Практическое обучение инновационной инженерной деятельности в региональных летних научных школах

Н. И. НАУМКИН, Н. Н. ШЕКШАЕВА, В. Ф. КУПРЯШКИН, Е. Н. ПАНЮШКИНА

ПРАКТИЧЕСКОЕ ОБУЧЕНИЕ ИННОВАЦИОННОЙ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В РЕГИОНАЛЬНЫХ ЛЕТНИХ НАУЧНЫХ ШКОЛАХ

Ключевые слова: инновационная инженерная деятельность, компетентность, компетенция, компоненты компетентности, национальный исследовательский университет, летние научные школы, материальный инновационный продукт, нематериальный инновационный продукт

Key words: innovative engineering, competence, competency, components of competence, national research university, summer science schools, material innovative product, intangible innovative product

Раскрывается содержание практического обучения инновационной инженерной деятельности в условиях летних научных студенческих школ как обучения получению материальных инновационных продуктов. В качестве материальных инновационных продуктов выступают изделия цифрового производства (распечатка на 3D-принтере), а нематериальных инновационных

НАУМКИН Николай Иванович, заведующий кафедрой основ конструирования механизмов и машин Мордовского государственного университета, доктор педагогических наук, доцент.

ШЕКШАЕВА Наталья Николаевна, преподаватель кафедры основ конструирования механизмов и машин Мордовского государственного университета.

КУПРЯШКИН Владимир Федорович, доцент кафедры основ конструирования механизмов и машин Мордовского государственного университета, кандидат технических наук.

ПАНЮШКИНА Елена Николаевна, преподаватель кафедры прикладной математики Мордовского государственного университета.

NAUMKIN Nikolay Ivanovich, Doctor of Pedagogic Sciences, Docent, Head of the Department of Mechanisms and Machine Building, National Research Ogarev Mordovia State University (Saransk, Russian Federation).

SHEKSHAEVA Natalia Nikolaevna, Lecturer at the Department of Mechanisms and Machine Building, National Research Ogarev Mordovia State University (Saransk, Russian Federation).

KUPRYASHKIN Vladimir Fyodorovich, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the Department of Mechanisms and Machine Building, National Research Ogarev Mordovia State University (Saransk, Russian Federation).

PANYUSHKINA Elena Nikolaevna, Lecturer at the Department of Applied Mathematics, National Research Ogarev Mordovia State University (Saransk, Russian Federation).

продуктов — заявочные документы на патенты. Обучение организовано в форме деловой игры «Фирма-2», включающей следующие этапы: формирование команды, распределение ролей; создание фирмы, выбор рода деятельности фирмы и фирменного наименования; формулирование решаемой проблемы; получение технического решения; разработка 3Б-модели детали; разработка изделия на 3Б-принтере; оформление заявительских материалов на РИД; защита проекта. Экспериментально подтвержден рост эффективности такого обучения на 16 %.

The paper reveals the content of practical training in innovative engineering activities in summer science schools for students as training in obtaining material innovative products. As the material innovative products, digitally manufactured products (printed with a 3D-printer) were used, and as intangible innovative products — the application documents for patents. The training was organized in the form of a business game 'Firm 2' including the following steps: forming a team, casting roles; setting up a firm, choosing activities for the firm and the brand name; formulating the problem to be solved; obtaining technical solutions; developing a 3D-model of a part; developing a product with a 3D-printer; registering applicant patent documents; defending the project. The experiment confirmed the increase in the effectiveness of such training by 16 %.

Продекларированные модернизация промышленности России и ее новый этап индустриализации, основанные на инновационном подходе, невозможны без развития и совершенствования инженерного образования, перед которым стоит задача повышения уровня подготовки специалистов, готовых к инновационной инженерной деятельности (ИИД). Для большей эффективности такой подготовки Правительством России было предложено создание особых вузов — национальных исследовательских университетов (НИУ). Они позволяют формализовать, укрепить и объединить научный, технический и образовательный потенциал университета и ориентировать его на создание комплексной стратегии инновационного развития страны. С одной стороны, такие университеты создают новые возможности для эффективного обучения, с другой — предъявляют повышенные требования к студентам, преподавателям и научным работникам университета1.

