Памятка для студентов, приступающих к научно-исследовательской работе

Ю. А. Попов

ПАМЯТКА ДЛЯ СТУДЕНТОВ, ПРИСТУПАЮЩИХ К НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

МОСКВА 1979

УДК 001:378.6.001 П о п о в Ю. А. Памятка дня студентов, приступающих к научно-исследовательской работе. М.: МИФИ, 1979. 28 с. В настоящей памятке даны некоторые общие сведения о научноисследовательской работе и особенностях научной деятельности. Наука является одной из сложнейших форм общественного сознания, поэтому приведенные трактовки следует рассматривать как один из вариантов. В приведенной последовательности этапов НИР возможны отклонения, уточнения, связанные с особенностями НИР, традициями коллектива и т.д. Тем не менее, данный материал может послужить основой для выработки собственного стиля НИР, как целыми коллективами, так и отдельными исследователями. Рассмотрены особенности научно-исследовательской работы студентов, приведена характеристика основных этапов НИР. Обсуждаются необходимые инженеру-исследователю качества, даны краткие сведения о технике индивидуальной работы. Памятка предназначена для студентов и молодых специалистов.

© Московский инженерно-физический институт, 1979 г.

Содержание

Научно-техническая революция и процесс обучения ........................ 4 Общие сведения о научно-исследовательской работе. ...................... 5 Познавательные задачи, решаемые в ходе выполнения НИР ............ 6 Средства познания .............................................................................. 7 Особенности современной Научной деятельности ............................ 8 Особенности научно-исследовательской работы студентов .............. 12 Качества,необходимые инженеру исследователю.............................. 24 Техника индивидуальной работы ....................................................... 25 Список использованной литературы .................................................. 26

3

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ И ПРОЦЕСС ОБУЧЕНИЯ XX век стал веком подлинной научно-технической революции, главная особенность которой состоит в том, что она совпала с величайшей социальной революцией человечества, со строительством социализма в нашей стране, созданием социалистических государств в Европе, Азии и Америке. Социалистический строй с его плановой системой создает безграничные возможности доя научно-технического прогресса. Материально-техническая база коммунистического общества может быть создана только путем объединения научно-технической революции с преимуществами экономической системы социализма, путем максимального развития различных форм связи науки и производства. Сейчас при долгосрочном планировании приходится учитывать то, что дает наука сегодня и что даст завтра. Без новейших достижений науки нельзя успешно развивать промышленность. Отрезок времени между научным открытием и его применением, так называемый «лаг», стал очень коротким. Например, от открытия принципов фотографии до разработки ее технических средств прошло 118 лет. Лаг внедрения телефона составил 56 лет, радио – 35, радиолокации – 15, телевидения – 12, транзистора – 5, интегральных схем – 3 года. Расширяющиеся научно-технические исследования требуют большого притока хорошо подготовленных молодых специалистов, которых готовят вузы нашей страны. В настоящее время в вузах СССР обучается в 2,5 раза больше студентов, чем в Англии, Франции, ФРГ и Италии вместе взятых. В десятой пятилетке в нашей стране будет подготовлено 9,6 млн. специалистов с высшим и средним специальным образованием. Научно-технический прогресс требует непрерывного совершенствования форм и методов обучения, позволяющих значительно повысить качество подготовки специалистов в вузе. Перед МИФИ поставлена задача выпуска инженеровисследователей, сочетающих хорошую инженерную подготовку с 4

глубокими знаниями точных наук и способных решать актуальные проблемы современной науки и новейших отраслей промышленности. Каждый специалист, оканчивающий МИФИ, должен обладать определенной суммой теоретических знаний и уметь творчески использовать их в работе, иметь практические навыки в избранной специальности, уметь постоянно расширять свой кругозор, выбирать и использовать в работе все то новое, полезное, что содержится в бесконечном потоке современной информации. Решающее значение в подготовке таких специалистов играет привлечение студентов к научно-исследовательской работе. Деятельность выпускников МИФИ на производстве и в НИИ связана главным образом с принятием научно обоснованных, технически грамотных, экономически целесообразных инженерных решений, а также с проведением научно-исследовательских работ в различных областях науки и техники. Выпускник МИФИ, наряду с умением мыслить абстрактно, должен иметь прочные навыки инженерного мышления. Специалист, обладающий качествами теоретика и инженера, способен обеспечить быструю практическую реализацию своих идей. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ Научно-исследовательской работой (НИР) или научным исследованием называется познавательная деятельность, представляющая чясте-матическое и целенаправленное изучение объектов, в процессе которого используются средства и методы науки и которое завершается формулированием знаний об изучаемых объектах. Готовые результаты научного исследования излагаются или формулируются в виде точного описания эксперимента, схемного или конструктивного решения, в виде гипотезы, теории или закона. Научно-исследовательская работа направлена на решение конкретных проблем, формулируемых в виде целей, которые должны быть достигнуты в результате выполнения НИР. Уяснению этих целей и поискам путей их достижения направлены все познавательные действия исследователя. В зависимости от характера изучаемых объектов и решаемых проблем НИР подразделяются на два основных вида. 5

