О некоторых проблемах преподавания в вузах дисциплины, посвящённой методам технического творчества

Одна из главных целей высшей школы – научить будущих специалистов ставить и решать задачи в определенной предметной области. Для этого студенты должны не только изучить профессиональную предметную область, но и овладеть приемами и методами анализа проблемы, постановки и решения задач. Все это определяет профессиональный потенциал специалиста и его творческие возможности изобретательно подходить к решению различных проблем.

Во многих технических вузах России и за рубежом в учебные планы обучения специалистов с высшем образованием введены учебные дисциплины, направленные на методологическую подготовку. Эти дисциплины имеют различные названия: «Основы научных исследований», «Основы инженерного творчества», Основы творческой деятельности», «Теория поиска решений технических задач» и др.

В этих учебных дисциплинах излагаются современные творческие стратегии для нахождения решений задач в технической области, т. е. они направлены на формирование у студентов системы знаний, умений и навыков в области методологической подготовки.

Решение задачи – это сложный и многогранный мыслительный процесс, в котором важными составляющими являются, во-первых, понимание задачи и, во вторых, психологическая готовность к её решению. Последнее достигается уверенностью в своих силах, которое основано на осознанном владении приемами и методами решения задач.

Содержание учебной дисциплины. Любая наука представляет собой систему знаний, фиксированных посредством различных знаковых комбинаций. Для этого материальные объекты преобразуются в некоторые абстрактные сущности, для обозначения которых используются такие понятия как модель, система, структурная схема, электромагнитное поле, обратная связь и т. д. Эти абстрактные понятия используются человеком как категории мышления. С их помощью в сознании людей формируются различные модели.

Поэтому в этой учебной дисциплине объектом изучения являются технические системы, а предметом – свойства моделей, которые могут использоваться при решении задач, и некоторые механизмы и свойства человеческого мышления, проявляющиеся в процессе поиска решения. Для освоения наиболее общих приемов решения задач в технической области необходимо опираться как на закономерности и принципы строения технических систем, и существующие принципы их проектирования, так и на современные достижения наук, изучающих человеческое мышление.

Учебную дисциплину, направленную на развитие мышления и методологическую подготовку студентов целесообразно преподавать в виде двух органически связанных разделов.

Раздел 1. Общие приёмы поиска решений. В нём рассматриваются некоторые логические основы рассуждений, типовые операции мышления, общие приёмы, активизирующие левополушарное и образное мышление (операторы синектики), а также основы системного анализа.

Раздел 2. Приёмы и методы решения технических задач. В этом разделе излагается системный анализ технических объектов и применяемые модели; поиск ресурсов при решении технических задач (вещественно-полевые, пространственные, временные); принципы строения и закономерности развития технических систем; противоречия при решении технических задач и приёмы их разрешения; функциональный анализ и морфологический подход при синтезе технических объектов; решение исследовательских задач; выявление и прогнозирование нежелательных эффектов в конструкциях и технологиях.

Проблемы введения учебной дисциплины по методам технического творчества в учебный процесс вузов, связаны с определением её места в учебном плане; выделением необходимого объёма часов, отводимого на её изучение; организацией связей с другими учебными дисциплинами и недостаточной обеспеченностью учебной литературой.

Место в учебном плане. На наш взгляд, эта учебная дисциплина занимает промежуточное положение между техническими и гуманитарными науками, но в первую очередь она направлена на развитие мышления. Поэтому её преподавание желательно осуществлять на младших курсах. Однако это встречает определённые трудности.

Выделение часов на младших курсах сложно в связи с тем, студенты перегружены изучением фундаментальных наук и некоторых прикладных общеинженерных учебных дисциплин, которые формируют базовые знания, необходимые для усвоения специальных дисциплин. Хотя именно в это время крайне необходимо вооружить студентов системным подходом, предоставить им «инструмент» в виде различных моделей и подходов для восприятия и усвоения большого объёма учебного материала.

Введение указанной дисциплины будет способствовать формированию у студентов межпредметных связей. Однако если она не будет подкреплена изложением других учебных дисциплин, то эффект от изучения общих приёмов и методов решения задач значительно снизится.

Преподаватели других учебных дисциплин, как правило, не будут апеллировать к тем знаниям, которые получат студенты при изучении общих приёмов и методов решения задач. При выполнении домашних заданий, курсовых работ студенты обычно усваивают частные методики. Здесь важно показать связь приёмов и методов решения задач. Таким образом, возникает проблема востребованности знаний, полученных при изучении методов технического творчества.

Учитывая сказанное, внедрение в учебный процесс вузов дисциплины, посвящённой изучению методов технического творчества, целесообразно начать на старших курсах. Востребованность полученных знаний можно реализовать при выполнении курсовых работ и проектов, а также при выполнении дипломных работ. В связи с этим преподавание дисциплины по техническому творчеству целесообразно осуществлять выпускающей кафедрой, в задачу которой войдёт обеспечение востребованности материала.

