Современные задачи общественного развития акцентируют внимание на качестве профессиональной подготовки будущих инженеров. Создание и эксплуатация объектов инженерной деятельности, должны соответствовать требованиям и уровню не только научно-технического прогресса, но и потребностям каждого человека, делая среду его жизнедеятельности комфортной и безопасной. Подготовка конкурентно способного инженера требует от педагогов высшей школы внедрения в образовательный процесс новых технологий, методических систем и приемов, проектируемых на основе психолого-педагогических теорий и способствующих эффективному формированию у обучаемых профессиональных компетенций [1–3]. Однако в центре образовательного процесса в инженерном вузе должен быть поставлен не просто будущий субъект инженерной деятельности, владеющий высоким уровнем профессиональных знаний и умения, а личность, обладающая опытом, способностями, индивидуальными качествами, готовностью к преобразовательной деятельности.
Цель исследования: разработать технологические приемы и средства формирования профессиональных компетенций будущих инженеров на основе теории поэтапного формирования умственных действий на примере дисциплины «Геодезия».
Задачи исследования:
1. Исследовать методические аспекты реализации теории поэтапного формирования умственных действий П.Я. Гальперина. Н.Ф. Талызиной в контексте формирования профессиональных компетенций будущих инженеров-строителей.
2. Разработать и апробировать учебные средства и технологические приемы их реализации (на примере дисциплины «Геодезия»), позволяющие сформировать обобщенные понятия и действия, необходимые не только в курсе «Геодезия», но для изучения других дисциплин профессиональной направленности инженера-строителя.
3. Произвести оценку эффективности учебных средств и технологических приемов их реализации по формированию профессиональных компетенций будущих инженеров на основе теории поэтапного формирования умственных действий на примере дисциплины «Геодезия».
Материалы и методы исследования
В ходе исследования применялись следующие методы: анализ психолого-педагогической литературы по проблеме исследования, наблюдение, моделирование, анализ продуктов деятельности.
П.Я. Гальпериным выявлена система психологических условий формирования, обеспечивающих приобретение обучаемыми опыта действий с заданными качествами:
1. Обеспечение полноценной ориентировки и использования осваиваемого действия;
2. Формирование адекватной мотивации освоения действия и его осуществления;
3. Воспитание желаемых свойств действия;
4. Перенос действия в идеальный (умственный) план [4, с.18].
Рассмотрим приемы формирования профессиональных компетенций будущих бакалавров, основанные на теории поэтапного формирования умственных действий П.Я. Гальперина, Н.Ф. Талызиной на примере дисциплины «Геодезия», реализуемые нами в процессе обучения будущих бакалавров направления подготовки 08.03.01 «Строительство». Следует отметить, что дисциплина «Геодезия» имеет важное значение для подготовки бакалавров различных направлений инженерной деятельности, которые в будущем должны самостоятельно составлять и работать с топографическими планами и картами, решать задачи по выносу проекта на местность и разбивке осей сооружений с использованием современных геодезических приборов, использовать методы геодезических измерений для решения различных инженерных задач. Задачами дисциплины «Геодезия» в профессиональной подготовке будущих инженеров-строителей являются: приобретение теоретических и практических знаний, необходимых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений; ознакомление и работа с современными геодезическими приборами и технологиями, которые используются при производстве измерений и их обработке, построении геодезических сетей и производстве съемок; изучение состава и организации геодезических работ при изысканиях на этапах проектирования. Результаты обучения бакалавров по направлению «Строительство» являются основой для формирования следующей компетенции: способность участвовать в проектировании и изыскании объектов профессиональной деятельности [5].
В зависимости от степени сложности и объема геодезических работ на специалиста-строителя возлагается: общее руководство и контроль за организацией и ходом выполнения геодезических работ в случаях, когда непосредственное выполнение работ и руководство ими осуществляются геодезистами; непосредственная проверка качества геодезических работ; непосредственное выполнение геодезических работ.
