CC BY
37
А. ФРОЛКОВА, доктор технических наук
Л. СЕРАФИМОВ, доктор технических наук
Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова (МИТХТ)
Наша академия одной из первых, еще в 1991 году, перешла на многоуровневую систему подготовки кадров. Сегодня студенты дневного отделения обучаются в течение четырех лет по бакалаврским образовательным программам, а после получения диплома бакалавра и успешного прохождения вступительных испытаний продолжают обучение в магистратуре (в течение двух лет) или в высшей инженерной школе (в течение полутора лет).
В разном виде многоуровневая подготовка реализована во многих высших учебных заведениях, о чем свидетельствуют многочисленные публикации. И все же следует заметить, что при рассмотрении многоуровневой структуры образования вопросы содержательной стороны дисциплин различных циклов образовательных профессиональных программ не находят, как правило, полного отражения. Это, разумеется, не случайно: создается впечатление, что некоторые вузы идут по пути более или менее удачного копирования технологии образования, в то время как, по нашему мнению, переход на многоуровневую подготовку прежде всего должен быть связан с глубокой перестройкой именно содержательной стороны учебного процесса. Представляется небезынтересным поэтому показать, как эта проблема решалась в МИТХТ и какое видоизменение при этом претерпели комплексы специальных дисциплин (СД) на разных уровнях.
В статье рассматривается модель ком-
Специальные дисциплины в многоуровневой системе
плексов СД, которые реализованы на кафедре «Химии и технологии основного органического синтеза» (ХТООС) в рамках образовательных программ подготовки бакалавров и магистров по направлению 550800 «Химическая технология и биотехнология» и дипломированных специалистов по направлению 655000 «Химическая технология органических веществ и топлива».
Многоуровневая образовательная система ставит вопрос о пределах варьирования содержания СД и жесткого ограничения набора этих дисциплин как на одном и том же уровне (прежде всего в бакалавриате), так и на разных уровнях. При построении комплексов СД на разных уровнях мы исходили из следующих посылок.
• Сохранение преемственности в обучении, максимальная востребованность знаний, полученных на предыдущих курсах. Индикатором здесь выступает, в частности, входной контроль, введение которого несколько улучшило ситуацию, но в целом проблему не решило.
• Фундаментализация специальных знаний, что позволяет использовать современные методы сжатия информации и оптимально структурировать учебный материал. Известно, что студенту необходимо дать не менее 50% фундаментальных элементов, чтобы он получил за время обучения максимум знаний, умений и навыков.
• Существенное сокращение описа-тельности в каждой дисциплине и по воз-
92 Высшее образование в России • М1, 2002
можности полное исключение описательных курсов. По существу такая целевая установка связана с отказом от экстенсивного подхода к формированию комплексов СД, их серьезной методической перестройкой и переходом к наукоемким технологиям образования [1].
Несмотря на ограничение рассматриваемой проблемы конкретной областью знаний, мы считаем предлагаемый нами подход достаточно полезным в качестве алгоритма.
Все химические технологии,а также области знаний, на которых они базируются, можно подразделить на плохо обусловленные, хорошо обусловленные и занимающие промежуточное положение. Для первых характерен рецептурный подход и активное использование так называемых «моделей ошибок», построенных на принципе внешнего изоморфизма. Центр тяжести в изложении учебного материала здесь, естественно, смещен в область планирования эксперимента и статистической обработки результатов различными функциями, что в известной мере определяет содержание и общих, и специальных дисциплин. Поясним эту мысль. При разработке плохо обусловленных технологий превалирует эмпирический подход. Вместе с тем эмпирическая технология, по меткомувыражению С. Лема [2], не перепрыгивание наобум от одного непродуманного эксперимента к другому. Исследователь всегда имеет пред-посылочную концепцию и, опираясь на свой опыт, а также опытпредшественни-ков, все же «видит» перед собой небольшой участок пути. Последовательность его действий регулируется обратной отрицательной связью (неудача эксперимента, недостижение заданных свойств продукта и т.д.). В итоге, хотя исследовательский путь зигзагообразен, в конце концов он приводит все же к приемлемому результату.
В хорошо обусловленных технологи-
ях и областях знаний доминируютсодер-жательные модели, которые базируются на принципе изоморфизма модели и объекта и в которые закладываются фундаментальные представления о характере межмолекулярных взаимодействий, строгие термодинамические, кинетические, математические закономерности. Здесь появляется возможность (и необходимость!) привлекать при изложении специальных дисциплин (прежде всего в магистратуре) современные достижения физической химии, теорию множеств, топологию, качественную теорию дифференциальных уравнений, теорию графов.
Химическая технология органических веществ характеризуется довольно высокой степенью обусловленности. Это приводит к максимальной математизации специальных дисциплин, вплоть до введения в комплекс СД дополнительных глав математики, и широкому внедрению в обучение электронно-вычислительной техники.
