1. ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ8(105)’2010
СИСТЕМА «УЧИТЕЛЬ» В ДЕЙСТВИИ •
НАНОТЕХНОЛОГИЯ И ПРОЧИЕ «НАНО» • ИННОВАЦИОННЫЕ ИНЖЕНЕРЫ •
РЕКОРДНАЯ ЖАРА И ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ • РАЗДЕЛЯЙ И ЗДРАВСТВУЙ! •
КИНОФЕСТИВАЛЬ «ЭКОЧАШКА» • ВРАЖДА И МИР: ОСНОВЫ ПОВЕДЕНИЯ • АРХИПЕЛАГ ВО ЛЬДАХ •
РЕКВИЕМ АНГАРЕ • МИФЫ И РЕАЛЬНОСТИ РУССКОЙ ВОДКИ • ШУМ И ЗДОРОВЬЕ • СОЛНЦЕ НА СТОЛЕ •
СОБЫТИЯ, ИНФОРМАЦИЯ, ОТОВСЮДУ ОБО ВСЕМ, НОВОСТИ МЕДИЦИНЫ
СИСТЕМА «УЧИТЕЛЬ» В ДЕЙСТВИИ •
НАНОТЕХНОЛОГИЯ И ПРОЧИЕ «НАНО» • ИННОВАЦИОННЫЕ ИНЖЕНЕРЫ •
РЕКОРДНАЯ ЖАРА И ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ • РАЗДЕЛЯЙ И ЗДРАВСТВУЙ! •
КИНОФЕСТИВАЛЬ «ЭКОЧАШКА» • ВРАЖДА И МИР: ОСНОВЫ ПОВЕДЕНИЯ • АРХИПЕЛАГ ВО ЛЬДАХ •
РЕКВИЕМ АНГАРЕ • МИФЫ И РЕАЛЬНОСТИ РУССКОЙ ВОДКИ • ШУМ И ЗДОРОВЬЕ • СОЛНЦЕ НА СТОЛЕ •
СОБЫТИЯ, ИНФОРМАЦИЯ, ОТОВСЮДУ ОБО ВСЕМ, НОВОСТИ МЕДИЦИНЫ
cover.indd 1cover.indd 1 05.08.2010 13:26:2105.08.2010 13:26:21
2. В этот день мы отдаем должное богатству культур
коренных народов и особому вкладу, который они вносят
в семью народов мира. Мы также помним об огромных
трудностях, с которыми сталкиваются многие коренные
народы, — от недопустимых масштабов бедности
до дискриминации и отказа в основополагающих правах
человека, говорится в документах Генеральной Ассамблеи
ООН, установившей в 1994 г. ежегодное празднование 9 августа
Международного дня коренных народов мира. ООН призывает
сосредоточить внимание на действиях в защиту прав коренных
народов и в поддержку улучшения их положения,
в том что касается их земель, языков, их источников
к существованию и культур.
9 августа — Международный день коренных народов мира
cover.indd 2cover.indd 2 05.08.2010 13:26:3005.08.2010 13:26:30
3. И. КУЗНЕЦОВ
Солнце на столе
Система «Учитель» в действии
2010 год объявлен Годом учителя.
Это отражает новые реалии: учитель
становится уважаемой фигурой в
обществе.
Как известно, Президент РФ
Д.А. Медведев на заседании Госсо-
вета по экологии 27 мая с. г. поддер-
жал инициативу о возвращении
в школу предмета «экология». Ведь
это факт, что экологической культу-
ре во время обучения уделяется мало
внимания, «но именно в этот пери-
од закладываются основы отноше-
ния к природной среде. Если школь-
ники не получают такого образова-
ния, у них абсолютно другие взгля-
ды — потребительские», — заявил
глава государства.
Основатель нашего журнала ака-
демик Н.Н. Моисеев не раз выска-
зывался по поводу системы «Учи-
тель» и роли экологического обра-
зования (см. с. 4). Его мысли о не-
обходимости развития творческого
потенциала молодежи особенно ак-
туальны сегодня, в условиях, когда
зеленая революция охватывает ми-
ровую экономику и во все большей
мере приобретает черты цели госу-
дарственной политики в России.
Сегодня направленность на модер-
низацию — это выбор «зеленых»
технологий, применение новых ме-
тодов строительства, использование
наноматериалов. Как понимать это
«нано» (с. 7), как в условиях модер-
низации решать задачу воспитания
инновационных инженеров (с. 16)
рассказывается в этом номере жур-
нала.
Приходит расширение задач эко-
логического образования: не только
понимание мира живого, но и зна-
ние «зеленых» технологий и новой
энергетики, осознание реалий раз-
вития в условиях климатических из-
менений. Точный инженерный рас-
чет, опирающийся на взаимодей-
ствие с природой должен стать
рациональным продолжением нрав-
ственного императива. Не покорять
природу, а учится у нее, развиваться
вместе с ней и строить новое по ее
канонам — вот задачи образования,
отвечающего времени.
А.Л. Самсонов
А.Е. ВОЛКОВ
Шпицберген
с борта парусника
Н.Н. МОИСЕЕВ
Экологическое
образование
и экологизация
образования
Ю.Н.ЕЛДЫШЕВ.
Как противостоять
лесным пожарам
64
4
22
89
5. А.В. Кулик. Соль жизни
Океанические черты континентальной жизни.
A.V. Kulik. The salt of life
Oceanic features of a continental life. 40
М.Л. Бутовская. Вражда и мир: эволюционные основы поведения
животных и человека
Мир как преодоление конфликтов.
M.L. Butovsksya. Antagonism and conciliation: evolutionary
behavioural fundamentals of animals and a human
Peace as an overcoming of conflicts. 48
Ю.Н. Елдышев. Какие страны наиболее «вредны» для окружающей
среды и почему
Как связаны между собой уровень развития и воздействие на природу.
Yu.N. Eldyshev. What countries are most «harmful» for environment
and why
About the connection of a development level and nature impact. 56
Отовсюду обо всем
From everywhere about everything 62
Путешествия «ЭиЖ»
Our trips
А.Е. Волков. Шпицберген с борта парусника
A.E. Volkov. To see Spitsbergen from aboard a sailing-ship 64
В.В. Тахтеев. Реквием Ангаре
Этой реки в первозданном виде уже нет.
V.V. Tahteyev. Requiem for the Angara
This river does not exist any more in its primeval form. 72
И. Кузнецов. Природа России: десятилетие утрат
I. Kuznetsov. Russian nature: the decade of losses 78
В.З. Григорьева. Мифы и реальности русской водки
Об истории водки, русского пьянства и о том, надо ли воевать с ней, родимой и проклятой.
V.Z. Grigorieva. Myths and realities of Russian vodka
It’s history, Russian hard drinking — is it so necessary to be at war with it. 80
Ю.Н. Елдышев. Шумовая атака на здоровье
Yu.N. Eldyshev. Noise attack on health 86
Здоровое питание
Healthy nutrition
И. Кузнецов. Солнце на столе
Круглобокая, желтолицая, душистая, сладкая дыня.
