1
Оглавление.
Введение. Сфера применения результатов исследования. 3
Глава 1. О сущности системного подхода в образовании. 4
Глава 2. Пути реализации. 10
2.1. О творчестве. 10
2.2. Структура креативной вертикали. 12
Глава 3. Обучение студентов физике. 17
Глава 4. Курс «История инноваций в технике». 22
Глава 5. Курс «АМРИЗ – алгоритмические методы решения инженер-
ных задач». 105
Глава 6. Курс «Современные методы инженерного творчества». 107
Заключение. Об универсальной программе «Инноватика». 111
Список использованной литературы 112
2
3
Введение. Сфера применения результатов исследования.
Ведущей тенденцией при совершенствовании всей вертикали профессио-
нального образования является переориентация на подготовку специалистов к
инновационной деятельности. Реализуется тенденция через обновление со-
держания и структуры профессионального образования и определение путей
совершенствования государственных образовательных стандартов. Сюда вхо-
дят как совершенствование имеющих заделов, так и разработка качественно
новых направлений.
Согласно современным представлениям об инновационном менеджменте,
инновациями материального и организационного характера могут заниматься
как профессиональные менеджеры, так и специалисты соответствующих про-
филей. В любом случае для достижения инновационных целей структура обра-
зованности участников инновационного процесса должна быть сформирована с
учетом их специализации. Таким образом, применительно к промышленному
производству на реализацию таких элементов инновационной деятельности,
как «управление исследовательскими процессами», «анализ спроса на научно-
техническую продукцию», «оценка эффективности инноваций», целесообразно
ориентировать студентов и специалистов по экономике и менеджменту. Спе-
циалистам с высшим техническим образованием и студентам соответствующих
специальностей предпочтительнее такие элементы, как создание и освоение но-
вых техники и технологий, а также управление этими процессами «создания и
освоения». Авторы работают в системе подготовки специалистов промышлен-
ных технологий. Поэтому в своих разработках они опираются на опыт работы
со студентами именно таких специальностей, неизменно придерживаясь сис-
темного подхода. Авторы полагают, что некоторые их идеи вполне применимы
и в подготовке работников в нетехнических областях.
Следовательно, модель «психолого-образовательного сопровождения»
должна включать:
4
- образовательное сопровождение: широкая образованность, включаю-
щая, наряду с профессиональными «знаниями, умениями и навыками» (ЗУН),
знание истории инноваций в технике и закономерности развития техники.
Иными словами, направляемое развитие личности от «индивидуума, погло-
щающего ЗУНы» (абитуриент, только что ставший студентом) к личности, спо-
собный своим интеллектуальным трудом создавать новации, устраняющие про-
тиворечия развития конкретного «дела»;
- психологическое сопровождение: совмещенное с обучением ЗУНам
формирование интеллекта, умения работать в коллективе и креативности, то
есть создания у студента уверенности в его способности освоить методологию
творческого труда.
Своего рода «креативно-компетентностная вертикаль» в образовании,
предназначенная для того, чтобы студент поверил в осуществимость и практи-
ческую эффективность диады «обучение плюс самосовершенствование». Ины-
ми словами, студент должен быть убежден в том, что усвоение ЗУНов необхо-
димо и полезно совмещать с непрерывным обучением методологии научного
поиска. Такое сочетание способно сделать из него востребованного специали-
ста. КОМУ ЭТО ПРЕДНАЗНАЧЕНО?
Как следует из вышеприведенного текста, данная работа предназначена
для специалистов, как инженеров, так и менеджеров, занимающихся обучением
инновационным подходам в практической деятельности и в образовании. Она
может быть полезной в качестве учебного пособия студентам технических спе-
циальностей, особенно магистров, специализирующихся в области технологии
машиностроения.
Глава 1. О сущности системного подхода в образовании.
В анализе эволюции понятие «система» играет существенную роль, по-
этому разберем чуть подробнее. У каждого человека свои представления о том,
что есть система. Уточним это понятие применительно к теме нашего иссле-
5
дования. Все системы неприродного происхождения создаются для выполне-
ния полезных функций. В первичном представлении это есть совокупность
элементов (частей, подсистем). Но совокупность будет системой при обяза-
тельном наличии нескольких признаков. Перечислим их.
1. Наличие главной полезной функции (ГПФ). Функции систем, создан-
ных человеком, в большинстве случаев очевидны. Например, система образо-
вания предназначена для негенетического наследования знаний и формирова-
ния творческих личностей, а стиральная машина – для отделения грязи от бе-
лья. Функции систем, созданных человеком, почти очевидны, в том числе
функции технических систем. Что касается чисто природных систем, то их
функции не очень очевидны, но они вполне реальны.