Определение принадлежности технологии к той или другой группе - важный шаг, формирующий наборы СД и их содержание в подготовке бакалавров, магистров и инженеров.
Каждая технология базируется на специфических областях знаний, имеющих свою «логику» и собственный язык. Если рассматривать области знания как некоторые множества, то технология есть результат пересечения этих множеств с выделением классов эквивалентности технологий (подсистем) в зависимости от доминирования тех или иных знаний [3]. Перечислим эти подсистемы. Прежде всего это подсистема химических и физико-химических свойств и термодинамических параметров, где представлены основные элементы триады «состав - структура - свойство»: термодинамика химического и гетерогенного равновесия; кинетика химических реакций; каталитическая химия и т.д. Вторая - подсистема процессов (химических,
физических, химико-физических, механических) с учетом доли каждого из них в различных технологиях и областях знаний. Третья включает аппараты и машины, с помощью которых осуществляются процессы. Четвертая является подсистемой управления технологическими процессами. Пятая и шестая - экологическая и экономическая; обе являются внутренними подсистемами любой разрабатываемой технологии, накладывающими ограничения на возможные технологические решения; одновременно они являются внешними при оценке действующего производства, характеризуя взаимодействие реализуемой технологии с окружающей средой, будь то природа или рынок.
Отметим, что в принципе любая подсистема из шести названных обладает правом «вето» на технологию в целом, если принимаемые решения не удовлетворяют ее специфические требования. Важно также, что каждая из них имеет свой язык и разрабатывается определенным кругом специалистов. Это значит, что коллектив создателей технологии «многоязычен», а это усложняет управление таким сообществом и требует от химика-технолога как руководителя особых - коммуникативных - качеств, умений и знаний, формируемых в том числе и гуманитарными дисциплинами.
Проблема профессионального общения и взаимопонимания, кооперации усилий специалистов, работающих в разных областях химико-технологических знаний, лишний раз подчеркивает необходимость достижения консенсуса профессионалов, а также сохранения преемственности и непрерывности обучения, поскольку каждая из подсистем в учебном процессе представлена «своими» дисциплинами общепрофессионального, естественнонаучного, специального и экономического блоков. Значимость указанных подсистем в различных направлениях подготовки бакалавров раз-
лична. Различна она и в подготовке магистров и специалистов.
Определяющая роль в подготовке специалистов-технологов органических веществ отводится первой и второй подсистемам знаний. В первой выделяется сравнительно молодая область знаний -теоретические основы химической технологии и прежде всего физико-химические основы с использованием термодинамики химического и гетерогенного равновесия, кинетики химических реакций (с упором на механизмы реакций). Во второй подсистеме значимы химические процессы, процессы разделения и совмещенные процессы типа реакционно-мас-сообменных. Все указанные области знаний представлены в комплексах СД соответствующими дисциплинами (большинство из которых обеспечены оригинальными авторскими курсами лекций).
Предлагаемая модель будет неполной, если не отметить современный процесс фундаментализации специальных знаний и, соответственно, сжатия учебного материала за счет выделения в специальных дисциплинах инвариантной части и повышения информативности.
Дело в том, что за последнее десятилетие в нашей дисциплине произошли существенные сдвиги. В ней выделилось фундаментальное ядро, которое сегодня называется «Теоретические основы химической технологии». Химия как наука решает вопросы взаимосвязи состава, структуры и свойств веществ, но те же проблемы актуальны сегодня и для технологии. Состав и структуру здесь относят к аппаратам и технологической схеме, а свойства идентифицируют с ресур-со- и энергосбережением, а также экологической безопасностью. Технологическая наука становится наукой теоретической, позволяющей сформулировать принципы и создавать конкурентоспособные технологии. Основным магист-
94 Высшее образование в России • М1, 2002
ральным направлением становится синтез энерго- и материалосберегающих, экологически чистых технологических схем на основе принципов [4, 5].
Эти принципы можно условно разделить на фундаментальные и организационные. Фундаментальные принципы, являющиеся своего рода транскрипцией законов науки, подразделяются на химические, физико-химические, экономические, экологические. Среди организационных принципов ведущее место занимают принципы кооперации предприятий, рационального аппаратурного оформления процесса и другие.
Степень активного использования различных принципов в структуре учебных предметов является в настоящее время показателем прогрессивности обучения. Один из путей совершенствования комплекса СД на любом уровне подготовки специалистов - выделение инвариантных частей в каждой дисциплине, которые могут формулироваться и в процессе научных исследований как универсальные закономерности, приложимые к различным объектам и составляющие основу разделения объектов на классы эквивалентности. Ярким примером тому является формула, построенная на законе сохранения топологического индекса особых точек, которая позволила выразить нелокальные закономерности формирования структур фазовых диаграмм «жидкость-пар». Далее этот подход был распространен на диаграммы «жидкость-твердое тело» [6, 7]. Внедрение этих и ряда других научно-образовательных элементов в преподавание специальных дисциплин позволило отойти от изучения конкретных систем и создать алгоритм общего решения термодинамической задачи, т.е. структурировать учебный материал и оптимизировать подготовку магистров и инженеров.
