Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Московский инженернофизический институт (государственный университет)»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО

ОРГАНИЗАЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ

РАБОТЫ СТУДЕНТОВ (НИРС), ОБУЧАЮЩИХСЯ

ПО ПРОГРАММЕ БАКАЛАВРОВ ПО

НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ

«НАНОТЕХНОЛОГИЯ» С ПРОФИЛЕМ

ПОДГОТОВКИ «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ

НАНОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ»

1.1. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ (НИРС),

ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ПРОГРАММЕ БАКАЛАВРОВ ПО

НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ «НАНОТЕХНОЛОГИЯ» С

ПРОФИЛЕМ ПОДГОТОВКИ «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ

НАНОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ»

1.1.1. ВВЕДЕНИЕ Настоящий документ определяет виды и этапы выполнения и контроля научно-исследовательской работы бакалавров с профилем подготовки «Функциональные наноматериалы для энергетики», рекомендации по квалификации преподавательского состава и методам проведения работ.

Научно-исследовательская работа студентов бакалавриата в настоящее время оказывается принципиально важным элементом образовательного процесса. Хотя по оценкам экспертов, рынок нанотехнологий в энергетической сфере — один из самых бурно развивающихся и перспективных, тем не менее, в отрасли еще длительное время будет существовать большое количество задач исследовательского характера, в которых неизбежно будут принимать участие специалисты с профилем образования «наноматериалы в энергетике». В частности, проблемы эффективного преобразования энергии, ее накопления, транспортировки и эффективного использования стоят в центре фундаментальных и прикладных исследований, проводимых в энергетической отрасли [1]. В силу этого, научно-исследовательская работа студентов (НИРС) является необходимым элементом образовательного процесса по данному профилю.

НИРС предоставляет студентам возможность попробовать свои силы в решении указанных задач. Кроме того, в рамках цикла НИРС будущие бакалавры формируют основные научно-практические навыки и тем самым подготавливают себя к самостоятельной работе вне университета.

До настоящего времени одной из основных проблем в образовательном процессе бакалавров являлось включение НИРС только в программы последнего года обучения. В итоге, бакалавр имел возможность лишь относительно беглого ознакомления с экспериментальной и практической работой в данной области. Опыт ряда вузов показывает, что при малом числе часов студенты часто рассматривают курсовые и даже бакалаврские работы как второстепенные, не имеющие существенного значения. Все это приводило к снижению качества подготовки бакалавров и уменьшению востребованности специалистов с квалификацией «бакалавр» на рынке труда.

Решением указанной проблемы, как предлагается в настоящих указаниях, может стать включение цикла НИРС с реальными научно практическими задачами в процесс обучения бакалавров как можно раньше, а не так, как предполагалось до сих пор – на последнем году обучения [2].

Особенностью проведения НИРС для студентов с профилем «Функциональные наноматериалы для энергетики» является использование в работе очень сложного современного экспериментального оборудования (ультравысоковакуумной техники, сверхчистых помещений, сложных компьютерных систем управления сканирующими приборами, сложных аналитических методик, включая современные высокочувствительные методы спектроскопии и т.д.). Это означает, что период времени, необходимый студентам для получения практических навыков работы вцелом должен быть существенно большим, чем для многих других специальностей.

Все указанные особенности учтены в данных рекомендациях.

1.1.2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Организация и планирование НИРС бакалавров по специальности "Нанотехнология" с профилем «Функциональные наноматериалы для энергетики» проводятся в соответствии с нормативными документами [3,4,7-10] и государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования [5].

Согласно утвержденного Постановлением Минтруда России №37 от 21.08.1998г "Квалификационного справочника должностей руководителей, специалистов и других служащих", по окончанию вуза бакалавры могут занимать следующие должности: инженер, инженер-электроник, инженертехнолог, инженер-лаборант. Область профессиональной деятельности выпускника охватывает все многообразие средств, способов и методов научнопроизводственной деятельности, связанных с созданием, исследованием, моделированием и практическим применением наноматериалов и компонентов наносистемной техники [6].

Продолжительность цикла НИРС (включая практику) составляет 1 год (7-ой и 8-ой семестры). За 380 часов, из них 180 часов аудиторных занятий и часов самостоятельной работы [5,7], студенты должны успеть приобрести и закрепить навыки профильной подготовки.

