Динамика инновационного развития нанотехнологии в контексте формирования междисциплинарной системы знаний

МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИННОВАЦИИ

Вестн. Ом. ун-та. 2011. № 2. С. 327-333.

УДК 001.895+620.3:001:378 К.Н. Полещенко

Омский государственный университет Ф.М. Достоевского

Н.А. Семенюк

Омский государственный технический университет

ДИНАМИКА ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИИ В КОНТЕКСТЕ ФОРМИРОВАНИЯ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЙ СИСТЕМЫ ЗНАНИЙ

Рассмотрена динамика развития феномена нанотехнологии. Предложена модель развития нанотехнологии в контексте системы взаимодействия междисциплинарных научно-технических знаний, позволяющая рассматривать нанотехнологию как когнитивный феномен. Выявлены особенности становления и развития когнитивного феномена нанотехнологии, предложена модель формирования профессиональной компетентности кадров в области наноиндустрии.

Ключевые слова: нанотехнология, наноиндустрия, научно-технологическая система знаний.

Введение

С начала XXI столетия авторами из разных научных областей большое внимание уделяется развитию нанотехнологии. В современной литературе отмечаются различные подходы к изучению этого феномена, которые отражены в таблице.

На уровне философского осмысления авторы из разных областей знаний отмечают, что развитие нанотехнологии - это междисциплинарное направление науки [2; 4-6; 12; 16; 20], которое требует в дальнейшем соответствующей организации подготовки кадров в этой области [6; 17].

При анализе развития научно-технологической системы знаний наблюдается недостаточность изучения феномена нанотехнологии. В частности, недостаточно изучены особенности становления, а также закономерности динамики развития нанотехнологии. Из этого следуют противоречия в самом понимании нанотехнологии. С одной стороны, нанотехнологию рассматривают как науку, которая имеет свою сферу фундаментальных и прикладных исследований, изучающую свойства наноструктур, закономерности их формирования и функционирования. С другой стороны, нанотехнологию рассматривают как базирующийся на данных нанотехнологических исследований набор конкретных технологий и методик, основанных на манипуляциях с объектами, один из размеров которых лежит в области 1-100 нанометров (1 нм = 10-9 м) [21].

Проблема исследования - выявление взаимосвязи содержательного, познавательного и образовательного аспектов феномена нанотехнологии, которой, в силу ее влияния на мировоззрение современного общества, следует, по-видимому, придать статус глобального социального проекта XXI в.

© К.Н. Полещенко, НА. Семенюк, 2011

Естественнонаучный и философский аспекты становления феномена нанотехнологии Автор

Идея создания нанообъектов Р. Фейнман (1959) [1]

Исторические аспекты развития нанотехнологий В.И. Аршинов М.В. Лебедев [2] О.И. Зеленский Б.Я. Пугач [3] А.И. Путилин [4] А.И. Терехов [5]

Миниатюризация объектов и моделирование нанопроцессов на основе использования информационных технологий как характерные тенденции развития нанотехнологии A.И. Путилин [4] М.В. Ковальчук [6] Д.А. Медведев B.В. Прайд [7]

Основные направления в развитии нанотехнологии Н.А. Азаренков В.Д. Орлов Н.И. Слипченко В.Г. Удовицкий В.И. Фареник [8] Ю.И. Головин [9] А.П. Приходько [10]

Идея активного развития нанотехнологии, социокультурные последствия этого развития Ж.И. Алферов [11] Е.П. Кулькова [12] А.И. Путилин [4] Л.В. Семирухин [13]

Использование математических технологий как ключевой элемент в развитии нанотехнологий М.В. Карасев [14]

Работы, посвященные онтологическим и гносеологическим проблемам нанотехнологии Л.В. Семирухин [13] A. Абрамян B.И. Аршинов В. Беклемышев Р. Вартанов Д. Дубровский [15] В. Лукьянец [16]

Проблема отношения нанотехнологии и информационных технологий В.И. Аршинов М.В. Лебедев [2] А.И. Путилин [4]

