Современные тенденции развития науки, техники и производства свидетельствуют о крайней заинтересованности общества в специалистах, обладающих знаниями и умениями на стыке различных дисциплин. А обучение по направлению «Инноватика», отнесенному согласно укрупненным группам направления подготовки к группе «Управление в технических системах», позволяет соединить в выпускнике знания инженера и менеджера. Это должно способствовать и разностороннему личностному развитию и более успешной работе в области превращения научно-технических разработок в новые конкурентоспособные товары и технологии. При этом внедрение любой технологической разработки немыслимо без детальной проработки вопроса об источниках необходимого сырья и энергии на каждой стадии жизненного цикла изделия. Именно с целью ознакомления студентов с базовыми принципами технологий ресурсосбережения, применяемых в различных отраслях, в Новосибирском государственном университете экономики и управления «НИНХ» в рабочий учебный план по направлению 27.04.05 Инноватика (уровень магистратуры) были включены дисциплины по выбору: «Актуальные проблемы ресурсосбережения» и «Современные ресурсосберегающие технологии».
Цель данного исследования заключается в рассмотрении того, как изучение вопросов рационального использования природных ресурсов способствует формированию нужных выпускнику профессиональных компетенций.
Материалы и методы исследования
Материалом исследования являлись образовательные стандарты высшего образования, отчеты министерств и ведомств РФ, иностранных неправительственных организаций, личные разработки автора для проведения лекционных и семинарских занятий. В исследовании использовались теоретические (анализ научной, учебно-методической литературы, статистических документов по проблеме исследования) и эмпирические (наблюдение, анализ опыта преподавания) методы исследования.
Результаты исследования и их обсуждение
В Федеральном государственном образовательном стандарте высшего образования по направлению подготовки 27.04.05 Инноватика [1], который был принят в 2014 г., в частности, указывается, что выпускник после обучения должен быть готов решать профессиональные задачи в таких видах деятельности, как организационно-управленческая, научно-исследовательская, педагогическая и др. Он должен развить компетенции, связанные с коммерциализацией исследований, выполнением технико-экономического обоснования проекта или программы, оценкой затрат на реализацию проекта и др. Но в формулировках, представленных в стандарте профессиональных компетенций, вопрос о материальных ресурсах, необходимых для осуществления инновационных проектов, не поднимается. С определенным допущением можно посчитать, что вопрос по этой тематике затрагивает профессиональная компетенция ПК-4: «способностью найти (выбрать) оптимальные решения при создании новой наукоемкой продукции с учетом требований качества, стоимости, сроков исполнения, конкурентоспособности и экологической безопасности» [1], поскольку под последним термином может как раз и подразумеваться бережное отношение к природной среде и ее богатствам.
Однако образовательные стандарты 3-го поколения дают большие возможности вузам, которые, варьируя набор дисциплин, включенных в рабочий учебный план, могут компенсировать те или иные пробелы. Потому в НГУЭУ при разработке образовательной программы для магистрантов инноватики по профилю «Управление инновациями в сфере наукоемких технологий» были включены 2 дисциплины по выбору: «Актуальные проблемы ресурсосбережения» и «Современные ресурсосберегающие технологии» [2]. При их изучении как раз и делается упор на формирование у студентов представлений о роли и значимости материально-сырьевых ресурсов в национальной экономике, о глобальной угрозе от истощения и деградации природных ресурсов, происходит знакомство с базовыми принципами технологий из различных отраслей промышленности, разработанных с учетом требований энерго- и ресурсосбережения и предназначенных для более полного извлечения сырья, достижения более комплексного его использования, утилизации и переработки отходов и др. Учебным планом предусмотрены лекции, а также практические (семинарские) занятия, в ходе которых студенты изучают и анализируют научные публикации по вопросам рационального использования природных ресурсов, соотнося прочитанное с имеющимися теоретическими знаниями и возможностью применения полученной информации в профессиональной деятельности, выполняют расчетно-графические задания, а также творческие задания, в том числе в форме доклада с презентацией по выбранной теме с последующим обсуждением.
К примеру, на первом лекционном занятии дается определение природных ресурсов и на основе статистической информации подчеркивается масштаб их использования современной промышленностью. Так, в частности, указывается, что за последние 30 лет ХХ в. человечество израсходовало столько минеральных ресурсов, сколько за всю предыдущую историю цивилизации. По оценкам, ежегодно на каждого человека извлекается около 3 т ископаемого сырья – топлива, руды, строительных материалов, удобрений и пр. Особенно возросла добыча энергетических видов сырья, и по прогнозам к 2040 г. она может увеличиться в 1,4 раза (относительно 2010 г.) [3]. Затем рассматривается классификация природных ресурсов, в ней в числе отличительных признаков выделяется характеристика исчерпаемости. А количественным показателем использования невозобновляемых ресурсов служит понятие «ресурсообеспеченность» – отношение общего количества природных ресурсов к объему их использования за выбранный промежуток времени.
