Совершенствование магистерских программ по направлению "Строительство" для обучения навыкам инновационного мышления

Актуальность и востребованность

В России поставлена задача развития отраслей нового технологического уклада, обеспечивающих национальную безопасность и высокое качество жизни людей. Наблюдается отставание РФ по глобальному индексу инноваций, продолжается «отток мозгов». Россия скатилась на 53 место по уровню образования, а доля наукоемкого производства сократилась до 0,3 %. Но возврат к старым технологиям в образовании уже не возможен. Возникла острая необходимость обучения магистров навыкам разработки, продвижения и внедрения инновационных решений в производство и другие сферы, включая подготовку и оформление заявок для институтов развития (Сколково, Роснано, НТИ, МОиН и др.) на получение финансирования инноваций.

Государственные корпорации и частные компании испытывают острую нехватку кадров, способных к инновационному творческому мышлению. Например, госкорпорация «Росатом» образовала центр трансфера технологий в сфере капитального строительства, цель которого не создание, а заимствование доступных технологий для сокращения стоимости и сроков строительства АЭС.

В стратегии инновационного развития строительной отрасли РФ до 2030 года [1] отмечено, что ожидаемая новая волна технологических изменений в строительстве существенно усиливает роль и значение инноваций. Формируется новая технологическая база, основанная в том числе на использовании биотехнологий, информатики, нанотехнологий, композитных и углеродных материалов. Технологическая революция в ресурсосбережении и альтернативной энергетике резко обостряет соответствующие вызовы для строительной отрасли и архитектурно-строительного образования.

Академики РААСН выражают тревогу по поводу качества современного архитектурно-строительного образования: согласно ФГОС 40 % трудоемкости программ составляют общие, не профессионально ориентированные дисциплины: «Философские проблемы науки и техники», «История и методология науки и техники», «Информационные технологии» и т. д. [2]. Указанные дисциплины (в том виде, в котором они обычно преподаются) не формируют навыки создания ин- новаций, далеки от профессиональной базы для их внедрения.

В результате опыта работы с магистрантами было выявлено два факта: низкий общий уровень выпускных квалификационных работ магистров и в то же время возможность выполнить исследование на уровне инновации, применяя, эффективные методы теории решения изобретательских задач (ТРИЗ), функционально-стоимостного анализа (ФСА) и планирования эксперимента [3–11]. При этом были случаи, когда студент решал техническую проблему на уровне изобретения и …. боялся оформлять по ней заявку на патент. Страх перед инновационным решением и боязнь защиты новой идеи перевешивал возможный потенциальный эффект. При обучении должно быть сформировано иное мировоззрение – вместо стремления прятаться за проверенными решениями (иногда позаимствованными из интернета или иных источников) необходимо создать неденежную мотивацию к созданию новых прорывных решений. Для реализации этой возможности магистерские программы должны быть в значительной мере усовершенствованы.

Новые магистерские программы (включая междисциплинарные, практико-ориентированные, сетевые или партнерские) и учебные модули должны формировать у обучаемых инновационное мышление, профессиональные и социальные компетенции, навыки самоорганизации в творческой работе. Программы должны быть конкурентными с точки зрения востребованности выпускников на региональных, национальных и международных рынках труда [12]. Предлагаемые учебные курсы должны дополнять содержание программы и включать инновационную составляющую. Новые курсы должны рассматривать последние научные открытия и разработки, перспективы внедрения новейших технологий и методов, включать новые методы обучения, формы индивидуальной и групповой работы и др. В статье рассмотрен один из возможных образовательных проектов, отвечающий современным вызовам.

Краткая аннотация образовательного проекта

Предлагается разработка единого цикла новых учебных курсов по методам инноваций в строительстве: «Функционально-стоимостной анализ», «Теория решения изобретательских задач», «Планирование эксперимента» и «Патентоведение» в рамках действующей магистерской программы «Строительные технологии и механика сооружений» по направлению подготовки 08.04.01 «Строительство».

В рамках проекта планируется подготовка следующих учебных курсов, связанных в единый цикл сквозной логикой НИР магистра [13] и учебными заданиями.

• 1.    Функционально-стоимостной анализ: построение структурной, функциональной и стоимостной моделей объекта исследования, анализ и

• постановка задач исследований. Проведение исторических исследований объекта и прогнозирование путей его развития в соответствии с закономерностями развития, расширение поискового поля исследования.

• 2.    Теория решения изобретательских задач: законы развития технических систем, приемы разрешения противоречий, решение поставленных изобретательских или исследовательских задач.