1. Прикладные исследования и разработки, направленные на практическое использование известных законов и теорий, т.е. на поиски методов практического применения известных или новых материальных средств познания (приборов, установок, аппаратов, алгоритмов), способов создания новых средств труда, источников энергии, новых веществ и т.д. Такие исследования важны не только для народного хозяйства, но и для развития самой науки. Нередко они сами ведут к новым открытиям. 2. Теоретические исследования направлены на критическое изучение ранее предложенных решений, на модификацию, уточнение или. эмпирическую проверку принятых в науке законов, гипотез, теорий. Фундаментальные теоретические исследования обычно направлены на поиск принципиально новых идей, путей и методов познания. Решение научных проблем в этом случае требует глубокого анализа разработанных систем научных знаний – теорий, законов, гипотез, критического изучения познавательных возможностей используемых методов и средств познания. ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ В ХОДЕ ВЫПОЛНЕНИЯ НИР Отдельные этапы на пути выполнения НИР в общем виде определяются как познавательные задачи. Они формулируются как конкретные целевые установки, расчленяющие решение проблемы на отдельные познавательные этапы. Познавательные задачи организуют все действия исследователя в единую целенаправленную систему, что позволяет контролировать и согласовывать друг с другом результаты, получаемые на различных этапах выполнения НИР. В общем случае познавательные задачи подразделяются на эмпирические и теоретические. Эмпирические познавательные задачи состоят в выявлении, тщательном изучении и точном описании фактов об изучаемых объектах путем наблюдений, экспериментов и измерений. Решение эмпирических познавательных задач требует огромных усилий, навыков и терпения исследователей. Очень часто обнаружение новых фактов ведет к открытию новых объектов и новых материаль6

ных средств познания (открытие лучей Рентгена, радиоактивности, катодных лучей и т.д.). Теоретические познавательные задачи связаны обычно с выявлением и изучением конкретных причин, связей, зависимостей, взаимодействий, позволяющих объяснить поведение изучаемых объектов. При их решении исследователь всегда вынужден выходить за пределы непосредственно наблюдаемых характеристик, при этом важную роль играют логические методы познания: анализ, синтез, моделирование, аналогия и др. Теоретические формулировки обычно должны допускать их эмпирическую (опытную) проверку. СРЕДСТВА ПОЗНАНИЯ В ходе развития науки непрерывно совершенствуются средства познания, которые можно разделить на две большие группы: материальные и математические. Материальные средства познания включают разнообразные приборы и установки для наблюдения, измерения, позволяющие изменять изучаемые объекты и фиксировать производимые изменения. Весьма эффективными, наиболее мощными и универсальными материальными средствами познания являются ЭВМ, на которых моделируются различные объекты и процессы, обрабатывается информация о научных экспериментах и которые могут управлять сложнейшими экспериментальными установками. Математические средства познания позволяют представить качественную природу изучаемых объектов в виде тех или иных типов количественных зависимостей. Математические методы позволяют выразить такие зависимости в общем виде, отвлекаясь от многочисленных второстепенных влияний. Особенно важна здесь роль статистических, вероятностных методов получения математических моделей и алгоритмов, позволяющих проводить эксперименты на ЭВМ. Математические исследования нередко становятся источником новых идей и принципов, способствующих возникновению гипотез, теорий и целых направлений в науке. Систематическое изучение и разработка логического аппарата, применяемого в математике и в математической логике, оказывает большое влияние на развитие теоретического и логического аппарата в эмпирических исследованиях. 7

Современная наука требует от специалистов владения навыками эффективного использования как материальных, так и математико-логических средств познания. Много новых требований к познавательной деятельности ученого предъявляет использование ЭВМ. Это умение моделировать, оперировать символическими языками, программировать и т.д. В физике даже образовалось новое направление – вычислительный эксперимент. Многие современные физические задачи изза обилия переменных параметров невозможно описать аналитически, т.е. выводя уравнения и подставляя в них числовые значения из начальных условий. Оказалось, что в процессе решения таких сложных задач нужно непрерывно оценивать величины физических параметров и пренебрегать меньшими из них для выявления преобладающих процессов. При постановке задачи этих моментов предугадать нельзя. Как правило, такие процессы трудно или вовсе невозможно изучать экспериментально, так как они протекают в течение очень коротких промежутков времени и связаны с большими энергиями. Единственным выходом является формулировка задачи, ее программирование и решение на ЭВМ. Анализ на ЭВМ часто является основой для совершенствования физических экспериментов. Наука наиболее быстро развивается там, где удается найти новые методы решения проблем, поэтому поиски таких методов становятся важной частью познавательной деятельности исследователя. ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Дифференциация и интеграция в научных исследованиях Растущая дифференциация современной науки требует все более глубокой специализации, исследователей, что является важной предпосылкой повышения профессионального уровня любого вида научно-исследовательского труда. Однако наряду с этим наблюдается все большая интеграция наук в изучении сложных объектов и решении многих научных проблем, когда методы, принципы, идеи, разработанные для изучения одних объектов, становятся необходимыми и эффективными для изучения совершенно других объектов. Интеграция предъявляет новые требования к научно8