2. Наличие устойчивой упорядоченной структуры. В состав структуры
входят подсистемы - части, элементы системы, которые, в свою очередь, могут
также быть структурированы. Здесь главное – наличие порядка, обеспечиваю-
щего стабильную работу системы.
3. Наличие мощных внутрисистемных связей, то есть тех взаимодейст-
вий, которые объединяют набор элементов или подсистем в единое целое. Под-
системы и взаимосвязи образуют упорядоченную структуру системы.
4. Обязательное присутствие внешних связей со средой своего обитания.
Так называемых «замкнутых систем» в составе Вселенной нет, это всего лишь
абстрактная модель, используемая в научном познании. Своеобразный «бред»
физиков-теоретиков. Все системы обмениваются с «внешней средой» инфор-
мацией, энергией, веществом. Исключение пока что составляет лишь такая
сверхсистема, как Вселенная, ибо мы не знаем, чем и с кем она торгует.
5. Появление системного качества, иногда именуемого системным эф-
фектом. Это тот положительный эффект, который возникает сверх обычной
суммы качеств отдельных элементов. Для систем искусственного происхожде-
ния системное качество тесно связано с ГПФ системы, оно фактически пред-
ставляет то новое качество, которого нет у простого набора (конгломерата)
элементов. Например, системное качество самолета – способность летать.
6
Системное качество системы образования – передача по наследству непрерыв-
но умножаемого знания. Механизмы возникновения системного эффекта -
очень интересная область для размышления. Основа здесь – взаимное усиление
положительных качеств компонентов при их совокупном действии и взаимная
компенсация отрицательных свойств.
Системы зарождаются, развиваются, живут и исчезают по своим сис-
темным законам. Есть законы, управляющие структурообразованием при воз-
никновении систем. Любая упорядоченная структура возникает из хаоса эле-
ментов по законам синергетики. Далее в действие вступает группа законов, ре-
гулирующих внутренние (внутрисистемные) связи и внешние связи системы.
Для нашей работы самые существенные – это законы развития технических
систем (ЗРТС). На всякий случай уточним само понятие природного (не юри-
дического!) закона. Закон есть существенное, устойчивое, повторяющееся
отношение внутренних и внешних связей элементов системы. Действие за-
конов развития технических систем объективно; их знание необходимо для
целенаправленного использования в совершенствовании техносферы. А юри-
дические законы - это всего лишь правила с ограниченными ареалом и време-
нем действия.
Системный подход требует, чтобы «менеджеры» были бы компетентны в
теории современных (прогрессивных) технологий, а «инженеры» достаточно
основательно понимали бы основы инновационного менеджмента. Есть ещё два
компонента «инновационной образованности», которые обязательны для всех
участников инновационных процессов. Во-первых, это основательное знаком-
ство с законами РФ по охране интеллектуальной собственности. Минимум та-
кой «правовой компетентности» инженера составляет ознакомление с патент-
ным правом, в том числе с патентным законом РФ. Во-вторых, для более глу-
бокого понимания (осознания) сущности инновационной деятельности как сис-
темного явления в промышленных областях и тем, и другим необходимо осно-
вательное знакомство с современными технологиями творческого поиска но-
вых технических решений. Именно такие решения составляют материальную
7
основу практически всех инноваций. Необходимо это прежде всего для того,
чтобы специалист мог сам генерировать новые решения.
Реализация такого подхода будет способствовать осуществлению целена-
правленной кадровой политики, ибо в инновационных проектах особенно важ-
на творческая квалификация исполнителей всех уровней. Менеджер должен
понимать ученого-изобретателя. И инженеру, и менеджеру необходимо уме-
ние дать надежную оценку этапу развития данного вида новой техники. Спе-
циалист должен четко осознавать, что уже есть по исследуемой технической
проблеме: найден принцип действия, создана компоновочная схема, разработа-
на конструкция, созданы типоразмеры, созданная техническая система требует
оптимизации или шлифовки узлов и режимов. Или же предлагаемая идея вооб-
ще не нова.
Следовательно, в процессе подготовки современных специалистов, спо-
собных эффективно осуществлять инновационную деятельность, наряду с пе-
редачей основ фундаментальных и профессиональных знаний, необходимо
учить учащихся, студентов методам творческого мышления при решении
творческих задач. Такое обучение наверняка будет полезно и многим инжене-
рам, уже имеющим диплом о высшем техническом образовании. Введение в
учебный процесс вузов, техникумов и колледжей специализированных учебных
курсов наталкивается на сильные противоречия, связанные с сильнейшей пси-
хологической инерцией в деле формирования учебных планов и отсутствием
достаточного числа преподавателей, способных на высоком уровне препода-
вать творческие спецкурсы.