Важным фактором является объём дисциплины. Для качественного усвоения учебного материала и превращения знания о приёмах в умение их применять для решения различных задач необходимо большое число аудиторных занятий, предпочтительно в виде практических занятий, семинаров, тренингов. Однако такая организация учебного процесса потребует большого числа аудиторных занятий.

Практика проведения занятий по этой дисциплине показала, что можно уложиться в 96 ч аудиторных занятий: лекции с разбором примеров и задач (64 ч) и семинары (32 ч).

Для организации самостоятельной внеаудиторной работы студентов в период чтения лекций им выдаётся серия домашних заданий. После сдачи экзамена по дисциплине студенты выполнят курсовую работу. Общий объём учебной дисциплины может составлять прядка 200 ч.

Для полноценной подготовки необходима учебная литература. Изложение любой учебной дисциплины начинается с введения основных понятий, свойственных изучаемой той или иной предметной области, затем даются наиболее общие, фундаментальные теоретические положения, которые лежат в основе исследуемых процессов и явлений, даётся методика решения задач, которая закрепляется рассмотрением примеров.

Одна из проблем использования ТРИЗовской литературы для организации учебного процесса заключается в том, что структура большинства книг не соответствует общему сложившемуся построению учебных дисциплин. Это существенным образом затрудняет преподавателям вузов использовать их для создания учебной дисциплины.

Другая проблема связана с терминологией. Учебный процесс требует строгого введения основных понятий и согласованности терминологии, применяемой в различных науках.

В ТРИЗовской литературе некоторые понятия определены не чётко, некоторые вообще не определены. Часто приводимые определения методически весьма неудачны, не согласованы между собой (даже в одной книге) и со сложившейся терминологией в других устоявшихся науках.

На сегодняшний день выпущен ряд учебных пособий, посвященных стратегии, тактики, приемам и методам решения технических задач развитию креативного мышления и творческого потенциала студентов. Но это в основном малотиражные внутривузовские издания, в которых многие методы освещены обзорно и не доведены до практического применения в курсовом и дипломном проектировании. Отсутствие учебных пособий, в которых достаточно полно излагались бы методологические аспекты поиска решений существенно сдерживают широкое внедрение последних достижений в этой области в учебный процесс вузов.

В настоящее время в издательстве «Форум» готовится к выпуску учебное пособие «Теория и практика решения технических задач», в котором сделана попытка восполнить этот пробел.

Предлагаемое учебное пособие является результатом опыта многолетнего преподавания авторами статьи изложенных в книге материалов в Московском авиационном институте (Государственный технический университет) «МАИ», МГТУ им. Н. Э. Баумана и Московском государственном агроинженерном университете им. В. П. Горячкина.

В учебном пособии обобщены исследования многих авторов по приемам и методам решения задач. В первую очередь следует отметить работы Г. С. Альтшуллера, А. Б. Селюцкого, Б. Л. Злотина А. И., Половинкина по приемам и методам поиска решений технических задач, Д. Пойа по приемам решения задач по математике и других авторов.

Г. С. Альтшуллер в своих работах вскрыл фундаментальный пласт новых идей под общим названием «Теория решения изобретательских задач» (ТРИЗ). Но следует заметить, что наука эта молодая, многие затронутые в ней проблемы только очерчены и еще не полностью проработаны. Поэтому данная область знаний нуждается в дальнейшем исследовании и развитии, что отмечал и сам автор ТРИЗ.

В представленной работе использованы материалы по логическим основам мышления, психологии творчества, приемам и методам решения задач.

Известный математик Д. Пойа отмечал: «Едва ли автор учебника дифференциального и интегрального исчисления или преподаватель колледжа смогут оправдать свое назначение, если будут близко следовать системе поваренной книги. Если обучать приемам работы без доказательств, то такие немотивированные приемы поняты не будут. Правила без их обоснований лишаются взаимной связи и быстро забываются» [3].

Поэтому в предлагаемой книге приводится не только описание моделей, приемов и методов поиска решений, но и сделана попытка дать им некоторое логическое, психологическое или онтологическое обоснование с позиций современных наук, изучающих как общие принципы и закономерности построения технических объектов, так и мыслительные процессы творческого поиска.

Теоретическое основание приема – это более высокая ступень абстракции, нежели сам прием, поэтому именно оно помогает «сработать» аналогии, т. е. увидеть то общее, что объединяет задачи (по методу решения) в различных предметных областях, позволяет быстро выйти на прием, метод решения, которые приведут к успеху.

Знание теоретического основания приема (метода) способствует лучшему пониманию и усвоению приема, т. е. превращению знаний в умения, создает дополнительные ассоциативные связи в системе знаний субъекта, которые помогают в поиске соответствующего приема для решения конкретной задачи.