исследовательской деятельности и, в частности, требует кооперирования усилий представителей различных наук. «Понемногу обо всем или все — об одном». Наука развивается по экспоненте уже более трехсот лет. Экспоненциальный приток новой информации затрудняет ее усвоение, и для специалиста возникает реальная опасность отстать от современного уровня развития науки. По мнению специалистов, от одной трети до половины всех научных экспериментов проводится вследствие неинформированности специалистов о подобных исследованиях, поэтому систематическая работа с источниками информации должна стать привычкой инженера-исследователя. Другой причиной экспоненциального роста объема знания стала усиливающаяся с каждым годом дифференциация и специализация науки. В наше время удвоение специализации происходит в те же 10-15 лет, что и удвоение массы знаний. Накладывание этих двух процессов делает неизбежной узкую специализацию ученого, ибо он не успевает усваивать информацию в широком диапазоне и вынужден все более сужать круг своих интересов. Узкая специализация ведет к утрате панорамного видения, и следствием этого нередко оказывается односторонность в решении научно-практических задач. С другой стороны, известно, что современная наука развивается в пограничных областях. А это стимулирует появление новых часто неожиданных комплексов, обязывающих знать как раз смежные отрасли знания. Поэтому для будущего науки чрезвычайно важен широкий кругозор специалистов, который необходимо развивать со студенческой скамьи. В этом деле наряду с систематической и планомерной работой над источниками информации, большим подспорьем являются резервы человеческого мозга. По мнению большинства ученых, резервы мозга фактически еще не тронуты, и мозг способен переработать и дать гораздо больше, чем мы пока имеем. О границах возможности памяти можно судить по способностям отдельных людей. Например, выдающийся шахматист Михаил Ботвинник может восстановить в памяти ходы 25-30 партий, сыгранных за несколько дней до этого момента в сеансе одновременной игры. А вообще он помнит наизусть несколько тысяч шахматных партий. Исключительной памяти требует игра «вслепую». Например, шахматисту Яну Флешу, который вел «вслепую» 54 партии (31 из 9

них выиграл, 18 свел вничью, 3 проиграл), приходилось оперировать 1728 фигурами на 3456 клетках. Прекрасно развита память полиглотов (людей, знающих несколько языков). Известны люди, наши современники, знающие до 70 языков. Опыт показывает, что не только особо выдающиеся, но и обыкновенные люди путем упорной тренировки способны повысить емкость своей памяти в 5-10 раз. Поэтому непрерывно тренируйте, совершенствуйте свою память, она будет верным помощником в вашей дальнейшей работе. Возрастание объема научной информации Удвоение новых научных результатов сопровождается восьмикратным увеличением объема научной информации. Невозможно эффективно работать на переднем крае науки, изолируясь от все возрастающего потока информации. Поэтому исследователям почти во всех науках приходится для формулирования и решения проблем привлекать огромный объем знаний, почерпнутый во время систематической работы над научно-технической информацией. Современный исследователь, приступая к разработке нового вопроса, должен знать его состояние, уровень, на котором в мировой или отечественной практике решается данная проблема или техническая задача. Можно привести много примеров из мировой практики, когда из-за плохой осведомленности ряд научных работ проводился напрасно. Несколько научно-исследовательских лабораторий США потратили 5 лет на разработку методов синтеза релейноконтактных схем. Однако это исследование было выполнено в СССР, и его результаты были опубликованы еще до того, как над этой проблемой начали работать американские специалисты. Научный работник в коллективе Современная наука становится все более коллективной. По мере того как наука превращается в производительную силу, ее эксперименты все чаще становятся производственными, промышленными — и по масштабам и по стоимости. Коллективность науки возрастает также ввиду экспоненциального роста объема знаний, 10

поскольку информированность коллектива выше информированности ученого-одиночки. Однако все это не умаляет роли отдельного ученого, его опыта, подготовленности, целеустремленности. Как бы ни возрастало значение научно-исследовательских коллективов в науке, трудно логически мыслить коллективно, коллективно наблюдать, формулировать новые проблемы, идеи, строить и анализировать теории. Побочные познавательные действия обычно выполняются отдельными научными работниками, поэтому недоучет их индивидуальных возможностей, пренебрежение ими неизбежно задерживает прогресс в науке. Стимулирование и развитие индивидуальных способностей и возможностей отдельных исследователей, умелое использование их опыта всегда будет важным источником научного прогресса. Разделение труда в современной науке. Экспериментаторы и теоретики Разделение труда среди научных коллективов идет по нескольким направлениям. Одни коллективы заняты решением фундаментальных проблем, поиском новых направлений и методов, другие – разработкой новых материальных средств познания, которые, в свою очередь, могут быть сложными, например вычислительные машины или гигантские современные ускорители элементарных частиц. Весьма важную роль играют коллективы, занятые прикладными исследованиями (специализированные отраслевые институты, заводские лаборатории, опытные заводы). Среди научных работников в этих коллективах можно выделить экспериментаторов и теоретиков. Разделение труда между экспериментаторами и теоретиками связано, прежде всего, с характером изучаемых объектов. Экспериментаторы обычно заняты эксплуатацией и разработкой материальных средств познания, организацией и проведением экспериментов, наблюдений, измерений, обработкой результатов экспериментов. Решение научных задач, проверка теорий, гипотез экспериментальными методами оформились в самостоятельный вид научно-исследовательской деятельности. Роль и место эмпирических методов познания в современной науке непрерывно возрастает по мере совершенствования и усложнения экспериментальных установок, приборов, ЭВМ и систем на их основе. 11

