CC BY
65
УДК 628.4.038; 378.147.88
О. В. Давыдова (к.т.н., доц.), А. П. Никитина (к.х.н., доц.), Т. Р. Просочкина (д.х.н., проф.), С. Н. Лакеев (д.х.н., проф.), А. М. Калимгулова (магистрант)
УГЛУБЛЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ «НАУКА - ОБРАЗОВАНИЕ» ПУТЕМ ИНТЕГРИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ УЧЕБНО- И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра нефтехимии и химической технологии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2420932, e-mail: [email protected]
0. V. Davydova, A. P. Nikitina, T. R. Prosochkina, S. N. Lakeev, A. M. Kalimgulova
THE INTENSIFICATION OF INTERACTION «SCIENCE - EDUCATION» BY INTEGRATING THE RESULTS OF TEACHING AND RESEARCH WORK INTO THE EDUCATIONAL PROCESS
Ufa State Petroleum Technological University
1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. 8(347) 2420932, e-mail: [email protected]
Взаимная интеграция учебного процесса с научно-исследовательской работой в вузе способствует подготовке специалистов новой генерации, способных успешно решать проблему гармоничного сочетания экономических, экологических и социальных интересов общества в целях его устойчивого развития. Авторами предложен нестандартный подход внедрения результатов научных исследований, полученных в ходе реализации учебно- и научно-исследовательских работ в курсовой проект, выпускную квалификационную работу и лабораторный практикум. Результатом явилась разработка новой лабораторной работы «Химический рецик-линг полиэтилентерефталата» для обучения по программе магистерской подготовки по направлению «Химическая технология». Таким образом, в образовательном процессе удалось объединить учебный и научный компоненты, что способствует углублению взаимодействия «образование — наука».
Ключевые слова: лабораторная работа; наука в образовании; научно-исследовательская работа; полимерные материалы; рециклинг; устойчивое развитие; химическая технология; экологизация.
The convergence of the educational process with the research work at university contributes to the preparation of a new generation of professionals who can successfully solve the problem of the harmonious combination of economic, environmental and interests of society for its sustainable development. The authors propose the unconventional approach for introducing research results obtained during the implementation of teaching and research work into a term project, graduating qualifying work and laboratory practice. The result is the development of the new laboratory work «Chemical recycling of polyethyleneterephthalate» for the training under the program of master's education in the «Chemical technology» direction. Therefore, we have managed to combine academic and research components within the educational process, that contribute to the intensification of interaction «education — science».
Key words: chemical engineering; greening; laboratory work; polymer materials; research work; recycling; science in education; sustainable development.
Для достижения устойчивого развития государства требуются образованные граждане, обладающие значительным потенциалом, чтобы решать специфические проблемы, сопутствующие научно-техническому прогрессу 1.
Дата поступления 12.10.14
Неконтролируемый рост производства и потребления, углубление экономического и социального неравенства, необдуманная эксплуатация природных ресурсов и биосферы может, в итоге, разрушить основу существования человечества и привести к его самоуничтожению 2.
В этих условиях важной является экологизация — процесс последовательного внедрения идей сохранения природы и устойчивой окружающей среды в сферы законодательства, управления, разработки технологий, экономики, образования и т. д. 3 Основной задачей в этих условиях становится поиск пути гармоничного сочетания экологических, экономических и социальных интересов общества в целях его устойчивого развития 4.
Общемировая тенденция ускорения изменений условий жизни, вызванных развитием техногенной цивилизации, обуславливает не только необходимость развития у молодежи способности к быстрому реагированию и учету таких перемен, но и обязательное воспитание потребности осознанно соотносить свои интересы с интересами общества, государства и всего человечества, нести ответственность за последствия принятых решений и действий. Одним из путей решения проблемы является обучение методам принятия и реализации управленческих решений или производства интеллектуального продукта, исключающим возможность деструктивного использования достижений цивилизации 5.
