Сентябрь 2017 г.

О подготовке вузами специалистов в области нанотехнологии

Ш. М. Шарипов

Развитие нанотехнологий и создание наноиндустрии в Узбекистане требует организации подготовки вузами специалистов в области нанотехнологии. Основная проблема в решении этого вопроса — это направленность существующей системы вузовского обучения на подготовку специалистов узкой специализации. Вузы с их специализированными факультетами и существующими программами обучения не приспособлены осуществлять подготовку специалистов по нанотехнологии — специалистов, которые должны иметь глубокие междисциплинарные и межотраслевые знания и быть способными работать на стыке различных научно-технических направлений. Многими технологически развитыми странами осознается необходимость коренной перестройки системы образования, чтобы обеспечить конкурентоспособность своих экономик в ближайшем будущем. Это можно видеть по наблюдаемой в последние годы в этих странах тенденции к сокращению подготовки узкоспециализированных исследователей (физиков, химиков, биологов и т.д.) и узкоспециализированных инженеров (металлургов, энергетиков, электронщиков и т.д.). Считается, что такая перестройка должна основываться на идее междисциплинарной интеграции, заключающейся во взаимопроникновении содержания разных учебных дисциплин, прежде всего дисциплин, относящихся к естественнонаучному образованию.

Ставя вопрос о подготовке специалистов в области нанотехнологии в Узбекистане, надо исходить из того, что у нас эта область знаний слабо развита. Научные разработки, относящиеся к научным основам нанотехнологии и собственно к нанотехнологиям, малочисленны. Кроме того, отсутствуют предприятия, производящие нанотехнологическую продукцию, а значит, отсутствует потребность в соответствующих специалистах. Фактически сейчас стоит задача создания в Узбекистане научного потенциала, необходимого для развития нанотехнологий до такого уровня, чтобы войти в число стран, производящих конкурентоспособную продукцию с применением нанотехнологий. Это означает, что в первую очередь надо готовить специалистов для научной и инновационной деятельности в области нанотехнологии. А для этого прежде всего надо внести изменения в программы обучения естественнонаучных факультетов вузов, но не тривиальным способом — добавлением новых учебных дисциплин в программу обучения, а следуя современным тенденциям перестройки системы образования на основе междисциплинарной интеграции.

Проблема междисциплинарной интеграции в преподавании естественнонаучных дисциплин исследуется большей частью применительно к обучению в общеобразовательных школах. В настоящее время вопрос о способах осуществления междисциплинарной интеграции является дискуссионным. Одна из точек зрения на междисциплинарную интеграцию в преподавании естественнонаучных дисциплин — мнение, что физику, химию и биологию надо преподавать как единый предмет путем создания интегративного курса, представляющего собой структурную организацию учебного материала по физике, химии, биологии, не расчлененного на отдельные предметы. На сегодняшний день осуществление этого считается трудноразрешимой задачей. Основным недостатком предлагавшихся программ преподавания естественнонаучных дисциплин в виде одного интегративного курса считается то, что они являются искусственной смесью естественнонаучных знаний, в которой полностью утеряна логика отдельных наук о природе. Критики таких программ считают, что введение интегративных учебных курсов (дисциплин) должно осуществляться без исключения из учебного процесса систематического изучения отдельных базовых дисциплин. Интегративные курсы предлагается вводить на старших этапах обучения после получения учащимися определенного уровня систематических знаний по отдельным базовым предметам. Такой подход не является новым в обучении. Он применяется в вузовских учебных программах, содержащих научные дисциплины, образовавшиеся на стыке разных наук (например, таких дисциплин, как физическая химия, биофизика, биохимия и др.). В этих программах указанные научные дисциплины изучаются как отдельные дисциплины после изучения дисциплин по наукам, на стыке которых они возникли. То есть учебный процесс, по сути, не выходит за рамки дифференцированного изучения дисциплин.

