Инженерное творчество и технические нормы

Сознаете ли Вы, чему Вас учат или Вы учитесь пассивно?
Учиться только умениям или творчеству и умениям?

Вопрос, поставленный в заголовке не риторический, а принципиальный. Необходимо найти для себя ответ на него. Часто ответ рождается интуитивно: нравится и интересно учиться, узнавать новое, слушать увлеченный рассказ учителя. Это один уровень. Другой уровень имеет место тогда, когда знаешь цель, к которой стремишься, когда самому хочется что-то придумать, изобрести. Именно тогда знаешь, что тебе нужно узнать, научиться, что от чего зависит. Тогда можно осознанно выбирать курсы, которые в учебных планах значатся «курсы по выбору», «факультативы» и т. п. Это элементы на пути к самообразованию.

Нередко такое состояние приходит не сразу, а в процессе обучения. А для этого надо не бояться выбирать разные темы, сравнивать, анализировать, уточнять цель. Необходимо накопить нужные знания, овладеть полезными умениями, которые являются научной и практической базой и инструментом для инженерного творчества, решения новых задач. Иначе может возникнуть ситуация: знаю, но не могу или могу, но не знаю, почему так.

Нужно разумное сочетание, рациональный синтез этих сторон, без сильных перекосов, изучение одной стороны темы (проблемы) может помешать овладению другими сторонами, т. к. возможности человека (память, время, способности и т. п.) ограничены. Так, например, чрезмерное увлечение компьютерной техникой может вытеснить овладение, например, физическим экспериментом (опытом), без знания которого инженерное дело становится однобоким, ущербным. Однако это не значит, что не нужны узкие специалисты.

Запоминать (выучить) инструкции и правила, безусловно, можно, хотя их много и они хаотичны, т. е. от пользователя скрыта система закономерностей, на которых они основаны. Основной принцип их использования: исполняй без оговорок, логика и теория отступают на второй план. Инструкции и нормы призваны установить и поддерживать определенный технический и административный порядок, но они отражают и обобщают уже прошлый опыт и потому закрывают дорогу развитию нового, их составляют чиновники, компетентность которых ограничена знаниями инструкций и норм. При творческом подходе все становится на место.

В школе учат, что дважды два четыре, но редко объясняют, почему четыре и всегда ли это так. Действительно, когда имеем дело с целыми единицами, представляющими, например, целые тела, то это так. А если это вещества, вступающие, например, в химическую реакцию или образующие новое композитное соединение, то результат совершенно иной. Нужен творческий системный подход.

Инженер, ученый, имеющий системные знания, например, главный инженер проекта, будет привлекать узких специалистов для решения отдельных задач, которые входят в инженерную проблему (например, проект здания или завода).Главный инженер проекта должен владеть системным мышлением, но оно нужно и узким специалистам, чтобы их решения были бы эффективными.

Заметим, что здесь берутся во внимание проблемы студентов, цель которых увильнуть от работы, сдать попроще, поскорее. Это в значительной мере создано негативным воспитанием и образованием, которое «забило» (вытеснило) естественную (данную им природой) потребность «почемучки». Такие студенты приобрели защитную форму робости, боязни задать вопрос, они, как правило, молчат, а иногда идут на хитрость и ухищрения. Когда-нибудь психологи определят это как «болезнь», порожденную пороками образования и воспитания. Иногда эта «болезнь» поддается лечению.

Есть примеры, когда на старших курсах удалось «расшевелить» некоторых таких студентов, увлечь их, показать новые возможности в решении актуальных конкретных задач, которые они раньше не замечали. У них возникал момент удивления и некоторой заинтересованности, начальная вера в свои возможности. Один пятикурсник сказал: «Я никогда не думал, что смогу принять участие в работе над изобретением!». Другой сказал, что совсем по иному стал относиться к учебе, когда начал работать на кафедре вместе с преподавателями над актуальной инженерной задачей.

Творческую работу целесообразно подкрепить набором умений.
Виртуальная беседа с авторами учебного пособия Никитиной Г. В. и Романенко В. Н.