В настоящее время значение и роль науки и образования выходят за рамки возможности приобретения новых знаний и их применения на практике. Известно, что улучшению качества выпускаемых в вузе специалистов способствует взаимная интеграция учебного процесса с научно-исследовательской работой, когда появляется возможность у обучающихся принять участие в деятельности научных коллективов, в разработке значимых проектов и ознакомиться с принципами научной методологии. При этом нестандартный подход молодого поколения в совокупности с опытом старшего поколения увеличивает шансы появления оригинальных инновационных научных решений и проектов 6. Образование и научная деятельность являются действенными инструментами при подготовке специалистов новой генерации в области инженерии, способных к реализации устойчивого и динамичного повышения конкурентоспособности экономики страны на основе наукоемких технологий 5. В этих условиях актуальной становится задача сочетания глубоких фундаментальных знаний, инженерного творчества, предпринимательского искусства, умения решать проблемные ситуации в производственной деятельности с изменением стереотипов мышления и поведения человека, в частности, в области ресурсосбережения и охраны окружающей среды.
Оптимальные условия для решения этой проблемы должны быть созданы в вузах, где наука может быть интегрирована в образовательный процесс и отработаны механизмы реализации обратной связи для того, чтобы подготовить специалистов, адаптированных к решению новых задач 7. Профессионализм преподавателя вуза проявляется в способности объединить учебно-воспитательную, научно-педагогическую и научно-исследовательскую работу, что дает возможность обеспечить их взаимное обогащение 5. Нами отмечен факт, что если поставленная перед студентом (аспирантом) задача подразумевает необходимость обеспечения ресурсосбережения и охраны окружающей среды, то, как следствие, возрастает и мотивация обучающегося ответственно относиться к эксплуатации природных ресурсов на всех уровнях — производственном и бытовом.
Как правило, интегрирование научно-исследовательской работы в образовательный процесс происходит следующим образом: студент или аспирант получает от преподавателя (руководителя) какую-либо актуальную научно-производственную задачу для решения. Важным является последующее внедрение результатов учебно- или научно-исследовательской работы в образовательный процесс, что обеспечивает осуществление взаимодействия «образование — наука» 5. К сожалению, часто результаты, полученные обучающимися, не находят применения в учебном процессе, что затрудняет реализацию обратной связи. Как правило, преподаватели ограничиваются использованием результатов научного исследования при чтении курсов лекций по соответствующим дисциплинам.
Известно, что учебно-исследовательская работа студентов (УИРС) как целеориентиро-ванная форма обучения обеспечивает эволюционный переход в инженерном образовании от учебно-образовательного к научно-образовательному процессу, органичное включение студентов в активную творческую деятельность с помощью практико-ориентированных задач, их массовое участие в исследовательской и проектной работе 8.
На кафедре нефтехимии и химической технологии ФГБОУ ВПО УГНТУ в соответствии с учебным планом специальности 240401 «Химическая технология органических веществ» УИРС является обязательным видом учебного процесса для студентов выпускного курса. Кроме того, на кафедре выполняется научно-исследовательская работа (НИР), к
которой привлекаются обучающиеся младших курсов. Тематика выполняемых исследований посвящена актуальным вопросам химической технологии органических веществ — исследованию процессов экстракции, адсорбции, ректификации, моделированию органических веществ и реакций, лежащих в основе химико-технологических процессов, изучению свойств битумов, присадок, катализаторов, полимеров, пластификаторов или стабилизаторов. Учебно-и научно-исследовательский процесс имеет ориентацию на послевузовскую практическую деятельность выпускников, что подтверждается их востребованностью со стороны крупных предприятий нефтегазохимического комплекса России и Республики Башкортостан. Полученные результаты, как правило, используются в дальнейшем при курсовом проектировании, выполнении выпускных квалификационных работ, а также при чтении лекций по дисциплинам «Химическая технология органических веществ», «Основы нефтехимических процессов», «Теоретические основы химической технологии органических веществ», «Основы производства полимеров», «Производство высокомолекулярных соединений на предприятиях нефтехимии» и др.