ИИД включает определенные этапы полного инновационного цикла: анализ существующего технического уровня, синтез нового технического решения, разработку, создание новой техники и технологий, доведенных до вида товарной продукции, представленной нематериальными инновацион-

ными продуктами (НИП) в виде охранных документов на результаты интеллектуальной деятельности, научно-технической и технологической документации и материальными (МИП) — в виде товара, работы, услуги, обеспечивающими экономический, социальный или другой эффект и, следовательно, являющимися конкурентоспособными2. Таким образом, и подготовка студентов к ИИД должна быть основана на вовлечении их во время обучения во все перечисленные этапы инновационного цикла.

На наш взгляд, для практического обучения ИИД и получения материальных инновационных продуктов целесообразно использовать обучение в рамках летних научных школ. Такие школы проводятся кафедрой основ конструирования механизмов и машин Мордовского государственного университета с 2001 г.3, и накопленный опыт их реализации позволяет заключить, что «1) на этапе обучения в летних научных школах наиболее полно можно сформировать компетентность в инновационной инженерной деятельности благодаря тому, что это форма активного обучения совмещает и активный отдых и интенсивное обучение; 2) создание образовательной среды для студентов летом эффективно не только для самих студентов, но и для региона в целом, так как молодежь — наиболее открытая и активная часть общества и привлечение ее к решению острых вопросов очень часто позволяет вырабатывать новые идеи и механизмы их претворения в реальность; 3) выбор в качестве второго (практического) этапа формирования КИИД региональных летних научных школ студентов, аспирантов и молодых ученых обеспечивает повышение эффективности подготовки студентов к ИИД; 4) повышение эффективности функционирования летних школ обеспечивается использованием при обучении в них интегрированной педагогической технологии, проникающей в которой является педагогика сотрудничества»4.

Инновационная инженерная деятельность реализуется в основном в рамках инновационного цикла. Поэтому наиболее успешно формирование КИИД у студентов в рамках летней научной школы будет осуществляться, если организовать обучение таким образом, чтобы студенты прошли все этапы практической работы в условиях моделирования ИИД с получением инновационного продукта в виде промышленного образца. На наш взгляд, такое обучение можно реализовать

на основе использования цифровых технологий изготовления инновационных продуктов5, которые начали интенсивно развиваться примерно с 80-х гг. ХХ в. и находить все большее применение во всем мире. Их основное отличие от существовавших до этого технологий формирования трехмерных объектов состоит в том, что они реализуются не за счет удаления материала (точение, фрезерование, электроэрозионная обработка и др.) или изменения формы заготовки (ковка, штамповка, прессовка), а за счет постепенного наращивания (добавления) материала или изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства.

Учитывая большие возможности такой технологии в Институте механики и энергетики Мордовского государственного университета в соответствии с реализацией программы НИУ в рамках Центра цифрового производства создан сектор быстрого прототипирования6, в котором используется одна из названных технологических схем: 3Б-модель — 3D- печать — прототип — тиражирование. Из всех имеющихся у нас средств цифрового производства для летней научной школы в качестве инновационного технического средства обучения был выбран 3Б-принтер «BFB 3000», представляющий уникальную современную модель от компании «Bits From Bytes». Обучение ИИД реализуется в виде деловой игры «Фирма-2» — усовершенствованной игры «Фирма-1» за счет включения в ее состав второго практического этапа с дополнительными средствами обучения (3Б-принтера, фондов сценариев творческих конкурсов и спортивных мероприятий) и расширенным содержанием (изготовление МИП), позволяющей моделировать все этапы инновационного цикла ИИД, вовлекая в них студентов. Как и «Фирма-1», эта игра проходит в несколько этапов: формирование команды, распределение ролей; создание фирмы, выбор рода ее деятельности и фирменного наименования; формулирование решаемой проблемы; получение технического решения; разработка 3Б-модели детали; разработка изделия на 3Б-принтере; оформление заявительских материалов на патент; защита проекта.