Ряд объектов в квантовой физике и других науках, изучающих микромир, не могут быть предсказаны, объяснены и обнаружены независимо от соответствующих теорий и гипотез. В связи с этим непрерывно возрастает роль теоретиков — специалистов, умеющих создавать, модифицировать теории и гипотезы, проводить сложнейшие расчеты и всесторонний анализ явлений материального мира. Теоретические исследования часто во многом определяют экспериментальные исследования и поиски эффективных методов практического приложения научных знаний. Выделение теоретиков и экспериментаторов — несомненный показатель прогресса науки. Современный специалист должен не только знать основные методы решения теоретических и практических задач, но уметь правильно формулировать и ставить задачи, что часто является более трудным и ответственным этапом. В постановке задачи следует оттенить различие ее для теоретика и для экспериментатора. Задача теоретика – дать математическую модель с заданными уравнениями и граничными условиями. Задача экспериментатора – выбрать корректную постановку эксперимента с оценкой необходимой точности. На успех в современной науке могут рассчитывать исследователи, обладающие глубокой разносторонней подготовкой, широтой взглядов и пониманием основных тенденций развития науки. ОСОБЕННОСТИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ Для любых форм научно-исследовательской работы студентов (НИРС), учебных и в неучебных, характерно решение небольших задач, которое может быть выполнено за обозримое время и позволяет получить реальные результаты. Только последовательно переходя от малых задач к более крупным, будущий специалист достигает необходимого профессионального уровня. Однако, несмотря на преобладание малых форм, тематика НИРС в абсолютном большинстве случаев направлена на решение конкретных и необходимых для народного хозяйства проблем, и поэтому она ничем не отличается от аналогичных НИР, выполняемых в научных и промышленных организациях. 12

Когда целесообразнее приступать к НИРС? Опыт показывает, что на 1-х и 2-х курсах в НИРС эффективно участвуют только отдельные студенты, получившие хорошие навыки практической работы до поступления в вуз (радиолюбители, выпускники техникумов, программисты-операторы ЭВМ и тл.). Поэтому на 1-2-х курсах целесообразно начать подготовку к НИРС. Подготовка к НИРС обеспечивается в МИФИ целой системой мероприятий, среди которых можно выделить: - экскурсии на профилирующие кафедры и беседы о специальности; - участие в олимпиадах, конкурсах и научных кружках по дисциплинам, изучаемым на младших курсах; - вступление в клубы по профессиям («ядерный клуб», «клуб физики твердого тела» и тл.) МИФИ, которые созданы для пропаганды достижений теоретической и экспериментальной физики, электроники и кибернетики и привлечения студентов к более глубокому изучению теоретических основ этих наук, к работе со специальной литературой; - участие в работе студенческих научных семинаров (СНС), которые организуются многими профилирующими кафедрами для привлечения студентов к более глубокому и всестороннему изучению дисциплин учебной программы, теоретических основ профилирующих курсов, обучению работе со специальной литературой, составлению рефератов и обзоров. НИРС непрерывно совершенствуется, поэтому, несомненно, будут возникать новые формы работы со студентами младших курсов, способствующие их подготовке к серьезным научным исследованиям. На 3–4-х курсах студенты приступают к выполнению учебноисследовательских работ и курсовому проектированию. Более тесные контакты с профилирующей кафедрой позволяют обычно выбрать как подразделение, так и форму участия в НИРС, которые наилучшим образом соответствуют способностям и наклонностям студента. Наряду с работой в СНС можно порекомендовать в этот период работу в конструкторско-исследовательских бюро – СКИБах МИФИ, а также в научных лабораториях и научноисследовательских группах кафедр. 13

На этом этапе в большинстве случаев НИРС оказывается частью НИР научного подразделения и бывает направлена на решение вопросов, связанных с исследованием и разработкой элементов, систем или процессов. Основные этапы НИР Для большинства исследований характерны этапы, выполняемые в последовательности, показанной на схеме. На примерной схеме для связи между этапами НИР использованы двунаправленные стрелки, показывающие возможность многократного повторения любого из этапов. СХЕМА ВЗАИМОСВЯЗИ ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ НИР 1. Изучение и уяснение целей и задач НИР 2. Изучение литературы и обзор информации по тематике НИР 3. Анализ путей решения задачи и выбор методики исследования, изобретательство 4. Разработка и построение моделей (аналитических или экспериментальных) 5. Оптимизация параметров объекта 6. Анализ полученных результатов 8. Испытание опытных образцов 10. Передача результатов исследования в производство.