Процесс формирования профессиональных компетенций будущих бакалавров основывался на учебных картах, позволяющих сформировать обобщенные понятия и действия, необходимые не только в курсе «Геодезия», но и необходимые для изучения других дисциплин профессиональной направленности инженера-строителя: «Технология и организация строительного производства», «Инженерно-геодезическое обеспечение строительно-монтажных работ», «Реконструкция зданий и сооружений» и др. Содержание ориентировочной основы действий в таких картах задается последовательностью необходимых и достаточных признаков изучаемого понятия. Например, учебная карта по формированию понятия «чертеж земной поверхности», основанная на приеме «подведение под понятие», имела следующий вид:
Признаки понятия «топографический план»: чертеж земной поверхности; уменьшенное и подобное изображение земной поверхности; изображение горизонтальной проекции небольшого участка местности; нанесена координатная сетка; чертеж с изображением контуров и рельефа.
Признаки понятия «топографическая карта»: чертеж земной поверхности; уменьшенное и искаженное из-за кривизны Земли изображение земной поверхности; изображение значительной территории земной поверхности; нанесены минутная рамка и картографическая сетка (сеть меридианов и параллелей); чертеж с изображением контуров и рельефа.
Применяя «правило распознавания понятий» студенты называли и определяли признаки предложенных им графических объектов и записывали результаты наличия каждого признака с помощью знаков «+» – есть, «–» – нет, «?». Полученные результаты оценивали по логическому правилу [6]. Используя учебные карты на формирование понятий, обучаемые осознанно усваивали их существенные признаки и переставали обращаться к ним.
В содержании задач геодезической деятельности инженера-строителя нами были выделены обобщенные действия и приемы, усвоение которых с заданными качествами позволило бы будущему строителю эффективно выполнять свои профессиональные функции. В соответствии с системой данных действий были разработаны и внедрены в учебный процесс по курсу «Геодезия» учебные карты, например, для раздела «Работа с топографической картой» это карты: «Определение горизонтальных расстояний с помощью масштабов»; «Определение координат точек на карте»; «Определение ориентирных углов направлений на карте»; «Решение прямой и обратной геодезических задач»; «Решение задач по карте с горизонталями» и др.
В условиях группового обучения карты по формированию понятий необходимо заполнять совместно с преподавателем одним из студентов на доске, а остальными – в тетрадях или использовать деятельность обучающихся в диадах и только затем переходить к индивидуальной работе.
В соответствии с теорией поэтапного формирования умственных действий П.Я. Гальперина, Н.Ф. Талызиной обучающие карты должны быть построены на третьем типе ориентировочной основы действия, то есть содержать необходимую и достаточную информацию для их безошибочного выполнения обучаемыми [7]. Например, в учебной карте на формирование действия «Решение задач на тему: “Определение ориентирных углов направлений на карте”» были приведены не только ориентировочные знания, порядок действий при решении задач, но и рисунки к каждому действию. Так в пункте 9 представлен рисунок поясняющий прием измерения геодезическим транспортиром дирекционного угла (αизм) (рисунок).
Действие «Измерить геодезическим транспортиром дирекционный угол (φАВ)»
Учебные карты ориентировочных основ действий могут иметь различные уровни обобщения. Так, на начальном этапе обучения нами использовались карты, имеющие более подробное и развернутое содержание описания действия и необходимые для его успешного совершения ориентировочные знания. Постепенно студенты переходили к картам, содержащим более обобщенный план действий, а затем обучающиеся самостоятельно осуществляли перенос приобретенных знаний и умений для решения поставленной преподавателем учебной задачи.
Процесс интериоризации усваиваемых действий осуществлялся на основе выделенных в теории умственных действий П.Я. Гальперина, Н.Ф. Талызиной этапов:
- Мотивационный этап предполагал формирование преподавателем мотивов решения учебной задачи, актуализацию профессиональных интересов обучаемых, например, на основе проблемной ситуации.