Интересным является опыт внедрения результатов учебно- и научно-исследовательской работы студентов в образовательный процесс путем разработки лабораторной работы по теме «Химический рециклинг ПЭТФ» при обучении магистрантов направления «Химическая технология» по дисциплине «Производство высокомолекулярных соединений на предприятиях нефтехимии».
Перед выполнением УИРС или НИР необходимо выбрать тему исследования, от актуальности и глубины которой во многом зависит успех и заинтересованность студента (аспиранта). Выбор темы — «Химический рецик-линг полиэтилентерефталата (ПЭТФ)» — осуществлен с учетом социальной значимости проблемы рационального природопользования, относящейся к одному из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации. Прикладная сторона проводимых исследований является очевидной: необходимо решить актуальную проблему утилизации пластиковых ПЭТФ-бу-тылок, широко использующихся в повседневной жизни и являющихся после применения бытовым мусором 9. Таким образом, студент (аспирант) понимает важность его исследований для охраны окружающей среды, что моти-
вирует его мобилизоваться для решения поставленной задачи.
Как правило, методология выполнения исследований заключается в системном анализе литературных данных по теме научного исследования, постановке задач и поэтапном их решении 8.Исследования в рамках УИРС и НИРС, которые необходимо было выполнить для решения проблемы, включали следующие этапы: изучение и системный анализ научной литературы и публикаций по переработке ПЭТФ; подбор и обоснование метода рецик-линга; отработка лабораторной методики получения пластификатора диоктилтерефталата (ДОТФ) на основе вторичного ПЭТФ.
Для обеспечения необходимого темпа работы студента (аспиранта) необходим систематический контроль со стороны преподавателя, обсуждение возникающих вопросов и корректировка направления исследования. Результаты работы и сформулированные выводы должны основываться на большом объеме экспериментального материала, который должен быть получен и обработан с использованием современных методов изучения состава, структуры и свойств веществ.
В ходе совместной научно-исследовательской работы руководителя, аспиранта и студента, с целью расширения сырьевых источников процесса получения пластификатора ДОТФ, выполнено исследование — получение вторичной терефталевой кислоты методом химического рециклинга полиэтилентерефталата (ПЭТФ). После проведения анализа достоинств и недостатков различных методов и составления обзора литературы, выбор был остановлен на гидролизе с использованием ЫаОИ. К преимуществам этого реагента можно отнести сравнительно низкую температуру реакции (130—140 оС), высокую чистоту получаемой терефталевой кислоты (ТФК); к минусам — наличие неорганических отходов. Далее отработана методика разложения, включающая несколько этапов: подготовка сырья (ПЭТФ-бу-тылки), гидролиз ПЭТФ в среде этиленгликоля в присутствии щелочи натрия при температуре 130—135 оС в аппарате с мешалкой, нейтрализации полученной массы разложения раствором соляной кислоты, фильтрации, промывки и сушки полученной вторичной ТФК 10.
В результате получен мелкодисперсный порошок молочного цвета, ИК-спектр которого показал, что полученный продукт содержит мономер ТФК и олигомеры. Полученная смесь вторичной ТФК применена для синтеза плас-
тификатора ДОТФ, который проанализирован с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии. Установлено, что содержание целевого компонента составляет -95%. Кроме того, была изучена химическая структура продукта с помощью ИК-спектро-скопии и ЯМР 13С,1Н 10. Результаты выполненной совместной работы студента, аспиранта и преподавателя были обобщены, проанализированы и отражены в научно-исследовательском отчете, докладе на семинаре кафедры нефтехимии и химической технологи и материалах научных конференций 11-13. Публичное выступление о проделанной работе является весьма важным моментом в процессе формирования специалиста, учит четко и лаконично разъяснять суть выполненной работы и убеждать слушателей в достоверности и правоте своих взглядов .