Методологические проблемы развития нанотехнологии М.В. Ковальчук [6] В.Г. Горохов [17]

Идея конвергентности нанотехнологии, биотехнологий, когнитивной науки и информационных технологий М.К. Роко Р.С. Уильямс [18] В.Г. Горохов [17] Н.Н. Зленко [19] Д.А. Медведев В. Прайд [7]

Динамика процесса развития феномена нанотехнологии

Становление и развитие нанотехнологии непосредственно связано с развитием технических знаний (ТЗ), фундаментальных знаний (ФЗ), а также методов исследования (МИ). Анализируя исторические аспекты нанотехнологии [1-5], развитие этого феномена можно условно разделить на три этапа (рис. 1).

1 этап.. До 1959 г. - подготовительный этап. Основание атомизма (У-1У вв. до н. э., Демокрит) можно считать началом этого этапа, который длился до 1959 г., когда Р. Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиноч-

ные атомы при помощи манипулятора, соответствующего размера [1]. Развитие технического знания приводит к развитию методов исследования и, соответственно, к развитию фундаментальных знаний, взаимодействие которых можно представить в виде триады. На этом этапе такое взаимодействие приводит к дифференциации научного знания, появляются первые открытия в области микробиологии, квантовой механики, химии.

2 этап.. 1960-1999 гг. - этап становления. Он характеризуется введением в научный оборот термина «нанотехнология» (1974 г., Н. Танигучи), изобретением туннельного (1981 г., Г. Бининг, Г. Рорер), а затем и атомно-силового (1986 г., Г. Би-нинг) сканирующих микроскопов, открытием фуллерена (1985 г., Е. Крото, Е. Смолли и Е. Керл) и созданием первого транзистора на основе нанотехнологий (1998 г., Деккер).

На этом этапе недостаточно методов отдельно взятой области знаний для изучения структуры и свойств вещества на наноуровне, что приводит к необходимости формирования междисциплинарных исследований и технико-методологической области исследования. На основе междисциплинарных исследований формируются наноматериалы, наноэлектроника, нанометрология, наносенсоры, развивающиеся в дальнейшем разными темпами, как взаимосвязанные подсистемы единой области - нанотехнологии. В результате трансферта знаний из одних подсистем в другие происходит формирование понятийного аппарата, способствующего дальнейшему изучению и описанию объектов и создающего основу для развития нового уникального феномена - когнитивного.

3 этап. С 2000 г. - этап развития. Дальнейшее развитие научного знания приводит к внедрению нанотехнологии во всевозможные отрасли развития человечества. Появляется возможность не только изучения и описания сложных объектов природы, но и их модификации и конструирования, что позволяет рассматривать нанотехнологию не только как междисциплинарное направление науки и техники, но и как метадисциплинарную область. Начинается внедрение нанотехнологий в промышленный процесс и их коммерциализация, появляются научнообразовательные центры (НОЦ) для подготовки и переподготовки кадров в области наноиндустрии.

Рис. 1. Динамика процесса развития когнитивного феномена нанотехнологии: 1 - дифференциация научного знания; 2 - развитие междисциплинарных исследований; 3 - развитие метадисциплинарных исследований

Гипотеза исследования строится на предположении, что, во-первых, взаимодействие фундаментальных, технических знаний, а также методов и средств исследования приводит к образованию единого информационного пространства, в котором формируется понятийный аппарат нанотехнологии, позволяющий рассматривать данный феномен как когнитивный. Во-вторых, динамика развития этого феномена обусловлена генерацией и трансфертом знаний из интеллектуальной области (мыследеятельности) в социальную (область практики) и расширением ее посредством диффузии инноваций. Для понимания процесса формирования когнитивного феномена нанотехнологии в едином информационном пространстве научно-технологических знаний авторами используются понятия «нуклеация» и «аттрактор-структура», позволяющие рассматривать нанотехнологию как одно из направлений интенсивного развития науки и техники.