I. Kuznetsov. Sun on the table
Melon — round, yellow, aromatic and sweet. 89
Литературные страницы
Literary pages
Л.А. Семикова. Люди в Космосе
Фантастический рассказ.
L.A. Semikova. People in the Space
Science fiction. 94
ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
GLOBAL PROBLEMS
Table of Contents 8(105)’2010
Recommended for educational institutions by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation
Founded by
the Independent non-commercial
organization «Journal
«Ecology and Life»
The Moisseyev Council
Academician G.A. Zavarzin
(biology),
Academician A.B. Kurzhanskiy
(control processes),
Academician A.A. Petrov
(mathematics, economics),
Academician V.S. Stepin
(philosophy),
Academician V.A. Lektorskiy
(philosophy)
Editorial Board
Zh.I. Alferov, A.M. Amirkhanov,
S.I. Baranovskiy, Yu.V. Gulyaev,
N.S. Kassimov, A. Luque (Spain),
N.N. Marfenin, B.M. Mirkin,
N.N. Mikheyev, V.M. Neronov,
I.G. Pospelov, K. Thiessen (Germany),
V.I. Trukhin, H. Scheer (Germany),
S.A. Shoba, A.A. Soloviaynov, G.A. Yagodin,
A.A. Yaroshinskaya
Editor-in-chief
A.L. Samsonov
Deputy editor-in-chief
Yu.N. Eldyshev
Executive secretary
V.I. Val’kov
Editor
T.S. Repina
Art design
V.E. Blokhin
Computer design
I.G. Patrashkova
Chief executive
V.E. Blokhin
PR manager
V.A. Kolodina
Web site
S.A. Tyagunov
«Ecology and Life» has been published since 1996
Circulation — 21 600 copies
Postal address: P. B. 28, Moscow, 117648,
Russian Federation
Tel./fax: +7 (495) 319—0247, 319–9233
e-mail: ecolife21@gmail.com
Web site: http://www.ecolife.ru
Refer to the journal when reprinting.
Articles are not reviewed and returned.
РЕГИОНЫ И ГОРОДА
REGIONS AND CITIES
ЗДОРОВЬЕ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
HEALTH AND ENVIRONMENT
6. Экология Человек Общество Год учителя
ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·8(105)’2010
4
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
И ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
Академик Н.Н. Моисеев
Сегодня вновь заговорили о преподавании экологии в школе и включении этого предме-
та в обязательную школьную программу. На недавнем заседании Госсовета Президент
России Дмитрий Медведев поддержал предложение ввести в школе уроки, посвященные
экологической тематике. В этом контексте полезно обратиться к идеям академика Никиты
Николаевича Моисеева, который много занимался методологическими проблемами
взаимоотношений человека и природы и указывал на роль экологического образования
как основы нравственности и опоры для решения практических вопросов жизни. Он счи-
тал, что экологические знания и экологизация воспитания должны стать достоянием всех,
а не только энтузиастов и экологов, то есть они должны стать частью системы общего
школьного и вузовского образования.
Концепцию экологического образования Н.Н. Моисеев изложил в записке, подго-
товленной в 1994 году для Минприроды РФ, Минобразования, Госкомвуза РФ
и Международных организаций Зеленого Креста и ЮНЕП. Его мысли и предложения и
сегодня созвучны времени и могут быть полезными при решении проблем экологическо-
го образования. Мы предлагаем читателям сокращенный вариант записки Н.Н. Моисеева.
(Публикуется по изданию: Моисеев Н.Н. «Экология и образование», М., 1996).
7. Год учителя Экология Человек Общество
5
http://www.ecolife.ru
Исходные постулаты
Концепцияэкологическоговоспитанияиобразова-
ния должна опираться на научный анализ реаль-
ности и некоторые общие положения философ-
ского характера. Сегодня они формируются как
результат обширных исследований специалистов
самого разного профиля. Ниже приводятся в те-
зисной форме некоторые общие выводы этих
исследований, необходимые для изложения кон-
цепции. Нарушение равновесия биосферы вслед-
ствие стихийной деятельности человека и превра-
щение его в основную природо-преобразующую
силу планеты неизбежно приведет к общеплане-
тарному экологическому кризису. Его преодоление
будет означать переход к состоянию коэволюции
природы и общества, смысл и содержание которо-
го еще придется познать.
Производственная деятельность людей должна
постепенно менять свою основу. Предстоит новая
модернизация, которую естественно назвать эко-
логической, поскольку она будет ориентироваться
на создание производств, не разрушающих равно-
весного состояния биосферы, т.е. вписывающихся
в ее биогеохимические циклы.
Преодоление экологического кризиса только
техническими средствами невозможно. Тем более
невозможно поддержание состояния равновесия,
если общество не будет преобразовывать самое
себя, свою нравственность, менталитет, а будет
опираться только на технические решения. Чело-
вечество ожидает длительный и весьма трудный
процесс совместного преобразования природы и
общества, причем решающее значение в его дея-
тельности будет иметь формирование цивилиза-
ции, отвечающей новым потребностям человека,
согласованным с новыми реалиями окружающей
природы.
Новая цивилизация, для того чтобы она оказа-
лась способной обеспечить дальнейшее существо-
вание на Земле человечества как развивающегося
вида, должна опираться не только на новую техно-
логическую основу производственной деятельно-
сти людей, но и на глубокое понимание места че-
ловека в окружающем мире, без чего невозможно
формирование новой нравственности, т. е. нового
общественно необходимого поведения людей.
Широкая образованность населения планеты не-
обходима и для становления новой морали, т. е.
духовного мира людей.
Только по-настоящему образованное и интел-
лигентное общество будет способно вступить в
эпоху ноосферы, т.е. в период своей истории, когда
оно сможет реализовать режим коэволюции при-
роды и общества. Это утверждение столь очевид-
но, что оно может быть включено в исходную си-
стему постулатов.
Следовательно, наряду с новой модернизацией
человечеству предстоит создать новую культуру
как во взаимоотношениях между людьми, так и
с природой, субъектом которой является человек.
В ее основе должно лежать всеобъемлющее вос-
питание и образование, которое естественно на-
звать экологическим.
Несмотря на разнообразие цивилизаций, кото-
рое будет существовать и впредь, начнет формиро-
ваться некоторая общепланетарная система эколо-
гических знаний и принципов взаимоотношения
с природой, в равной степени необходимых всем
обитателям планеты. В самом деле, в современных
условиях человечество взаимодействует с биосфе-
рой как одно целое, значит, оно обязательно долж-
но обладать некоторыми общими стандартами
в своих взаимоотношениях с природой.
Сегодня вряд ли возможно предложить некую
единую и универсальную систему воспитания
и образования как его составную часть. Они будут
формироваться постепенно, как обобщение опыта
специалистов в области образования, достижений
науки, т.е. наших знаний об окружающем мире
и деятельности политиков. Однако некоторые
основные положения будущей системы, позволя-
ющие сделать первые шаги, просматриваются уже
достаточно отчетливо.