Недостаток системы образования, основанной на дифференцированном изучении дисциплин, состоит в том, что студенты получают набор знаний, не объединенный в целостную научную систему, в результате чего они затрудняются самостоятельно решать комплексные профессиональные задачи, требующие привлечения знаний из различных областей. К тому же, происходит быстрый рост знаний, в том числе знаний, образующихся на стыке наук. А простое добавление в учебный процесс каждой новой дисциплины, образовавшейся на стыке наук, приводит к значительному увеличению учебной нагрузки и, соответственно, к ухудшению качества освоения знаний. И это наиболее чувствительно в случае подготовки специалистов в области нанотехнологии, которая связана с множеством научных дисциплин: в области естествознания, медицины, технических и других наук. Межфакультетский интегративный курс, посвященный научным основам нанотехнологии, вводимый в этом случае после получения знаний по базовым дисциплинам факультетов и предназначенный восполнить пробелы по этим дисциплинам, оказывается перегруженным материалами, дублирующими материалы базовых дисциплин.

Решением проблемы перестройки системы образования на основе идеи междисциплинарной интеграции может быть предлагаемый здесь подход, основанный на сочетании дифференцированного и интегрированного изучения дисциплин на всех этапах учебного процесса.

При двухуровневой системе вузовского обучения подготовка специалистов для научной и инновационной деятельности в области нанотехнологии в вузах естественнонаучного профиля должна включать:

а) обучение в бакалавриатах физического, химического и биологического факультетов для получения знаний по базовым дисциплинам, а также основам нанотехнологии и нанобиотехнологии, применяя подход, основанный на сочетании дифференцированного и интегрированного изучения дисциплин;

б) обучение в магистратуре со специализацией по одному из направлений в нанотехнологии или нанобиотехнологии, приоритетному для Узбекистана, а также по основам организации инновационной деятельности.

Рассмотрим суть предлагаемого здесь подхода применительно к обучению в бакалавриате на физическом, химическом и биологическом факультетах университетов для получения знаний по базовым дисциплинам, а также основам нанотехнологии и нанобиотехнологии.

Этот подход, как и любая перестройка системы образования на основе междисциплинарной интеграции, предполагает кардинальное изменение программ обучения на факультетах с отказом от стереотипов в сложившейся традиционной последовательности и идеологии преподавания различных дисциплин. Для реализации данного подхода на каждом факультете реализуется своя программа обучения базовым дисциплинам, в которые внесены изменения, обусловленные следующим. Для понимания сущности химических процессов необходимы знания по физике, а для понимания сущности биологических процессов необходимы знания по физике и химии. Исходя из этого изменяется порядок изучения тем базовых дисциплин, а также из учебного материала дисциплин по физике, химии и биологии выделяются взаимосвязанные темы. Например, в физике — основные понятия и законы термодинамики, в химии — основные понятия химической термодинамики (применение законов термодинамики к физико-химическим процессам), в биологии — вопросы термодинамики биологических систем (применение законов термодинамики к описанию процессов трансформации энергии в живых организмах). На основе материала этих взаимосвязанных тем создается междисциплинарный учебный материал в виде учебного блока, который вводится в учебные программы базовых дисциплин всех трех факультетов. В такие же междисциплинарные учебные блоки объединяются материалы других взаимосвязанных тем дисциплин по физике, химии и биологии. Материал для интегрированного изучения может формироваться также объединением взаимосвязанных тем базовых дисциплин двух факультетов. Таким образом, учебный процесс можно представить как последовательное изучение материалов чередующихся между собой междисциплинарных блоков и блоков для дифференцированного изучения. Самый первый блок содержит интегрированный учебный материал в виде общего введения к учебным курсам по физике, химии и биологии на всех трех факультетах, в котором представлены сведения о развитии естествознания, естественных науках, современных тенденциях интеграции научного знания с возникновением новых научных дисциплин на стыке наук, наукоемких технологиях как факторе экономического роста, нанотехнологии как базовой технологии шестого технологического уклада. Блоки с материалами для дифференцированного изучения на факультетах включают материалы дисциплин, изучаемых по учебным программам на этих факультетах. Содержание учебных материалов в этих блоках должно обеспечить получение знаний, необходимых для изучения тем в блоках с интегрированным материалом.

