяснении фактов и др. Действия учащихся направляются на познание связей понятий из разных наук, которые отражают реальные связи вещей природы. Так повышение уровня межпредметных содержательных связей ведет к качественному преобразованию способов познавательной деятельности учащихся, их умений.

Теоретические связи. Теория – это система научных  знаний, в которой отражена взаимосвязь фактов, понятий, законов, постулатов, следствий, практических положений, относящихся к определенной предметной области. Межпредметные теоретические связи в современных условиях обучения представляют собой поэлементное приращение новых компонентов общенаучных теорий из знаний, полученных на уроках по родственным предметам. Теоретические связи позволяют представить каждую теорию и закон как частные случаи более широких теорий и диалектических законов.

 Межпредметные  философские связи – это обобщение  конкретно – научных и философских представлений о мире. Усвоение философских знаний «в чистом виде» происходит при изучении учащимися курса обществоведения, который выполняет синтезирующую роль. Но каждый учебный предмет вносит свой вклад в формирование единой научно – философской картины мира. На основе общих положений материалистической философии выявляются сходные линии развития специальных знаний,  и складывается стройная система научно – философской картины мира. Эти знания открывают перед учащимися общие особенности научного мышления и способы философского осмысления мира.

 Идеологические  связи. Идеология  – это   система различных политических, правовых, нравственных, эстетических, религиозных, философских взглядов  и идей. Идеологические межпредметные  связи – это синтез идеологических знаний, включенных в содержание предметов разных циклов. Такие связи направлены на формирование ценностного отношения учащихся к миру.

Операционно-деятельностные  межпредметные связи.

Опора на методы науки способствует формированию у учащихся общепредметных умений практической деятельности. Перспективные межпредметные связи на уроках математики выявляют возможные области применения функций, прямых и обратных пропорциональных зависимостей, их графиков, векторных величин и др. связи с математикой стимулируют развитие общепредметных умений расчетно – вычислительной, измерительной, изобразительно – графической деятельности, моделирования в обучении естественнонаучным предметам. Идею связи теории и эксперимента следует проводить и доказывать постоянно. Это необходимо в целях формирования материалистических взглядов учащихся и практических умений экспериментирования. Особое значение операционно-деятельностные межпредметные связи имеют в учебных предметах, назначение которых состоит в приобщении учащихся к определенной деятельности (математика, черчение, русский, иностранные языки, ИЗО, пение, музыка, трудовое обучение). Так, речевая деятельность является естественной основой межпредметных связей русского языка с другими предметами, а развитие речи – это общая образовательная и воспитательная задача учителей, поскольку обучение на уроках по любому предмету происходит в процессе речевого общения учителя и учащихся. Развитие связной речи на межпредметном уровне опирается на лексические и лингвистические понятия, общие предписания и правила, применение которых в процессе усвоения научных понятий и терминов способствует овладению языком науки и обобщенными речевыми умениями научного стиля речи. В этих умениях выражена раскрытая Л.С. Выготским связь понятийного мышления и речевого развития ребенка. Практическая речевая деятельность неразделима с познавательными эффектами в обучении всем предметам. Одновременно достигаются воспитательные эффекты обучения. Так, овладение публицистическим стилем речи, использующим различные средства воздействия на чувства, мысли, поступки людей, сопряжено с выработкой личностно – оценочного отношения к обсуждаемым вопросам. Межпредметные связи по видам деятельности так же, как межпредметные связи по видам знаний раскрывают перед учащимися диалектику общего, особенного и единичного в познании мира. Они всегда вносят мировоззренческую ориентацию в процесс обучения.

Важно понимать, как на практике реализовать  ту или иную связь между предметами. Сейчас этот вопрос актуален во всех школах профильного обучения, так там эта проблема наиболее важна.

Глава 2.  Разработка спецкурса  по применению геометрических знаний в классах  химико-биологического профиля

2.1 Межпредметные связи  геометрии и химико-биологических  наук

У всех школьных предметов есть точки соприкосновения, а у некоторых есть даже пересечения, которые образуют практически отдельный предмет. Но, казалось бы, откуда взяться связи у таких предметов как биология и геометрия или геометрия и химия? Однако эта связь есть. Сначала рассмотрим связь геометрии и биологии.

2.1.1 Симметрия

Проблеме  симметрии посвящено очень много  литературы. От учебников и научных  монографий до произведений, обращающихся не столько к чертежу и формуле, сколько к художественному образу. Проходят даже выставки, посвященные симметрии.

В "Кратком  Оксфордском словаре" симметрия  определяется как «красота, обусловленная  пропорциональностью частей тела или  любого целого, равновесием, подобием, гармонией, согласованностью». Сам  термин «симметрия» с греческого означает «соразмерность», которую древние философы понимали как частный случай гармонии - согласования частей в рамках целого.

С симметрией мы встречаемся всюду. Понятие симметрии  проходит через всю многовековую историю человеческого творчества. Оно встречается уже у истоков человеческого знания; его широко используют все без исключения направления современной науки.

Что же такое симметрия? Почему симметрия  буквально пронизывает весь окружающий нас мир? Существуют, в принципе, две группы симметрий. К первой группе относится симметрия положений, форм, структур. Это та симметрия, которую можно непосредственно видеть. Она может быть названа геометрической симметрией.