Общая схема
Экологическое воспитание должно представлять
целостную систему, охватывающую всю жизнь че-
ловека. Оно должно иметь своей целью формиро-
вание мировоззрения человека, основанного на
представлении о своем единстве с природой и
о направленности своей культуры и всей практиче-
ской деятельности человека не на эксплуатацию
природы и даже не на сохранение ее в первоздан-
ном виде, а на ее развитие, способное содейство-
вать развитию общества. В этом и состоит прин-
цип современного антропоцентризма, основанно-
го на понимании того факта, что дальнейшее раз-
витие человечества может состояться только
совместно с дальнейшим развитием природы, ее
многообразия и богатства.
В такой формулировке принцип антропоцен-
тризма практически эквивалентен утверждениям
классической педагогики и восходит к И.Г. Песта-
лоцци, М. Монтеню, Ж. Ж. Руссо, утверждавшим,
8. Экология Человек Общество Год учителя
ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·8(105)’2010
6
что цель воспитания — развитие симпатии к дру-
гим людям и любви к природе. Воззрения класси-
ческой педагогики обладали высокой степенью
«экологичности».
Для того чтобы реализовать этот принцип,
экологическое воспитание должно начинаться
с самого раннего детства. Еще в семье и в дошколь-
ные годы ребенок должен получить некоторые на-
чальные сведения об окружающем мире, природе,
о необходимости и целесообразности бережного
отношения к растениям, животным, о сохранении
чистоты воды, воздуха, земли. Эти знания должны
быть развиты и закреплены в начальных классах
средней школы. Одновременно должна быть соз-
дана атмосфера благожелательности по отноше-
нию к природе, чтобы у ребенка сформировалось
миропредставление, включающее его в окружаю-
щий мир не как хозяина, а как участника есте-
ственного его развития.
Существуют два разных термина — «экологиче-
ское воспитание» и «экологическое образование».
Первое невозможно без второго, и поэтому обра-
зование должно развиваться в контексте второго,
тем более что знания сами по себе еще не опреде-
ляют направленность деятельности человека.
Экология — большая научная дисциплина, но ее
преподавание, по моему мнению, должно быть до-
зировано и не превращаться в систематический
многолетний курс. Начальные сведения должны
быть получены дома или в дошкольных учрежде-
ниях и закреплены серией специальных уроков и
целенаправленных экскурсий в первых классах.
Они должны быть «природоведчески ориентиро-
ваны», подобно тому как излагались начальные
знания в учебниках по природоведению в дорево-
люционной земской школе.
Что же касается систематического курса эколо-
гии, то он, по моему представлению, должен быть
прочитан в одном из последних классов средней
школы. В нем следует не только обобщить и систе-
матизировать знания, полученные в предшест-
вующих классах, но и внести некоторые общие
философские (идеологические) представления,
закладывающие основы современного миропони-
мания.
Сегодня много говорят об экологизации образо-
вания. Это очень важный элемент экологического
воспитания. Экологическое мышление, представ-
ления об окружающей среде и месте в ней человека
должны присутствовать во всех проявлениях его
активности. Весьма эффективным средством реа-
лизации этого принципа и является экологизация
образования. Она состоит в том, что практически
все преподаваемые дисциплины школьного курса
должны содержать экологический материал. Не
только биология, химия, география, но и матема-
тика, литература. Все они могут стать средством
получения экологических представлений и эколо-
гических знаний.
В высшем образовании есть три существенно
разных направления экологического образования.
Первое направление следует назвать мировоззрен-
ческим. Оно непосредственно продолжает то об-
разовательное (скорее, воспитательное) направле-
ние, которое было заложено еще в средней школе.
Вне зависимости от той области деятельности, ко-
торую выбирает будущий специалист, он должен
обладать необходимым миропредставлением,
определенным философским фундаментом для
своей деятельности, эмпирически обоснованным
рационалистическим видением человека в био-
сфере и быть способным опираться на достижения
естественных наук.
Но этот философский фундамент должен быть
не классическим рационализмом XVIII или
XIX века, который рассматривал человека в каче-
стве постороннего наблюдателя, а рационализмом
XX века, представляющим человека активным
участником процесса развития биосферы.
Второе направление — экологический профес-
сионализм будущего специалиста. Если первое
направление достаточно универсально, то второе
связано с характером будущей деятельности сту-
дента, с его способностью принимать наиболее
рациональные, конструктивные, технологические,
хозяйственные или административные решения
с учетом экологических факторов. Такая подготов-
ка должна быть совершенно различной в учебных
заведениях различного профиля.
Третье направление деятельности связано с
необходимостью подготовки специалистов, спо-
собных решать многочисленные задачи, связан-
ные с взаимоотношением человека и окружаю-
щей среды. Это должны быть специалисты, соче-
тающие экологические знания с широкой гумани-
тарной подготовкой: в области экономики,
правоведения и многих других гуманитарных дис-
циплин.
Следующим важным звеном единой системы
экологического образования должно стать после-
вузовское обучение и широкое экологическое об-
разование граждан.
9. Экология Человек Общество
7
http://www.ecolife.ru
П
рирода непрерывна, а любое определение
требует установления каких-то границ. По-
этому формулировка определений — доста-
точно неблагодарное занятие. Тем не менее это
надо делать, так как четкое определение позволяет
отделить одно явление от другого, выявить суще-
ственные различия между ними и таким образом
глубже понять сами явления. Поэтому целью этого
эссе является попытка разобраться в значении
модных сегодня терминов c приставкой «нано» (от
греческого слова «карлик») — «нанонаука», «на-
нотехнология», «нанообъект», «наноматериал».
Несмотря на то что эти вопросы с той или иной
степенью глубины неоднократно обсуждались
в специальной и научно-популярной литературе,
анализ литературы и личный опыт показывают, что
«НАНОТЕХНОЛОГИЯ»,
«НАНОНАУКА» И «НАНООБЪЕКТЫ»:
что значит «НАНО»?
Л.Б. Пиотровский
НИИ экспериментальной медицины СЗО РАМН, Санкт-Петербург
lbp@LP13791.spb.edu
Е.А. Кац
Университет им. Бен-Гуриона в Негеве, Израиль
keugene@bgu.ac.il
10. Экология Человек Общество
ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·8(105)’2010
8
до сих пор в широких научных кругах, не говоря уже
о ненаучных, нет четкого понимания как самой
проблемы, так и определений. Именно поэтому мы
постараемся дать определения всем перечисленным
выше терминам, акцентируя внимание читателя на
значении базового понятия «нанообъект». Мы при-
глашаем читателя к совместному размышлению
о том, существует ли нечто, принципиально отли-
чающее нанообъекты от их более крупных и более
мелких «собратьев», «населяющих» окружающий
нас мир. Более того, мы предлагаем ему самому
принять участие в серии мысленных экспериментов
по конструированию наноструктур и их синтезу.