Применительно к высшему и среднему профессиональному образованию
суть проблемы состоит в следующем. Парадигма широкой образованности
предполагает формирование личности, владеющей научно обоснованной тех-
нологией творческого решения задач. Профессиональные ЗУНы в рамках
этой парадигмы трактуются не как цель, а лишь как необходимое средство
обеспечения творческой деятельности специалиста. Если рассматривать обра-
зованность выпускника как систему, то она должна содержать в себе ещё как
8
минимум четыре подсистемы. Это деловая профессиональная квалификация,
сформированное научное мировоззрение, потребность в познании и умение
познавать себя и окружающий мир, а также потребность и умение работать
творчески. Каждая из этих взаимообусловленных и взаимосвязанных подсис-
тем должна выступать не в виде желательной, то есть необязательной «добав-
ки», а в качестве необходимого и равноправного компонента системной об-
разованности, имеющей реальную опору на личностные качества будущего
специалиста. Отечественное профессиональное образование традиционно ус-
пешно реализует лишь одну из «подсистем» - обучение ремеслу в самом хоро-
шем смысле этого слова. Это огромное достоинство, и оно не должно быть
утеряно ни при каких перестройках и модернизациях. Отсюда вытекает потреб-
ность и необходимость внесения в структуру образованности личности каче-
ственных изменений и, следовательно, энергичной корректировки самой
структуры образовательного пространства и модернизации образовательных
технологий.
Анализ предпринимаемых неоднократных попыток корректировки дета-
лей показали, что в этой области имеются концептуальные противоречия,
имеющие характер факторов длительного действия. Рассмотрим проблему на
примере высшего технического образования применительно к формированию
творческой личности инженера. Принято считать, что для нормальной произ-
водственной деятельности по эксплуатации технических систем выпускнику
инженерного вуза достаточно освоить «базу данных». К этой базе относят все
то, что изложено в учебниках по специальности, сведены в справочники, инст-
рукции, руководящие указания, аккумулированные в опыте наставников. К не-
обходимым качествам инженера - производственника причисляют также уме-
ние профессионально ориентироваться в информационных массивах по спе-
циальности. Это и есть основы «инженерного ремесла». Но понятие «инженер»
произошло от латинского слова ingenium, что означает «способный изобре-
тать», то есть творить новое. Стержнем такой творческой инженерной квали-
фикации, основой создания новых технических решений является «база зна-
9
ний». Эта база содержится в учебной и научной литературе по целому спектру
наук. В техносфере основу всех технических систем и технологий составляют
естественные науки – физика, химия, биология. Именно в них заложено пони-
мание сущности реализуемых в технике явлений, эффектов и процессов. Имен-
но слабость «базы знаний», недостаточная естественнонаучная подготовка
специалиста (эксплуатационника, разработчика) не позволяет ему целенаправ-
ленно совершенствовать технические системы и непосредственно производст-
венные процессы. Естественные науки составляют содержательный костяк на-
учного мировоззрения инженера. Оно может базироваться только на системном
естественнонаучном кругозоре, который обеспечивает восприятие диады «лич-
ность – природа» как единой надсистемы. Естественнонаучное мировоззрение
служит фундаментом и для реализации потребности в познании мира, и для
осознанного приобщения к творческому труду, к созданию нового. Именно ес-
тественнонаучный компонент общего и профессионального образования лич-
ности должен служить системообразующим фактором её широкой образо-
ванности. Это положение относится ко всей вертикали профессионального
образования, от его начальных стадий до высшего.
Любая система, в том числе и образованность личности, должна по опре-
делению иметь главную полезную функцию (ГПФ). ГПФ образованности
включает в себя удовлетворение интересов и личности, и общества. Примени-
тельно к прагматическим интересам личности главное – обеспечить сочетание
высокой деловой квалификации со способностью адекватно адаптироваться к
быстроменяющемуся миру. В том числе – к нарастающим требованиям работо-
дателей, к потребностям рынка труда. Студенты значительно раньше некото-
рых деятелей от образования и преподавателей поняли и оценили значимость
широкой образованности. Это очень надежное средство, обеспечивающее их
собственную социально профессиональную адаптацию, то есть быструю реак-
цию на изменение внешних обстоятельств. И далее - возможность управлять
обстоятельствами в соответствии со своим потребностями и запросами. Ра-
нее считалось, что в обществе широкая образованность способствует повыше-
10
нию «культурного уровня» его членов. Само понятие «культурного уровня»
каждый трактует по-своему, в меру своей «испорченности». Ныне стало почти
очевидным, что системное образование и широкий кругозор создают фунда-
мент для более эффективной деятельности в сфере избранной профессии. Это
полезно и для личности, и для общества. Синтез интересов личности и общест-
ва предполагает, что образовательное учреждение формирует системно обра-
зованного специалиста, способного к дальнейшему самообучению, владею-
щего профессиональными познаниями и технологией творческого труда.