Хотя целью данной ступени обучения, в первую очередь, является формирование инженерно-технических знаний и навыков, структура НИРС, как и всего образовательного процесса, предполагает одновременное формирование фундаментальных и прикладных (в том числе специальных) компетенций. Это позволяет бакалавру успешно выполнять следующие основные виды деятельности:

• экспериментально - исследовательская работа • производственно-технологическая работа • эксплуатация и сервисное обслуживание установок • организационно - управленческая работа (Более подробно список компетенций и видов деятельности бакалавра с профилем подготовки «Функциональные наноматериалы для энергетики»

изложены в пункте 1.2. Раздела 1 настоящего учебно-методического обеспечения.) 1.1.3. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ НИРС БАКАЛАВРА НИРС, как обязательный элемент учебного процесса, готовит студентов к будущей самостоятельной профессиональной деятельности и направлен на развитие их творческих способностей.

Основными целями научно-исследовательской работы бакалавра являются:

• научиться пользоваться современными источниками специализированной научной информации;

• приобрести навыки проведения научных исследований в составе творческого коллектива, освоить методологию технического творчества;

• получить навыки эксплуатации и технического обслуживания современных экспериментальных установок, нанотехнологического и нанодиагностического оборудования;

• научиться самостоятельно обрабатывать экспериментальные данные и формулировать результаты в виде законченной работы.

Задачами научно-исследовательской работы являются:

• формирование у студентов интереса к научному творчеству и поисковым работам;

• обучение методам самостоятельного решения научно-исследовательских и технологических задач, навыкам работы в научных коллективах;

• выявление наиболее одаренных и целеустремленных студентов для продолжения обучения в магистратуре.

1.1.4. ВИДЫ И ЭТАПЫ НИРС БАКАЛАВРА Согласно календарным планам, НИРС в виде отдельной дисциплины начинается на 7-ом семестре обучения в бакалавриате и продолжается вплоть до защиты выпускной квалификационной работы. Основными видами научноисследовательской работы являются: (1) учебно-исследовательская работа; (2) поисковая научно-исследовательская работа и (3) научно-исследовательская практика [8-10].

Для решения упоминавшейся выше задачи относительного раннего привлечения студентов к научно-исследовательской и практической работе (при соблюдении требований образовательного стандарта) целесообразно просто поощрять чисто добровольное участие студентов в работе научных групп кафедры в факультативном порядке (без какого-либо регламентирования) уже на 4-5 семестрах. Поскольку студенты на этом этапе еще не могут допускаться к работе на специальных экспериментальных установках, участие студентов сводится, в основном, к обсуждениям и теоретической работе, но в рамках реальных (не учебных!) задач, выполняемых научной группой.

К учебно-исследовательской работе (УИР) студентов относятся учебные практикумы, расчетные задания и курсовые работы, выполняемые при изучении инженерных или специальных дисциплин. Учебные исследования предполагают использование уже апробированных методов и оборудования для получения известных экспериментальных или теоретических результатов. Типичность учебно-исследовательских заданий облегчает анализ ошибок и ускоряет выработку профессионального «автоматизма», необходимого в будущих поисковых научных исследованиях.

подготовкой для частично-самостоятельной исследовательской работы. Можно «Компьютерный практикум» (160 часов, в том числе 69 часа аудиторной работы и 91 час самостоятельной работы). Например, в рамках компьютерного практикума предложить студентам для самостоятельного решения расчетные задачи по физике конденсированного состояния, наноструктур и т.п. (Варианты задач, которые могут использоваться в учебно-исследовательской работе бакалавров с профилем «Функциональные наноматериалы для энергетики»

приводятся в разделе 2.9. «Фонды оценочных средств» настоящего учебнометодического обеспечения).

К поисковой научно-исследовательской работе относятся теоретические, экспериментальные и практические исследования, выполняемые студентом в научной группе. При этом основное отличие поисковых исследовательских работ от учебных состоит в их направленности на получение новых знаний.

Опыт постановки НИРС в МИФИ показывает, что для повышения заинтересованности в результатах, студент обязательно должен иметь возможность выбора научной группы и направления исследований.

