CC BY
63
Электронное периодическое издание «Вестник Дальневосточного государственного технического университета» 2010 год № 1 (3)
05.00.00 Технические науки
УДК 001.895
И.Н.Мутылина
Мутылина Ирина Николаевна — канд. техн. наук, доцент кафедры технологии металлов и металловедения ДВГТУ. Е-mail: festu_rti@mail.ru
АНАЛИЗ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИИ
Проведен анализ подготовки кадров в области нанотехнологии в зарубежных университетах и вузах Российской Федерации. Рассмотрены образовательные программы США в области нанотехнологий и реализация подготовки специалистов в области нанотехнологий в Московском государственном университете. Перечислены основные российские вузы, ведущие подготовку специалистов по направлению «нанотехнологии».
Ключевые слова: образовательные программы в области наноиндустрии, образовательные технологии, наноматериалы и нанотехнологии, государственные образовательные стандарты третьего поколения, профессиональные послевузовские образовательные программы.
Irina N. Mutylina
ANALYSIS OF EDUCATIONAL PROGRAMS IN NANOTECHNOLOGY
The author analyzes professional training programs in the field of nanotechnology offered by Russian and foreign universities. Much attention is given to nanotechnology educational programs in American universities and in the Moscow State University. The article also contains a list of main Russian universities offering education in nanotechnology.
Key words: nanotechnology educational programs, educational technology, nanomaterials and nanotechnology, state educational standards of third generation, postgraduate professional educational programs.
Для разработки новых перспективных нанотехнологичных материалов и исследования свойств уже созданных необходимы высококвалифицированные кадры в области нанотехнологий (НТ) [10, 12]. Специалисты в области нанотехнологий востребованы не только российским, но и международным сообществом. В настоящее время в мире проходят подготовку 5-6 млн специалистов в этой области.
По существующим прогнозам, потребность в специалистах в сфере нанотехнологии в 2010-2015 гг. составит 800-900 тысяч человек в США, 500-600 тысяч в Японии, 300-400 тысяч в Европе и 100-150 тысяч в Юго-Восточной Азии [1].
Образовательные программы в области нанотехнологий реализуются в европейских странах и США по двум направлениям, принципиально отличающимся друг от друга [11, 13-15]:
в ряде европейских стран реализуются образовательные программы, узко направленные на наноматериалы и нанотехнологии;
большинство американских университетов придерживается той точки зрения, что нанотехнология - это часть наук о материалах, и, следовательно, надо, как и прежде, готовить специалистов с фундаментальными знаниями в области химии, физики, механики материалов.
Европейские образовательные программы ориентируются на узкое профилирование, но, тем не менее, например, в магистерском курсе сочетаются химия, физика и астрономия, инженерная механика и материаловедение. Для привлечения лучшей части абитуриентов в область нанонауки в Европе организуют летние школы.
Пропаганда образования в области нанотехнологий в США и Японии затрагивает всех - от воспитанников детских садов до пенсионеров, включая и учащихся университетов, колледжей и пр.
Как говорил на совещании ректоров и руководителей НОЦ вузов по тематическим направлениям ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 годы» (Санкт-Петербург, 9-11 июня 2009 г.)
профессор А.К.Федотов, «стратегия, которую приняли американцы, с их точки зрения, прагматична и очень разумна. Они сейчас вкладывают деньги в Европу, создавая лагеря и летние школы для студентов, причем они системно создаются не только в Европе, но и в Индокитае, Латинской Америке. Американцы намерены затем «выкачивать» лучших студентов себе, они уже сейчас их «прикармливают». Таким образом, и у нас есть риск, что готовить наших студентов мы будем не себе, а их будут просто «приобретать» американцы. И к этому тоже надо быть готовыми».
С 2001 г., благодаря National Nanotechnology Initiative (NNI), в США работает образовательная программа в области нанотехнологий для студентов университетов и профессионально-технических училищ, а также для общественности. Образовательные программы на базе колледжей и институтов предназначены для обучения технического персонала, т.к. с внедрением нанотехнологий в производство растет спрос на такие кадры.
Американские ученые подчеркивают, что НТ являются междисциплинарной и многодисциплинарной областью [16]. В 2002 г. запущена первая национальная программа получения докторской степени (Ph.D.) по нанотехнологиям в Центре Нанотехнологий Университета Вашингтона, США. Тесная связь этой программы с другими естественнонаучными дисциплинами позволила объединить естественнонаучное, инженерное или медицинское направление с нанотехнологиями.