На семинарском занятии по данной теме студенты учатся сами рассчитывать этот показатель для выбранного вида ресурсов, используя различные доступные источники, в том числе такие, как: ежегодные отчеты компании British Petroleum по мировому производству энергии [4] и US Geological Survey по добыче и запасам минеральных руд [5], документы Министерства природных ресурсов и экологии РФ (например, Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2018 году» [6]), а также научные статьи и обзоры, интернет-сайты, посвященные текущему состоянию мировых и российских рынков.
Допустим, для рассмотрения выбран такой металл, как серебро. Оно известно человечеству с древнейших времен и тогда использовалось как драгоценный материал для ювелирных изделий, предметов обихода, монет и банковских слитков. По данным [7], на начало ХХ в. мировая накопленная добыча серебра в слитках и ювелирных изделиях составляла 11,5 млрд унций, или 357,7 тыс. т. Но в XX столетии сферы применения серебра существенно расширились в связи с развитием новых технологий в электронике, фотографии, медицине и ином – за столетие в этих областях применения было израсходовано более 85% добытого серебра. При этом 75% серебра добывается как побочный продукт при добыче неблагородных металлов – меди, олова и прочих, серебряных рудников осталось крайне мало. В 2019 г. добыча серебра составила 27 тыс. т, тогда как имеющиеся мировые ресурсы оцениваются экспертами US Geological Survey в 560 тыс. т [5]. Исходя из этих данных легко рассчитать, что мировая ресурсообеспеченность по серебру составляет 20,7 года. Для оценки российской обеспеченности по этому элементу можно воспользоваться данными, приводимыми в [6]: на территории РФ сосредоточена пятая часть мировых промышленных запасов серебра, при этом Россия входит в пятерку ведущих стран-продуцентов и обеспечивает 5% мирового рудничного производства данного металла. Запасы руд категории А+В+С1 оценены в 58,58 тыс. т. А согласно [8], добыча серебра в стране в 2019 г. составила 0,996 тыс. т. Таким образом, расчетное значение ресурсообепеченности России по серебру оказывается равным 58,8 года. Впрочем, в докладе Министерства природных ресурсов и экологии РФ [6] подчеркивается, что имеются возможности расширения сырьевой базы серебра в связи с выявлением новых преимущественно серебряных объектов с качественными рудами: прогнозные ресурсы категории Р1 оцениваются в 36 тыс. т, а категории Р2 – в 95,5 тыс. т, тем самым теоретическая оценка ресурсообеспеченности возрастет до 132 лет.
Затем студенты в качестве самостоятельной работы по дисциплине могут подготовить доклад с презентацией об основных областях применения серебра, новых технологиях его использования, о возможности замены его другими материалами, о текущем спросе и цене на металл и пр. При подготовке доклада они проводят поиск научно-технической информации, обращаясь к различным первоисточникам, делают выписки, составляют библиографический указатель, подбирают нужные формы представления информации (диаграммы, графики, таблицы и др.).
К примеру, из доклада Silver institute [9] они могут выяснить, что в 2019 г. спрос на серебро вырос на 0,4% и составил 30,848 тыс. т. Из них на нужды промышленного производства было затрачено 15,891 тыс. т, на производство ювелирных изделий – 6,262 тыс. т, на инвестиции – 5,788 тыс. т, а на фотоматериалы – 1,047 тыс. т. При этом сотрудники института на ближайшие 5 лет предсказывают дальнейший рост спроса на металл в связи с развитием фотовольтаики, электроники, производством легковых машин, электромобилей и авто с гибридным двигателем. В частности, по прогнозу Solarpower Europe [10], за ближайшие 5 лет глобальная установленная мощность солнечной энергетики увеличится с 633,7 ГВт в 2019 г. до 1448 ГВт к 2024 г. И хотя за счет совершенствования конструкции солнечных батарей масса серебра, используемого в одной фотовольтаической ячейке, постепенно снижается, тем не менее только эта отрасль может обеспечить значительное повышение спроса на серебро в ближайшем будущем.
Существенный рост спроса на серебро может обеспечить и все увеличивающееся производство смартфонов. Чтобы установить, из каких химических элементов состоит смартфон, ученые Плимутского университета под руководством А. Дийкстра и К. Уилкинса перемололи телефон в блендере до состояния порошка, перемешали с пероксидом натрия и нагрели до 480°С, а после растворили в разбавленном растворе азотной кислоты. Далее полученный раствор исследовали с помощью оптического эмиссионного спектрометра. В итоге оказалось, что основным элементом является железо – 33 г, помимо этого, в значительных количествах представлены хром (7 г), медь (6 г), алюминий (2,5 г), а из драгоценных металлов присутствуют 90 мг серебра и 36 мг золота [11]. На первый взгляд кажется, что это крайне мало, но нужно учитывать и тот факт, что ежегодное производство смартфонов постоянно растет и уже превышает 1,5 млрд штук.