Вторая  группа характеризует симметрию  физических явлений и законов  природы. Эта симметрия лежит в самой основе естественнонаучной картины мира: ее можно назвать физической симметрией или биосимметрией.

На протяжении тысячелетий в ходе общественной практики и познания законов объективной  действительности человечество накопило многочисленные данные, свидетельствующие о наличии в окружающем мире двух тенденций: с одной стороны, к строгой упорядоченности, гармонии, а с другой - к их нарушению. Люди давно обратили внимание на правильность формы кристаллов, цветов, пчелиных сот и других естественных объектов и воспроизводили эту пропорциональность в произведениях искусства, в создаваемых ими предметах, через понятие симметрии.

Интересно, что к наиболее интересным результатам  наука приходила именно тогда, когда  устанавливались факты нарушения  симметрии. В настоящее время в естествознании преобладают определения категорий симметрии и асимметрии на основании перечисления определенных признаков. Например, симметрия определяется как совокупность свойств: порядка, однородности, соразмерности, гармоничности. Все признаки симметрии во многих ее определениях рассматриваются как равноправные, одинаково существенные, и в отдельных конкретных случаях, при установлении симметрии какого-то явления, можно пользоваться любым из них. Так, в одних случаях симметрия - это однородность, в других - соразмерность. То же самое можно сказать и о, существующих в частных науках, определениях асимметрии.

Идея  симметрии часто являлась отправным  пунктом в гипотезах и теориях  ученых прошлого. Вносимая симметрией упорядоченность проявляется, прежде всего, в ограничении многообразия возможных структур, в сокращении числа возможных вариантов. В качестве важного физического примера можно привести факт существования определяемых симметрией ограничений разнообразия структур молекул и кристаллов. Например, достоверно, что их игральные кости имеют одну из пяти форм - тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр, икосаэдр. Потому что всякая иная форма игральной кости в принципе исключена, поскольку требование равновероятности выпадения при игре любой грани предопределяет использование формы правильного многогранника, а таких форм только пять.

Идея  симметрии часто служила ученым путеводной нитью при рассмотрении проблем мироздания. Наблюдая хаотическую  россыпь звезд на ночном небе, мы понимаем, что за внешним хаосом скрываются вполне симметричные спиральные структуры галактик, а в них - симметричные структуры планетных систем.

Видный  советский ученый академик В. И. Вернадский писал в 1927 году: "Новым в науке явилось не выявление принципа симметрии, а выявление его всеобщности".

Действительно, всеобщность симметрии поразительна. Симметрия устанавливает внутренние связи между объектами и явлениями, которые внешне никак не связаны. Всеобщность симметрии не только в том, что она обнаруживается в разнообразных объектах и явлениях. Всеобщим является сам принцип симметрии, без которого по сути дела нельзя рассмотреть ни одной фундаментальной проблемы, будь то проблема жизни или проблема контактов с внеземными цивилизациями.

Среди элементов симметрии различают  следующие:

Плоскость симметрии — плоскость, делящая  объект на две равные (зеркально  симметричные) половины;

Ось симметрии  — прямая линия, при повороте вокруг которой на некоторых угол, меньший 360 градусов, объект совпадает сам с собой;

Центр симметрии — точка, делящая пополам все прямые линии, соединяющие подобные точки объекта.

Обычно  через центр симметрии проходят оси симметрии, а через ось  симметрии — плоскости симметрии. Однако существуют тела и фигуры, у  которых при наличии центра симметрии  нет ни осей, ни плоскостей симметрии, а при наличии оси симметрии отсутствуют плоскости симметрии. Кроме этих геометрических элементов симметрии, различают биологические:

антимеры  — симметрично повторяющиеся  вокруг главной оси монаксонно гетерополярных форм участки тела;

радиус  — плоскость симметрия антимера;

интеррадиус — плоскость, проходящая между соседними  антимерами;

метамеры  — повторяющиеся участки, расположенные  вдоль продольной (обычно передне-задней) оси тела организма.

Симметрия предполагает неизменность не только самого объекта, но и каких-либо его свойств по отношению к преобразованиям, выполненным над объектом. Неизменность тех или иных объектов может наблюдаться по отношению к разнообразным операциям – к поворотам, переносам, взаимной замене частей, отражениям и т.д. В связи с этим выделяют разные типы симметрии.

Я рассматривала  типы симметрии, которые встречаются  у биологических объектов:

• сферическая симметрия — симметричность относительно вращений в трёхмерном пространстве на произвольные углы. То есть центральная симметрия.
• аксиальная симметрия (радиальная симметрия, симметрия вращения неопределённого порядка) — симметричность относительно поворотов на произвольный угол вокруг какой-либо оси.
• симметрия вращения n-го порядка — симметричность относительно поворотов на угол 360°/n вокруг какой-либо оси.
• двусторонняя (билатеральная) симметрия — симметричность относительно плоскости симметрии (симметрия зеркального отражения).
• трансляционная симметрия — симметричность относительно сдвигов пространства в каком-либо направлении на некоторое расстояние (её частный случай у животных — метамерия (биология)).
• триаксиальная асимметрия — отсутствие симметрии по всем трём пространственным осям.