Мы также попытаемся продемонстрировать, что
именно в наноразмерном интервале происходит из-
менение характера физических и химических взаи-
модействий, причем происходит это именно на том
же участке размерной шкалы, где проходит граница
между живой и неживой природой.
Но сначала — откуда все это появилось, почему
была введена приставка «нано», что является опре-
деляющим при отнесении материалов к нано-
структурам, почему нанонаука и нанотехнологии
выделяются в отдельные области, что в этом вы-
делении относится (и относится ли) к действи-
тельно научным основам?
Что такое «нано» и откуда все началось
Это приставка, которая показывает, что исходная
величина должна быть уменьшена в миллиард раз,
т. е. поделена на единицу с девятью нулями —
1 000 000 000. Например, 1 нанометр — это милли-
ардная часть метра (1 нм = 10
–9
м). Чтобы предста-
вить себе, насколько мал 1 нм, выполним следу-
ющий мысленный эксперимент (рис. 1). Если мы
уменьшим диаметр нашей планеты (12 750 км =
= 12,75 × 106
м ≈ 10
7
м) в 100 миллионов (10
8
) раз, то
получим примерно 10
–1
м. Это размер, приблизи-
тельно равный диаметру футбольного мяча (стан-
дартный диаметр футбольного мяча — 22 cм, но в
наших масштабах такая разница несущественна;
для нас 2,2 × 10–1
м ≈ 10
–1
м). Теперь уменьшим диа-
метр футбольного мяча в те же 100 миллионов (10
8
)
раз, и вот только теперь получим размер наноча-
стицы, равный 1 нм (приблизительно диаметр
углеродной молекулы фуллерена С60, по своей
форме похожего на футбольный мяч — см. рис. 1).
Примечательно, что приставка «нано» использо-
валась в научной литературе довольно давно,
но для обозначения далеко не нанообъектов.
В частности для объектов, размер которых в милли-
арды раз превышает 1 нм — в терминологии дино-
завров. Нанотиранозаврами (nanotyrranus) и нано-
заврами (nanosaurus) называются карликовые дино-
завры, размеры которых составляют соответствен-
но 5 и 1,3 м. Но они действительно «карлики» по
сравнению с другими динозаврами, размеры кото-
рых превышают 10 м (до 50 м), а вес может дости-
гать 30–40 т и более. Этот пример подчеркивает,
что сама по себе приставка «нано» не несет физиче-
ского смысла, а лишь указывает на масштаб.
Но теперь с помощью этой приставки обознача-
ют новую эру в развитии технологий, называемых
иногда четвертой промышленной революцией, —
эру нанотехнологий.
Очень часто считается, что начало нанотехноло-
гической эре положил в 1959 г. Ричард Фейнман в
лекции «There's Plenty of Room at the Bottom» («Там
внизу — много места»). Основной постулат этой
лекции заключался в том, что с точки зрения фун-
даментальных законов физики автор не видит ни-
каких препятствий к работе на молекулярном и
атомном уровнях, манипулировании отдельными
атомами или молекулами. Фейнман говорил, что
с помощью определенных устройств можно сде-
Рис. 1. Соотношение диаметров Земли (≈ 10
7
м),
футбольного мяча (≈ 10–1
м) и молекулы
С60
(≈ 10
–9
м = 1 нм)
11. Экология Человек Общество
9
http://www.ecolife.ru
лать еще меньшие по размеру устройства, которые
в свою очередь способны сделать еще меньшие
устройства, и так далее вплоть до атомного уровня,
т. е. при наличии соответствующих технологий
можно манипулировать отдельными атомами.
Справедливости ради, однако, следует отметить,
что Фейнман не первый это придумал. В частно-
сти, идея создания последовательно уменьшаю-
щихся в размере манипуляторов была высказана
еще в 1931 г. писателем Борисом Житковым в его
фантастическом рассказе «Микроруки». Не можем
удержаться и не привести небольшие цитаты из
этого рассказа, чтобы дать читателю самому по до-
стоинству оценить прозрение писателя:
«Я долго ломал голову и вот к чему пришел:
я сделаю маленькие руки, точную копию
моих — пусть они будут хоть в двадцать,
тридцать раз меньше, но на них будут гибкие
пальцы, как мои, они будут сжиматься
в кулак, разгибаться, становиться в те
же положения, что и мои живые руки. И я их
сделал…
Но мне вдруг ударила в голову мысль: а ведь
я могу сделать микроруки к моим маленьким
рукам. Я могу для них сделать такие же пер-
чатки, как я сделал для своих живых рук,
такой же системой соединить их с ручками
в десять раз меньше моих микрорук, и тогда…
у меня будут настоящие микроруки, уже
в двести раз они будут мельчить мои движе-
ния. Этими руками я ворвусь в такую мелкоту
жизни, которую только видели, но где еще
никто не распоряжался своими руками.
И я взялся за работу...
Я хотел сделать истинные микроруки,
такие, которыми я мог бы хватать частицы
вещества, из которых создана материя, те
невообразимо мелкие частицы, которые видны
только в ультрамикроскоп. Я хотел пробрать-
ся в ту область, где ум человеческий теряет
всякое представление о размерах — кажется,
что уж нет никаких размеров, до того все не-
вообразимо мелко».
Но дело не только в литературных предсказани-
ях. То, что теперь называют нанообъектами, нано-
технологиями, если угодно, человек давно исполь-
зовал в своей жизни. Один из наиболее ярких
примеров (в прямом и переносном смыслах) — это
разноцветные стекла. Например, созданный еще
IV веке н. э. кубок Ликурга, хранящийся в Британ-
ском музее, при освещении снаружи — зеленый,
но если освещать его изнутри — то он пурпурно-
красный. Как показали недавние исследования с
помощью электронной микроскопии, этот не-
обычный эффект обусловлен наличием в стекле
наноразмерных частиц золота и серебра. Поэтому
можно смело утверждать, что кубок Ликурга сде-
лан из нанокомпозитного материала.
Как выясняется теперь, в Средние века метал-
лическую нанопыль часто добавляли в стекло для
изготовления витражей. Вариации окраски стекол
зависят от различий добавляемых частиц — при-
роды используемого металла и размера его частиц.
Недавно было установлено, что эти стекла облада-
ют еще и бактерицидными свойствами, т. е. не
только дают красивую игру света в помещении, но
и дезинфицируют среду.