Чтобы показать, какие еще металлы крайне важны для современного высокотехнологического производства, в том числе и смартфонов, Европейское химическое общество опубликовало таблицу Менделеева, в которой различными цветами выделены элементы, чьи запасы находятся под угрозой [12]. В ней, помимо серебра, выделены также дефицитные галлий и мышьяк, индий, иттрий, тантал, в меньшей степени – литий и кобальт, необходимые для производства литий-ионных аккумуляторов. Эта таблица в качестве наглядного пособия активно используется на практических занятиях. Также цитируется комментарий к этой таблице шотландского химика Д. Коула-Гамильтона: «Мы должны сделать все возможное для сохранения и переработки 90 элементов – драгоценных строительных блоков, соединяющих наш мир. Иначе многие из объектов и технологий, которые сегодня воспринимаются как должное, через несколько поколений станут реликвиями либо дефицитом, доступным только для богатых людей». Понятно, что такое, более разумное и рациональное отношение к окружающей среде станет возможным, только если студенты на основе изученного материала и описанных фактов осознают неотвратимость грядущих изменений и в дальнейшей работе будут учитывать эти риски.
Важнейшую роль в сохранении ценных сырьевых ресурсов играет повторное использование (рециклинг). Так, в 2019 г. этот источник обеспечил поставку на рынок 5,284 тыс. т серебра [9]. Наглядным примером ответственного отношения к природе может служить кампания, запущенная национальным олимпийским комитетом Японии в апреле 2017 г., по сбору отслуживших свой век электронных гаджетов, которые принимали от жителей страны на безвозмездной основе. Организаторы за 2 года собрали 78 895 т гаджетов, в том числе 6,21 млн мобильных телефонов и смартфонов. В результате было получено 32 кг золота, 3500 кг серебра и 2200 кг бронзы. Из них отлиты 5000 золотых, серебряных и бронзовых медалей для Олимпиады и Паралимпиады в Токио 2020 г. [13]. По оценкам, приводимым в [14], в случае рециркуляции 50% металлов из сферы потребления (в виде отхода) в производство обеспеченность важнейшими металлами возрастает в 3–3,5 раза, а при 95–98%-ной степени рециркуляции – в 5–7 раз.
Вторым способом является замена дефицитного компонента там, где это технологически допустимо, на другие, менее редкие элементы. Например, можно использовать алюминиевые или родиевые покрытия для изготовления зеркал и других отражающих поверхностей, в медицине хирургические штифты и пластины могут быть изготовлены из нержавеющей стали, тантала и титана, серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые батареи можно заменить на гальванические элементы, не содержащие серебро. Однако при этом нужно учитывать определенные ухудшения свойств изделий. Так, в электротехнике вряд ли удастся полностью заменить серебро более дешевыми материалами, такими как медь и алюминий, поскольку в этом случае экономические преимущества не могут в полной мере компенсировать потери в электропроводности.
Выступление студентов со своими докладами по выбранной тематике и последующее обсуждение их работ являются важной составной частью процесса обучения. Доклады вызывают немалый интерес со стороны одногруппников, поскольку каждый ищет сходство или различие изложенного материала со своей тематикой и технологией, обдумывает возможности применения полученной информации в профессиональной деятельности. В ходе таких занятий и проверяется степень сформированности компетенции ПК-4: насколько студент способен выделить наиболее важные смысловые моменты в тексте по технической тематике, установить соответствие прочитанного с имеющимися теоретическими знаниями, а также способен ли он на основе анализа имеющейся научно-технической информации предложить оптимальные решения с точки зрения ресурсосбережения и экологической безопасности. Также проверяются способность интерпретировать результаты и представлять их в виде отчетов, рефератов, статей, отнесенная к профессиональной компетенции ПК-10 [1], и способность оценить затраты и организовать осуществление той или иной технологии для ПК-7 [1], которые согласно РУП по образовательной программе «Инноватика» также отнесены к указанным дисциплинам.
Итоговая аттестация проводится в виде зачета по билетам, где проверяется знание студентом базовых принципов технологий из различных отраслей промышленности, разработанных с учетом требований энерго- и ресурсосбережения.
Заключение
Таким образом, проведение занятий по дисциплинам «Актуальные проблемы ресурсосбережения» и «Современные ресурсосберегающие технологии» восполняет у магистрантов пробелы в знаниях, связанные с рациональным природопользованием. Это заставляет студентов ответственнее относиться к окружающей среде, учитывать при внедрении новых технологий аспекты обеспеченности ресурсами и возможности рециклинга, формирует у обучающихся необходимые по положениям ФГОС ВО профессиональные компетенции и в целом вызывает существенный интерес к публикациям в СМИ и научной литературе по указанной тематике. Предполагается, что после изучения данных дисциплин студенты смогут применять полученные знания для безопасного и рационального использования материалов как в быту, так и на производстве.
Библиографическая ссылка
Волкова О.С. ИЗУЧЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ПРОБЛЕМ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В РАМКАХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ПО НАПРАВЛЕНИЮ 27.04.05 ИННОВАТИКА // Современные проблемы науки и образования. – 2020. – № 5. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=30178 (дата обращения: 19.04.2024).