Следующим этапом интеграции в образовательный процесс результатов, полученных в ходе выполнения УИРС и НИР, стало выполнение выпускной квалификационной работы на тему «Утилизация отходов ОАО «Полиэф» с целью получения востребованной на рынке продукции». Суть дипломного проекта заключалась в проектировании малотоннажного производства пластификатора ДОТФ на основе производственных и бытовых отходов ПЭТФ на предприятии ОАО «Полиэф», г. Благовещенск, Республика Башкортостан. Проблема утилизации отходов была тщательно проработана, тема работы раскрыта и поставленные перед студентом задачи успешно решены. Студент продемонстрировал высокий профессиональный уровень, творческий и нетрадиционный подход к решению проблемы, и, в итоге, получил оценку «отлично». Результаты исследования были включены в курс лекций по дисциплине «Основы производства полимеров», «Производство высокомолекулярных соединений на предприятиях нефтехимии».
Интересным является то, что внедрение в учебный процесс результатов исследования не остановилось на этом этапе, а продолжилось путем разработки и внедрения новой лабораторной работы «Химический рециклинг поли-этилентерефталата» при обучении магистрантов направления «Химическая технология» дисциплине «Производство высокомолекулярных соединений на предприятиях нефтехимии». К сожалению, в результате уменьшения часов лекционных занятий у преподавателя возникает необходимость в сокращении лекционного материала, который включает лишь об-
щие технологические закономерности процессов рециклинга. Таким образом, тема «Рецик-линг отходов» изучается студентами самостоятельно. Поэтому выполнение лабораторной работы «Химический рециклинг полиэтиленте-рефталата» способствует углублению знаний, полученных студентами при самостоятельном изучении литературы, в том числе в области ресурсосбережения.
Разработанное учебно-методическое пособие к выполнению лабораторного занятия по теме «Химический рециклинг ПЭТФ» включает обзор литературы, в котором теоретический материал систематизирован путем упрощения изложения, рационального сокращения объема, сопоставления и анализа существующих в настоящее время химико-технологических процессов. Кроме того, пособие составлено таким образом, чтобы помочь «подвести» преподавателю студента к конкретной теме лабораторной работы за счет логического изложения материала «от общего к частному». Все это способствует повышению доступности изложенного теоретического материала, сокращению времени на самостоятельную работу студента при поиске, подборе литературы и систематизации полученной информации (Учебно-методическое пособие к выполнению лабораторной работы «Химический рециклинг по-лиэтилентерефталата», Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2012, с. 48).
При подготовке специалистов в области нефтехимии и химической технологии все большая роль отводится проведению эксперимента, поскольку магистранту необходимо получить навыки исследовательской работы для последующей профессиональной деятельности на предприятиях. Лабораторная работа включает поэтапное разложение материала ПЭТФ, из которого состоит использованная бутылка и осуществление процесса разложения ПЭТФ согласно разработанной методике 10. По окончании исследования проводится исследование полученного продукта с применением метода ИК-спектроскопии, что позволяет сформировать у магистрантов необходимые навыки работы с современным лабораторным оборудованием.
Как правило, для выполнения лабораторной работы формируется команда, которая включает трех студентов. Это позволяет интенсифицировать процесс обучения и повысить его эффективность за счет осуществления совместной групповой деятельности в сформи-
рованном коллективе. На этом этапе у магистрантов проявляются лидерские качества, способствующие достижению цели, поставленной в начале лабораторного занятия.
При проведении занятия преподавателю необходимо осуществлять координацию деятельности студентов, стимулировать и мотивировать их активно работать на занятии. Разработанная система балльно-рейтинговой оценки знаний магистрантов позволяет стимулировать процесс обучения путем начисления поощрительных или штрафных баллов. По окончании лабораторной работы со студентами проводится беседа, основанная на логических рассуждениях, что дает возможность активизировать мыслительный процесс у студентов. Этот этап
необходим для того, чтобы грамотно проанализировать промежуточные и итоговые результаты проделанной работы, сформулировать выводы.