Концепция нанотехнологий внедряется в образование для всех возрастов, например, в Lawrence Berkeley National Laboratory в Калифорнии проходят серии бесплатных утренних субботних лекций для студентов высшей школы и преподавателей. Осуществляется поддержка научных центров и музейных выставок, выпуск видеопродукции. Эта инициатива предполагает вовлечение большего числа студентов и преподавателей в исследовательские лаборатории; подготовку ученых-преподавателей для школ и университетов, которые смогут объяснить концепции нанотехнологий и наноинженерии в школах и в универ-
ситетских аудиториях; развитие партнерства между промышленностью, образованием, службой занятости.
В проекте российской национальной программы «Подготовка специалистов для наноиндустрии» указано, что в ближайшее время (6-8 лет) в Российской Федерации должны подготовить 30-40 тыс. специалистов в области нанотехнологий [10, 11].
По данным Учебно-методических объединений на 2009 г. имеют лицензию на право ведения образовательной деятельности в области нанотехнологий 54 вуза РФ: специальность «Нанотехнологии в электронике» - 18 вузов; специальность «Наноматериалы» - 26 вузов; направление «Нанотехнологии» (бакалавриат) - 33 вуза и направление «Нанотехнологии» (магистратура) - 4 вуза. По специальностям «Нанотехнологии в электронике» и «Наноматериалы» обучается 2300 студентов, по направлениям «Нанотехнологии» (бакалавриат) -1000 студентов и «Нанотехнологии» (магистратура) - около 70 студентов. В целом по вышеназванным направлениям и специальностям обучается более 3200 студентов. Выпуск в 2009 г. составил около 200 специалистов.
Из 57 инновационных вузов, получивших государственную поддержку в рамках приоритетного национального проекта «Образование», 36 уже создали или собираются формировать учебные программы в области нанотехнологий и наноматериалов [7]. Практически все вузы, занимающиеся нанотехнологиями и наноматериалами, сформировали исследовательские центры коллективного доступа по этим направлениям:
Санкт-Петербургский государственный университет - мультидисципл-инарный центр превосходства в области нанонауки;
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова совместно с Российской академией наук - научно-образовательный центр по наноматериалам и нанотехнологиям;
Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана - учебно-инженерный центр нанотехнологий;
Московский институт электронной техники - семь центров соответствующего профиля.
Аналогичная работа проведена в университетах Нижнего Новгорода, Томска и Владивостока.
Среди российских вузов, ведущих подготовку специалистов по направлению «Нанотехнологии», такие известные вузы как МГУ им. М.В.Ломоносова и РХТУ им. Д.И.Менделеева. Начиная с 2006 г., на факультете наук о материалах (ФНМ) МГУ в рамках программы «Инновационный университет» развивается система инновационного образования. Для направления «Химия, физика и механика материалов» разрабатываются и внедряются магистерские программы инновационного типа по наноматериалам и нанотехнологиям, предлагаются новые формы обучения, например, дистанционные курсы. ФНМ активно сотрудничает с ведущими российскими и зарубежными компаниями, среди которых известные высокотехнологические фирмы Degussа, Alcoa, Saint Gobain, Shlumberger, Samsung, LG, Русал, Бакор, МАИР и др.
Кафедра нанотехнологии и наноматериалов, организованная в РХТУ им. Д.И.Менделеева в 2003 г., - первая в России кафедра химикотехнологического профиля, занимающаяся подготовкой специалистов в области наноматериалов и нанотехнологии. Среди специальных предметов физико-химия наночастиц и наноматериалов, методы получения наночастиц и наноматериалов, методы и приборы для анализа наночастиц и наноматериалов, методы математического моделирования нанообъектов и процессов нанотехнологии. В 2003 г. в РХТУ им. Д.И.Менделеева осуществлен прием студентов на первый курс по специальности «Наноматериалы» (квалификация - инженер). С 2003 г. в РХТУ им. Д.И.Менделеева начата подготовка магистров по специальности «Химическая технология наноматериалов и нанотехнология» (квалификация -магистр).
В 2006 г. в Томском политехническом университете (ТПУ) совместно с Орлеанским университетом (г. Бурж, Франция) началась подготовка магистров по магистерской программе «Методы получения наноматериалов, их структура
и свойства». На кафедре «Материаловедение в машиностроении» ТПУ и Институте физики прочности и материаловедения СО РАН разработана программа подготовки магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов» (специализация «Материаловедение и технологии наноматериалов и покрытий»).
В Московском институте стали и сплавов (МИСиС) реализуются две программы и два подхода [5]. Первый подход - это традиционный прием на первый курс на специальность «Наноматериалы» по разработанному государственному стандарту. В процессе обучения студенты изучают в большом объеме физику, математику, химию, биологию, а также элементы проектирования и предпринимательства. Второй подход - инновационный. С 1 октября 2008 г. реализуется магистерская программа, рассчитанная на два года и реализуемая совместно с Московским физико-техническим институтом (МФТИ) при поддержке госкорпорации «Роснано».