Хотя бакалавры представляют собой специалистов с меньшей практической специализацией, по сравнению с магистрами, их поисковая научная работа так же должна проводиться в рамках проектных методов, т.е. участия студентов в реальной научно-исследовательской работе, проводимой в вузе или на профильном предприятии. Соответственно, базу для прохождения подобных НИРС могут составить следующие возможные типы проектов:

• инициативные проекты, предложенные самими студентами для решения задач, значимость и востребованность которых является общепризнанной (например, проблема захоронения или переработки углекислого газа, дезактивации радиоактивных отходов и т.п.);

• коммерческие проекты, выполняемые университетом по заказам предприятий национальной нанотехнологической сети;

• коммерческие проекты, реализуемые на профильных предприятиях.

В качестве ориентира, ниже приведен формальный список актуальных направлений работ в рамках тематики «Функциональные наноматериалы в энергетике»:

-- Наноматериалы для ядерной и термоядерной энергетики (стенки реакторов, материалы ТВЭЛОВ, наноматериалы для МОХ-топлива);

-- Наноматериалы для гелиоэнергетики (наногетероструктуры для высокоэффективного преобразования солнечной энергии и т.п.);

-- Наноматериалы для водородной энергетики (наноматериалы для сорбции, нанокатализаторы для водорода и т.п.);

-- Сверхпроводящие наноматериалы и нанокомпозиты для энергетики (в том числе высокотемпературные сверхпроводники);

-- Нанопористые материалы и мембраны (в том числе катализаторы);

-- Теплоизолирующие наноматериалы и нанокомпозиты;

преобразования, транспортировки и использования энергии;

-- Термоэлектрические и фотоэлектрические преобразователи с высоким По каждому направлению кафедра может определить несколько вариантов НИРС, которые будут использоваться при планировании работы студента. По результатам НИРС студент оформляет итоговую квалификационную работу.

Научно-исследовательская практика представляет собой обязательный элемент поисковой научно-исследовательской работы, преследующий цель научить студента рациональному планированию работы и грамотному оформлению полученных результатов.

Во время практики, продолжительностью 4-6 недель, решается конкретная небольшая задача в рамках общего задания для НИРС. Практику следует проводить в конце 7-го семестра и отчет по ней будет завершением этого этапа НИРС.

Отчет содержит не только техническое описание проделанной работы и полученных результатов, но и обзор литературы, постановку задачи и выводы.

Проанализировав результаты практики, выпускающая кафедра вуза имеет возможность проверить готовность студента к началу работе над будущей бакалаврской диссертацией и при необходимости внести организационные коррективы – уточнить тему диссертации, подключить к работе стороннего консультанта и т.п.

1.1.5. РУКОВОДСТВО И ТЕХНИКО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

НИРС БАКАЛАВРА

Базовую образовательную и инженерную подготовку бакалавра должны проводить преподаватели, имеющие специальное образование по профилю преподаваемой дисциплины и систематически занятые научной и/или научнометодической деятельностью. Учебно-исследовательская работа еще не нуждается в индивидуальном научном руководстве; все возникающие вопросы решаются на занятиях с преподавателем, ведущим занятия. Необходимое для УИР техническое и методическое обеспечение описано в методических комплексах соответствующих дисциплин.

Поисковая научно-исследовательская работа и практика проводятся под руководством научного руководителя, определяемого выпускающей кафедрой вуза. Государственный образовательный стандарт [5] рекомендует, чтобы не менее 90% преподавателей - научных руководителей НИРС имели ученую степень и звание. Желательно, чтобы из них не менее половины составляли профессора и доктора наук. Обязательным требованием к руководителю является наличие высшего профессионального образования в данной области с квалификацией не ниже магистра или специалиста.

Профессиональная компетентность научных руководителей должна подкрепляться изданием учебников или учебных пособий (как монографий, так и подготовленных авторским коллективом), а также чтением основных и/или специальных курсов в рамках бакалаврской и магистерской программ.

Дополнительные требования, предъявляемые к кандидатуре руководителя, могут уточняться кафедрой или вузом.

Руководитель обязан - выполнить научную и методическую постановку задачи, которая гарантированно может быть решена с помощью имеющих технических (экспериментальных) средств и методов;

- предоставить студенту указанные технические средства для проведения исследовательской работы, - гарантировать знание и соблюдение студентом требований охраны труда и техники безопасности.

- предоставить студенту возможность консультации по вопросам поставленной задачи в любом объеме;

- при необходимости - давать заключения об уровне подготовки и квалификации студента.

Ответственность за качество организации НИРС несет руководитель студента.