Таким образом, внедрение результатов научных исследований, полученных в ходе реализации УИРС и НИР, в курсовой проект, выпускную квалификационную работу и лабораторный практикум позволяет достигнуть взаимного обогащения научной и образовательной работ при подготовке высококвалифицированных специалистов. Объединение учебных и научных компонент в указанных видах работ способствует углублению взаимодействия «образование—наука» и, в итоге, интенсификации процесса обучения студентов.
Литература
1. Основные положения стратегии устойчивого развития России / Под ред. А. М. Шелехова.-М.: Изд-во Комиссии Государственной Думы по проблемам устойчивого развития, 2002.— 161 с.
2. Степанов С. А. // Вестник экологического образования в России.— 2010.— №4.— С.19.
3. Муравьев В. Е. Термины и понятия «зеленой» экономики: глоссарий. Режим доступа: http:// www.rudocs.exdat.com (дата обращения 12.10.2014).
4. Бобылев С. Н. // Бюллетень «На пути к устойчивому развитию России».— М.: Центр экологической политики России, 2006.— №33.— С.11.
5. Курбатов А. В. // Международный электронный журнал. Устойчивое развитие: наука и практика. [Электронный ресурс] — 2011.— вып. 2(7).— ст.6. — С.85 — Режим доступа.— URL: (http://www.yrazvitie.ru/wp-content/ uploads/2011/12/6-Kyrbatov.pdf.
6. Корольчук О. И., Князев Н. А. // Философия образования.— Н.: Изд-во Сибирского отделения Российской академии наук, 2009.— №2.— С.5.
7. Авдеев Н. Ф. Высшая школа в условиях глобализации.- М.: Изд-во МГИУ, 2011.- 578 с.
8. Артемьева Е. Л., Просочкина Т. Р., Кантор Е. А., Хлесткин Р. Н. Обучение студентов методам квантовой химии как вариант выполнения УИРС / Мировое сообщество: проблемы и пути решения. Сборник научных статей.- Уфа.: Изд-во УГНТУ, 2007.- №22.- С.211.
9. Абдель-Бари Е. М. Полимерные пленки / пер. с англ. под ред. Г. Е. Заикова.— СПб.: Профессия, 2006.— 352 с.
10. Давыдова О. В., Лакеев С. Н., Майданова И. О., Карчевский С. Г., Калимгулова А. М., Ахтямо-ва Р. Р. // Промышленное производство и использование эластомеров.- Москва.: Изд-во Обракадемнаука, 2013.- №4.- С. 44.
11. Давыдова О. В., Лакеев С. Н., Ерохин Е. В. / Материалы 67-ой Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ - 2013» 912 апреля 2013 г.- Москва.: Издательский
References
1. Osnovnye polozheniia strategii ustoichivogo razvitiia Rossii [Foundation of strategy for the sustainable development of Russia]. Ed. A.M. Shelekhov]. Moscow, Gosudarstvennaia duma RF Publ., 2002. 112 p.
2. Stepanov S. A. O teoretiko-metodologicheskikh osnovakh ekologicheskogo obrazovaniya dlya ustoichivogo razvitiya [About the theoretical and methodological foundations environmental education for sustainable development of Russia] Vestnik ekologicheskogo obrazovaniia v Rossii [Bulletin of Environmental Education in Russia],
2010, no.4., p.19.
3. Murav'ev V. E. Terminy i poniatiya «zelenoi» ekonomiki: glossarii [Terms and concepts «green» economy: a glossary]. Available at: http:// www.rudocs.exdat.com (accessed 12.10.2014)
4. Bobylev S. N. Ekonomika i ekologiya v universitetskom obrazovanii [Economy and ecology in university education]. Biulleten «Na puti k ustoichivomu razvitiiu Rossii» [Bulletin «Towards sustainable development of Russia»], 2006, no.33, p. 11.