Глава 2. Пути реализации.
2.1. О творчестве.
В структуре всех государственных образовательных стандартов есть тре-
бование: «обеспечить устойчивое стремление к самосовершенствованию,
стремление к творческой самореализации». Этот императив продиктован необ-
ходимостью эффективного трудоустройства выпускников и их адаптации к
рынку труда. Вместе с тем действенных методик «обеспечения стремления к
творческой самореализации» в системе профессионального образования прак-
тически нет. Имеются только отдельные крупицы опыта подготовки обучаю-
щихся к реализации своего творческого потенциала. Здесь представляются
важными два аспекта: во-первых, специалисту, ориентированному на иннова-
ционную деятельность, необходимо умение видеть и формулировать творче-
ские задачи, т. е. умение выявлять противоречия в объекте исследования; во-
вторых, нужны готовность и умение преодолевать эти противоречия. Фак-
тически это означает овладение технологией организации мышления по преоб-
разованию проблемной ситуации в конкретные задачи, создание моделей задач,
исследование противоречий, их научный анализ с последующим преобразова-
нием модели в приемлемое решение. Всему перечисленному можно и нужно
учить.
11
Концептуальные основы методологии творчества заложены в методоло-
гии естествознания. Развитие когнитивных и креативных структур человека -
это две грани единого процесса эволюции человечества. Когда когнитивные
структуры человека развились до надлежащего уровня, возникла наука, в том
числе естествознание как её ведущая отрасль. На этом этапе сформировалось
наше умение задавать вопросы природе, иногда получать на них ответы и пра-
вильно их истолковывать на языке науки. Тем самым человек создал возмож-
ность управлять процессом познания. Аналогичный процесс «от наблюдения к
управлению» характеризует и эволюцию творчества. Известно, что творческие
способности самым непосредственным образом связаны с умственной деятель-
ностью человека, которая определяется как природными задатками и склонно-
стями, так и социально-воспитательной и предметной пространственной сре-
дой. Человек отказывается от ожидания «озарения свыше» в пользу научно
обоснованной подготовки собственной личности к генерации результативного
озарения при решении задачи.
С целью научить студентов технологии творческого решения задач одни
преподаватели предлагают использовать уникальный индивидуальный опыт
творческих личностей, другие вводят в преподавание своей дисциплины зада-
чи, требующие для решения хотя бы элементов творческого подхода. Этих
фрагментов явно недостаточно. Основной результат творчества как науки -
«озарение по заказу». Стержень подготовки составляют эвристические алго-
ритмы, выстроенные в соответствии с объективными законами развития объ-
ектов исследования, например технических систем. Ясно, что массовое введе-
ние обучения творческому решению задач должно быть научно обоснован-
ным. Применительно к инженерному творчеству теоретической базой такого
обучения может служить теория решения изобретательских задач (ТРИЗ).
Г. С. Альтшуллером была сформулирована концепция развития творческого
мышления при решении технических задач [1, 2]. Теория решения изобрета-
тельских задач включают в себя целостную систему средств, направленных на
продуктивную творческую деятельность, в том числе алгоритмы решения изо-
12
бретательских задач. Базируется эта система на логических, информационных и
психологических технологиях, обеспечивающих эффективную результатив-
ность целенаправленной деятельности. Практической базой является большой
опыт преподавания на семинарах для инженеров, факультативах для школьни-
ков и в системе высшего технического образования [3, 4].
2.2. Структура «креативной вертикали».
В Пензенской государственной технологической академии (ПГТА) созда-
на комплексная образовательная программа, целью которой являются разработ-
ка и внедрение в практику подготовки специалистов, ориентированных на ин-
новационную деятельность, технологий креативного образования. Такое обра-
зование предусматривает прежде всего формирование у будущего инженера
умения решать творческие задачи не по наитию, а посредством научно обосно-
ванных алгоритмических методик. Студенту очень полезно не только набрать
запас знаний, профессиональных умений и навыков, но и овладеть технологией
творческого решения инженерных задач. Идея программы [3, 4, 5] состоит в
том, что творческий компонент образованности инженера предполагает нали-
чие у выпускников технических специальностей вузов умений и навыков поис-
ка новых инженерных решений. Эта грань деловой квалификации инженера
требует, как минимум, двух обязательных компонентов в структуре образован-
ности специалиста с высшим техническим образованием: уверенного овладения
основами научной теории решения изобретательских задач и добротного зна-
ния «ремесла», т. е. наличия профессиональных знаний, умений и навыков.