1. Уяснение целей НИР Правильность выбора направления исследования и полнота исследования зависят от четкого определения цели, которая должна быть достигнута, и требований, которые должны быть удовлетворены в результате выполнения НИР. 14

В ходе выполнения первого этапа необходимо ответить на следующие вопросы: Что дано? Что неизвестно? Каковы ограничения при выполнении НИР? Если разработчик компетентен, он может определить правильность назначения сроков этапов НИР, реальность заданных параметров и их допусков, наличие уже решенных родственных задач, которыми частично можно воспользоваться. В противном случае на эти вопросы можно ответить, лишь выполнив второй этап. 2. Изучение литературы и обзор информации по тематике НИР Осведомленность в фактах, относящихся к исследуемому вопросу, достигается благодаря изучению литературных источников, научных отчетов и обзоров, если таковые имеются, использованию сведений отдела технической информации и патентного бюро, изучению материалов по аналогичным разработкам (конкретных готовых схем, чертежей, технологических процессов, методов расчета и т.д.). Обязательно необходим подробный и полный учет запросов и требований современного уровня техники и промышленности, который также может быть проведен лишь после ознакомления с соответствующей технической литературой. Особенно важно уже в студенческие годы выработать привычку систематически следить за новыми работами, публикуемыми по вопросам своей специальности. Для этого нужно знать круг отечественных и зарубежных периодических изданий, в которых публикуются работы по интересующим вопросам. Большое значение имеет знание одного или нескольких иностранных языков, позволяющее бегло читать технический текст. Кроме периодических изданий необходимо ознакомиться с отдельными монографиями, относящимися к области разработки. Составление аннотаций Аннотацией называется краткое изложение содержания материала, иногда с его критической оценкой. В аннотации следует указывать автора, название источника информации, год выпуска, его номер, страницы. 15

Наличие письменной аннотации на тот или иной источник информации позволяет легко и быстро восстановить в памяти все нужные детали. Аннотировать необходимо работы, не только непосредственно касающиеся данного вопроса, но и касающиеся его косвенно, потому что часто лучшее решение связано с проникновением в смежные области. Аннотации удобно составлять на карточках из плотной бумаги, например, размером 130 70 мм, которые затем помещать в специальный ящик — картотеку. Карточка должна облегчать поиск литературы при решении каких-либо вопросов, поэтому карточки подбирают в определенном порядке: по алфавиту либо по источникам (журналам, книгам). Соста вл ени е р еф ера т ов Рефератом называется обобщение литературного материала по данному вопросу, предпринятое с целью детального изучения вопросов НИР. Реферат может являться как самостоятельным этапом в научной работе, особенно в рамках НИРС, выполняемых на младших курсах, так и играть вспомогательную роль. Составление реферата заключается в письменном изложении научной проблемы и вопроса НИР на основании их изучения по нескольким источникам информации. При этом в рефератах обычно приводятся данные из различных работ, сравниваются применяемые методы исследования и полученные результаты, делаются критические замечания и выводы М ет одика из уч ения н ов ог о ма т ериа ла Рекомендуется следующая последовательность работы при изучении новых материалов. Первый цикл. Первое чтение всего материала изучаемой темы с максимальной (привычной) скоростью для ознакомления с общим содержанием темы, характером изложения вопросов и уяснения степени их сложности. Второй цикл. Вторичное быстрое чтение по разделам с остановками для продумывания и проверки того, как запомнилось содержание основных положений прочитанного текста. 16

Третий цикл. Краткое конспектирование (при необходимости) по памяти, выполнение упражнений, оценочных расчетов. Четвертый цикл. Самоконтроль – собеседование с преподавателем, коллегами по работе с целью убедиться в правильности понимания тех или иных вопросов. Скорость чтения и осмысливания изучаемого материала, число повторений будет зависеть, конечно, от содержания и новизны материала и от осведомленности изучающего материал, а также от степени выработки навыков быстрого чтения, особенно от натренированности мышления и памяти. Так, например, электрическую схему даже относительно сложной аппаратуры можно прочитать и понять с одного взгляда, если хорошо изучены и сохранились в памяти схемы отдельных типовых каскадов, а также обозначения всех элементов. Изучение нового материала удобно использовать для выработки навыков быстрого чтения, которые необходимы любому работнику умственного труда. Желательно, чтобы новый материал изучался, как правило, в первой половине дня, чтобы регулярно проводились собеседования по изученным темам. 3. Анализ путей решения задачи и выбор методики исследования, изобретательство Знакомство с литературой дает общее представление об аналогичных задачах НИР и известных способах их решения. Исследователь должен сформулировать способ решения своей задачи. Иногда это просто шаблонное применение известных принципов или их известных вариантов, иногда необходимо выработать новую методику, новые идеи, для чего потребуется огромное творческое воображение, искусство и изобретательность. Способы получения хороших полезных идей для решения инженерных и научных задач, обладающие элементами новизны, называются изобретательством. Они требуют широких знаний, практического опыта, умения связать между собой разнообразные элементы и непредвзятого подхода, позволяющего принять нужное решение при наличии многих вариантов. В зависимости от характера НИР предметом изобретательства могут быть схемы и конструкции, идеи, теории и тд. Это может 17