Из группы студентов (6—7 чел.) самостоятельно организуется «фирма», которая работает на протяжении обучения с проведением промежуточного контроля и заключительного, однако, в отличие от традиционной, командная работа

осуществляется не только во время учебы, но и в процессе участия во всех творческих конкурсах, спортивных и других мероприятиях. Члены группы выбирают лидера, который распределяет роли (директор, технический директор, главный конструктор, патентовед, экономист, маркетолог). Затем он проводит совещание, посвященное выбору рода деятельности вновь организуемой «фирмы», разработке «фирменного наименования» как объекта интеллектуальной собственности. Для выполнения основного этапа игры (получение нематериального и материального инновационного продукта [ИП]) команда самостоятельно выделяет проблему в выбранной сфере деятельности, формулирует задачу для ее разрешения, синтезирует технические решения (ТР). Из полученных ТР выбирается наиболее охраноспособное, оформляются заявительские документы на выдачу патента России на полученное решение.

Следующим заданием для «фирмы» является разработка товарного знака или знака обслуживания на предполагаемый к выпуску продукт (товар, услугу) и оформление заявительских материалов на регистрацию и выдачу свидетельства на товарный знак. Одновременно перед каждой командой слушателей школы ставилась задача разработать для полученного ею технического решения 3Б-модель одной из его основных деталей и распечатать ее самостоятельно на 3Б-принтере, а при защите проекта продемонстрировать ее. Это обеспечивает эффективное формирование у студентов умения синтезировать и проектировать изделие, использовать знания по компьютерному проектированию и хранению информации, способствует развитию творческого воображения. Получение готового изделия в свою очередь формирует умение коммерциализовать решение и владение технологиями производства, умение доводить решение до окончательного результата.

Все это формирует положительную мотивацию в получении ИП. Защита проекта, как и в игре «Фирма-1», проходит в форме презентации перед группой экспертов и участниками других команд. Каждый участник в соответствии с занимаемой должностью представляет РИД, разработанные и изготовленные ИП (фирменное наименование, товарный знак или знак обслуживания, изобретение, полезную модель, промышленный образец), раскрывает область использования

и ожидаемый эффект. Все присутствующие могут задавать вопросы и участвовать в обсуждении. По результатам защиты эксперты принимают окончательное решение (оформление заявки на патент, опубликование научной статьи, рекомендация к внедрению).

Дополнительное участие слушателей школы в конкурсах и спортивных мероприятиях было направлено на сплочение команды при решении поставленных задач, на выявление истинных лидеров, формирование умения быстро действовать и принимать решения и впоследствии нести за них ответственность. Кроме того, творческие конкурсы способствуют развитию творческого потенциала студентов — основы ИИД.

В ходе игры действовала накопительная система баллов (индивидуальная и командная), при этом каждый член команды нес ответственность за свои действия перед коллективом и за команду в целом в условиях необходимости обязательного принятия решения в экстремальных условиях (стрессовая ситуация, ограниченность времени, ответственность и т. п.). Для освещения количества накопленных баллов постоянно заполнялась настенная ведомость учета активности слушателей школы и команд. Это также было одним из основных мотивов активной, ответственной и результативной работы.

Таким образом, в рамках теоретического и практического обучения моделируются все этапы инновационного цикла, обеспечивающие эффективную подготовку к ИИД.

Для проверки эффективности формирования у студентов компетентности в инновационной инженерной деятельности при обучении в школе был проведен педагогический эксперимент по разработанной нами ранее методике7. Слушатели школы проходили тестирование до начала обучения и после него. В ходе эксперимента выявлялся уровень (низкий — 1, средний — 2, высокий — 3) владения ими компетенциями, определяющими их компетентность в ИИД. По результатам тестирования были построены диаграммы, из которых следует, что до начала обучения у студентов эти компетенции были сформированы в основном на среднем уровне (2,5), но они носили неравномерный характер.

После обучения этот уровень существенно повышался в среднем до значения 2,9. Это позволяет сделать вывод о том, что, несмотря на краткосрочность проведения мероприятия, оно достаточно эффективно для подготовки к ИИД.