Международная магистерская образовательная программа МИСиС -МФТИ «Нанодиагностика, метрология, стандартизация и сертификация продукции нанотехнологий и наноиндустрии» (грант ГК «Роснано») - это программа обучения в области нанометрологии, т.е. методов измерения и характеристики объектов, имеющих нанометровые размеры. Образование по этой программе получает группа из 15 человек, финансирование осуществляет «Роснано». В среднем подготовка одного специалиста обходится в сумму около 1 млн руб за два года. Первый год - углубленные базовые курсы (физика, материаловедение, электроника), необходимые специалисту в области нанотехнологий. Второй год - интенсивные курсы лекций в области нанометрологии, около 16 модулей.
В 2007 г. в Белгородском госуниверситете (БелГУ) в рамках инновационной образовательной программы на физико-математическом факультете была открыта специальность 210602.65 «Наноматериалы». Специализация: объемные наноструктурные функциональные материалы [3]. В 2005 г. в БелГУ был создан мультидисциплинарный научно-исследовательский и инновационный
Центр наноструктурных материалов и нанотехнологий (Центр НСМН) по исследованию, разработке и созданию наноструктурных материалов и покрытий медицинского и технического применения. Для укрепления кадрового потенциала Центра из Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН и Томского госуниверситета была приглашена группа ученых и аспирантов. В настоящее время кадровый потенциал центра состоит из штатных сотрудников и активно работающих в науке преподавателей университета по материаловедческим, медицинским и биологическим специальностям. Кадровый потенциал Центра позволяет не только проводить комплексные междисциплинарные исследования, завершающиеся опытно-конструкторской или опытно-технологической разработкой, но и реализовывать их на практике в условиях действующего производства.
По сообщению от 22 мая 2009 г. (информация с официального сайта БелГУ), конкурсная комиссия выбрала Белгородский государственный университет как один из трех базовых вузов, где студенты из стран ШОС (Шанхайской организации сотрудничества) будут осваивать направление «Нанотехнологии». Концепция образовательных обменов предполагает, что студент обязан пройти обучение в иностранном вузе-партнере в течение минимум одного семестра. Университет ШОС будет функционировать как сеть уже существующих университетов в государствах-членах ШОС (Китай, Россия, Казахстан, Таджикистан, Киргизия), а также странах-наблюдателях (Монголия, Индия, Иран, Пакистан).
По мнению ректора МИСиС Д.Ливанова, «Специалист, работающий в наноиндустрии, должен быть исследователем высокого класса. Причем принципиально важно, чтобы исследования были междисциплинарными. Он должен быть одновременно и разработчиком, т.е. уметь проектировать устройства и разрабатывать технологии. Должен обладать навыками предпринимателя и управленца, знать, как та или иная разработка может быть коммерциализирована. Наконец, он должен обладать способностью к коммуникации и работе в ко-
манде. А поскольку международный язык науки и бизнеса сегодня - это английский, то иностранный язык тоже необходим» [5].
Наиболее интересной представляется реализация подготовки кадров в области НТ в МГУ. По словам проректора МГУ Ю.Колобова [4], для создания новых материалов, биологических и искусственных устройств на основе организации материи на наноуровне необходимо использовать знания и физики, и химии, и биологии. При этом границы между названными науками сильно размываются. Но при современном уровне образования между выпускниками физического, биологического и химического факультетов существует очень большой разрыв в понимании науки и подходах к изучению различных явлений.
Для преодоления междисциплинарного разрыва в МГУ был создан распределенный наноцентр, одной из задач которого стала разработка рабочих учебных программ. Было выделено шесть стержневых факультетов, которые могли бы участвовать в его работе: физический, химический, биологический, наук о материалах, биоинженерии и биоинформатики, фундаментальной медицины [4]. На факультетах были выделены кафедры, связанные с нанотехнологиями и предложен следующий учебный план. Первые пять семестров - общее образование на соответствующем факультете. Шестой семестр - получение дополнительных знаний, необходимых для понимания спецкурсов. Предполагалось, например, если физики плохо знают биологию - им будут дополнительно даны знания по биологии, которые нужны для понимания спецкурсов в области нанобиотехнологий. Четвертый и пятый семестры (плюс шестой курс на тех факультетах, где он есть) - это, собственно, курсы, на которых студенты получают знания в области нанотехнологий. Предполагалось, что будут общие курсы и спецкурсы по выбору. В седьмом семестре начинаются общие курсы по нанотехнологиям (в рамках конкретной специальности), на которых будут изучаться основные ее принципы.