Особенности становления когнитивного феномена нанотехнологии

Согласно [5; 22], второй этап развития нанотехнологии (рис. 1) можно представить как взаимоообусловленное взаи-

модействие сферы знаний (наука) и сферы деятельности (техника), каждая из которых разделена на сегменты (рис. 2). При этом каждому сегменту сферы знаний соответствует определенный сегмент сферы деятельности.

Подготовка * специалиста

Сегменты

техники

Рис. 2. Модель когнитивного феномена нанотехнологии в системе научно-технологических знаний

Взаимодействие научной и технической областей приводит к их трансформации, а также формированию открытой научно-технологической системы - нанотехнологии, центральная часть которой представляет собой области мыследея-тельности как комплекса интеллектуаль-

ных и коммуникативных процессов [23]. Развитие направлений «наноматериалы», «наноэлектроника», «нанометрология»,

«наносенсоры» в контексте междисциплинарности определяет внутреннюю логику дальнейшего развития нанотехнологии как когнитивного феномена с выходом на статус метадисциплинарности (рис. 2).

Взаимодействие системы

научно-технических знаний

в развитии нанотехнологии

Если рассматривать трансформацию сферы знаний и сферы деятельности в горизонтальном направлении, то развитие этих областей происходит разными темпами [6] за счет накопления фундаментальных и формирования прикладных знаний в той или иной области, которые реализуются путем постоянного совершенствования техники и технологического процесса. Так, например, миниатюризация технического объекта и изучение свойств и структуры вещества на атомарном уровне приводит к возможности применения подхода «снизу - вверх» [6], к созданию из атомов и молекул микро- и макроустройств с заранее заданными свойствами и структурой. Более совершенная техника, в свою очередь, оказывает влияние как на фундаментальные и прикладные знания, так и на технологию, а также на изменение методологии исследования (рис. 3а). Данный процесс можно сравнить с процессом флуктуации как некоторого отклонения в развитии науки и техники, который приводит к противоречию между этими областями. Для описания дальнейшего развития научно-

технической системы введем понятие нуклеации (этап становления нанотехнологии) как процесс флуктуационного образования новой фазы - аттрактор-структуры [24] данной системы, которая притягивает познавательную и образовательную траектории развития этого феномена и приводит к разрешению противоречий, за счет чего система переходит на качественно новый уровень взаимодействия [6]. Вокруг такой аттрактор-структуры начинают формироваться смыслообразующие категории, такие как нанонаука, нанотехника, нанодиагностика [22], составляющие понятийный аппарат нанотехнологии.

Взаимообусловливающее влияние фундаментальных и прикладных знаний приводит к формированию единой междисциплинарной области исследования (рис. 3б). При этом взаимодополнение развития техники и изменения методологии исследования способствует образованию технико-методологической области. Последующее взаимодействие области междисциплинарных исследований и технико-методологической области формирует единое информационное пространство науки и техники. Именно с образованием единого информационного пространства (рис. 3б) на динамику развития нанотехнологии как области мыследеятельности существенное влияние оказывает когнитивный механизм, способствующий появлению новых познавательных ресурсов, позволяющих постигать ранее не познаваемые явления за счет интеграции всех сегментов сферы знаний и сферы практической деятельности.

Методология

А к

Техника, технологические процессы

А к

Прикладные знания

А

О Й аз д н у Ф нтальные ния

^еХнйко-мЁ5одойю1ическая7)бЙасТь_

Методология

Техника, технологические процессы

Единое информационное ПРОСТрансгвО

Прикладные знания ...................

Фундаментальные знания

Обласгь МеЖдисииПЛИнарн^1х,иССледований

б

а

Рис. 3. Взаимодействие знаний, техники и методологии в становлении нанотехнологии

Дальнейшее развитие нанотехнологии как когнитивного феномена приводит к необходимости междисциплинарного образования инженеров-исследователей для разработки инновационных проектов в области нанотехнологии [25; 26] (вертикальное направление (рис. 2)).