Если рассматривать историю развития науки
в историческом плане, то можно выделить, с одной
стороны, общий вектор — проникновение есте-
ственных наук «вглубь» материи. Движение по
этому вектору определяется развитием средств на-
блюдения. Сначала люди изучали обычный мир,
для наблюдения которого не надо было особых
приборов. При наблюдениях на этом уровне зало-
жены основы биологии (классификация мира жи-
вого, К. Линней и др.), была создана теория эво-
люции (Ч. Дарвин, 1859 г.). Когда появился теле-
скоп, люди смогли проводить астрономические
наблюдения (Г. Галилей, 1609 г.). Результатом этого
явились закон Всемирного тяготения и классиче-
ская механика (И. Ньютон, 1642–1727 гг.). Когда
появился микроскоп Левенгука (1674 г.), люди
проникли в микромир (размерный интервал
1 мм — 0,1 мм). Сначала это было только созерца-
ние мелких, не видимых глазом организмов. Лишь
в конце XIX века Л. Пастер первым выяснил при-
роду и функции микроорганизмов. Примерно в
это же время (конец XIX — начало XX века) проис-
ходила революция в физике. Ученые стали прони-
кать внутрь атома, изучать его строение. Опять-
таки это было связано с появлением новых мето-
дов и инструментов, в качестве которых стали
применять мельчайшие частицы вещества.
В 1909 г. используя альфа-частицы (ядра гелия,
имеющие размер порядка 10
–13
м ) Резерфорду уда-
лось «увидеть» ядро атома золота. Созданная на
основе этих опытов планетарная модель атома
Бора—Резерфорда дает наглядный образ огромно-
сти «свободного» места в атоме, вполне сравнимо-
го с космической пустотой Солнечной системы.
Именно пустоты таких порядков имел в виду
Фейнман в своей лекции. При помощи тех же
α-частиц в 1919 г. у Резерфордом была осуществле-
12. Экология Человек Общество
ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·8(105)’2010
10
на первая ядерная реакция по превращению азота
в кислород. Так физики вошли в пико- и фемто-
размерные интервалы*, и понимание строения
материи на атомном и субатомном уровнях при-
вело в первой половине прошлого века к созданию
квантовой механики.
Мир потерянных величин
Исторически случилось так, что на размерной
шкале (рис. 2) были «перекрыты» практически все
размерные области исследований, кроме области
наноразмеров. Однако мир не без прозорливых
людей. Еще в начале XX века В. Оствальд опубли-
ковал книгу «Мир обойденных величин», в кото-
рой шла речь о новой в то время области химии —
коллоидной химии, которая и имела дело именно с
частицами нанометровых размеров (хотя тогда еще
этот термин не употреблялся). Уже в этой книге он
отмечал, что дробление материи в какой-то мо-
мент приводит к новым свойствам, что от размера
частицы зависят свойства и всего материала.
В начале ХХ века еще не умели «видеть» части-
цы такого размера, так как они лежат ниже преде-
лов разрешимости светового микроскопа. Поэтому
не случайно одной из начальных вех появления
нанотехнологий считается изобретение М. Кнол-
лем и Э. Руска в 1931 г. электронного микроскопа.
Только после этого человечество смогло «видеть»
объекты субмикронных и нанометровых размеров.
И тогда все становится на свои места — основной
критерий, по которому человечество принимает
(или не принимает) какие-либо новые факты и
явления, выражен в словах Фомы неверующего:
«Пока не увижу, не поверю».**
Следующий шаг был сделан в 1981 г. — Г. Бинниг
и Г. Рорер создали сканирующий туннельный ми-
кроскоп, что дало возможность не только получать
изображения отдельных атомов, но и манипулиро-
вать ими. То есть была создана технология, о кото-
рой говорил в своей лекции Р. Фейнман. Вот имен-
но тогда и наступила эра нанотехнологий.
Отметим, что и здесь мы опять имеем дело
с одной и той же историей. Опять потому, что для
человечества вообще свойственно не обращать
внимания на то, что хоть немного, но обгоняет
свое время.*** Вот и на примере нанотехнологий
выясняется, что ничего нового не открыли, просто
стали лучше понимать то, что происходит вокруг,
то, что даже в древности люди уже делали, пусть и
неосознанно, вернее, осознанно (знали, что хоте-
ли получить), но не понимая физики и химии яв-
ления. Другой вопрос, что наличие технологии
еще далеко не означает понимания сути процесса.
Сталь умели варить давно, но понимание физиче-
ских и химических основ сталеварения пришло
значительно позже. Тут можно вспомнить, что се-
крет дамасской стали не открыт до сих пор. Здесь
уже другая ипостась — знаем, что надо получить,
но не знаем, как. Так что взаимоотношения науки
и технологии далеко не всегда просты.
Кто же первым занялся наноматериалами в их
современном понимании? В 1981 г. американский
ученый Г. Глейтер впервые использовал определе-
ние «нанокристаллический». Он сформулировал
концепцию создания наноматериалов и развил ее
в серии работ 1981–1986 гг., ввел термины «нано-
кристаллические», «наноструктурные», «нанофаз-
ные» и «нанокомпозитные» материалы. Главный
акцент в этих работах был сделан на решающей
роли многочисленных поверхностей раздела в на-
номатериалах как основе для изменения свойств
твердых тел.
Одним из важнейших событий в истории нано-
технологии**** и развития идеологии наночастиц
явилось также открытие в середине 80-х — начале
90-х годов ХХ века наноструктур углерода —
фуллеренов и углеродных нанотрубок, а также
открытие уже в ХХI веке способа получения гра-
фена.*****
Но вернемся к определениям.
*** Например, об атомах говорил еще в 430 г. до н. э. Демо-
крит. Затем Дальтон в 1805 г. утверждал, что: 1) элементы со-
стоят из атомов, 2) атомы одного элемента идентичны и отли-
чаются от атомов другого элемента и 3) атомы не могут быть
разрушены в химической реакции. Но лишь с конца XIX века
стали развиваться теории строения атома, что и вызвало рево-
люцию в физике.
**** Понятие «нанотехнология» было введено в обиход в
1974 г. японцем Норио Танигучи. Долгое время термин не по-
лучал широкого распространения среди специалистов, рабо-
тавших в связанных областях, так как Танигучи использовал
понятие «нано» только для обозначения точности обработки
поверхностей, например, в технологиях, позволяющих контро-
лировать шероховатости поверхности материалов на уровне
меньше микрометра и т. п.
***** Понятия «фуллерены», «углеродные нанотрубки» и «гра-
фен» будут подробно обсуждаться во второй части статьи.
* Нано — 10
–9
, пико — 10
–12
, фемто — 10
–15
.
** Притом не только увидеть, но и потрогать. «Но он сказал
им: если не увижу на руках Его ран от гвоздей, и не вложу пер-
ста моего в раны от гвоздей, и не вложу руки моей в ребра Его,
не поверю» [Евангелие от Иоанна, глава 20, стих 24].
13. Экология Человек Общество
11
http://www.ecolife.ru
Первые определения: все очень просто
Сначал все было очень просто. В 2000 г. президент
США Б. Клинтон подписал документ «National
Nanotechnology Initiative» («Национальная нано-
технологическая инициатива»), в котором приве-
дено следующее определение: к нанотехнологиям
относятся создание технологий и исследования на
атомном, молекулярном и макромолекулярном
уровнях в пределах примерно от 1 до 100 нм для по-
нимания фундаментальных основ явлений и
свойств материалов на уровне наноразмеров, а
также создание и использование структур, обору-
дования и систем, обладающих новыми свойства-
ми и функциями, определяемыми их размерами.