Творчество возможно только на базе знаний, но профессиональные знания,
умения, навыки в этой трактовке рассматриваются не в качестве конечной цели
образования, а как фундамент и одновременно инструмент решения творческих
задач в области техники и технологий.
Анализ опыта, как нашего собственного, так и коллег из вузов России
[7,8,9], показал, что краткосрочные факультативы или отдельные лекции о
сущности и престижности творческого начала полезны для осведомления, но
13
не решают проблемы приобщения студентов к творчеству. Простого озна-
комления недостаточно для того, чтобы студент ощутил себя субъектом твор-
чества, генератором нового знания. Приоритет творческого начала в деятельно-
сти будущего инженера можно обеспечить только при совмещении обучения
творчеству со всем образовательным процессом, от первых лекций в вузе до
дипломной работы.
Первоначально необходимо было проверить саму возможность построе-
ния и работоспособности «креативной вертикали». Руководствуясь принципом
«не навреди», в структуру такой вертикали мы включили четыре дисциплины:
общую физику (1 и 2-ой курсы), историю техники (2-й курс), алгоритмиче-
ские методы решения изобретательских задач (АМРИЗ, 3-й курс), совре-
менные методы инженерного творчества (4-й курс). В становлении всей
программы приняли участие кафедра физики и выпускающая кафедра «Техно-
логия общего и роботизированного производства».
Стартовой основой вертикали служил четырех семестровый курс «Физи-
ка». Поскольку в качестве экспериментальных групп были определены потоки
будущих инженеров-механиков, то содержание курса должно было соответст-
вовать ГОС для специальности «Технология машиностроения». Особенностью
изложения курса является то, что в первые три семестра акцент переносится на
трактовку физики как научной основы техники и технологий. Примеры «физи-
ческих изобретений» из патентного фонда отбираются так, чтобы продемонст-
рировать мощь физического знания как эффективного инструмента решения
технических задач. Особое внимание уделяется функциональным техническим
возможностям изучаемых физических явлений и эффектов. На изучение в чет-
вертом семестре были отнесены мировоззренческие аспекты физики.
Курс «История техники» читается в четвертом семестре. Согласно про-
грамме этой дисциплины становление и развитие техники трактуется как про-
явление объективных законов развития технических систем. Ознакомление с
этими законами составляет первый раздел курса. Второй раздел – обзорные
лекции по становлению и развитию важнейших научно-технических отраслей
14
(энергетика, материаловедение, электроника, биотехнология, информатика). В
эволюции этих отраслей явно подчеркивается ведущая роль физики, химии,
биологии. Периоды «технических революций» сопоставляются с последова-
тельным формированием системных физических картин мира. В самостоятель-
ных творческих работах студентам предлагается проанализировать историю и
перспективы развития конкретных технических систем (станков, бытовой тех-
ники, компьютеров, устройств связи и т. п.). Третий раздел посвящен эволюция
технологий создания новых технических решений.
Учебный курс АМРИЗ вынесен на пятый-шестой семестры. Он состоит из
лекционных занятий и практики. Посвящен это курс обоснованию, структуре и
сущности эвристических алгоритмов, а также назначению и освоению отдель-
ных стадий таких алгоритмов. На практических занятиях с использованием
банка задач студенты получают практические навыки по реализации рассмот-
ренных на лекции положений.
Завершением «креативной вертикали» служит курс «Современные мето-
ды инженерного творчества». С 2005 г. этот курс построен на основе ТРИЗ. В
лекциях излагается суть этой науки, подчеркивается эвристическая значимость
технических и физических противоречий. Особенность курса заключается в на-
целенности его на методы синтеза технических систем. Достигается это путем
коллективного (в малых группах) и индивидуального решения учебных задач с
их последующей проекцией на производственные задачи. Разрешение техниче-
ских и физических противоречий опирается на использование физических эф-
фектов и явлений.
Системный эффект всей «креативной вертикали» подлежит последующе-
му обсуждению. Тем не менее, описываемый подход представляется перспек-
тивным. Во-первых, студент осваивает технологию творчества на младших
курсах, и она неминуемо должна «заработать» при изучении специальных дис-
циплин и в дальнейшем при выполнении дипломных работ. Во-вторых, физика
органически входит в структуру ТРИЗ, составляя основу информационного
фонда этой теории. На практических занятиях наряду с традиционными учеб-
15
ными задачами (закрепление материала) предусмотрены учебные творческие
задачи, решение которых связано с использованием физических эффектов и яв-
лений. Фонд таких задач базируется на патентных материалах. Лабораторный
практикум может быть поставлен как изучение системы физических моделей
реальных ситуаций в различных областях техники. Для учета успехов студен-
тов используется модульно-рейтинговая система. Анализ результатов и востре-
бованности «креативной вертикали» показал, что при наличии опытных препо-
давателей, владеющих ТРИЗ, обучение вполне эффективно. Студенты начина-
ют значительно выше оценивать свои творческие возможности, возрастают са-
мооценка и ценность учебного курса общей физики, формируется желание
продолжить занятия. Конечно, такие занятия на начальных стадиях работы
должны вести преподаватели, имеющие соответствующую подготовку и опыт.