• 3.    Планирование эксперимента: теория планирования эксперимента и обработки его результатов с целью оптимизации структуры и параметров полученных решений и получения достоверных данных с наименьшими затратами.

• 4.    Патентоведение: основы патентного права; проведение патентно-информационных исследований; исследование патентной частоты; защита авторских прав.

Особенность совместного применения курсов заключается в сквозных учебных заданиях и понимании логики развития объектов профессиональной деятельности, нацеленных на результат в виде инноваций и воспитании творческих личностей.

Указанные модули могут быть введены в любые другие магистерские программы, реализуемые в архитектурно-строительном институте по строительному направлению. Распространению указанного цикла учебных курсов по вузам страны будет способствовать перевод их в форму дистанционного образования, рост востребованности специалистов-инноваторов на региональном, национальном и международном рынках труда.

Предлагаемый исследовательский комплекс курсов, нацеленный на создание инноваций, должен составлять ядро любых инженерных магистерских программ для освоения ключевой компетенции ФГОС магистра – способности поиска, анализа, критического осмысления информации, приобретения новых знаний. Реализация учебных курсов позволит сформировать компетенции согласно ФГОС ВО магистратура по направлению 08.04.01 Строительство (приказ МОиН РФ №482 от 31.05.2017) и профессиональным стандартам, например «Специалист по научно-исследовательским и опытно-конструкторским разработкам» (код 40.011).

Очевидно, внедрение новых курсов в существующие магистерские программы потребует переподготовки самих преподавателей, зачастую не знакомых с методами инноваций. В перспективе подготовленная команда преподавателей способна разработать и реализовать новую магистерскую программу «Методы инноваций в строительстве», на которую необходимо зачислять наиболее одаренных абитуриентов в рамках концепции элитного образования в ЮУрГУ. Указанная программа уже в полной мере будет отвечать стратегии инновационного развития строительства, применяя проблемно-поисковый подход, отраслевой темник задач, обучающие программы по ТРИЗ и ФСА, компьютерные учебники по инновационным задачам в строительной сфере.

Связь образования с работодателями будет обеспечиваться через взаимодействие с партнерами АСИ ЮУрГУ, а также созданием клуба выпускников-магистров, в котором будут обсуждаться реальные производственные задачи. Поставленные задачи будут решаться новыми поколениями студентов совместно с аспирантами и преподавателями. В качестве партнеров могут выступить Министерство строительства и инфраструктуры Челябинской области, СРО «Союз строительных компаний Урала и Сибири», заинтересованные компании и предприятия (ОАО ЧелЖБИ-1, ООО «Штрих», ООО «Челябобллескомплект», ООО «СК-Проект», АО «Альфа Кинетика» и др.).

Партнеры способны осуществить следующие функции в проекте:

• –    содействие в предоставлении информации, касающейся инвестиционных и инновационных вопросов в строительном комплексе Челябинской области;

• –    информационная поддержка в обеспечении связи с работодателями на региональном и национальном рынках труда;

• –    предоставление мест прохождения практики для студентов;

• –    информационная поддержка в создании темника актуальных задач в сфере строительства для решения в НИР магистров.

Ожидаемые результаты и критерии их оценки

Новые учебные курсы формируют инновационное мышление, связаны между собой четкой логикой:

• –    функционально-стоимостной анализ – анализ исходного состояния объекта исследования, выявления проблем и постановка задач исследований;

• –    теория решения изобретательских задач – решение поставленных задач и прогноз путей дальнейшего развития;

• –    теория планирования эксперимента – оптимизация методов исследований и структурнопараметрических решений в рамках НИОКР;

• –    патентоведение – навыки исторического метода исследования объектов и защиты авторских прав.

Отличие от подобных учебных курсов заключается в системном эффекте их совместного применения в эвристической связке: анализ исследовательского пространства (поля) → задача → решение → эксперимент (оптимизация полученных решений) → инновация (с патентованием), а также в применении проблемно-поискового и проектного методов обучения.

Ожидаемый результат обучения – заявки на изобретения в каждой группе обучаемых магистров с перспективой внедрения. Внедряемость новшества обеспечивается выбором реальных тем исследования, связанных с местом работы магистрантов и предложениями партнеров и работодателей [13].

Приобретенные в результате освоения новых курсов компетенции инновационного мышления могут быть оценены следующими показателями:

• –    количество заявок на изобретение в группе студентов (2–3 заявки в группе из 15–25 человек);

• –    количество публикаций в научных журналах, сборниках конференций (10–15 публикации);

• –    количество студентов, поступивших в аспирантуру (2–3 человека с курса);

  – количество вузов, применивших новые учебные курсы.