показаться странным, но работа с ЭВМ требует больших интеллектуальных усилий и изобретательности. Составление алгоритма и перевод его на понятный ЭВМ язык, распределение памяти ЭВМ, отладка программы тестами – весь этот сплав делает работу специалиста, использующего ЭВМ, уникальной. Вот как образно об этом сказал член-корреспондент АЛ. Ершов в статье «О человеческом и эстетическом факторе в программировании»: «Программист должен обладать способностью первоклассного математика к абстракции и логическому мышлению в сочетании с эдисоновским талантом сооружать все, что угодно, из нуля и единицы. Он должен сочетать аккуратность бухгалтера с проницательностью разведчика, фантазию автора детективных романов с трезвой практичностью экономиста». Изобретение обычно отличается тремя признаками: новизной, полезностью, простотой. Под новизной следует понимать как решение совершенно новых задач, так и новые решения старых задач, а также комбинации известных решений, дающие новый эффект Полезными следует считать решения, обеспечивающие положительный эффект, какоелибо новое качество. Простота должна обеспечивать наименее сложный в данных условиях способ решения задачи. В целом склонность к изобретательству сильнее проявляется у восприимчивых людей, у тех, кто стремится к знаниям, кто любознателен, кто ценит теоретическое и прекрасное, у кого чувства и интуиция развиты в большей степени, чем у его коллег. Эти качества также можно в себе воспитать, путем тренировки можно стать более восприимчивым и менее рассудочным. Полезны уроки по искусству, особенно в области живописи или рисования, развивающие визуальное восприятие, а также тренировки для преодоления психологической инерции, имеющие целью преодоление традиционных схем взглядов и представлений. Для стимулирования новых идей применяется ряд известных методов. Метод инверсии, являющийся новым подходом к известной задаче, когда части объекта, условия его работы меняются местами, «выворачиваются наизнанку», «перевертываются вверх дном» и тл., т.е. если одна часть системы движется, а другая неподвижна, то 18

инверсия обозначает, что эти части меняются местами и т.д. Инверсии — очень простой и очень мощный метод получения новых взглядов. Метод аналогии, предусматривающий использование аналогичных ситуаций, встречающихся в других задачах, в природе и даже художественной, чаще всего в научно-фантастической, литературе. Метод систематического исследования новых комбинаций, в котором производится генерирование идей, и составляются как можно большие перечни способов, которые сводятся в таблицы. Анализ таблиц может привлечь внимание к комбинациям, которые в других случаях могут и не прийти в голову. Метод мозгового штурма заключается в генерировании большого числа разнообразных идей группой исследователей, свободно высказывающих свои мысли, которые записываются на магнитофон или стенографируются с обязательной отсрочкой критики и вынесения суждений на последующий период для окончательной их оценки. При выборе новых идей и методики исследований, особенно в области физики, нельзя забывать, что выбор должен быть сделан с учетом требования к точности эксперимента. Объективной оценкой является относительная ошибка опыта. Оценка точности опыта может быть сделана по принципу реального изучения отдельных источников ошибок. Когда способ, на основе которого может быть достигнута цель НИР, выбран, возникает задача определения конкретных параметров объекта исследований (схем, приборов, процессов). 4. Разработка и построение аналитических или экспериментальных моделей объекта В общем случае при выборе параметров объекта НИР он должен быть исследован по одному или нескольким критериям цели, для чего должны быть получены аналитические зависимости, описывающие работу объекта. Таким образом, должна быть создана исходная математическая модель (ИММ) объекта либо макет или образец объекта, т.е. получена его исходная физическая модель (ИФМ). В настоящее время особую роль приобретают методы анализа объектов исследований с помощью ЭВМ. Для этого составля19

ются машинные программы для моделирования объекта в отношениях, интересующих исследователя. Например, электронная схема замещается системой математических уравнений, которые описывают ее переходные процессы. Если в качестве параметров в эти уравнения входят также переменные внешних воздействий (температуры, входных сигналов и т.д.), то, запрограммировав решения уравнений относительно этих переменных, можно узнать поведение схемы при изменении температуры, входных сигналов и т.п. В большинстве случаев автоматизированный анализ объектов на ЭВМ выполняется быстрее и качественнее, чем соответствующий анализ реального объекта традиционными методами — аналитическими или экспериментальными. Для получения ИММ, описывающей функционирование сложных объектов, часто используют методы планирования эксперимента, которые позволяют путем целенаправленных испытаний объекта или его физической модели получить описывающие объект математические выражения в виде полиномов различных степеней. В заключение следует привести одно хорошее правило, согласно которому при решении любой задачи следует всегда пытаться использовать наиболее общие принципы. Специальные и сложные методы используются лишь тогда, когда ничто более простое не подходит и когда есть полная уверенность, что они применимы. 5. Оптимизация параметров объекта После того как получена система уравнений, описывающая поведение объекта в виде ИММ (или аппроксимирующего выражения), выбирается критерий цели — целевая функция, которая также выражается через параметры объекта. Далее находятся параметры объекта, которые максимизируют или минимизируют целевую функцию при заданных ограничениях. Для решения этой задачи используются различные методы, простейшим из которых является дифференцирование. Если какие-либо ограничения на функционирование объекта отсутствуют, оптимум находится путем решения системы уравнений, полученных приравниванием нулю производных от целевой функции по каждому из параметров объекта. При наличии функциональных ограничений используются другие методы, например метод «Гаусса–Зейделя», «метод наискорейшего 20