Нашей задачей является анализ формирования у студентов определенных категорий умений.

Автор: Владеть набором умений как разнообразием инструментов, по-видимому, небесполезно. Но, не определив проблему, которую надлежит решить творчески, не знаешь, какие умения и знания понадобятся. Многие из них рождаются в процессе творческого поиска.

Никитина Г. В., Романенко В. Н. Высшая ступень творческих умений по существу связана с умением пользоваться логикой. Это позволяет назвать ее логической ступенью. Применительно к деятельности специалиста перечень творческих умений высшей степени, составленный на основе анализа литературных источников, включает следующие умения:

● сформулировать гипотезу и проверить ее,

● сравнить между собой различные данные,

● абстрагироваться и выделять существенное,

● стимулировать фантазию,

● уметь широко мыслить,

● уметь вести диспут,

● видеть существенно общие черты в различных явлениях,

● замечать существенное различие в достаточно сходных объектах;

● гибко приспосабливаться к фактам,

● отбрасывать несущественное и второстепенное,

● составлять сложные структуры из простых элементов (синтез),

● анализировать явления или ситуации (анализ),

● комбинировать элементы,

● иметь смелость отказаться от известного способа или теории,

● учитывать новые данные,

● выдвигать (ставить) новые вопросы или видеть новые

проблемы в традиционной ситуации,

● уметь вести альтернативный поиск средств и способов,

● широко варьировать способ действия,

● подчинять направление поисков целям, основной задаче,

● уметь отбрасывать принятые «ходы мысли»,

● гибко изменять способ действий соответственно задаче.

Автор: Да, это интересная характеристика творческих умений, которую Вы определяете как высшую степень, которая связана с умением пользоваться логикой. Но это далеко неполная характеристика, которая, например, не включает основы ТРИЗа (изобретательской деятельности), умения построить творческий поиск новых решений.

К тому же известно, что подчас надо отказаться от логики, ведущей к шаблонным решениям, а использовать эвристические подходы, инверсологию и другие способы.

Никитина Г. В., Романенко В. Н. Для осуществления исследовательской работы необходимо овладеть следующими умениями:

· уметь осуществлять поиск литературы,

· патентов,

· пользоваться справочной, научной, учебной литературой,

· уметь сформулировать задачу поиска,

· научиться обсуждать выбранную задачу, выбранное задание,

· составлять сложные структуры из простых элементов,

· делить объект исследования (явления или ситуации) на более простые объекты исследования (элементы),

· строить модели, т. е. моделировать,

· выполнять расчеты,

· использовать современную вычислительную технику,

· владеть основами программирования,

· изготовлять, конструировать, собирать установку для экспериментов,

· найти и отобрать нужные приборы,

· найти и подготовить необходимые материалы,

· совершать необходимые измерения в процессе эксперимента,

· проконтролировать достоверность и точность наблюдения,

· проверить достоверность и точность результатов по данной методике измерения,

· обрабатывать результаты,

· анализировать полученные результаты (точность и глубина анализа),

· сравнивать между собой различные данные,

· оформить результаты эксперимента,

· обсуждать полученные результаты.

Автор. Но необходимо четко понимать, что есть эрудиция и умение и что творческое мышление, т. к. по телевидению часто называют «умниками» тех, кто проявляет только знание фактов в той или иной области (например, истории). Конечно, хорошо, когда в человеке сочетаются творчество и эрудиция, но переполнение памяти фактами может стать психологическим препятствием для преодоления традиций в поиске новых технических решений. Необходимо овладение системным подходом, законами развития систем, умением принимать решения и оценивать их последствия.

Из воспоминаний автора.

Надеюсь, этот опыт будет полезным и для нынешних студентов.

Я поступил в институт в первый послевоенный, 1946, год, сдав экстерном экзамен за 10-й класс, чтобы наверстать упущенный во время войны год в эвакуации. Наша студенческая группа была сформирована наполовину из демобилизованных солдат и частично из пришедших со школьной скамьи. Все стремились учиться, чтобы лучше вписаться в мирную жизнь, наверстать упущенное. Мы дружили и помогали бывшим солдатам вспомнить школьные знания.

