В. И. Светцов, В. В. Рыбкин, О. И. Койфман

ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет», Иваново, Российская Федерация

1. ВВЕДЕНИЕ

Ключевые технологии и материалы всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узко производственные функции, но и социальные. По мнению многих экспертов, XXI век будет веком нанонауки и нанотехнологий, которые и определят его лицо. Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни.

Наноиндустрия базируется на технологическом, машиностроительном, производственном и научном обеспечении процессов, связанных с манипуляциями атомами и молекулами. Квантовый характер нанотехнологических процессов делает их в высшей степени наукоёмкими и стимулирует развитие новых направлений в науке и технологии.

Нанотехнологический «бум», наблюдаемый во всех развитых странах мира, характеризуется резко возрастающим числом публикаций в этой области. Издаются журналы, написано много книг, созданы многочисленные сайты в Интернете по проблемам нанотехнологий.

В то же время следует отметить, что промышленная реализация нанотехнологических процессов в значительной мере сдерживается нехваткой научных и инженерно-технических кадров, способных разрабатывать внедрять конкретные технологии. Это сказывается и на стадии принятия управленческих решений, и при отработке технологических режимов, и в реализации производственных процессов.

В связи с междисциплинарным характером наноотраслей и необходимостью постоянно отслеживать быстро меняющиеся потребности общества в трудовых ресурсах возникает потребность во введении соответствующих изменений в систему образования. Высшее техническое образование не может оставаться в стороне от этих тенденций и подготовка научных и инженерно-технических кадров является одним из важнейших направлений развития нанотехнологий [1].

Очевидно, что задача подготовки специалистов не может быть решена путем открытия новых направлений и специальностей в каждой предметной области, ибо нанотехнологии охватывают практически все отрасли науки и производства, включая машиностроение, электронику, авиацию, космонавтику, транспорт, энергетику, медицину, сельское хозяйство, охрану окружающей среды и т.д.

Предлагаемая концепция заключается в создании системы нанотехнологической подготовки в рамках действующих специальностей и направлений таким образом, чтобы каждый выпускник вуза технического или технологического профиля владел основами построения и реализации нанотехнологических процессов и был готов к конкретной работе по изучению проблемы и ее реализации в сфере своей профессиональной деятельности.

2. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ И ОБЩЕПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Одним из направлений реализации концепции в рамках естественно-научного и общепрофессионального циклов дисциплин на уровне бакалавриата и специальной подготовки является введение общих интегрированных курсов по нанопроцессам и нанотехнологиям для направлений и специальностей технического и технологического профиля в объеме 150 – 250 часов. Начать нанотехнологическую подготовку целесообразно с дисциплины «Введение в нанотехнологии», изучение которой позволит получить общие представления о нанотехнологиях, их возможностях и перспективах, ознакомиться с основными методами получения и исследования наноматериалов и наноструктур. В цикле естественно-научных дисциплин нужно, на наш взгляд, ввести дисциплину «Теоретические основы нанотехнологий». Цель этой дисциплины – обобщение подходов к описанию свойств и структуры нанообъектов и процессов их формирования.

Так, в учебных планах Ивановского государственного химико-технологического университета для технологических направлений и специальностей в рамках дисциплин по выбору студентов в цикле общих математических и естественно-научных дисциплин предусмотрена дисциплина «Физико-химические основы нанотехнологий» трудоемкостью 100 часов. Подготовлена рабочая программа дисциплины, издан конспект лекций [2].

В новых стандартах, подготовка которых в настоящее время завершается, возможностей для организации нанотехнологической подготовки гораздо больше и необходимые дисциплины могут быть введены в вариативную часть естественно-научного и профессионального циклов дисциплин.

Важным моментом нанотехнологической подготовки студентов является рассмотрение проблем, связанных с нананотехникой и нанотехнологиями во всех учебных дисциплинах естественно-научного, общепрофессионального и специального циклов. Так, например, в курсе физики можно уделить внимание квантовым аспектам наноматериалов и наноустройств, в органической химии дать сведения о структуре и свойствах фуллеренов, фуллеритов и нанотрубок, в аналитической химии рассмотреть возможности сканирующего электронного и атомно-силового микроскопов не только как средств исследования, ни и как технологического инструмента. Аналогичные примеры можно привести и для общепрофессиональных дисциплин. В частности, в курсе механики вполне уместно рассмотрение механических свойств компактных и порошковых наноматериалов, в общую химическую технологию вполне вписываются энерго и ресурсосберегающие нанотехнологии и т.д.

Этот аспект подготовки не требует дополнительных часов, но позволит существенно расширить кругозор обучающихся, даст им возможность лучше ориентироваться в нанотехнологических проблемах в процессе профессиональной деятельности.