В случае возникновения вопросов или технических затруднений, каждый студент может обратиться, помимо руководителя, к своему научному консультанту. Научным консультантом может быть сотрудник научной лаборатории, аспирант (соискатель), магистрант или любой другой специалист, в том числе из сторонней организации, обладающий высшим образованием (минимум – степенью бакалавра) и достаточным опытом и подготовкой в области нанотехнологий или смежных с ней дисциплин.

Материально-технической базой НИРС может являться все оборудование научной лаборатории кафедры. Если исследовательская работа и практика проводятся на сторонних профильных предприятиях, то может использоваться только оборудование, оговоренное в договоре между руководством выпускающей кафедры (университета) и руководством предприятия.

На сегодняшний день, головной научной организацией Национальной нанотехнологической сети является РНЦ «Курчатовский институт»; головной организацией по направлению «Функциональные наноматериалы для энергетики» - ВНИИ Неорганических материалов им. А.А. Бочвара (ВНИИНМ).

НИРС для студентов бакалавриата с профилем «Функциональные наноматериалы для энергетики»может быть организовано на базе этих институтов, либо по их рекомендации в любом другом институте или предприятии [13-15].

Независимо от места прохождения, руководство и ответственность за организацию и проведение НИР студентов бакалавриата возлагается на выпускающую кафедру вуза.

1.1.6. ПЛАНИРОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ НИРС БАКАЛАВРА планированию работы определяются государственным образовательным стандартом.

Как показывает опыт НИРС МИФИ, наиболее эффективным способом раннего привлечения студентов к исследовательской работе (уже на первых годах обучения) является самостоятельное, исключительно добровольное (!) участие студента в работе научных групп кафедры в факультативном порядке (без какого-либо регламентирования объема и результатов работы и без какоголибо контроля результатов со стороны кафедры). Руководитель научной группы при этом не имеет права допускать таких студентов-добровольцев к работе с техникой, требующей специальных навыков и, во всех случаях обязан обеспечить выполнение всех правил техники безопасности. Как правило, студенты участвуют в выполнении теоретических заданий, планировании и обсуждении экспериментов, иногда выполняют техническую работу, не требующую специальных навыков; параллельно проходит процесс предварительного ознакомления со специальным оборудованием и т.п. Для организации такого добровольного участия студентов в работе групп следует организовать ознакомительную экскурсию студентов по научным группам кафедры уже на 4-м семестре обучения.

Учебная исследовательская работа (УИР) может быть организована в 5 и семестрах на базе компьютерного практикума и поэтому в дополнительном планировании не нуждается.

В 7 семестре, в рамках часов отведенных на НИРС, целесообразно организовать несколько обзорных экскурсий на профильные предприятия национальной нанотехнологической сети, с которыми заключены соглашения о партнерстве, либо университетом поддерживаются рабочие связи. Это позволит студентам расширить свой кругозор и получить более полную информацию по тематике будущих работ. Во время экскурсий, студенты смогут познакомиться с возможными кандидатурами научных руководителей.

Индивидуальный план научно-исследовательской работы студент составляет совместно со своим научным руководителем в течение первой недели семестра.

Планируемые работы должны обязательно содержать элемент новизны – нестандартная постановка задачи, работа на стыке разных научных дисциплин, многообещающей диагностической методики и т.п. Следует отвести время для ознакомления с правилами охраны труда и техникой безопасности. Кроме этого, целесообразно включение разделов, при выполнении которых бакалавр должен научиться:

• вести библиографическую работу с привлечением современных информационных технологий;

• исходя из поставленной задачи, выбирать необходимые методы обрабатывать полученные результаты и представлять их в виде законченной работы.

План работы утверждается заведующим кафедрой.

сформировавшихся научных групп и в каждом научном коллективе есть свой внутренний регламент работы. Поэтому, для облегчения взаимоотношений студента с коллективом лаборатории, целесообразно выделить на выполнения НИРС целый учебный день.

В обязанности научного руководителя входит проведение текущего контроля НИРС. Возможные формы такого контроля:

В конце 7 семестра, выпускающей кафедрой университета проводится плановый контроль НИРС - защита студентом письменного отчета о проделанной работе и полученных результатах (защита практики). В данных мероприятиях обязательно участвует руководитель магистерской программы.

Результаты планового контроля фиксируются в зачетной ведомости.