При обсуждении возможных вариантов введения обучения творческому реше-
нию задач целесообразно заранее учитывать, что таких преподавателей в Рос-
сии пока относительно мало. Их надо готовить, поскольку ясно, что обучение
творчеству будет эффективным только при условии, если и сами методы твор-
ческого решения задач, и методика обучения этим методам станут достоянием
большинства преподавательского корпуса. Это очень сложная проблема, но ее
можно и нужно решать, поскольку формирование творческой личности - гене-
ральная задача современного профессионального образования. В идеале нали-
чие соответствующих компетенций должно быть предусмотрено квалификаци-
онными требованиями к преподавателям. В реальности до этого далеко, но уже
настало время для старта. Научные методики обучения творческому решению
задач нужно разрабатывать, апробировать, отбирать и вводить в учебный про-
цесс на базе имеющихся ресурсов и с тем составом преподавателей, который
есть и который мы сумеем подготовить в ближайшем будущем. Необходимы и
экспериментальные площадки, и центры методологии творчества, и, главное,
понимание того, что проблема подготовки специалистов, ориентированных на
инновационную деятельность, назрела и никто ее за нас не решит.
16
Идеальным результатом было бы формирование такой интегральной
компетенции, как профессиональная креативность. Под профессиональной
креативностью мы понимаем качество личности, способствующее комфортно-
му «вхождению» в профессию: способность специалиста оперативно находить
и эффективно применять нестандартные, оригинальные творческие решения
профессиональных проблем; самореализацию в профессии и удовлетворен-
ность ею; воспитание лидерских качеств личности. Данные умения, навыки и
отношения выступают в качестве базовых компонентов личности, выражая ве-
дущие характеристики процесса ее профессионального становления, отражая
универсальность связей с окружающим миром, инициируя способности к твор-
ческой самореализации, определяя эффективность инженерного труда. Таким
образом, степень сформированности исследовательских, креативных умений и
навыков должна служить важнейшим критерием готовности к творческой дея-
тельности и профессиональному совершенствованию будущего специалиста.
Что касается студентов, то мы констатируем, что ЗУНы по естественно-
научному блоку у абитуриентов оставляют желать много лучшего. Поэтому
преподавателю физики технического вуза всерьёз рассчитывать на школьные
знания первокурсников нельзя. Как правило, нет у них и навыков самостоя-
тельной работы, отсутствует системное мышление. В рамках креативной верти-
кали наряду с усвоением репродуктивных знаний студенты второго – третьего
курса соучаствуют в продуктивной работе. Им поручается создание «техпас-
портов физических явлений». Такая работа включает физическую картину яв-
ления, его природные проявления и примеры из действующей техники. Да-
лее излагаются технические и технологические возможности явления. На-
пример, краткий «техпаспорт» закона Архимеда: физическая сущность и про-
исхождение выталкивающей силы, плавание льдов и судов, понтоны, поплавки
иных назначений. Технологические возможности: регулирование плавучести
тел, компенсация веса объекта, сборка тяжелых или громоздких объектов, раз-
деление, сортировка, сепарация по плотности частиц, измерение уровней, изме-
рение плотности, вязкости и параметров магнитного поля. С этими работами
17
студенты участвуют в научно-технических конференциях студентов. Ряд их ра-
бот после редактирования включен в учебно-методическое пособие «Физиче-
ские эффекты и их применение в технике и технологиях».
Итак, креативная вертикаль в инженерном образовании есть, во-первых,
непрерывное приобщение к творчеству всех студентов. Во-вторых, обучение
одаренных студентов научно обоснованным технологиям творческого решения
инженерных задач. Цель проекта - разработка и внедрение в практику иннова-
ционных технологий креативного образования. Основу вертикали составлял
курс физики [10]. Физика как наука присутствовала в обучении фактически в
течение семи семестров, поскольку «История техники» трактовалась как исто-
рия применения физических знаний в создании новых технических систем и
технологий, а в АМРИЗ интенсивно использовался информационный фонд фи-
зических эффектах.. В рамках креативной вертикали у значительной части сту-
дентов формируется непреходящий интерес к инженерному творчеству и к тех-
ническим возможностям физических эффектов и явлений. В рамках этого про-
екта прослойке продвинутых студентов удается привить интерес к самостоя-
тельной работе по изучению физики и к решению технических задач с явным
использованием знаний по физике. Конечно, применительно к обучению бака-
лавров и магистров «вертикаль» придется основательно пересмотреть, но её
суть останется в числе инвариантов.