- На материализованном этапе обучаемые для усвоения пооперационного состава процесса решения поставленной предметной задачи выполняли действие с учетом всех входящих в него операций. При этом студенты проговаривали вслух каждый пункт указания карты и затем его выполняли.
- На этапе «внешней речи» деятельность студентов по выполнению заданий носила пооперационный состав: так, обучаемые должны были не прочитать признак (необходимое действие), а назвать его вслух по памяти и записать. При этом очень важным являлся процесс рефлексивного анализа студентом своих действий. Учебными картами на данном этапе студенты пользовались только в случае, если забывали какой-то из пунктов предписания.
- Этап внутриречевого действия осуществлялся при чтении студентами задания и сразу безошибочном ответе или выполнении операции. Об успешности усвоения обучаемыми действия можно судить по их безошибочности при выполнении практических задач, в которых требовалось использование сформированных понятий или действий.
Результаты исследования и их обсуждение
Оценка эффективности обучения студентов геодезии на основе теории поэтапного формирования умственных действий П.Я. Гальперина, Н.Ф. Талызиной осуществлялась нами на основе метода моделирования [8, с. 87; 9], по следующему алгоритму:
1. Сбор информации о доучебном состоянии. Базовыми являлись данные о доучебном состоянии, обозначенные через S1, S2, S3,…Sm. Это: уметь мыслить и излагать свою речь логически; умение проводить сбор, знать основные понятия, связанные с измерениями на поверхности Земли и др. Для выявления данных о доучебном состоянии предметных знаний и умений студентов необходимо провести нулевую контрольную работу (состоящую из теоретической и практической частей), задания в которой должны быть составлены таким образом, чтобы позволили количественно и качественно определить выбранные показатели R1, R2, R3, R4, R5.
2. Процесс обучения по экспериментальной методике Fr(r = 1, 2,…n). В соответствии с данным алгоритмом возможные методики обучения студентов геодезии обозначены через F1, F2, … Fr, а соответствующие им результаты – через R1, R1, …Rk. В соответствии с целями нашего исследования моделирование осуществлялось на основе выбора традиционной методики и методики обучения геодезии студентов, основанной на теории поэтапного формирования умственных действий. Для характеристики результатов обучения нами использовались следующие показатели: формирование у студентов научных представлений о фигуре Земли, методах создания и использования опорных геодезических сетей, методах использования топографо-картографических материалов и измерений на поверхности Земли; умения выполнять различные виды съемок (теодолитную, тахеометрическую, нивелирование), осуществлять камеральные и графические работы по результатам полевых измерений, квалифицированно ставить перед соответствующими службами конкретные задачи геодезического обеспечения изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
3. Обработка информации о результатах обучения Fr.
4. Вычисление средних дидактических потерь 
.
5. Выбор оптимальной технологии в соответствии с критериями модели.
Алгоритм выбора оптимальной технологии обучения требует введения следующих характеристик: вероятность доучебного состояния – P(Si); вероятность результата Rr при применении методики обучения студентов геодезии Fr к доучебному состоянию – Si
(Rk).
Эти вероятности определяются как отношение числа ответов, соответствующих выбранным показателям, к общему числу возможных ответов.
В соответствии с данным алгоритмом, если обучаемый находится, например, в доучебном состоянии Si, то, применив технологию обучения Fr, возможно получить некоторый результат Rk с вероятностью 
(Rk). С этим результатом обучения можно связать некоторое число φ(Rk), характеризующее потери, соответствующие данной технологии обучения. Функцию потерь можно определить как разность между единицей – максимальной вероятностью и фактически достигнутым результатом 
(Rk), то есть [8]:
φ(Rk) = 1 – 
(Rk). (1)
Оптимальной считается та из них, которой соответствует минимальное значение дидактических потерь, то есть число, стремящееся к единице. В нашей экспериментальной деятельности число дидактических потерь 
составило 0,987, (для традиционной репродуктивной технологии обучения – 
= 0,789).