Описание структуры и содержанияновых курсов

• 1.    Функционально-стоимостной анализ (1-й семестр, 3 зачетные единицы (ЗЕ), 54 часа, экзамен). Краткое содержание: анализ объекта исследования с построением структурной, параметрической, функциональной и стоимостной моделей объекта (продукции, процесса или услуги); формулировка и ранжирование функций; поиск нежелательных эффектов; анализ затрат; постановкой задач исследований. Выполнение семестровых заданий «Патентный поиск по теме исследования магистра», «ФСА строительной системы или технологии и/или конструкции». Учебная литература [3, 7, 8].

• 2.    Теория решения изобретательских задач (2-й семестр, 3 ЗЕ, 54 часа, экзамен). Краткое содержание: законы развития технических систем, приемы разрешения противоречий, фонды изобретательских эффектов, решение учебных задач, качества творческой личности. Выполнение семестровых заданий «Формулировка и разрешение противоречий по выявленным задачам (см. ФСА) в теме исследования»; «Проведение исторического исследования развития объекта с прогнозированием путей его развития». Учебная литература [4, 5, 9, 14].

• 3.    Теория планирования эксперимента (3-й семестр, 2 ЗЕ, 36 часов, зачет). Краткое содержание: математическая теория планирования эксперимента; обработка результатов эксперимента; проверка статистических гипотез; решение учебных задач. Выполнение семестрового задания «Составление плана полного факторного эксперимента по оптимизации полученных решений». Учебная литература [10, 11].

• 4.    Патентоведение (4-й семестр, 2 ЗЕ, 36 часов, экзамен): основы патентного права; проведение патентно-информационных исследований; исследование патентной частоты; способы защиты авторских прав. Выполнение семестровых заданий «Составление заявки на полезную модель или изобретение по теме исследований»; «Анализ внешней социально-технологической среды и варианты проектов внедрения подготовленной заявки на патент». Учебная литература [6, 15].

Учебным планом должны быть предусмотрены лекционные и практические (семинарские) занятия, в том числе с применением интерактивных и проблемно-поисковых форм обучения (дискуссии, тренинги, анализ конкретных ситуаций, метод проектов и др.).

Для обучения оборудуются рабочие места программы АиССт (Анализ и синтез систем, ООО «Аналитика»), в которой формализован ФСА и приемы разрешения технических противоречий ТРИЗ. В процессе НИР магистра используются стандартные математические программы для планирования и обработки данных эксперимента.

Методология и методическая новизна

Предлагаемый учебный цикл из четырех курсов призван максимально широко охватить диапазон необходимых исследователю-инноватору навыков – от аналитических до технических и организационных, которые традиционно преподаются в различных курсах (история и методология науки и техники, эвристика научного поиска, методы решения научно-технических задач, управление инновационной деятельностью и пр.), весьма неравномерно представленных в магистерских учебных планах вузов.

Будучи четко ориентирован на решение задач и приемы создания инноваций, предлагаемый цикл призван обучить студентов навыкам поиска и обработки информации (патентный поиск и литературный обзор), написания квалификационных работ (ФСА объекта, составление плана эксперимента), творческого мышления (ТРИЗ, разрешение противоречий), защиты интеллектуальной собственности (патентоведение). Приобретение указанных компетенций происходит поэтапно в логике решения творческой задачи по теме НИР магистра и максимального увеличения инновационного потенциала новшества. Системный эффект объединения указанных курсов и составляет методическую новизну продукта.

В обучении используются лицензионные программы для компьютерного моделирования и научных исследований LIRA, REVIT, ELCAD, MATLAB и др. Для сложных задач возможно использование суперкомпьютера «Торнадо ЮУрГУ», который занял 54 место в рейтинге суперкомпьютеров в мировом рейтинге HPCG.

Новые курсы будут преподаваться на основе технологии проблемно-поискового типа с использованием информационных компьютерных технологий. Это позволит студентам активнее воспринимать учебную информацию, сократить сроки выполнения учебных заданий, быть мотивированным участником в творческом процессе генерации идей.

Предварительная проработка в рамках существующих учебных программ показала, что большинство студентов способны сделать работу на уровне изобретения. Для этого надо ориентировать их на наилучшие достижения и ставить задачу получения полезного технического решения, имеющего новизну (психологически это непросто как студенту, так и преподавателю). Новизна может быть локальная: для строительной компании, для города или области. Сложнее получить решение с новизной на уровне страны и мира. Предъявление требования полезности, новизны и самостоятельной научной проработки ломает сложившиеся привычки заимствования готовых работ из интернета, инициирует самостоятельную работу студента.