В 2003 г. правительство Великобритании обра-
тилось в Royal Society* и Royal Academy of
Engineering** с просьбой высказать свое мнение о
необходимости развития нанотехнологий, оценить
преимущества и проблемы, которые может вы-
звать их развитие. Такой доклад под названием
«Nanoscience and nanotechnologies: opportunities
and uncertainties» появился в июле 2004 г., и в нем,
насколько нам известно, впервые были даны от-
дельно определения нанонауки и нанотехнологий:
Нанонаука — это исследование явлений и объек-
тов на атомарном, молекулярном и макромолекуляр-
ном уровнях, характеристики которых существенно
отличаются от свойств их макроаналогов.
Нанотехнологии — это конструирование, харак-
теристика, производство и применение структур,
приборов и систем, свойства которых определяются
их формой и размером на нанометровом уровне.
Таким образом, под термином «нанотехноло-
гия» понимается совокупность технологических
приемов, позволяющая создавать нанообъекты и/или
манипулировать ими. Остается только дать опреде-
ление нанообъектам. Но вот это, оказывается, не
так просто, поэтому бо' льшая часть статьи посвя-
щена именно этому определению.
Для начала приведем формальное определение,
наиболее широко используемое в настоящее
время:
Нанообъектами (наночастицами) называются
объекты (частицы) с характерным размером в
1–100 нанометров хотя бы по одному измерению.
Вроде бы все хорошо и понятно, неясно только,
почему дано столь жесткое определение нижнего и
верхнего пределов в 1 и 100 нм? Похоже, что вы-
брано это волюнтаристски, особенно подозри-
тельно назначение верхнего предела. Почему не
70 или 150 нм? Ведь, учитывая все многообразие
нанообъектов в природе, границы наноучастка
размерной шкалы могут и должны быть суще-
ственно размыты. И вообще в природе проведение
любых точных границ невозможно — одни объек-
ты плавно перетекают в другие, и происходит это в
определенном интервале, а не в точке.
Прежде чем говорить о границах, попробуем по-
нять, какой физический смысл содержится в по-
нятии «нанообъект», почему его надо выделять
отдельной дефиницией?
Как уже отмечалось выше, только в конце XX
века начало появляться (вернее, утверждаться в
умах) понимание того, что наноразмерный интер-
вал строения материи все-таки имеет свои особен-
ности, что на этом уровне вещество обладает
иными свойствами, которые не проявляются в ма-
кромире. Очень трудно переводить некоторые ан-
глийские термины на русский язык, но в англий-
ском есть термин «bulk material», что приблизи-
тельно можно перевести как «большое количес-
тво вещества», «объемное вещество», «сплошная
среда». Так вот некоторые свойства «bulk materials»
* Королевское общество — ведущее научное общество Вели-
кобритании.
** Королевская инженерная академия Великобритании.
Рис. 2. Шкала размеров, примерные величины различных объектов и методы их визуализации
14. Экология Человек Общество
ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·8(105)’2010
12
при уменьшении размера составляющих его ча-
стиц могут начать изменяться при достижении
определенного размера. В этом случае говорят, что
происходит переход к наносостоянию вещества,
наноматериалам.
А происходит это потому, что при уменьшении
размера частиц доля атомов, расположенных на их
поверхности, и их вклад в свойства объекта стано-
вятся существенными и растут с дальнейшим
уменьшением размеров (рис. 3).
Но почему увеличение доли поверхностных ато-
мов существенно влияет на свойства частиц?
Так называемые поверхностные явления извест-
ны давно — это поверхностное натяжение, капил-
лярные явления, поверхностная активность, сма-
чивание, адсорбция, адгезия и др. Вся совокуп-
ность этих явлений обусловлена тем, что силы вза-
имодействия между частицами, составляющими
тело, не скомпенсированы на его поверхности
(рис. 4). Другими словами, атомы на поверхности
(кристалла или жидкости — это не важно) находят-
ся в особых условиях. Например, в кристаллах
силы, заставляющие их находиться в узлах кри-
сталлической решетки, действуют на них только
снизу. Поэтому свойства этих «поверхностных»
атомов отличаются от свойств этих же атомов в
объеме.
Так как в нанообъектах число поверхностных
атомов резко возрастает (рис. 3), то их вклад в
свойства нанообъекта становится определяющим
и растет с дальнейшим уменьшением размера объ-
екта. Именно это и является одной из причин про-
явления новых свойств на наноуровне.
Другой причиной обсуждаемого изменения
свойств является то, что на этом размерном уровне
начинает уже проявляться действие законов кван-
товой механики, т. е. уровень наноразмеров — это
уровень перехода, именно перехода, от царствова-
ния классической механики к царствованию меха-
ники квантовой. А как хорошо известно, самое
непредсказуемое — это именно переходные состо-
яния.
К середине XX века люди научились работать
как с массой атомов, так и с одним атомом.
Рис. 4. Асимметрия поверхностных сил
(Атомы в жидкости одинаково взаимодействуют
с другими атомами жидкости, а взаимодействия
поверхностных атомов с атомами газа, которые
находятся над поверхностью, относительно малы
и менее часты)
Рис. 3. Зависимость общей площади поверхности и числа атомов на поверхности от размера частиц,
составляющих данной количество материала
15. Экология Человек Общество
13
http://www.ecolife.ru
Впоследствии стало очевидно, что «малень-
кая кучка атомов» — это что-то иное, не совсем
похожее ни на массу атомов, ни на отдельный
атом.
Впервые, вероятно, ученые и технологи вплот-
ную столкнулись с этой проблемой в физике
полупроводников. В своем стремлении к ми-
ниатюризации они дошли до таких размеров ча-
стиц (несколько десятков нанометров и менее),
при которых их оптические и электронные свой-
ства стали резко отличаться от таковых для частиц
«обычных» размеров. Именно тогда стало оконча-
тельно понятно, что шкала «наноразмеров» —
это особая область, отличная от области существо-
вания макрочастиц или сплошных сред.
Поэтому в приведенных выше определениях на-
нонауки и нанотехнологий наиболее существен-
ным является указание на то, что «настоящее
нано» начинается с момента появления новых
свойств веществ, связанных с переходом к этим
масштабам и отличающихся от свойств объемных
материалов. То есть существеннейшим и важней-
шим качеством наночастиц, основным отличием
их от микро- и макрочастиц является появление у
них принципиально новых свойств, не проявляю-
щихся при других размерах. Мы уже приводили
литературные примеры, используем этот прием
еще раз для того, чтобы наглядно показать и под-
черкнуть различия между макро-, микро- и нано-
объектами.