Учебная карта «Определение ориентирных углов направлений на карте»
|
Действия |
Ориентировочные знания |
|
1. Проанализировать условие задачи, выявить исходные данные и то, что необходимо найти |
Понятия: «ориентировать линию» – найти её направление относительно другого направления, принимаемого за исходное; «ориентирный угол» – горизонтальный угол между исходным направлением и ориентируемой линией |
|
2. Определить исходные направления на карте для определения ориентирных углов: истинный меридиан, осевой меридиан |
Понятия: «градусная рамка карты», «ось абсцисс», «вертикальная линия километровой сетки карты» |
|
3. Снять значения углов сближения γ и склонения δ меридианов (для изобра-женного участка местности на карте, значения этих углов приведены в юго-западном углу листа карты) |
Понятия: «угол сближения γ» – угол между направлением истинного меридиана (С) и осевого (х) меридианов зоны; «угол склонения δ» – угол между направлениями истинного (С) и магнитного (См) меридианов |
|
4. Изобразить ориентируемую линию |
Понятия: «точка», «линия» |
|
5. Провести через начальную точку ориентируемой линии истинный меридиан |
Линия, соединяющая одноименные значения на северной и южной кромках минутной рамки карты |
|
6. Измерить геодезическим транспортиром истинный азимут (Аизм) |
Понятия: «геодезический транспортир», «истинный азимут»- горизонтальный угол, отчитываемый по ходу часовой стрелки от северного направления истинного меридиана до ориентируемой линии |
|
7. Вычислить по значениям γ и δ дирекционный угол и магнитный азимут. Записать зависимости углов ориентирования |
Понятия: «магнитный азимут» – горизонтальный угол, отчитываемый по ходу часовой стрелки от северного направления магнитного меридиана до ориентируемой линии; «дирекционный угол» – горизонтальный угол, отчитываемый по ходу часовой стрелки от северного направления линии, параллельной осевому меридиану, (то есть оси Ох), до ориентируемой линии. Азимут магнитный Ам расч = Аизм – δ; Дирекционный угол αрасч = Аизм – γ |
|
8. Провести через начальную точку ориентируемой линии линию параллельную оси абсцисс, то есть вертикальной линии километровой сетки |
Понятия: «километровая сетка» – сеть линий на карте, параллельных осевому меридиану зоны (оси Ох), и изображению экватора на плоскости проекции (оси Оу); «зона», «экватор» |
|
9. Измерить геодезическим транспортиром дирекцион-ный угол (αизм) и вычислить значения истинного(А) и магнитного азимутов (Ам) |
Формулы: Азимут истинный Арасч = αизм + γ; Азимут магнитный Ам расч = αизм – δ + γ = αизм – П |
|
10. Сравнить значения измеренных и расчетных ориентирных углов |
Арифметические действия, требования по точности вычислений и измерений |
|
11. Вычислить по измеренному дирекционному углу значение румба |
Понятие: «румб r», – острый угол, отсчитываемый от ближайшего (северного или южного)направления меридиана, исходящего из заданной дочки до ориентируемой линии. Соотношения румбов и дирекционных углов
|
|
12. Записать углы ориентирования вычисленные и измеренные |
Требования к записи угловых величин |
Выводы
Исследование методических аспектов теории поэтапного формирования умственных действий П.Я. Гальперина, Н.Ф. Талызиной в контексте формирования профессиональных компетенций обучаемых, позволило разработать и апробировать учебные средства и технологические приемы их реализации по формированию обобщенный понятий и действий, необходимых студентам не только в курсе «Геодезия», но для изучения других дисциплин профессиональной направленности будущего инженера-строителя. Результаты эффективности опытно-экспериментальной работы подтверждены методом моделирования по критерию наименьших дидактических потерь.