Кроме качественных результатов педагогического эксперимента, эффективность проведения летних школ подтверждают и количественные показатели: с участием студентов осуществлено свыше 50 публикаций, в том числе в рецензируемых изданиях; получено 10 патентов на полезные модели, изобретения и сделаны рационализаторские предложения; только в период с 2012 по 2014 г. три студента Мордовского государственного университета стали лауреатами премии Президента Российской Федерации по программе поддержки талантливой молодежи; выигран грант в конкурсном отборе одно- и двухлетних проектов по разработке и реализации программ развития студенческих конструкторских бюро и аналогичных общественных объединений студентов в рамках мероприятия 2.4 Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», на сумму 2 млн руб.; ежегодные победы студентов в международных и всероссийских студенческих олимпиадах по направлению «Агроинженерия»; 4 студента стали стипендиатами Президента и Правительства России.

Таким образом, высокая эффективность работы летних школ достигается за счет моделирования всех этапов инновационной деятельности, правильной организации режима ее работы, грамотного сочетания обучения и активного отдыха, рационального распределения времени занятий, направленных на плодотворную творческую работу.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 См.: Наумкин Н.И., Грошева Е.П. и др. Особенности подготовки студентов национальных исследовательских университетов к инновационной инженерной деятельности // Интеграция образования. 2013. № 4. С. 4—14; Наумкин Н.И., Грошева Е.П., Купряшкин В.Ф. Подготовка студентов национальных исследовательских университетов к инновационной деятельности в процессе обучения техническому творчеству / под ред. П.В. Сенина, Ю.Л. Хотунцева. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2010. 120 с.

2 См.: Grosheva E.P., Naumkin N.I. Motivation of innovative activity. URL: www.Sience-sd.com/452-240441 (дата обращения: 16.08.2013); Grosheva E.P., Naumkin N.I., Kupryashkin V.F. The character and the novelty rate of engineering solution. URL: www.Sience-sd.com/455-24470 (дата обращения: 21.12.2013).

3 См.: Наумкин Н.И., Шекшаева Н.Н. и др. Педагогика сотрудничества как интегрирующая технология в методике обучения инновационной деятельности в региональных летних научных студенческих школах // Регионология. 2013. № 4. С. 74—86.

4 Наумкин Н.И., Грошева Е.П. и др. Летние научные школы — важный компонент подготовки студентов национальных исследовательских университетов к инновационной деятельности // Фундам. исслед. 2012. № 11. Ч. 1. С. 84—89.

5 См.: Наумкин Н.И., Купряшкин В.Ф. и др. Использование инновационных технологий быстрого прототипирования и вакуумного литья для сокращения времени на проектирование ИП // Современные проблемы теории машин: материалы I Междунар. заоч. науч.-практ. конф. Новокузнецк: Издат. центр СибГИУ, 2013. С. 125—127.

6 См.: Наумкин Н.И., Купряшкин В.Ф., Фирстов А.Ф. Практическое обучение студентов технических вузов инновационной деятельности в научных школах // Современные проблемы теории машин: материалы II Междунар. заоч. науч.-практ. конф. Новокузнецк: Издат. центр СибГИУ, 2014. С. 154—157.

7 См.: Наумкин Н.И., Грошева Е.П. и др. Летние научные школы ...

Поступила 20.08.2014.

N. I. Naumkin, N. N. Shekshaeva, V. F. Kupryashkin, E. N. Panyushkina.

Practical Training in Innovative Engineering Activities in Regional Summer Science Schools

The paper is devoted to one of the urgent problems of higher vocational education — students training for future innovative engineering activities (IEA). For this purpose, a methodical system of forming competence in such activities (CIEA) among the students of national research universities was developed. CIEA are considered in terms of such components as: knowledge, activity, psychology (abilities), psychology (motivation and reflection). It is shown that for efficient formation of CIEA, it is necessary to integrate the theoretical training of the students in IEA and the practical training to obtain material innovative products (MIP). Special attention is paid to the training of how to obtain MIP in the framework of the regional summer scientific schools for students, graduates and young scientists. To do this, the innovative technology of digital production of parts is used, in particular, prototyping — printing plastic products with 3D-printers. The training was organized in the form of a business game «Firm-2» including the following steps: forming a team, casting roles; setting up a firm, choosing activities for the firm and the brand name; formulating the problem to be solved; obtaining technical solutions; developing a 3D-model of a part; developing a product with a 3D-printer; registering applicant patent documents; defending the project. The pedagogical experiment conducted for this study showed a 16 % increase in efficiency of such training compared to the existing one.