Таким образом, современная модель комплекса СД в многоуровневой подго-
товке должна содержать все подсистемы химической технологии, отвечать требованиям фундаментализации специальных знаний, быть ориентированной на принципы химической технологии, активное использование ЭВМ. Она должна опираться на инвариантные составляющие и максимальное сжатие материала при непременном повышении его информативности.
В соответствии с предложенной моделью и был определен комплекс специальных дисциплин для бакалавров, выпускаемых профильной кафедрой (по направлению 550800). В комплексе представлены теоретические основы реакционных процессов и физико-химические основы процессов разделения. Если рассмотреть любое крупнотоннажное производство органических продуктов, то в нем можно выделить совокупность триад, включающих блоки подготовки сырья, химического превращения и выделения целевого продукта. Все они связаны прямыми и обратными связями, т.е. в любой химической технологии есть две составляющие - реакционная и разделительная, которые логично находят свое отражение в соответствующих дисциплинах. Необходимо отметить, что наиболее энергоемок разделительный блок. Более того, из-за сложности выделения необходимых фракций ряд разработанных технологий так и не был внедрен в промышленность. Например, такая участь постигла технологию получения изобутилового масла, созданную в Германии в 40-х годах, и технологию окислительного метилирования, разработанную у нас в 70-х.
В комплексе СД для бакалавров читаются принципы химической технологии и принципы аппаратурного оформления. Дисциплина «Химическая технология органических веществ» ориентирована на принципы, которые иллюстрируются конкретными технологиями.
Характерной особенностью комплек-
са специальных дисциплин для подготовки магистров является выделение инвариантного ядра, на которое опираются основные курсы. Здесь представлены: теория механизмов реакций и катализ; основы термодинамико-то-пологического анализа; дополнительные главы координационной и метал-локомплексной химии; химия и технология промышленного катализа; физико-химические основы и технологические принципы совмещенных реакцион-но-массообменных процессов; теоретические основы химической технологии; химическая технология основного органического синтеза. Совокупность этих дисциплин в полной мере отражает реализацию идей, заложенных в модель специальной подготовки, а именно: единство учебного и научного процессов, фундаментализацию каждой дисциплины и соответствие дисциплин уровню наукоемкости отрасли.
Кроме того, комплекс включает курсы: «Компьютерные технологии в научных исследованиях»; «Дополнительные главы математики»; «История, методология и современные проблемы химической технологии». Практически все лекционные курсы в магистратуре являются авторскими и читаются профессорами, докторами наук. В подготовке магистров важная роль отводится высококвалифицированным специалистам РАН и государственных научных центров, работающим на базовых кафедрах, которые функционируют в течение пяти лет в ИОНХ им. Н.С. Кур-накова РАН и ГНЦ «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» в рамках Федеральной целевой программы «Интеграция».
Анализ содержания квалификационных работ выпускников бакалавриата, магистратуры, специалитета показывает высокий уровень, системность подготовки выпускников, что подтверждают и результаты работы государственных аттестационных комиссий. Многие выпус-
кники второй ступени продолжают обучение в аспирантуре, имея значительный задел для выполнения диссертаций.
В целом кафедра «Химии и технологии основного органического синтеза» МИТХТ им. М.В. Ломоносова успешно реализует разработанную коллективом преподавателей концепцию формирования комплексов специальных дисциплин, ориентированную на фундаментализа-цию, использование принципов, инвариантов научного знания, которые позволяют модифицировать содержание специальной подготовки, структурировать ее и повышать качество учебного процесса.
Литература
1. Серафимов Л.А, Макаров О.В. К систематизации химических технологий по уровню их наукоемкости // Ученые записки МИТХТ. -2000. - № 2. - С.53-55.
2. Лем С. Сумма технологий //Собр. соч.
- 1996.- Т.13.
3. Серафимов Л.А, Писаренко Ю.А., Фролкова А.К. Некоторые аспекты развития химической технологии на современном этапе // Росс. хим. журнал. -2000. - Т.44.- № 6. - С. 56-62.
4. Мелихов И.В. Некоторые направления развития идей технологической науки // Теор. основы хим. технологии.- 1998.
- Т.32.- № 4.- С. 341.
5. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А.. Принципы создания химических технологий // Росс. хим. журнал. -1998. - Т.42. -№ 6. - С.4.
6. Serafimov L.A. Thermodynamic and Topological Analysis of Liquid-Vapor Phase Equilibrium Diagrams and Problems of Rectification of Multicomponent Mixtures // Mathematical Methods in Contemporary Chemistry. - Amsterdam.
- 1996. - P. 557-605.
7. Серафимов Л.А, Сафонов В.В. Нелокаль-
ные закономерности диаграмм состояния расплав - твердое тело четырехком-понентных смесей // Журн. неорг. химии. - 2001. - Т. 46. - № 5. - С.823-828.