спуска или крутого восхождения», методы линейного программирования и т.д. 6. Анализ полученных результатов После выбора оптимальных параметров объекта при наличии определенных возможностей производятся изготовление и испытание опытного образца или макета объекта, которое имеет целью получения его окончательных характеристик и параметров. Результаты экспериментального исследования записываются в заранее подготовленные таблицы, помещаемые в журналах большого формата. Совершенно недопустимой является запись опытных данных на отдельных листках бумаги. Желательна прямая запись опыта без переписывания с каких-либо черновиков. При записи опыта должны приводиться полностью все опытные данные и все результаты промежуточных и окончательных расчетов с указанием даты проведения экспериментов. Следует заметить, что перед проведением основной части эксперимента желательны пробные опыты, чтобы отработать методику проведения эксперимента, учесть ряд неявных факторов, которые могут усложнить работу, и проверить предельные значения некоторых измеряемых величин. Нужно очень внимательно относиться к полученным результатам, желательно повторять опыт несколько раз и только после этого делать соответствующие заключения. После того как закончена экспериментальная часть, необходимо проанализировать полученные результаты, подготовить таблицы и графики в отчет, техническую документацию и сделать соответствующие выводы из работы. 7. Составление отчета, подготовка технической документации Вся документация оформляется согласно требованиям ГОСТа «Единая система конструкторской документации». Она должна обеспечивать полную комплектность документов, правильность условных обозначений технических величин, допусков; правильность сокращения слов и технических терминов, ясность пояснительного текста. 21

Основу отчета составляет пояснительная записка, которая должна быть безупречна в научном, идейном и эстетическом отношении, интересна по содержанию, иметь необходимый и грамотно оформленный справочный аппарат, облегчающий пользование ею. Пояснительная записка к отчету по НИР в общем случае должна содержать: 1. Техническое задание, в котором дается обоснование выбора темы и определение цели работы, заданные параметры объекта исследования и допуски на них. 2. Анализ литературных источников и обзор информации в области исследования и разработки, где должна быть показана полная осведомленность в фактах, относящихся к данному вопросу. Кратко изложены результаты статей, обзоров, научных отчетов, сведений отдела технической информации и патентного бюро. Проведена оценка аналогичных разработок, рассмотрена возможность использования готовых результатов и унифицированных элементов, проведен учет запросов и требований современного уровня развития науки и промышленности. 3. Исчерпывающие материалы по выполнению отдельных этапов согласно последовательности выполнения НИР. Обоснование и описание частных методик исследования, применяемых в данной работе. 4. Результаты теоретических расчетов, моделирования объекта, экспериментальных исследований, таблицы, графики, пояснения и выводы по ним. 5. Основные выводы по работе, содержащие обсуждение полученных результатов с точки зрения получения новых данных, их практической значимости, соответствия современному техническому уровню, перспективности использования результатов исследования в промышленности и в науке. 6. Всю необходимую техническую документацию, выполненную согласно требованиям ГОСТа. Допускается иллюстрация отчета фотографиями установок, макетов, изделий, осциллограмм и т.д. 7. Список использованной литературы с указанием литературных источников, из которых брался тот или иной материал и на которые были сделаны ссылки. 22

8. Если НИР выполнялась несколькими исполнителями, то, помимо их перечисления на титульном листе, во введении к отчету указывается перечень работ и частей отчета, выполненных непосредственно каждым исполнителем. 9. Отчет окончательно проверяется и подписывается научным руководителем, а в случае выполнения НИР по тематике кафедр и СКИБов также руководителем кафедры, начальником УНИР МИФИ и утверждается проректором по научной работе. Далее в соответствии с последовательностью этапов (см. схему) следует испытание образцов, корректировка технической документации и передача результатов исследования в производство. Желательно доведение любой НИР до этих конечных этапов, но, к сожалению, не все работы находят практическое внедрение, и очень часто этапы испытания образцов и внедрения результатов производятся в организациях-заказчиках, которые проводят финансирование вузовских НИР. Поэтому в данной памятке три последних этапа НИР не рассматриваются. Следует подчеркнуть, что приведенная последовательность этапов НИР не является единственно возможной, во многом на нее влияет характер НИР, традиции научной группы, опыт разработчиков. При уточнении этапов НИР следует познакомиться со специальной литературой, например: Вентцель Е.С. Введение в исследование операций. М.: Наука, 1964; Тищенко И М . Введение в проектирование сложных систем автоматики. М.: Энергия, 1976. 8. Проверка качества выполненной работы Система оценки качества труда при выполнении НИР основывается на следующем главном принципе: непосредственный исполнитель несет полную ответственность за качество всех выполненных им работ. Поэтому он обязан сначала сам проверить качество выполненной им работы, убедиться в отсутствии дефектов и ошибок, т.е. проконтролировать себя. Важнейшая форма борьбы за повышение качества НИР – самоконтроль. Проверки нужно проводить на каждом этапе, а не только в конце работы. Для аналитических зависимостей обычно выполняются проверки двух видов: математические и проверки, исходя из физического смысла; например, каждое уравнение должно быть правильным с точки зрения размерности, должны удовлетворяться граничные условия т.д. В 23