Вернемся к литературным примерам. Часто в
качестве «раннего» нанотехнолога упоминается
герой повести Лескова Левша. Однако это непра-
вильно. Основное достижение Левши — это то, что
он выковал маленькие гвозди [«я мельче этих под-
ковок работал: я гвоздики выковывал, которыми
подковки забиты, там уже никакой мелкоскоп
взять не может»]. Но эти гвозди, хоть и очень ма-
ленькие, остались гвоздями, не потеряли своей
основной функции — удерживать подкову. Так что
пример с Левшой — это пример миниатюризации
(если угодно, микроминиатюризации), т. е. умень-
шения размеров предмета без изменения его функ-
циональных и других свойств.
А вот уже упоминавшийся рассказ Б. Житкова
описывает как раз именно изменение свойств:
«Мне нужно было вытянуть тонкую прово-
локу — то есть той толщины, какая для моих
живых рук была бы как волос… Я работал и
глядел в микроскоп, как протягивали медь
микроруки. Вот тоньше, тоньше — еще оста-
лось протянуть пять раз — и тут проволока
рвалась. Даже не рвалась — она рассыпалась,
как сделанная из глины. Рассыпалась в мелкий
песок. Это знаменитая своей тягучестью
красная медь».
Отметим, что в Wikipedia в статье про нано-
технологии как раз увеличение жесткости ме-
ди приводится в качестве одного из примеров из-
менения свойств при уменьшении размеров.
(Интересно, откуда узнал про это Б. Житков
в 1931 г.?)
(Окончание следует.)
16. Экономика и управление
ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·8(105)’2010
14
В инженеры б я пошел,
пусть меня научат!
Как готовить инновационных инженеров
Современное мировое промышленное производство, по мнению экономистов, находит-
ся в середине периода доминирования V технологического уклада (телекоммуникации,
электроника, компьютеры, Интернет) и начала реализации отдельных научных направ-
лений VI технологического уклада (биотехнологии, нанотехнологии, «зеленая» энергия,
новое природопользование).
VI технологический уклад предполагает выход на такой уровень развития техносферы,
который еще полвека назад в отдельных фрагментах мог бы украсить сюжеты научно-
фантастических произведений. Совершенствование существующих и разработка множе-
ства новых научно-технических направлений происходит в условиях все нарастающего
усложнения технических объектов и технологий. Это приводит к увеличению интеллекту-
альных и материальных затрат на прикладные исследования и опытно-конструкторские
разработки (НИОКР). Материальные затраты на реализацию конкретного проекта, как и
его успешное завершение, определяются в значительной степени качественным уровнем
исполнителей.
К.Л. Левков, О.Л. Фиговский
17. Экономика и управление
15
http://www.ecolife.ru
Инновационные инженеры
Работа инженера является самостоятельным видом
трудовой деятельности, отличающейся от деятель-
ности научных работников и рабочих. В триаде
«ученый — инженер — рабочий» именно инженер
является центральной фигурой научно-техни-
ческого прогресса. Преобладание в промышлен-
ности в недалеком будущем гибких автоматизиро-
ванных производств и заводов-автоматов суще-
ственно сократит труд и количество рабочих. Ко-
личество же инженеров будет возрастать. Это
связано с потребностью в постоянном иннова-
ционном процессе, осуществляемом в основном
в рамках инженерной деятельности, в условиях
жесткой конкуренции во всех отраслях промыш-
ленности. Соответственно возрастают требования
к уровню квалификации и творческому потенциа-
лу инженеров. Формирование этих требований
производится на базе профессиональной модели
инженера, предусматривающей подготовку спе-
циалиста необходимой квалификации.
Построение модели инженера является слож-
ным и неоднозначным процессом — ведь суще-
ствует множество инженерных специальностей.
В рамках одной инженерной специальности может
быть несколько направлений деятельности —
например, инновации (нововведения), производ-
ство и обслуживание. В каждой из развитых стран
существует система требований к качеству инже-
нерной подготовки и признанию инженерных ква-
лификаций. Такие системы реализуются нацио-
нальными, как правило, неправительственными,
профессиональными организациями. Наиболее
авторитетной в Соединенных Штатах и во всем
мире профессиональной организацией, занимаю-
щейся оценкой качества инженерных образова-
тельных программ в университетах, является
Accreditation Board for Engineering and Technology
USA (АВЕТ, Совет по аккредитации в области тех-
ники и технологий). В критериях АВЕТ, определя-
ющих модель инженера, сформулированы обяза-
тельные общие требования к выпускникам уни-
верситетов, освоившим инженерные программы.
В соответствии с этими требованиями в результате
обучения выпускники должны приобретать спо-
собность, в частности:
применять естественнонаучные, математиче-
ские и инженерные знания;
планировать и проводить эксперименты, анали-
зировать и интерпретировать данные;
формулировать и решать инженерные проб-
лемы;
демонстрировать широкую эрудицию, необхо-
димую для понимания глобальных и социальных
последствий инженерных решений.
Возникает вопрос: как в ограниченном, как пра-
вило, шестью годами университетском сроке обу-
чения сформировать у будущего специалиста все
обозначенные способности на приемлемом или
высоком уровне? По целому ряду профессиональ-
ных умений за этот период возможно лишь дости-
жение начального квалификационного уровня,
который принято считать репродуктивным. По-
следующие уровни — прикладной и продуктив-
ный — достигаются в процессе практической дея-
тельности, путем самостоятельного освоения
недостающих знаний с периодическим прохож-
дением специализированных курсов в системе
последипломного образования.
Прикладной квалификационный уровень пред-
полагает активное и творческое применение полу-
ченных знаний для решения задач в рамках специ-
альности и в направлениях инженерной деятель-
ности, связанной с производством и обслуживани-
ем. Достижение профессионализма проявляется
в самостоятельном решении проблемных задач.
В последующем молодому инженеру придется ре-
шать сложные задачи на изобретательском уровне,
эта способность выведет его на продуктивный ква-
лификационный уровень.
Создание принципиально новых систем, прибо-
ров и машин очень часто требует выхода за пределы
традиционных научно-технических направлений.
Например, значительная часть приборов для хи-
мико-биологических исследований или для меди-
цинского применения представляют собой кон-
структивное сочетание различного рода сенсоров,
электромеханики, оптики, аналоговой электрони-
ки с микропроцессорным внутренним управлени-
ем и с подключением к компьютеру или компью-
терной сети через стандартные или беспроводные
интерфейсы. Естественно, разработка подобных и
более сложных технических объектов, а также ма-
териалов и технологий потребует от инженера-
разработчика знания своей и смежных областей
техники и изобретательского стиля мышления при
высоком уровне знаний в области точных наук.
Инновационного инженера отличают прежде
всего развитый механизм принятия технических
решений на изобретательском уровне, а также спо-
собность находить необходимую информацию и
самообучаться. Именно эти качества являются ба-
зовыми для продуктивной трудовой и творческой
деятельности инженера. Они не приходят сами
18. Экономика и управление
ЭКОЛОГИЯИЖИЗНЬ·8(105)’2010
16
собой, уже при подготовке инженера необходимо
стимулировать развитие базовых умений, главным
из которых является изобретательский (инноваци-
онный) стиль мышления.