Научно-образовательные центры (НОЦ) как интегрированные структуры развития образовательной и предпринимательской деятельности в области нанотехнологий

В целях развития системы высшего профессионального образования в сфере нанотехнологий в Российской Федерации были приняты первые государственные образовательные стандарты по направлению «Нанотехнология» по двум нанотехнологическим специальностям «Наноматериалы» и «Нанотехнологии в электронике». Согласно стандартам третьего поколения, подготовка специалистов предполагает двухуровневую структуру -бакалавриат и магистратура.

Для внедрения в российских университетах международной практики интеграции передовых исследований и образования в августе 2009 г. утверждена Концепция образовательной деятельности Государственной корпорации (ГК) «Роснанотех», согласно которой деятельность корпорации в сфере образования нацелена на создание кадрового потенциала наноиндустрии и формулирование запроса рынка труда относительно квалификации кадров, необходимых для развития нанотехнологий [27]. В связи с этим на базе вузов совместно с проектными компаниями создаются НОЦ, которые предполагают следующие уровни образования: профессиональная переподготовка - 61 % магистратура - 21 %, повышение квалификации - 18 % [22]. Таким образом, политика государства, ориентированная на формирование НОЦ в области нанотехнологий, а также центров по подготовке и переподготовке компетентных специалистов в области нанотехнологий, является внешним фактором в развитии нанотехнологий.

Цель НОЦ состоит в выполнении фундаментальных научных исследований, реализации прикладных разработок и подготовке кадров в области наноиндустрии. Результатом подготовки специалистов в области нанотехнологий должна

стать их способность к проектной деятельности в профессиональной среде [27].

Структура портфеля образовательных программ ГК для подготовки специалистов в области нанотехнологий содержит следующие направления: наноматериалы

- 28 %, наноэлектроника - 19, нанофото-ника - 16, технологии и спецоборудова-ние - 9, наномедицина - 6 и прочие -22 % [22]. Недостатком данного портфеля, по мнению авторов, является отсутствие проекта, направленного на развитие предпринимательской деятельности в области коммерциализации инноваций.

Для достижения цели НОЦ необходимы научно-образовательные проекты подготовки и переподготовки кадров, а также высококвалифицированные специалисты из разных научных областей, которые способны обеспечить междисциплинарное направление подготовки кадров в области наноиндустрии, нацеленное на выработку когнитивных компетенций [28] научноисследовательской работы в области методов получения и использования новых наносистем и наноматериалов, а также способов их исследования. Для формирования профессиональной компетентности инженера-исследователя в области нанотехнологий авторами разработана трехступенчатая система подготовки, включающая не только бакалавриат и магистратуру, но и аспирантуру (рис. 4). Данная структура подготовки представлена в виде модели профессиональной компетентности, охватывающей основные требования к личности как конкурентоспособного, компетентного специалиста в области нанотехнологий. Получение степени бакалавра на первом уровне предполагает формирование фундаментальных знаний в области физики, химии, биологии и др. На втором уровне формирование прикладных знаний, т. е приобретение практических навыков и умений использовать теоретические знания, полученные на первом уровне. На третьем уровне (междисциплинарные исследования), по мнению авторов, необходимы непосредственное участие в междисциплинарных исследованиях, сотрудничество со специалистами из разных областей знаний, а также владение общенаучной методологией. Обучение в магистратуре предполагает продолжение участия в междисциплинарных исследованиях, а также переход на четвертый уровень, предполагающий выявление и развитие когнитивных компетенций, включающих способность к

самоорганизации личности, способность учиться, интегрировать знания, способность к межличностным коммуникациям. При переходе на пятый уровень формируются умения работать в команде, при-

менять теорию решения изобретательских задач, формировать стратегию коммерциализации инноваций, а также владение методами проектного управления и бизнес-планирования.