Реализация описанного выше подхода является сложной методической задачей. Требуется преодолеть трудности, обусловленные существенным различием учебных планов физического, химического и биологического факультетов. Необходим пересмотр этих учебных планов с целью межфакультетской координации содержания и сроков изучения дисциплин по физике, химии и биологии на этих факультетах. Также необходим пересмотр содержания учебного материала самих дисциплин. Во-первых, необходима оптимизация содержания учебного материала, обеспечивающая сокращение его объема без влияния на уровень фундаментальности приобретаемых знаний (исключение вопросов, которые в настоящее время не имеют значимости ни в теоретическом, ни в прикладном аспектах и часто присутствуют при изложении учебного материала в исторической ретроспективе; исключение дублирования учебного материала; компоновка содержания учебного материала вокруг базовых понятий, уравнений, и др. ). Во-вторых, учебный материал этих дисциплин должен быть дополнен рассмотрением физических и химических явлений в низкоразмерных объектах, причем не в виде отдельного раздела, а путем включения в соответствующие разделы традиционных курсов по физике и химии (например, изучение электрических свойств объектов с металлической проводимостью должно включать изучение зависимости их проводимости от линейных размеров). К решению этой сложной методической задачи можно продвигаться только путем поэтапной разработки междисциплинарных учебных блоков и, исходя из их содержания, внесения изменений в содержание и последовательность изложения учебного материала дисциплин, изучаемых дифференцированно.

Обучение в бакалавриате должно включать также сведения о практическом использовании физических и химических явлений, обусловленных размерно-зависимыми эффектами, то есть о нанотехнологиях и нанобиотехнологиях. Но их включение в учебный процесс должно осуществляться не в виде отдельного курса, изучаемого после освоения теоретического материала (тем более что таким курсом практически невозможно охватить все многообразие использования указанных явлений), а в виде межфакультетских семинаров по отдельным темам со студенческими докладами, подготавливаемыми студентами самостоятельно на основе учебных и научных источников. Введение таких семинаров в учебный план должно быть скоординировано по времени с изучением соответствующих физических и химических явлений в наноразмерных объектах. Таким путем не только устраняется недостаток традиционного обучения — разнесение по времени изучения теоретических аспектов физических и химических явлений и их практического использования, но также реализуется метод активного обучения, направленный на развитие мышления, поисковых и исследовательских способностей. Изучение практического использования научных основ нанотехнологии в виде учебного курса вводится на последнем году обучения в бакалавриате и предназначено для получения знаний, связанных с приоритетными направлениями инновационного развития экономики Узбекистана на основе нанотехнологий.

Все сказанное выше относится лишь к одной из проблем, которые должны быть решены при организации подготовки специалистов в области нанотехнологии, а именно: к перестройке образовательного процесса (разработке новой модели обучения) в бакалавриатах физического, химического и биологического факультетов университетов на основе идеи междисциплинарной интеграции. Ее реализация представляет большие трудности, связанные как со сложностью осуществления рассмотренной выше междисциплинарной интеграции, так и с инерцией преподавателей, их нежеланием что-то менять, и она не может быть осуществлена на уровне отдельных вузов. Возможный вариант решения этой проблемы — выполнение разработки новой модели обучения для подготовки специалистов в области нанотехнологии отделом развития образования Межвузовского научно-образовательного центра нанотехнологий (см. на данном сайте «Как организовать развитие нанотехнологий и создание наноиндустрии в Узбекистане») с привлечением преподавателей вузов, а также научных сотрудников вузов и других организаций, которые обладают необходимым уровнем творческих способностей, умеют анализировать, выходить за пределы своей специализации.

Примечание. Рассмотренный выше подход к осуществлению обучения на основе междисциплинарной интеграции относится к университетам, готовящим специалистов по физике, химии и биологии. Развитие и внедрение нанотехнологий в Узбекистане потребует также перестройки обучения в технических университетах, создания новых подходов к инженерному образованию.

Организация подготовки в вузах специалистов в области нанотехнологии сталкивается также и с другими проблемами. Например, в программу обучения в бакалавриате в виде отдельного учебного предмета должен входить учебный курс, посвященный методам и средствам измерений характеристик наноразмерных объектов. Освоение этого курса предполагает проведение практических занятий. Но для этого необходимо соответствующее научное оборудование. А оснащение им учебных лабораторий вузов под большим вопросом из-за высокой стоимости этого оборудования. Обучение же в магистратуре без решения этого вопроса вообще невозможно, так как учащиеся в магистратуре должны овладеть навыками использования соответствующего аналитического и технологического оборудования и выполнять научные исследования с их применением. Некоторым решением этой проблемы может быть создание межвузовской лаборатории коллективного пользования научным оборудованием (об этой лаборатории, как структурном подразделении Межвузовского научно-образовательного центра нанотехнологий, говорится на данном сайте в разделе «Как организовать развитие нанотехнологий и создание наноиндустрии в Узбекистане»).

Закрыть