Способностью мыслить человек обязан матери-
природе так же мало, как и богу-отцу. Умение мыс-
лить является продуктом воспитания и образова-
ния, результатом развития нормального мозга.
Процесс мышления базируется на таких мысли-
тельных операциях, как анализ, синтез, сравнение,
обобщение, классификация, конкретизация и аб-
стракция. Формирование мыслительных способ-
ностей должно являться обязательным процессом
обучения начиная с детского сада. Освоение опе-
раций мышления должно происходить в процессе
повседневного учебно-воспитательного процесса
в учебных заведениях разного уровня путем реше-
ния учебных и практических задач в области точ-
ных наук, логики, психологии, техники и т. д.
В перечне изучаемых дисциплин большинства
колледжей и университетов отсутствуют предме-
ты, обучающие студентов инженерных специаль-
ностей основным умениям инновационного инже-
нера. Это связано с дефицитом учебных часов и
сложившейся системой обучения. Мало внимания
уделяется практическому применению знаний,
развитию творческого и системного мышления,
творческого воображения, так же как и обучению
анализу и синтезу систем, системному инжини-
рингу, методам постановки и решения изобрета-
тельских задач.
Такая потребность уже давно назрела и требует,
в дополнение к необходимым учебным часам, под-
готовки и выпуска специальных инженерно-пе-
дагогических кадров высокой квалификации с опы-
том практической работы в качестве инновацион-
ных инженеров. Задача этих инженеров-педаго-
гов — научить студентов применять полученные
знания для решения учебных инженерных задач и
выполнения реальных проектов. Разумеется, необ-
ходимы модернизация учебных программ и мето-
дик преподавания, а также их адаптация к потреб-
ностям данного аспекта инженерной подготовки.
Как повысить КПД образовательного
процесса
В определенной мере эту проблему решает автор-
ский метод, позволяющий значительно повысить
КПД образовательного процесса в расширении
междисциплинарного кругозора и развитии си-
стемного мышления. Основой метода является
принцип двумерного обучения. Вертикальная со-
ставляющая учебной программы строится на базе
логического структурирования учебного материа-
ла в пределах изучаемой предметной области, где
предыдущие темы являются базовой основой для
последующих. Процесс обучения идет последова-
тельно, от простого к сложному. В рамках горизон-
тальной составляющей для каждой из тем опреде-
ляется ее место в существующем междисципли-
нарном пространстве (системе знания) и приво-
дятся примеры ее инженерного использования
в своей и других предметных областях.
Приведем простой пример реализации двухмер-
ной модели обучения.
Пример. Физика. Электротехника. Закон Ома.
Базовые понятия, сформированные в предыдущих
темах: электродвижущая сила, электрическое со-
противление, электрический ток (электротехни-
ка), обратная пропорциональная зависимость (ма-
тематика). Вертикальная составляющая обучения:
разъяснение физической сущности закона и реше-
ние задач на нахождение неизвестного значения из
триады параметров (напряжения, сопротивления
или тока).
Горизонтальная составляющая обучения вклю-
чает: перечень практических задач, базирующихся
на теории линейных электрических цепей и тре-
бующих для их решения использования закона
Ома; формулирование и разъяснение законов-
аналогов (изоморфизмов) с общей семантической
и математической моделью: закон Ома для магнит-
ной цепи, закон Ома для пневматического и ги-
дравлического контуров, закон Ома для механиче-
ских приводов (трансмиссий), закон Ома для под-
вижного железнодорожного состава и т. д. Далее, в
обучающей последовательности идут:
представление закона Ома для электрической
цепи как частного случая реализации общего за-
кона воздействия движущей силы на физические
объекты;
формулирование вывода общего закона воздей-
ствия движущей силы на физические объекты
(междисциплинарного определения закона Ома):
«Результат воздействия движущей силы на какой-
либо физический объект (тело или частицу) прямо
пропорционален величине этой силы и обратно
пропорционален величине сопротивления, оказы-
ваемого этому объекту при его движении»;
определение движущих сил: направленной ме-
ханической, вращающего момента, гидравличе-
ского, пневматического (газового), осмотического
и светового давлений, электродвижущей силы
(ЭДС), магнитодвижущей силы (МДС) и др.;
19. Экономика и управление
17
http://www.ecolife.ru
определение видов сопротивлений: электриче-
ское, магнитное, аэро- и гидродинамическое, тре-
ние качения и скольжения и др.;
определение противодействующих сил и их от-
личие от сопротивлений.
Двухмерная дидактика активизирует мышление,
выводит обучаемого за рамки изучаемого предмета
и позволяют осуществлять ассоциативную связь
с существующей системой знания в различных ее
вариациях и ракурсах. У студента с развитым мыш-
лением, приученного к междисциплинарному вос-
приятию изучаемых предметов, вызовет интерес
(а не отрицательные эмоции) предложение выве-
сти общий случай закона Ома для велосипедной
цепи или сформулировать первый закон Ньютона
в психологической интерпретации. Именно такие
студенты становятся инновационными инженера-
ми, востребованными всюду, где необходимо ре-
шать «нерешаемые» задачи. Одной из таких орга-
низаций является американское Агентство пере-
довых оборонных исследовательских проектов
(DARPA). Этой структуре, к примеру, требуются
исполнители с развитым творческим воображени-
ем и нетривиальным стилем инженерного мышле-
ния, для того чтобы:
• создать костюм, обеспечивающий защиту
от вражеского огня и плохой погоды, излечиваю-
щий раны и на порядок увеличивающий возмож-
ности человека;
• сделать бойца и технику невидимыми для
противника во всех диапазонах электромагнитно-
го спектра и при этом видеть противника во всех
диапазонах сразу;
• заглянуть за горизонт, а также сквозь воду,
землю и стену;
• создать летающий автомобиль и летающую
подлодку, а также беспилотник, находящийся в
воздухе месяцами или годами, и т. д.
Для решения подобных задач необходимы твор-
ческие способности, которые должна развивать
и воспитывать современная система инженерного
образования. Для этого требуются существенные
изменения в ее методологической основе.
Идея многомерности в обучении не нова. Еще
Рене Декарт, математик, философ, физик и физио-
лог, в своих афоризмах отмечал: «Все науки на-
столько связаны между собою, что легче изучать их
все сразу, нежели какую-либо одну из них в отдель-
ности от всех прочих». И еще: «Высказывания му-
дрецов могут быть сведены к очень небольшому
числу общих правил». Это значит, что существует
некоторое, относительно небольшое, количество
элементов системы знания, которые в различных
сочетаниях и взаимосвязях могут образовывать зна-
чительно большее количество подсистем (предмет-
ных областей). К элементам системы знания отно-
сятся законы, теоремы, аксиомы, правила, принци-
пы, эффекты, математические и семантические