Расширение работы наноцентра МГУ предполагается в двух направлениях. Во-первых, привлечение «менее профильных» факультетов, например, ме-ханико-математическиого, геологического и других, имеющих кафедры, свя-
занные с нанотехнологиями. Во-вторых, привлечение к работе наноцентра других научно-исследовательских лабораторий МГУ и академических институтов. Курчатовский институт определен головным в области нанотехнологии, предполагается с ним взаимодействовать и использовать приборы и те уникальные возможности для практикумов, которые в нем есть.
Проведенный анализ показал, что подготовка кадров для НТ требует разработки нетрадиционных образовательных программ - курсов лекций и учебных пособий для специалистов и для переподготовки преподавательского состава; программ для студентов, начиная с третьего курса; организации факультативов для школьников и учащихся техникумов. Развитие нанотехнологий будет в значительной степени зависеть от создания групп высококвалифицированных специалистов, обладающих знаниями в таких областях как физика, химия, биология, медицина, прикладная и вычислительная математика, электротехника, материаловедение, машиностроение. Подготовка специалистов-системщиков - серьезная задача, которая практически не решается вузами: они до сих пор придерживаются достаточно строгого деления на специальности [7].
На этапе становления «индустрии наносистем» как научно-технического направления наиболее целесообразной для достижения конечного результата (в условиях многообразия возможных путей развития) представляется подготовка квалифицированных кадров для научной и педагогической деятельности по многоуровневой системе «бакалавр - магистр - аспирант» [6].
Инженер, освоивший основную образовательную программу высшего профессионального образования по специальности «Наноматериалы», подготовлен для продолжения образования в аспирантуре.
Специальность «Наноматериалы» утверждена приказом Министерства образования Российской Федерации № 686 от 02.03.2000 г.
В рамках развития образовательного базиса России в области наноиндустрии Минобразования России 4 июня 2003 г. был издан приказ №2398 «Об эксперименте по созданию нового направления подготовки дипломированных специалистов «Нанотехнология» и специальностей «Нанотехнология в элек-
тронике» и «Наноматериалы». Учебно-методический Совет по данному направлению возглавил академик Ж.И.Алферов.
В апреле 2004 г. Минобразования России (приказ №1922 от 23.04.2004) по представлению УМО по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации, действующего на базе Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета, приняло решение о подготовке бакалавров и магистров по направлению «Нанотехнология».
Многоуровневая система подготовки по направлению «Нанотехнология» получила значительную поддержку в высших учебных заведениях России. Министерством образования и науки Приказом №197 от 12.07.2005 г. отменен эксперимент и введены в действие государственные образовательные стандарты по подготовке бакалавров, магистров и специалистов в рамках направления «Нанотехнология».
Анализ образовательных программ по подготовке магистров, ориентированных на область «Наноиндустрия», показал, что наиболее востребованы программы: физика наносистем, химия наносистем, материаловедение наносистем, процессы нанотехнологии, методы нанодиагностики, наноэлектроника, нанооптика, наномеханика, микро- и наноэнергетика и биомедицинские нанотехнологии [6].
Рассмотрение проектов стандартов третьего поколения показало, что для подготовки кадров в интересах наноиндустрии включены направления подготовки бакалавриата и магистратуры высшего профессионального образования «Электроника и наноэлектроника» и «Нанотехнологии и микросистемная техника», так называемые программы 1 уровня. Среди профилей подготовки бакалавров по направлению «Электроника и наноэлектроника» - «Нанотехнология в электронике». Профили подготовки бакалавров по направлению «Нанотехнологии и микросистемная техника» - материалы микро- и наносистемной техники, проектирование и технология микро- и наносистем, компоненты микро-и наносистемной техники, микро- и наномашины, нанотехнологии для систем
безопасности и робототехнические и бионические микро- и наносистемы. В программы подготовки бакалавров по направлению «Материаловедение и технологии материалов» (программы 2 уровня) в интересах наноиндустрии включен профиль «Материаловедение и технологии наноматериалов и наносистем».
В ДВГТУ подготовку бакалавров по направлению «Электроника и наноэлектроника» можно реализовать в ИРИЭТ на базе программы «Электроника и микроэлектроника». Подготовка бакалавров по направлению «Нанотехнологии и микросистемная техника» в ДВГТУ возможна на междисциплинарной базе программ, реализуемых в ИРИЭТ. Для этого необходимо оценить возможность реализации подготовки бакалавров по направлению «Нанотехнологии и микро-системная техника», а также подготовить документы для открытия магистратуры по направлениям «Электроника и наноэлектроника» и «Нанотехнологии и микросистемная техника».