Приведенные в работе приемы и методы поиска решений следует рассматривать, прежде всего, как интеллектуальный ресурс, повышающий креативный потенциал специалиста, позволяющий ему получать инженерные решения высокого творческого уровня с минимальными издержками.

Учебное пособие построено по следующим принципам: от общих теоретических положений к частным; от изучения простых приемов к сложным. Авторы также старались придерживаться принципа востребованности изложенного материала в последующих главах.

Учебное пособие состоит из 2-х разделов и приложения.

В первом разделе, который состоит из 4-х глав, рассматриваются общие приемы поиска решений, которые могут с успехом применяться для решения задач в самых различных областях. Приводятся некоторые причины, препятствующие решению поставленной задачи, приемы, активизирующие левополушарное мышление при решении задачи, а также операторы синектики, которые позволяют активизировать правополушарное, образное мышление, что способствует не только получению сильных решений, но и развивает творческие, креативные способности.

Особое положение занимает 3-я глава, в которой излагается сущность системного подхода и вводятся приемы решения задач, основанных на изменении системных свойств объектов, описанных в условии задачи. На примерах показано использование этих приемов для решения учебных задач по математике и физике.

Второй раздел посвящен приемам, моделям и методам, применяемым для решения технических задач.

В 5-й главе приводятся основополагающие положения системного анализа технических объектов и применяемые модели, на которых базируется весь последующий материал учебного пособия.

6-я глава вводит читателя в область вещественно-полевого анализа, предлагает целый набор понятий, мышление которыми позволяет организовать целенаправленный поиск решения технической задачи. Здесь же даются некоторые методические рекомендации по поиску физико-технических эффектов и синтезу физического принципа действия создаваемого технического объекта, а также использованию ресурсов пространства и времени.

7-я глава знакомит читателя с наиболее общими принципами строения, функционирования и закономерностями развития технических систем, знание которых дает хорошие ориентиры в выборе направлений совершенствования технических объектов.

В 8-й главе разобраны виды противоречий, которые встречаются при решении технических задач, предложены приемы их разрешения, на примерах показана методика применения этих приемов при решении технических задач.

9-я глава посвящена функциональному анализу технических объектов, – одному из важнейших и обязательных этапов создания и совершенствования технических объектов, от которого во многом зависит четкость формулировки поставленной задачи и пути ее решения.

Глава 10 посвящена морфологическому исследованию технических систем, – метода, позволяющего наметить спектр направлений решения задачи и получить в компактном, обозримом виде «поле» возможных вариантов создаваемого технического объекта.

В главе 11 рассматриваются особенности решения задач синтеза и исследовательских задач, даются общие методические рекомендации по анализу проблемы и постановке задачи. Рассмотрена задача поиска нежелательных эффектов в конструкциях и технологиях. Дано описание некоторых программных продуктов, предназначенных для поддержки интеллектуальной деятельности.

В приложении приводятся некоторые положения из логики, необходимые для более глубокого понимания рассмотренных приемов и методов решения задач, справочные материалы к некоторым главам, пояснения по терминологии, принятой в учебном пособии, дополнительные примеры, а также некоторые рекомендации по организации учебного процесса, примерный перечень заданий для самостоятельной работы, содержание курсовой работы (проекта), список основной и дополнительной литературы.

В книге 37 таблиц, 163 рисунка, приводится большое количество примеров, поясняющие основные теоретические положения и приёмы решения задач.

Владение методом важнее знаний, которые можно найти в справочной литературе. Поэтому авторы надеются, что учебная дисциплина, направленная на методологическую подготовку студентов, со временем займет соответствующее место в государственных образовательных стандартах высшего профессионального образования для машиностроительных и приборостроительных специальностей.

Литература [к началу]

1. Добряков А.А. Психолого-педагогические основы подготовки элитных специалистов как творческих личностей (содержательные элементы субъект-объектной педагогической технологии). – М.: Логос, 2001.

2. Дорофеев А.А. Дидактические основы проектирования учебной литературы по дисциплинам специальности технического университета. – М.: Из-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002.

3. Пойа Д. Как решать задачу.– Львов.: Изд-во Журнал «Квантор», 1991.

Сведения об авторах

РЕВЕНКОВ Алексей Владимирович – доцент, к.т.н., доцент кафедры «Производство аэрокосмической техники» Московского авиационного института (государственного технического университета), «МАИ» имеет международный сертификат инженера-педагога. С 1990 г. преподает дисциплину «Теория поиска решений технических задач», автор ряда учебных пособий.

РЕЗЧИКОВА Елена Викентьевна – доцент, к.т.н., доцент кафедры «Конструирование и технология производства электронно-вычислительных средств» МГТУ им. Н. Э. Баумана, преподает дисциплины: «Технология ЭВС» и «Синтез объектов промышленной собственности и правовая защита». Имеет многолетний опыт работы в промышленности. Автор 9 изобретений.