Глава 3. Обучение студентов физике.
В структуре образованности будущего инженера основным элементом ес-
тественнонаучного компонента выступает физика. Эта наука одновременно
фундаментальная и прикладная. Как учебная дисциплина она выполняет две
важнейшие функции - мировоззренческую и «техническую». Изучение физики
способствует формированию научного мировоззрения и методично создает
убежденность в том, что методология естествознания есть общенаучная мето-
дология [10]. Будущему инженеру необходимо понимать и осознавать, что фи-
18
зика есть научная основа всей современной техники и большинства промыш-
ленных технологий. Пытаясь совместить обе функции в едином курсе, мы
вступаем на путь компромиссов: немного того и немного другого плюс конгло-
мерат сведений об основных физических законах и их многочисленных прояв-
лениях в природе. Мировоззренческий аспект при этом тонет в потоке формул
и формулировок, а техническая направленность имеет иллюстративный харак-
тер, так как реализуется, как правило, в примерах использования законов фи-
зики в действующей технике.
Ясно, что такие технические системы, как люминесцентные источники
света, холодильники, телевизоры, компьютеры и др., построены на основе из-
рядного множества физических законов, явлений и эффектов. Однако тот факт,
что физика есть неиссякаемый источник новых творческих решений техниче-
ских задач, очень часто остается за рамками преподавания курсов физики. Сле-
дует отметить, что речь идет не только о самых современных достижениях фи-
зической науки, но и о традиционной, «классической», физике, которая по-
прежнему является научной основой большинства изобретений в области тех-
ники и технологий. Первые изобретения на основе нового физического откры-
тия делаются, как правило, исследователями, работающими в той или иной уз-
кой области физики. Эта группа людей достаточно малочисленна и, естествен-
но, часто даже не подозревает о наличии множества задач, решение которых
настоятельно требует применения открытого физического эффекта. В то же
время широкий круг инженеров, за редким исключением, не имеет информации
о сути нового открытия. Эти люди достаточно хорошо осведомлены о явлениях,
относящихся непосредственно к их области деятельности, но не знают откры-
тий, сделанных в смежных областях. Информация о физических эффектах раз-
бросана, как правило, в огромном числе сугубо специализированных изданий,
отслеживать её чрезвычайно сложно.
Удивительно, но инженеры и другие изобретатели зачастую не использу-
ют и хорошо известные физические эффекты и явления. Знание основ физики –
неотъемлемая часть современного высшего технического образования. Основы
19
физики преподаются и специалистам не совсем технических специальностей,
однако слишком часто эти знания лежат без применения. Иногда изобретатели
забывают или попросту не знают о существовании нужного для решения задачи
физического эффекта, иногда не решаются использовать эффект, относящийся
к «чужой» области.
Значительную роль играет и своего рода психологическая инерция: изо-
бретатели не привыкли видеть в применении физических явлений и эффектов
эффективного способа решения изобретательской задачи. С конца девятнадца-
того века задача получения высокого напряжения решалась с помощью стан-
дартного способа с применением двух обмоток трансформатора; и только
спустя очень много лет после возникновения потребности к решению этой за-
дачи было применено (Япония) явление пьезоэлектричества. Причина очевид-
на: пьезоэффект лежит в области, традиционно не имеющей отношения к тех-
нике высоких напряжений.
Конечно, далеко не все изобретательские задачи могут быть решены при-
менением того или иного явления или эффекта из физики или химии. Тем не
менее, изобретателю необходимо знать физические явления и эффекты, необ-
ходимо привыкнуть к мысли, что физические явления и эффекты представляют
собой достаточно мощные и универсальные «ключи» от многих хитрых замков
изобретений.
Как обучать физике?
В связи с вышеизложенным необходимо изменить парадигму в деле обу-
чения физике студентов технического вуза. Эволюция обучения физике обу-
словлена изменяющимися потребностями общества и его возможностями.
Переход к новой парадигме образования породил массу проблем, в том числе и
в методике обучения физике. Ныне принятое изложение курсов физики для
технических специальностей вузов сложилось примерно шестьдесят лет тому
назад и кардинально не обновлялось. Эта довольно жесткая схема в свое время
была весьма эффективной, но сейчас она не отвечает требованиям рынка труда.
Объемы информации растут, а время обучения либо не возрастает, либо убы-
20
вает. Кардинальное решение этой проблемы связано с переходом к концепту-
альным курсам с широким варьированием деталей. Для того, чтобы опреде-
литься с концепциями курса физики как для специалистов, так и для бакалав-
ров в техническом образовании, определим, какие компоненты нынешних кур-
сов не подлежат изменению.