Конспекты лекций писали все: кто на старых конторских книгах, кто в самодельных тетрадях. Учебников было мало. Перед экзаменами собирались у меня дома три-четыре человека и составляли план, согласно которому решали, сколько страниц в день надо освоить, полдня оставляли на повторение. Конспекты читали вслух по очереди. Таким образом, как бы восстанавливалась лекция в нашем изложении. Трудные места обсуждали сообща, с привлечением для этого материал учебников. Записывали и формулировали вопросы к консультациям. Важные места в конспекте подчеркивались и выделялись. Особое внимание уделялось тем терминам и понятиям, на которых базировался изучаемый курс. На этом старались построить ответ на экзамене. Отдельные места лекций пересказывали по-очереди, следующий дополнял и пояснял ответ предыдущего. Главное, чего мы добивались, — это понимания, учились говорить на языке науки, к зубрежкам не прибегали. Для понимания и запоминания старались отыскать какой-то пример или аналог из обычной жизни. По ходу работы на отдельном листе делали себе короткие пометки, помогающие воспроизвести главное. Отмечалось и то, что непонятно. Этот лист затем служил как бы путеводной нитью и вносил определенную уверенность в своих действиях: что знаю и что не понятно. Шпаргалки, как правило, не были нужны, хотя трудный вопрос иногда записывался на миниатюрных листочках (но он практически не использовался, так как записанное хорошо запоминалось). Старались оставить полдня (или вечер) перед экзаменом для повторения. Повторение заключалось в том, что листали конспект, обращая внимание на подчеркнутые места. Я обычно делал такой быстрый повтор вечером перед сном. Позднее я узнал, что это прекрасный прием управления своей мыслительной деятельностью и памятью. Подсознание получало заряд и работало. Весь курс целиком представлялся в виде некоторой цельной системы знаний, среди которых базовое место занимали определенные принципы и закономерности.

Рано утром перед экзаменом я иногда за 5-10 минут пролистывал конспект и свой «памятный листочек». На экзамен шел в боевом настроении, часто напевая «Варяга». Выработался определенный стиль ответа на экзамене. Ответ на теоретический вопрос экзаменационного билета старался построить так: «Данный вопрос базируется (или имеет прямое отношение) к такому-то принципу или закону, из которого следует…». Далее я излагал этот принцип (или закон) — это был заранее подготовленный вопрос и я свободно владел темой. Затем переходил к вопросу по билету. Такая постановка и структура ответа производила хорошее впечатление на преподавателя: студент разбирается в вопросе. Меня часто останавливали и дальше шла конкретная беседа.

Мы были способны (и не боялись) рассуждать на экзамене. Этому способствовал наш стиль подготовки: мы не только впитывали в себя новые знания, но и учились тому, как добиться понимания и воспроизвести вслух новое. Это был процесс не только обучения и развития своих способностей, но и самовоспитания личности будущего творческого специалиста. Сознательное творческое обучение обязательно должно гармонично сопровождаться воспитанием личности!

Учеба приносила нам удовлетворение.

Весьма важным моментом в нашем инженерном становлении была практика. После третьего курса нам доверили запроектировать (рассчитать, начертить) и реально изготовить железобетонную балку (пролет 11,5 м) над разрушенным порталом сцены института, который мы восстанавливали. По чертежу мы вязали арматуры (сборного железобетона не было) и бетонировали. За практику я получил удостоверение мастера железобетонных работ и был весьма горд этим. Участие в реальном деле воспитывает по-особому. На кафедре часто работают лаборантами исключенные за неуспеваемость студенты, которые привлекаются к некоторым разработкам и в итоге добиваются определенных успехов, завоевывая призовые места на конференциях. Так из тех, кто не вписался в традиционный поток, получаются исследователи.

Можно ли в наш стремительный век учиться только умениям
без развития творческого мышления?

Это легко проследить на нескольких идеях.

XX в. назвали атомным, человек научился расщеплять атом и в какой-то мере добывать атомную энергию, хотя термоядерным синтезом люди еще не полностью овладели.