Проектная деятельность 5.1

5.2

5.3

5.4

5.5 5

III ступень Аспирантура

II ступень Магистратура

I ступень Бакалавриат

Рис. 4. Модель профессиональной компетентности инженера-исследователя в области нанотехнологий: 1.1 - знание теории (теоретический уровень); 2.1 - практические навыки; 2.2 - умения использовать теоретические знания; 3.1 - участие в междисциплинарных исследованиях; 3.2 - сотрудничество со специалистами из разных областей знаний; 3.3 - владение общенаучной методологией; 4.1 - самоорганизация личности;

4.2 - способность учиться; 4.3 - способность интегрировать знания; 4.4 - коммуникативные способности;

5.1 - умения работать в команде; 5.2 - умения применять теорию решения изобретательских задач;

5.3 - владение методами проектного управления; 5.4 - владение методами бизнес-планирования;

5.5 - умения формировать стратегию коммерциализации инновации

В соответствии с разработанной авторской образовательной стратегией [29], предлагаемая модель реализуется в Омском государственном университете им. Ф.М. Достоевского под руководством профессора К.Н. Полещенко при совместной работе с сотрудниками кафедры физики Омского государственного технического университета. Разработаны и реализованы программы курсов «Основы нанотехнологий», «Физические основы инновационных технологий», «Управление инновациями», «Инновационный менедж-

мент в сфере высоких технологий», «Трансферт и коммерциализация инновационных технологий», «Управление инновационными проектами». Занятия проводятся в рамках вводимых на факультетах курсов и общеуниверситетских спецкурсов по выбору. Это дает возможность ознакомить с нанотехнологической тематикой студентов как естественнонаучных, так и социально-гуманитарных направлений. Обсуждение актуальных проблем развития методов, методик нанотехнологий проходит в рамках междисциплинарного научно-практического семинара «Инновации в науке, образовании, проектировании» с участием приглашенных специалистов.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Feynman R. P. There's Plenty of Room at the Bottom [Электронный ресурс]. URL :

http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html (дата обращения 10.08.10).

[2] Аршинов В. И., Лебедев М. В. Философские проблемы развития и применения нанотехнологий // Философские науки. 2008. № 1. С. 58-79.

[3] Зеленский О. И., Пугач Б. Я. Нанонаука и нанотехнология: история, философия, инновации // Социальная экономика. 2009. № 1. С. 73-84.

[4] Путилин А. И. Нанотехнологии и социум :

учебно-информационный материал. 2007

[Электронный ресурс]. 1Ж_: 1пир:/Я11озо^

historic.ru/books/item/f00/s00/z0000992/index.sht т1 (дата обращения 10.08.10).

[5] Терехов А. И. Развитие научно-исследовательских работ по приоритетному направлению «Индустрия наносистем и материалы» : анализ и оценка позиций России в области наноматериалов // Вестник РФФИ. 2006. № 4. С. 23-37.

[6] Ковальчук М. В. Нанотехнология и научный прогресс // Философские науки. 2008. № 1. С. 28-32.

[7] Прайд В. В., Медведев Д. А. Феномен ЫВ1С-конвергенции. Реальность и ожидания // Философские науки. 2008. № 1. С. 96-116.

[8] Нанонауки и нанотехнологии: современные

достижения, перспективы, проблемы и задачи развития / Н. А. Азаренков [и др.] [Электронный ресурс]. 1Ж_: http://www.pse.scpt.

org.ua/en/jornal/1-2_05/13.pdf (дата обращения: 06.01.11).

[9] Головин Ю. И. Нанотехнологическая революция стартовала! [Электронный ресурс]. 1Ж_ : http://www.abitura.com/modern_physics/nano/na no2.html (дата обращения: 10.08.10).

[10] Приходько А. П., Сторчай Н. С. Нанотехнологии: состояние, направления и тенденции раз-

вития в производстве строительных материалов [Электронный ресурс]. URL: http://www. nbuv.gov.ua/portal/natural/Vpabia/2009_9/prihodko (дата обращения: 0З.01.11).

[11] Алферов Ж. И. Наноматериалы и нанотехнологии / Ж. И. Алферов [и др.] // Микросистем-ная техника. 200З. № 8. С. З-1З.