1. Физика - естественная наука, то есть в структуре обучения должны
быть лекции, решение задач и выполнение лабораторных работ. Инженерам,
в том числе и бакалаврам, нужна ясная физическая картина явлений и умение
применять теорию к решению практических задач. Все три компонента учебно-
го процесса необходимо сохранить.
2. В основу группировки учебного материала должна быть, как и сейчас,
положена «физическая теория» - механика, термодинамика, электричество и
т.д.. Преимущества такого традиционного для российского образования по-
строения в том, что изложение соответствует этапам научного познания: нако-
пление и анализ фактов и их связей, абстрагирование с последующим построе-
нием и использованием моделей, получение и обсуждение конкретных выводов
и следствий, применение знаний к конкретным физическим явлениям в природе
и технике. Такое построение вполне эффективно и не требует переподготов-
ки преподавательского корпуса.
Эти два тезиса образуют инвариант. Что же можно и что целесообразно
изменять?
Первое концептуальное изменение: применительно к высшему техниче-
скому образованию при формулировке инноваций определяющей должна быть
мысль о том, что физика есть научная основа всей современной и будущей
техники и большинства технологий. На этом нужно акцентировать внимание
студентов с первой лекции по физике и до экзамена. Сейчас в школьных и ву-
зовских курсах физики мы излагаем сведения о сущности и способах описания
физических явлений, их взаимосвязи между собой. Это хорошо, но этого мало.
Огромные технические и технологические возможности физики не раскрываем.
21
Второе концептуальное изменение: мы знаем, что науку интересуют зна-
ния, а технологии – только результат. Поэтому для будущих инженеров (в ши-
роком смысле этого слова – технологов) целесообразно оперировать не только
техническими примерами, а техническими функциями физических явлений.
Известную схему изложения каждой темы: физическая сущность явлений, их
физическая модель, математическая модель, проявление в природе и техносфе-
ре, для студентов технических специальностей необходимо дополнить по-
строением функциональной модели возможного использования в производ-
ственных технологиях. Из «знаньевого компонента» инженерам нужны конеч-
ные рабочие формулы с точным физическим толкованием величин, в них вхо-
дящих. Вывод же многих формул можно исключить, пусть они составляют
«технологию» профессиональных физиков.
Третье концептуальное изменение: мировоззренческий аспект целесооб-
разнее всего сосредоточить в специальном цикле лекций, посвященных эволю-
ции естественнонаучных картин мира. Это три-четыре часа. Подобный цикл
хорошо воспринимается студентами. Пособие в виде «ЕНКМ для технарей» го-
тово к обсуждению.
Четвертое концептуальное изменение: для бакалавров от техники все
квантовые идеи, физику ядра и элементарных частиц свести в две обзорных
лекции, отразив в одной из них суть линейчатых спектров и теплового излуче-
ния.
В учебном плане бакалавров от техники в качестве «спец. глав физики»
целесообразно использовать курс «Физические эффекты и их применение в
технике и технологиях (ФЭПТТ)». Он же может быть использован и при под-
готовке магистров от техники. Курс опробован в течение ряда лет при обучении
инженеров-механиков. Он работоспособен и показал приличную эффектив-
ность. Учебное пособие подготовлено для обсуждения.
Обучение физике должно быть непрерывным, от второго до восьмого се-
местра. Это реализуется с помощью всей «креативной вертикали». Конечная
цель – формирование творческой личности инженера. Напомним, что сущность
22
креативной вертикали состоит в непрерывном приобщении всех студентов и
обучении одаренных студентов научно обоснованным технологиям творческо-
го решения инженерных задач. Осознание физики как основы техники базиру-
ется на создании убежденности в том, что физика есть неиссякаемый источ-
ник новых творческих решений технических задач.
Глава 4. Курс «История инноваций в технике».
История человечества – это процесс познания и преобразования мира.
История техники есть часть этого явления. В основе познания лежит эмпирика
– наш с вами человеческий опыт (empeiria – опыт). Основу эмпирики составля-
ют наблюдения, получение информации от внешнего мира через ощущения и
восприятия. Как именно это происходит, можно почитать в учебниках и моно-
графиях по психологии. Для нас важно следующее. Техника развивается, и со-
вершенствуют её люди – студенты, инженеры, изобретатели, работники науки.
Каждое новое техническое решение есть результат их индивидуальной творче-
ской деятельности. Явление субъективное и в какой-то степени случайное.
Но совершается оно тоже на основе эмпирического опыта. Хотя «озарение»
изобретателя возникает как сугубо личностное явление, но через цепи таких
случайностей пробивает дорогу объективная необходимость. Выживают те
новинки, что соответствуют генеральной линии развития