В XXI в. начинает господствовать нанотехнологии, которые позволяют изменять микромир и создавать молекулы с любыми свойствами, получать новые материалы и объекты путем манипуляций с отдельными атомами и другими частицами размером в одну миллиардную часть метра. Возникают возможности создания биомеханических микромашин, управлять (открывать и закрывать) микрокапсулы, направленные по кровяному руслу больного человека, управлять ориентацией электронных частиц, их зарядом для создания систем новых квантовых вычислений.

Развивается системный инжиниринг нанотехнологий.

Обратим внимание на развитие идей управления. Сначала возникла возможность автоматического управления большими объектами (машинами, самолетами и т. п.) на основе «обратной» связи. Это управление «в большом» (когда деформация объекта не учитывается). Затем эти идеи в конце XX в. были развиты «в малом» для управления деформациями механических объектов. Теперь развиваются идеи управления в микромире.

Инженерное творчество и технические нормы.
Учить исполнять инструкции или подходить творчески.
О стереотипах в обучении и инженерной практике

Обучение инженеров часто ограничивают знанием СНиПов, т. е. обучают знаниям правил и норм без их научного обоснования. Это простейший (элементарный) путь натаскивания знаний, позволяющих тиражировать важные, проверенные опытом результаты. Правила и нормы надо знать, но знать далеко не означает понимать. А отсутствие глубокого понимания является часто причиной многих ошибок и неэффективных решений, сопровождающихся ложной психологической убежденностью в том, что решение соответствует СНиПу. Сфера понимания норм и правил должна охватывать следующее:

· прежде всего, те условия и область, к которой они относятся, т. е. очевидно, что применение за пределами этих условий и областей ошибочно;

· знание и понимание тех закономерностей и экспериментальных исследований, на основе которых эти нормы и правила возникают, т. е. если эти основополагающие факторы изменились или не имеют места, или добавились новые, то применимость СНиПов требует глубокой ревизии вплоть до полной замены. Например, в СНиПе 1985г. на железобетонные гравитационные плотины разрешается выполнять работы по упрощенной схеме (по плоской схеме или отдельных столбов), что и было сделано для плотины Богучанской ГЭС. Однако ответственность сооружения и сложности состояния основания плотины, а также возможные сейсмические воздействия заставляют отвергнуть такой упрощенный подход;

· очевидно, что разработка и применение новых решений, например конструкций и материалов, не входит в компетенцию действующих СНиПов. Однако в нашей стране специалисты госэкспертизы, как правило, только и руководствуются ими, налагая запреты на использование новых решений, которые, конечно, не прописаны в СНиПах, т.е. новые разработки и существующие СНиПы несовместимы. Отсюда возникла проблема «внедрения инноваций» (не только техническая, но и психологическая) преодоление инерции старого. Сергею Павловичу Королеву «повезло»: СНиПов для освоения космоса не было (шутка).

Приведу два примера из своей строительной практики:

§ были разработаны новые сталежелезобетонные пространственные конструкции покрытий, в которых эффективно использовались свойства каждого из составляющих материалов (металл-на растяжение, бетон-на сжатие). Есть СНиПы отдельные на металлические и отдельно на железобетонные конструкции, а единого СНиПа на новые сталежелезобетонные конструкции нет. И вот пришлось доказывать право на существование таких комбинированных конструкций не только теоретически, но и экспериментально;

§ на бывшей городской свалке было решено построить несколько зданий промбазы. Учитывая слабые свойства грунтов и неопределенность их состава, были разработаны и применены поверхностные сплошные пространственные фундаментные платформы, обладающие большой изгибной жесткостью, малочувствительные к неравномерным осадкам основания. Требуемые по СНиПу инженерно-геологические изыскания с отрывкой шурфов на свалке выполнять, очевидно, бессмысленно, но экспертиза требовала. Построенные здания успешно эксплуатируются уже несколько лет, а другое здание на традиционном фундаменте стало аварийным. Так применение новых фундаментных решений преодолело в сложных условиях грунтов традиционные требования геологических изысканий.