случае практических разработок проверки позволяют сэкономить много времени и денег, а также избежать значительных затруднений в процессе работы. КАЧЕСТВА, НЕОБХОДИМЫЕ ИНЖЕНЕРУ-ИССЛЕДОВАТЕЛЮ «Если я знаю, что знаю мало, я добьюсь того, чтобы знать больше» – эти слова, обращенные В.И. Лениным к молодежи на заре Советской власти, стали девизом всех желающих посвятить себя научной деятельности. Путь в науку не легок, предстоит пройти испытания тем более суровые, чем выше цель и глубже замысел. Вступающий на научную стезю должен быть внутренне готов к тяжелому труду. Для ученого характерна непрерывная работа на пределе сил и способностей, на девять десятых черновая, непрерывное стремление к собственному росту. Превыше всего в научном работнике ценится трудолюбие, добросовестность, способность идти на риск, патриотизм. Опыт показывает, что в плодотворно работающих научных коллективах удельный вес молодежи достаточно велик. Эмпирическое правило рекомендует комплектовать молодыми специалистами (до 30 лет) 40% штатных единиц научной группы. Тем не менее, наше время отмечено тенденцией к «постарению» тех, кто занимается наукой, но это отнюдь не означает, что современная молодежь менее талантлива, чем раньше. Просто в науке действует закон «уменьшающихся отдач»: по мере развития познания каждое новое открытие достается все более дорогой ценой. Каждому новому открытию предшествует период освоения необходимых знаний, поскольку удвоение научных результатов сопровождается восьмикратным ростом объема научной информации, шестнадцатикратным увеличением численности ученых и более чем тридцатикратным ростом ассигнований на научные работы. В известной мере требования, предъявляемые к ученому, противоречивы. С одной стороны, он должен хорошо усвоить предшествующую науку, а с другой — только увидев ограниченность прежних знаний, он сумеет сделать открытие, пойти дальше. Поэтому молодому исследователю необходимо научиться на все смотреть критически. Какими же качествами должен обладать молодой специалист, чтобы добиться успеха в научной деятельности? Прежде всего, это 24

высокий культурный уровень, разносторонние интересы и знания, энергичность, упорство в достижении цели, стремление к совершенствованию, личное обаяние, творческая фантазия и т.д. И, наконец, качества, необходимые инженеру-исследователю: 1. Высокий уровень подготовки в области естественных наук – знание физики, химии, математики, механики. 2. Математическое мастерство – умение в случае необходимости при решении задачи применять мощный математический аппарат и вычислительные методы, в том числе, с использованием ЭВМ, Поэтому специалист должен хорошо знать минимум один из универсальных языков программирования. 3. Умение проводить инженерный и системный анализ – способность анализировать данный элемент, систему или процесс, используя технические или научные принципы с целью быстрого получения правильных решений. 4. Технические знания – доскональное знание и глубокое усвоение конкретной инженерной специальности. 5. широкая специализация – способность компетентно разбираться в основных проблемах и идеях научных дисциплин, лежащих за пределами данной узкой специальности. 6. Изобретательность – умение выдумывать или изобретать ценные, полезные идеи или принципы, лежащие в основе вещей или процессов, предназначенных для достижения поставленных целей. 7. Умение и навык работать с технической литературой, в том числе, иностранной. 8. Умение принимать решения в условиях неопределенности, но при полном и всестороннем учете всех существенных факторов. 9. Знание технологии производства — понимание ее возможностей, ограниченности и перспектив. 10. Умение передавать информацию о полученных результатах – способность выражать свои мысли четко и убедительно, устно, письменно и графически. ТЕХНИКА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ Чтобы правильно организовать свой труд нужно постоянно рассчитывать работу во времени. Организация личного времени, как и любая управленческая работа, состоит из учета, нормирова25

ния и планирования. Завершением является постоянный контроль за выполнением плана, борьба за его выполнение, корректировка плана в необходимых случаях. Учет времени и распределение дел можно вести с разной степенью детализации и регистрации затрат времени. Лучше начать с укрупненного учета и лишь через две–три недели переходить к более детальному. Для укрупненных затрат вполне пригоден блокнот. Эта форма применима как для длительных периодов, так и однодневного, когда для каждого дня выделяется одна страница блокнота. Простейшее техническое средство на первом этапе планирования работы – это ведение постоянного расписания дел. Вместо хаотической работы по памяти все предстоящие дела записываются в специальный блокнот. После того как составлено расписание всех Ваших дел (постоянных и периодических), надо переходить к конкретным срокам выполнения. Для этого используется тот же блокнот, либо специальный еженедельник, например, «Москва». Еженедельник дает общую картину всей недели. Это позволяет распределять время, загружая незанятые дни. Для каждого дня имеется часовая сетка, и задания сразу можно записывать на определенный час. При планировании личной работы надо выделять достаточно времени для сна и отдыха, для поддержания здоровья в хорошем состоянии. При планировании личной жизни следует учитывать необходимость культурного развития.

Список использованной литературы 1. Герасимов И.Т. Научное исследование. М.: Госполитиздат, 1972. 2. Диксон Дж. Проектирование систем. М.: Мир, 1969. 3. Сухотин А. Наука и информация. М.': Госполитиздат, 1971. 4. Ефимов Н.П. Методы контроля качества научных разработок. М.: Институт «Электроника», 1970. 5. Попов Г. Техника личной работы. М.: Московский рабочий, 1968.

26