[12] Кулькова Е. П. Социокультурные последствия развития нанотехнологии : автореф. дис. ... канд. филос. наук. Ростов н/Д., 2007. 25 с.

[13] Семирухин Л. В. Нанотехнология и сознание // Философские науки. 2008. № 1. С. 80-96.

[14] Карасев М. В. Математические технологии на рубеже нанореволюции // Вестн. Рос. акад. наук. 2006. № 1. Т. 76. С. 44-47.

[15] Философские проблемы развития и примене-

ния нанотехнологий [Электронный ресурс]. URL: http://popnano.ru/analit/index.php?task=

view&id=571&limitstart=2 (дата обращения

01.08.10).

[16] Лукьянец В. Нанотехнологии и их роль в судьбе цивилизации [Электронный ресурс]. URL: http://2084.ru/articles.php?article_id=57 (дата обращения 01. 08. 10).

[17] Горохов В. Г. Проблема технонауки - связь науки и современных технологий (методологические проблемы нанотехнологий) // Философские науки. 2008. № 1. С. ЗЗ-57.

[18] Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / под ред. М. К. Роко, Р. С. Уильямса, И. П. Аливисатоса. М. : Мир, 2002. 292 с.

[19] Зленко Н. Н. Влияние нанонаук и сверхтехнологий на современное общество // Філософія науки: традиціі та інноваціі. 2010. № 1(2). С. 245-25З.

[20] Нанонаука и нанотехнология в производстве и материаловедении волокнистых материалов и изделий / Б.А. Бузов [и др.] [Электронный ресурс]. URL: attachment:/1/doc.htm (дата обращения 14.01.11).

[21] Жукова Е. А. Hi-Tech: динамика взаимодействий науки, общества и технологий : автореф. дис. . д-ра. филос. наук. Томск, 2007. З9 с.

[22] Перспективы развития в России НБИК-техно-логий как основного научного направления

прорыва к шестому технологическому укладу : материалы Второй ежегодной научнопрактической конференции Нанотехнологического общества России [Электронный ресурс]. URL: http://ntsr.info/nor/bulletin/seminars/index.

php?ID=3166 (дата обращения 14.01.11).

[23] Щедровицкий Г. П. Схема мыследеятельности

- системно-структурное строение, смысл и содержание [Электронный ресурс]. URL:http:// www.russcomm.ru/rca_biblio/sch/Schedrovitsky_ Shema.doc (дата обращения 08.10.10).

[24] Баксанский О. Е., Кучер Е. Н. Когнитивные науки: от познания к действию. М. : КомКнига, 2005. 184 с.

[25] Полещенко К. Н., Семенюк Н. А. Методологические аспекты подготовки специалиста в области нанотехнологий на основе компетентностного подхода // Инновационные процессы в управлении предприятиями и организациями: сб. ст. IX Междунар. науч.-практ. конференции. Пенза : Приволжский Дом знаний. 2010. С. 81-8З.

[26] Полещенко К. Н., Прокудина Н. А., Семенюк Н. А. Формирование профессиональной компетентности специалиста в области нанотехнологий // Заочная электронная конференция «Интеграция науки и образования» [Электронный ресурс]. URL: http://www.econf.rae.ru/ article/5776. (дата обращения 20.01.11).

[27] Концепция образовательной деятельности ГК

«Роснанотех» [Электронный ресурс]. URL:

http://www.rusnano.com/Section.aspx/Show/14507 (дата обращения 20.01.11).

[28] Delemare le Deist F., Winterton J. Что такое компетенции? / пер. Я. Ю. Епутаева // Human Resource Development International. V. 8. № 1. P. 27-46, March [Электронный ресурс]. URL : 2005 http://www.hr-portal.ru/article/chto-takoe-kompetentsii (дата обращения 2З.01.11).

[29] Полещенко К. Н., Разумов В. И., Верхогляд Е. В. Стратегические ориентиры подготовки кадров для инновационной деятельности // ИННОВАТИКА-2009 : труды Международной конференции. Ульяновск : УлГУ, 2009. С. 45-46.