Введение в учебный процесс обязательной работы с патентным фондом по заданному алгоритму позволяет не только формировать трудовые функции, установленные профессиональными стандартами для строителей, но и помогает студенту глубже разобраться в изучаемой теме, получить информацию о возможных тенденциях на рынке. Некоторые студенты в ходе такой работы подходят к идее, которая может оказаться изобретением с мировой новизной и быть запатентована. Если ЮУрГУ (национальный исследовательский университет) возобновит поддержку студентов по оплате госпошлины на изобретения, это будет хорошим стимулом для развития данного подхода.

Место в существующем учебном процессе и компетенции

В качестве основы для данной дисциплины используются знания, приобретенные студентом в ходе изучения общенаучных дисциплин: история и методология науки и техники; философия технических наук.

Предлагаемые курсы могут занять зачетные единицы таких курсов, как современные проблемы строительной науки техники и технологии (1-й семестр), методы решения научно-технических задач в строительстве (2-й семестр), управление инновационной деятельностью в строительстве (3й семестр); компьютерное моделирование фундаментов (4-й семестр).

В свою очередь новые учебные курсы найдут применение при изучении студентами специальных дисциплин вариативной части и дисциплин по выбору обновленной магистерской программы. При изучении специальных дисциплин, таких как, например, «Энергосберегающие технологии в современном строительстве» студенты смогут применить знания и навыки инновационного мышления. Результаты учебных работ по новым курсам создадут основу НИР и выпускной квалификационной работы магистра в виде нового продукта или технологии.

Тираживание курсов постепенно расширится на магистерских программах других институтов ЮУрГУ, например, на программу «Управление инновационными проектами» по направлению подготовки магистра 27.04.05 Инноватика, в которой, к сожалению, отсутствуют инструментальные курсы по методам создания инноваций. То же можно сказать о программах «Менеджмент инноваций», по которым обучают во многих вузах [16].

Реализация учебных курсов позволит сформировать компетенции согласно ФГОС ВО магистратура по направлению 08.04.01 Строительство (приказ МОиН РФ №482 от 31.05.2017):

• У К-1. Способен осуществлять критический анализ проблемных ситуаций на основе системного подхода, вырабатывать стратегию действий;

• У К-2. Способен управлять проектом на всех этапах его жизненного цикла;

• О ПК-1. Способен решать задачи профессиональной деятельности на основе использования теоретических и практических основ, математического аппарата фундаментальных наук;

• О ПК-2. Способен анализировать, критически осмысливать и представлять информацию, осуществлять поиск научно-технической информации, приобретать новые знания, в том числе с помощью информационных технологий;

• О ПК-3. Способен ставить и решать научнотехнические задачи в области строительства, строительной индустрии и жилищно-коммунального хозяйства на основе знания проблем отрасли и опыта их решения.

При изучении нового цикла дисциплин студент приобретет знания, умения и навыки:

• –    построения структурной модели, подробно описывающей систему по элементам и связям между ними;

• –    построения функциональной модели системы по специальным правилам формулирования функций;

• –    построения параметрической модели с анализом ресурсов по параметрам функционирования системы и ее элементов;

• –    постановки и решения изобретательских и исследовательских задач методами ТРИЗ;

• –    прогнозного видения и анализа проблемы по законам развития технических систем;

• –    использования фонда физических, химических, геометрических эффектов;

• –    жизненной стратегии творческой личности, качеств творческой личности;

• –    планирования эксперимента, методов обработки данных эксперимента;

• –    патентного права и защиты интеллектуальной собственности.

Заключение

Современный технологический уклад мировой экономики, быстрое устаревание знаний предъявляют новые требования к образованию: от фактологического обучения к методологическому. Совершенствование содержания магистерских программ должно способствовать освоению знаний и навыков методологии инноваций, что будет гарантировать востребованность выпускников на региональном, национальном и международном рынках труда.

При выборе тем выпускных магистерских работ предпочтение следует отдавать решению социально-значимых задач, например: адаптация существующего жилого фонда к обеспечению мобильности инвалидов; выбор оптимальных решений переселения граждан из зон чрезвычайных ситуаций; снижение ущербов строительных аварий; строительство социального жилья, повышение энергоэффективности зданий и т. д. Такой подход формирует активную гражданскую позицию выпускников, повышает мотивацию качественной учебной и научной работы. Решение указанных задач в рамках НИР магистров укрепит позиции ЮУрГУ как центра инновационного развития территории.

Разработчики новой учебной программы готовы изучать опыт своих коллег и готовы делиться своим опытом, что также будет способствовать росту значимости университета в регионе.