Отрицательное заключение кафедры о зачете работы может быть дано, как минимум, в двух случаях:

1) студент без уважительной причины не предоставил необходимых отчетных материалов в установленный срок;

2) заключение научного руководителя указывает на невыполнение этапа НИРС в полном объеме.

1.1.7. ПРИМЕРНЫЙ ПЛАН НИРС БАКАЛАВРА В таблице 1 приведен примерный план НИРС. В качестве практического задания студенту предлагается изучить технологию отжига сплавов FexNiyBz (перспективные материалы для атомной энергетики) и определить зависимость размера зерна, образующейся нанокристаллической фазы, от условий получения последней [16]. Если студент стремится продолжить обучение в магистратуре, то в задание можно включить экспериментальную оценку влияния параметров наноструктуры на механические свойства получаемых веществ (предел текучести и твердость).

СЕМЕСТР ВИД НИР И ВЫПОЛНЯЕМЫЕ РАБОТЫ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА И ПРАКТИКА:

90 часов аудиторных занятий Форма контроля: ЗАЧЕТ (письменный отчет) • Проведение обзорных экскурсий • Знакомство с коллективом и кругом задач решаемых в лаборатории.

• Инструктаж по технике безопасности.

• Изучение общих методов проведения исследований и обучение (цифроаналоговой) компьютерной техникой.

• Получение навыков работы с технологическим и вакуумным оборудованием наноструктур.

• Изготовление аморфно-нанокристаллических композитов путем наночастиц фазы Fe-Ni.

• Подготовка отчета.

ПОИСКОВЫЙ НИРС: 90 часов аудиторных занятий.

8 Форма контроля: ЗАЧЕТ (письменный отчет) • Руководитель формулирует тему квалификационной работы бакалавра в виде задания по изучению параметров синтезированных нанокристаллов в отожженных при различных температурах • Определение размера зерна нанокристаллов в образцах методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Оценить влияние размеров зерна на механические свойства • Оформление квалификационной работы.

1.1.8. НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ, ЛИТЕРАТУРНЫЕ ИСТОЧНИКИ

И ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ

1. Нанотехнологии для энергетики [электронный ресурс] / URL:

http://www.cleandex.ru/articles/2008/06/17/nanotechnology-energy 2. Селеменев В.Ф. и др. Научно-исследовательская работа студентов:

доступность, качество, востребованность [электронный ресурс] / URL:

http://www.vestnik.vsu.ru/pdf/educ/2008/01/selemenev.pdf 3. Федеральный закон «О высшем и послевузовском профессиональном образовании» [электронный ресурс] / URL: http://mon.gov.ru/dok/fz/obr/3996/ 4. Стандарт основной образовательной программы Томского политехнического университета/ под.ред. А.И. Чучалина.-Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.-60 стр.

5. Государственный образовательный стандарт. Направление подготовки 210600 (нанотехнологии). [электронный ресурс] / URL:

http://www.innovbusiness.ru/content/download.asp 6. "Квалификационный справочник должностей руководителей, специалистов и других служащих". [электронный ресурс] / URL: http://gsntinorms.ru/norms/common/doc.asp?0&/norms/akts/f-4.htm 7. Отчет по проекту: «Закупка учебно-методического обеспечения для подготовки кадров по программам высшего профессионального образования для тематического направления ННС «Функциональные наноматериалы для энергетики». Лот НИ- [электронный ресурс] / URL: http://www.ed.gov.ru/ntp/fp/nano/konkurs/8107/ 8. Положение о научно-исследовательской работе студентов ( ОрелГТУ) [электронный ресурс] / URL: http://www.ostu.ru/upk/pologenie_nirs.htm 9. Балашов В.В. и др. Организация научно-исследовательской деятельности студентов в вузах России: Монография. В 3-х ч. – М.: ГУУ, 2002.

10. Положение об организации научно-исследовательской работы студентов [электронный ресурс] / URL: http://www.tu-bryansk.ru/doc/stud/nirs.doc 11. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию./ М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008- 134стр.

12. Хартман У. Очарование нанотехнологии /Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.-173 стр.

13. http://www.istu.edu/export/sites/istu/ru/technology/download/nanoindustry_2.pdf 14. http://www.rusnano.com 15. Error! Hyperlink reference not valid.

16. Андриевский Р.А., Глезер А.М. УФН т.129 N4,