3. СПЕЦИАЛИТЕТ

В рамках профессиональной подготовки выпускников технического и технологического профиля так же целесообразно акцентировать внимание на нанотехнологических проблемах при изложении специальных дисциплин. Кроме того, по ряду специальностей могут быть введены отдельные нанотехнологические дисциплины в объеме 70 – 100 часов, отражающие возможности и специфику использования нанотехнологий в отрасли.

По ряду технических и технологических специальностей могут быть организованы специализации, в рамках которых можно готовить выпускников для конкретной отрасли промышленности или даже для конкретного предприятия. Так, в Ивановском государственном химико-технологическом университете на специальности «Микроэлектроника и твердотельная электроника» ведется подготовка по специализации «Технология микро и наноэлектроники» для предприятий, производящих интегральные микросхемы. В рамках специальности «Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники» реализуется специализация «Ионно-плазменные и лазерные технологии в производстве изделий электронной техники», непосредственно связанная с наноразмерной обработкой в технологии микроэлектроники. При прохождении специализаций студенты изучают такие дисциплины, как «Процессы микро и нанотехнологий», «Корпускулярно-фотонные процессы и технологии», «Вакуумно-плазменные процессы и технологии».

4. МАГИСТРАТУРА

Очень широкие возможности для подготовки высококвалифицированных инженерных и научных кадров в области нанотехнологий дает магистратура. Действующие государственные образовательные стандарты позволяют формировать магистерские программы для конкретной отрасли или даже для конкретного предприятия. За два года обучения в магистратуре можно в контакте с промышленным предприятием или научной организацией подготовить высококлассного специалиста, способного творчески решать вопросы применения нанотехнологий.

Подготовка магистров в Ивановском государственном химико-технологическом университете на кафедре «Технология приборов и материалов электронной техники» осуществляется с 1997 года по магистерской программе «Процессы обработки материалов высоко-концентрированными источниками энергии». С 2007 года начата подготовка магистров по магистерской программе «Микро и нанотехнологии в производстве материалов и изделий электронной техники».

Учебные планы магистратуры составлены на основе ГОС – 2000 и изменений в действующие ГОС по направлениям подготовки для получения степени (квалификации) "магистр" в соответствии с приказом Минобрнауки России от 22 марта 2006 г. N 62 "Об образовательной программе высшего профессионального образования специализированной подготовки магистров".

Отбор кандидатов в магистратуру осуществляется из числа студентов, которые начали заниматься научно-исследовательской работой на 3 – 4 курсах и проводится на конкурсной основе по результатам собеседования и с учетом учебных достижений студентов.

Рассмотрим структуру учебного плана магистратуры. В федеральный компонент дисциплин направления входят дисциплины «История и методология электронного материаловедения», «Современные проблемы электронного материаловедения», «Компьютерные технологии в науке и производстве», «Философия науки», «Иностранный язык», «Научные основы нанотехнологических процессов». Дисциплины, устанавливаемые вузом и по выбору студента: «Физическая химия поверхности», «Технология профессионально – ориентированного обучения», «Физика наноструктур» или «Квантовая физика». Специальные дисциплины включают в себя «Методы экспериментального исследования поверхности», «Корпускулярно-фотонные процессы и технологии», «Вакуумно-плазменные процессы и технологии», «Нанотехнологии в электронике» или «Физическая химия неравновесных процессов» по выбору студентов.

В целом объем теоретической подготовки магистров составляет 2034 часа, из них 487 часов аудиторных занятий (14 часов в неделю за весь период обучения). 2034 часа отводится на самостоятельную научно-исследовательскую работу студентов, в том числе 1080 часов на подготовку магистерской диссертации. В учебном плане предусматриваются две практики по 4 недели: научно-педагогическая в 10 семестре и научно-исследовательская в 11 семестре. Итоговая аттестация – защита магистерской диссертации в конце 12 семестра. В рамках теоретической подготовки трудоемкость дисциплин, связанных с микро и нанотехнологиями, составляет 1594 часа, то-есть 78 % от общего количества часов. Тематика магистерских диссертаций связана с основным научным направлением кафедры – взаимодействию неравновесной плазмы молекулярных газов с полимерами и неорганическими материалами. По сути дела это наноразмерная обработка материалов электронной техники. Выделяемые в соответствии со стандартом 954 часа научно-исследовательской работы в течении первых трех семестров так же посвящены исследованиям в выбранной студентом предметной области. Результаты работы магистрантов первого и второго курсов в обязательном порядке докладываются на ежегодной студенческой научно-технической конференции.

Кроме того, в рамках факультативных занятий студенты – магистранты имеют возможность получить дополнительную квалификацию «Преподаватель высшей школы».