Из программ второго уровня наиболее реальной является подготовка бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технологии материалов» в ДВГТУ на базе кафедры технологии металлов и металловедения и научно-образовательного центра (НОЦ) «Конструкционные и функциональные наноматериалы».
С учетом необходимости междисциплинарной подготовки специалистов в области НТ к образовательному процессу должны быть подключены все НОЦ ДВГТУ, а также кафедры, реализующие подготовку по таким дисциплинам как химия, физика, математика, электротехника и машиностроение. Структурно кафедра технологии металлов и металловедения, реализующая в настоящее время подготовку по направлению «Материаловедение и технология новых материалов», а также кафедра химии, входят в состав одного института, что является несомненным плюсом для реализации программы на базе Института механики, автоматики и передовых технологий (ИМАПТ).
Для эффективной подготовки кадров в интересах наноиндустрии необходимо создание системы организации и сопровождения маршрутного обучения
при повышении квалификации кадров на базе института повышения квалификации и переподготовки педагогических кадров (ИППК ДВГТУ) и научнообразовательных центров ДВГТУ.
В качестве дистанционной части обучения учебного курса предлагается разработка следующих составляющих: аннотация учебного курса для открытого доступа на сайте, введение (обзор, точки и методы контроля), содержательная часть с лекциями и тестами для контроля степени освоения материала, контрольные вопросы, описание очной части учебного курса и темы контрольных работ.
Для подготовки кадров в интересах наноиндустрии из перечня профессиональных послевузовских образовательных программ, по которым ДВГТУ имеет право ведения образовательной деятельности, можно выделить 05.02.01 «Материаловедение (технические науки)» и 05.16.06 «Порошковая металлургия и композиционные материалы» (в соответствии с Паспортами специальностей [2, 8-9]).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ананян М.А. Трудный путь к успеху. Что нужно для развития российской наноиндустрии. Ц^: http://www.ng.ru/ideas/2008-02-21/10_nano.html
2. Библиотечный фонд помощи аспирантам и соискателям. ЦКЬ: http://www.bfpais.ru/index.php3?id=6191&nid=397
3. Интервью с академиком А.Р.Хохловым // Российские нанотехнологии: российский
электронный наножурнал. 2008. № 9-10. Ц^: http://chermet.info/index.php?option=
com_content&task =view&id=739&Itemid=35
4. Колобов Ю. Центр наноструктурных материалов и нанотехнологий: наука, образование, инновации // Высшее образование в России. 2007. № 3. С. 109-113.
5. Ливанов Д. Образование должно быть адекватно наноиндустрии // Приложение к газете «Коммерсантъ» № 221(4038). 2008. 4 дек. Ц^: http://chermet.info/index.php?option= com_content&task =view&id=739&Itemid=35
6. Лучинин В. Наноиндустрия и человеческий капитал // Компетентное мнение. 2007. № 6. С. 2-8.
7. Нанотехнологии XXI века // Семинар-презентация результатов нацпроекта «Образование» по вопросу системы подготовки кадров по нанотехнологиям и наноматериалам. Нижний Новгород: ННГУ, 26 июня 2008. URL: http://www.nanosvit.com/publ/10-1-0-155
8. Паспорт специальности 05.02.01 Материаловедение (по отраслям). ORIGINWEB.INFO. URL: http://www.originweb.info/ science/codes/05/050201.html
9. Паспорт специальности. Philosophy Doctors. 05.16.06 Порошковая металлургия и композиционные материалы. URL: http://www.phido.ru
10. Подготовка специалистов для наноиндустрии: проект. URL:
http://www.rusnanonet.ru/products/20269/
11. Третьяков Ю.Д. Материалы круглого стола «Образование в области наноматериалов и нанотехнологий» // II Всероссийская конференция по наноматериалам и IV Международный семинар «Наноструктурные материалы, Беларусь - Россия» (13-16 марта 2007 г., г.Новосибирск). URL: http://www.nanometer.ru/2007/03/14/nanomateriali.html
12. Федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 годы». URL: http://www.rusnano.com
13. Examples of Programs and Courses on Nanoscale Science and Engineering Offered in U.S. Colleges and Universities. URL: http://www.nano.gov/html
14. Information center on NNIN (National Nanofabrication Infrastructure Network). URL: http ://www.nano. gov/html/ edu/eduunder. html
15. Institute of Nanotechnology, 2008. URL: http://www.nano.org.uk
16. Interview with Williams Stan. URL: http://www.nano.gov/html/edu/eduunder.html
