Методологический подход фундаментальных и прикладных научных исследований

The article discusses issues related to the methodological approach of fundamental and applied scientific research. Implementation of this approach allows to solve the problem of familiarizing the students with modern methods of production, based on the developed scientific and technical laboratory equipment, allowing to conduct experimental studies.

Keywords: laws of physics, the technical object, the electric installation, engineering, modern methods of production.

В статье «Технология» для известной энциклопедии Брокгауза и Эфрона известный наш земляк Д.И. Менделеев писал, что технология есть прикладная наука, которая ногами стоит на физике, а головой упирается в экономику.

В книге «Философия техники в ФРГ» отмечается также, что «естественно не может оспариваться тот факт, что современная техника опирается на естественнонаучное познание и использует его. Однако нельзя забывать и о том, что столь впечатляющие технические достижения были получены в те времена, когда естественные науки в том виде, в каком, как мы их знаем, еще не появились на духовном горизонте, и что сегодня технически освоено многое такое, для чего мы не имеем никакого теоретического выражения, не говоря уже о подсказанных теорией и подходах и решению»[8].

Общеизвестно, что в основе функционирования любых технических объектов лежат законы физики. При этом техника, под которой понимают, во-первых, средство труда, во-вторых, систему искусственных органов чело­веческого тела, органов деятельности; в-третьих, общественную материаль­ную систему, в-четвертых, особым образом организованные человеком мате­рия, энергия и информация, а также способы их применения в преобразующей деятельности человека, будучи объектом технического творчества, является простой реализацией физических знаний: она имеет свои специфические законы развития, являющиеся основой технического творчества.

Отметим, что законы физики служат лишь исходной основой для тех­нической творческой деятельности. Причем действия их проявляется в специфической форме, связанной с тем, что реальные условия функцио­нирования технических объектов накладывают большое число ограничений конструкторского, технологического, экономического, эргономического, экологического и эстетического плана. Поэтому, для того, чтобы материализоваться в технических объектах, физические законы должны быть трансформированы в технические законы. Развитие физики – необходимое, но недостаточное условие для создания новой техники. Именно поэтому для того, чтобы ставить и успешно решать современные технические проблемы, необходимо не только изучать процессы, протекающие в природе, но и открывать законы их протекания.

В отличие от физического познания, стремящего исследовать новый тип объектов и выявить новую закономерность, техническое познание имеет несколько иные цели: с одной стороны, необходимо дать теоретическое описание совокупности однородных объектов (технических устройств), а с другой стороны, нужно осуществлять постоянный поиск мате­матических соотношений и преобразований, упрощающих громоздкие и сложные инженерные расчеты. Если в фундаментальной науке прикладные задачи и расчеты выводятся из теории, отделяются от доказательств, обос­нований и эксперимента, то в технической науке объединяются вместе до­казательства, теории, задачи и расчеты. Несмотря на качественное много­образие объектов технического знания, техническим наукам присуще единство позиции, которая лежит в основе ее описания: технические науки выявляют связь строения и функционирования технических устройств [4].

Для понятий технических наук характерно то, что в них природные явления, на которых основано действие технических устройств, берутся с известным приближением к условиям их проявления в реальных материалах, конструкциях, устройствах, объектах.

Отметим, что наряду с теми функциями, которые свойственны физи­ческой теории: описание, объяснение, предсказание и т.п.,технологическая теория выполняет конструкторско-проектировочную функцию. Связывая технические знания с областью интеллектуальной конструктивной деятельности, мы тем самым выделяем ее функциональную специфику, подчеркивая при этом, что это преимущественно знания о методах решения конструкторских задач, знания о том, каким способом можно что-то сделатьэто знания о том «как», а незнания о том «что».

Конструирование как создание образа каждой детали (на­помним, что любой технический объект состоит из множе­ства деталей) предполагает решение двуединой задачи. Во-первых, максимальное удовлетворение требованиям конст­рукции и эксплуатации узла, во-вторых, обеспечение мини­мума затрат на производство будущей детали, которая пока существует как идея и как несколько линий на чертеже.

В известной мере учет требований экологии к технологи­ческим процессам оборачивается экономией ресурсов в нату­ральном и денежном выражении: чем меньше у природы взя­то материалов, энергии, воды, чем меньше объем отходов и выбросов, тем рациональнее экономика производства.

Отражение всех этих аспектов в коммуникативном доку­менте, называемым чертежом, является ответственным творческим делом. Известные чертежные стандарты и требова­ния к конструкторской документации оставляют простор для творчества в передаче необходимой технологической ин­формации. Творчество - в полноте и сообразности этой ин­формации.

В любом случае конструирование каждой детали пред­полагает решение интеллектуальной задачи выбора и уста­новления взаимосвязей в многомерном пространстве фак­торов:

- условия эксплуатации;

- конфигурация, размеры, точность;

- свойства поверхности;

- материал;

- необходимость термической и другой обработки;

- особенности заготовки;

- возможность изготовления;

- отходы и их использование.

Параметры выбора могут быть противоречивыми. Напри­мер, есливыбрать прочную и твердую сталь, то могут возникнуть проблемы с ее обработкой, допустим, на токарном или фрезерном станке. Или по условиям поставки такой материал такого сортамента может быть заказан не менее, допустим, пяти тонн.