По всем дисциплинам магистратуры подготовлены учебно-методические комплексы, имеются программы практик, положение о магистерской диссертации, конспекты лекционных курсов. На кафедре подготовлены учебные пособия по дисциплинам «Вакуумно-плазменные процессы и технологии» и «Корпускулярно-фотонные процессы и технологии» (последнее сейчас готовится к переизданию). Библиотекой университета приобретено более десятка наименований учебных пособий и монографий по проблемам нанотехнологий. При проведении учебных занятий достаточно широко используется информация из сети Интернет, представленная на многочисленных нанотехнологических сайтах.

Учебные планы магистратуры, составленные на основе ГОС-2000, направлены в основном на подготовку выпускников для научно-исследовательской работы. В этом плане магистратура очень эффективна. Магистры, как правило, имеют на выходе не менее двух печатных работ, а магистерская диссертация является серьезным заделом для кандидатской диссертации. Положительным моментом является и то, что экзамены, сданные в магистратуре, зачитываются в качестве вступительных в аспирантуру.

Изменения в стандарте магистратуры 2006 года позволяют готовить выпускников и для работы в промышленности, но мы на данном этапе не стали вводить соответствующие дисциплины в учебные планы. Дело в том, что магистры техники и технологий, выпускаемые нашим университетом, оказались достаточно востребованными и промышленными предприятиями, связанными с производством изделий электронной техники. Если у предприятия есть выбор – взять на работу инженера или магистра, то чаще всего вопрос решается в пользу магистра. А те предприятия, на которых уже работает хотя бы один выпускник магистратуры, предпочитают брать на работу только магистров. На наш взгляд, решающую роль в данной ситуации имеет то, что выпускники магистратуры имеют более глубокую теоретическую подготовку и подготовлены для творческой работы. То, что они не прослушали такие курсы, как «Основы проектирования», «Оборудование цехов и предприятий» и некоторые другие, работодатели, по крайней мере те, с которыми мы имели дело, не считают серьезным пробелом в подготовке.

Мы считаем, что изложенные выше подходы могут быть использованы и при организации подготовки магистров на основе стандартов третьего поколения – после соответствующей переработки. Основная проблема, возникающая при организации подготовки магистров – это штаты преподавателей, их нагрузка, необходимость готовить много новых курсов, необходимость пересмотра методики преподавания в группах малой наполненности, состоящих из достаточно хорошо подготовленных студентов.

5. ПРОГРАММА ПОДГОТОВКИ

Для эффективной организации подготовки научных и инженерно-технических кадров в области нанотехнологии необходима система, в качестве которой мы определили программу непрерывной нанотехнологической подготовки студентов по каждой технологической специальности. Соответствующая работа в университете уже ведется и мы планируем в 2009-2010 годах завершить разработку программ непрерывной нанотехнологической подготовки по техническим и технологическим специальностям университета.

Важным моментом в реализации программы является создание учебно-методического обеспечения по нанотехнологиям. В настоящее время уже выпущено достаточно большое количество учебников и учебных пособий по нанотехнологиям, например [1,3-5]. В то же время следует отметить, что специфика конкретного вуза, его традиции, направления научных исследований в области нанотехнологий приведут к тому, что каждом вузе потребуются и будут разрабатываться свои учебно-методические материалы.

В рамках программы подготовки студентов технических и технологических специальностей в области нанотехники и нанотехнологий Ивановского государственного химико-технологического университета в 2009 – 2010 годах планируется разработать:

- перечень учебных дисциплин, рекомендуемых для включения в национально-региональную и вузовскую компоненту циклов естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин государственных образовательных стандартов направлений и специальностей технологического профиля (в новых государственных образовательных стандартах – вариативную часть соответствующих циклов);

- примерные учебные программы этих дисциплин;

- учебные пособия (учебники) по интегрированным курсам «Введение в нанотехнологии» и «Химия наносистем и физико-химические основы нанотехнологий»;

- программы непрерывной подготовки студентов технологического профиля в области нанотехники и нанотехнологий в рамках действующих в университете специальностей и направлений;

- четыре магистерские программы по нанотехнологиям в рамках направления «Химическая технология и биотехнология»;

- лабораторный практикум по дисциплине «Физико–химиче­с­кие основы нанотехнологий»;

- учебные пособия (учебники) по дисциплинам «Лазерные, электронные и ионные процессы и нанотехнологии», «Вакуумно-плазменные процессы и нанотехнологии».

ЛИТЕРАТУРА

1. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М.: Машиностроение-1. 2003. 112 с.

2. Поленов Ю.В., Лукин М.В. Физико-химические основы нанотехнологий. Конспект лекций. Иваново: изд. ИГХТУ. 2008. 164 с.

3. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2005. 416 с.

4. Меньшутина Н.В. Введение в нанотехнологию. Калуга: Изд. научной литературы. 2006. 132 с.

5. Ч. Пул-мл., Ф. Оуэнс. Нанотехнологии. М.: Техносфера. 2009. 336 с.