5. Kurbatov A. V. Paradigma ustoichivogo razvitiya v obrazovanii [Paradigm of sustainable development in education] Mezhdunarodnyi elektronnyi zhurnal. Ustoichivoe razvitie: nauka i praktika [International science journal. Sustainable development: science and praktika],
2011, is. 2(7), p.85-100. Available at: http:// www.yrazvitie.ru/wp-content/uploads/2011/ 12/6-Kyrbatov.pdf.
6. Korol'chuk O. I., Knyazev N. A. Aktual'nye aspekty vzaimodejstviya obrazovaniya i nauki kak social'nykh tsennostei [Actual aspects of the interaction of education and science as social values]. Filosofiya obrazovaniya [Philosophy of education], 2009, no.2, p.5.
7. Avdeev N. F. Vysshaya shkola v usloviyakh globalizatsii [Graduate School in the context of globalization]. Moscow, MGIU Publ., 2011, 578 p.
8. Artem'eva E.L., Prosochkina T.R., Kantor E.A., Khlestkin R.N. Obuchenie studentov metodam kvantovoi khimii kak variant vypolneniya
центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2013.- С.22.
12. Давыдова О. В., Лакеев С. Н., Галиуллина Л. Р. / Материалы 67-ой Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ - 2013» 9-12 апреля 2013 г.- Москва.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2013.- С.26.
13. Давыдова О. В., Лакеев С. Н., Галиуллина Л. Р. / Материалы VI Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология. («Композит — 2013»)» 25-27 июня 2013 г., г. Саратов.— Саратов.: Саратовский государственный технический университет, 2013.— С.328.
UIRS [Teaching students the methods of quantum chemistry as an embodiment ERWS] Mirovoe soobshchestvo: problemy i puti resheniya. Sbornik nauchnykh statei [International community: problems and solutions. Collection of scientific articles], 2007, no. 22, p.211.
9. Abdel-Bary E. Polimernye plyonki [Plastic Films]. Saint Petersburg: Professiya Publ., 2006, 352 p.
10. Davydova O. V., Lakeev S. N., Maydanova I. O., Karchevskii S. G., Kalimgulova A. M., Akhtiamova R.R. Poluchenie plastifikatora dioktiltereftalata na osnove vtorichnogo polietilentereftalata [Receiving plasticiser dioktylterephtalate (DOTP) on the basis of secondary polyethyleneterephthalate summary] Promyshlennoe proizvodstvo i ispol'zovanie elastomerov [Industrial production and use elastomers], 2013, no.4, p.44.
11. Davydova O. V., Lakeev S. N., Erokhin E. V. [Expansion of primary sources of the process of obtaining plasticiser dioktylterephtalate] Materialy 67-oi Mezhdunarodnoi molodezhnoi nauchnoi konferentsii «Neft' i gaz — 2013» 9-12 aprelia 2013 g. [Proc. 67th Int. Sci. Conf. «Oil and Gas-2013» April 9-12, 2013]. Moscow, 2013, P.22.
12. Davydova O. V., Lakeev S. N., Galiullina L. R. [Recycling polyethyleneterephthalate to produce demanded products on the market] Materialy 67-oi Mezhdunarodnoi molodezhnoi nauchnoi konferentsii «Neft' i gaz — 2013» 9-12 aprelHa 2013 g [Proc. 67th Int. Sci. Conf. «Oil and Gas-2013» April 9-12, 2013]. Moscow, 2013, p.26.
13. Davydova O. V., Lakeev S. N., Galiullina L. R. [Chemical recycling of PET as a method of expanding the resource base of the project receiving plasticiser dioktylterephtalate of substandard raw materials] Materialy VI Mezhdunarodnoi konferentsii «Perspektivnye polimernye kompozitsionnye materialy. Al' ternativnye tekhnologii. Pererabotka. Primenenie. Ekologiya («Kompozit-2013»)» 2527 iyunya 2013 g. [Proc. Int. Conf «Perspective polymer composite materials. Alternative technologies. Processing. Application. Ecology («Composite-2013»)», 25-27 June 2013]. Saratov, 2013, p.328.