Разрешение таких противоречий, разумеется, оборачива­ется экономией, однако на этапе выбора материала необходимо учитывать возможные технологические решения [2].

Своеобразие теоретического уровня технической науки заключается в том, что она наряду с конструктивно-техническими и технологическими знаниями, являющимися обобщением практики инженерной деятельности, включает в себя также и практико-методические знания, т.е. знания, имеющие характер предписаний для создания и функционирования технических объектов.

Именно реализация такого методологического подхода позволила нам разрешить проблему ознакомления студентов факультета математики, информатики и естественных наук, профиль технологическое образование не только с традиционными механическими методамиобработки конструкционных материалов, но и с современными технологиями способов производства, что является потребностью в социально-экономическом развитии общества [1]. В частности, нами разработано научно-технологическое лабораторное оборудование, позволяющее проводить экспериментальные исследования. На лабораторное оборудование были получены патенты на полезную модель [5,6,7]. В разработке, конструировании и изготовлении установкипринимали участие студенты 4-5 курсов. При этом они применяли разнообразные методы поиска решения творческих задач. Сложность решения заключалась в том, что в условиях маленького городка, каким является Ишим, предприятия, на которых бы использовались электрофизические и электрохимические методы обработки материалов, отсутствуют. Однако ознакомление студентов с методами коллективного решения технических и технологических проблем позволило им не только решить технические и технологические задачи, но успешно справиться с задачами методи­ческого плана при создании названногооборудования. Все началось с того, что преподаватель продемонстрировал явление возникновения электрической искры между двумя электродами (лезвием бритвы и стержнем, которые подключены к источнику переменного тока. Студенты видят, что на по­верхностях электродов возникают следы эрозии. Затем к таким же электродам подается пульсирующий ток. Студенты наблюдают, что эрозия возникает на поверхности одного из электродов. Основываясь на знаниях о механизме протекания электрического тока в газах, полученных при изучении физики, они дают объяснение наблюдаемому. Весьма часто искровой разряд переходит в дуговой. Для того, чтобы это не происходило, можно один из экземпляров заставить колебаться. Для этой цели лучше всего использовать магнитострикционный эффект, наблюдаемый в никель- содержащих сплавах.

Так рождалась установка, позволяющая электроискровым методом вести обработку конструкционных материалов: «принцип действия», «способ действия», «конструкция», «технические условия», «параметры». Один из участников творческой группы однажды заметил, что если на электро­магнитную головку, представляющую катушку, помещенную на магнито­стрикционный сердечник, подать электрический ток, изменяющийся не частотой 50 Гц, а с частотой ультразвука, то на этой основе нами разработана установка для обработки конструкционных материалов с помощью ультра­звука. Были также разработаны методические рекомендации к лабораторному практикуму [3], в которых предусматривается применение поисково-исследовательского метода с элементами учебно-исследовательской и научно-исследовательской работы студентов.

Литература:

1. Гоферберг, А.В. Теоретическое обоснование обучения будущих учителей технологии и предпринимательства современным технологиям способов производства как потребность социально-экономического развития общества [Текст] / А.В. Гоферберг, О.В. Сидоров // Вестник Ишимского педагогического института им. П.П. Ершова. 2012 №4(4). С. 4-12.
2. Ларнер, П.С. Инженер третьего тысячелетия: Учеб. пособие для профильной ориентации и профильного обучения школьников [Текст] / П.С. Лернер. – М.: Изд-во Академия. 2005. – 304 с.
3. Сидоров, О.В. Методические рекомендации для проведения лабораторного практикума по обработке конструкционных материалов методом электроискровой, ультразвуковой обработки и поверхностной закалки металлов токами высокой частоты [Текст] / О.В. Сидоров, А.С. Тихонов. Учебно-методическое пособие. Ишим, 2003.
4. Сидоров, О.В. Проектирование технических объектов как средство развития технического мышления учителей технологии [Текст] / О.В. Сидоров в сборнике: Технологическое образование в инновационно-технологическом развитии экономики страны. Материалы XX Международной конференции по проблемам технологического образования. //Под ред. Ю.Л. Хотунцева. – М., 2014. – С. 352-356.
5. Установка для исследования термической обработки металлов и сплавов токами высокой частоты / О.В. Сидоров, А.С. Тихонов, А.Н. Ростовцев. Патент на полезную модель RUS 93538 14.12.2009 г.
6. Учебно-лабораторная установка для электроискровой обработки металлов в жидких средах / О.В. Сидоров, А.С. Тихонов, А.Н. Ростовцев. Патент на полезную модель RUS9356811.01.2010 г.
7. Учебно-лабораторная установка для исследования процесса обработки токопроводящих материалов в жидких средах с помощьювысокочастотного электроискрового разряда / О.В. Сидоров, А.С. Тихонов, А.Н. Ростовцев. Патент на полезную модель RUS 102 122 02.07.2010 г.
8. Философия техники в ФРГ: пер. с нем. / Состав и предисл. В.Г. Арказанян, В.Г. Горохов. – М.: Изд-во Прогресс, 1989. – С. 335.