Творческие задания по анализу патентной литературы в преподавании естественнонаучных дисциплин
Опубликовано 17 июня 2019 в 12:00

Шишонок Маргарита Валентиновна, кандидат химических наук, доцент кафедры высокомолекулярных соединений Белорусского государственного университета, г. Минск

Учебные дисциплины «Высокомолекулярные соединения» (3 и 4 курсы),
«Полимерные материалы медицинского назначения» (4 курс),
«Современные полимерные материалы» (магистратура)

Многолетний опыт научных исследований в области химии высокомолекулярных соединений и опыт преподавателя-практика показал плодотворность привлечения в образовательный процесс современных патентов — научно-технических разработок. Как следствие, создан и внедрен авторский прием в обучении — анализ патентов. Результаты воплотились в новой форме представления учебного материала в учебниках и лекциях, а также в новой форме управляемой самостоятельной работы.

Дисциплины, посвященные химии и физике высокомолекулярных соединений — полимеров, — востребованы для обучения студентов и магистрантов по ряду специальностей. Действительно, большинство химиков, инженеров, технологов имеют прямое отношение к полимерам, поскольку полимеры — основа материаловедения, электроники, био- и нанотехнологий, и полимерные материалы необходимы практически во всех отраслях науки и промышленности, например: стройиндустрии, машиностроении, авиакосмической технике, сельском хозяйстве, фармации, медицине, косметологии, робототехнике. Наука и технология полимеров развиваются стремительно, что диктует необходимость разработки новых современных учебных пособий и новых форм организации учебных занятий. Новейшие достижения, как правило, впервые публикуются в патентах.

Цель настоящей публикации — представить авторский опыт разработки оригинальных аналитических обзоров патентов и вовлечения их в образовательный процесс как примеров использования фундаментальных научных закономерностей в современных технологиях.

Актуальность привлечения патентов к изложению учебного материала обусловлена новизной содержащейся в них информации. Патент — документ, удостоверяющий официальное признание научно-технического решения изобретением и право изобретателя на него. Патенты содержат до 90 % новой информации, и только 10 % этих сведений публикуется в иной литературе и значительно позже. Патент представляет собой сравнительно сложный документ, включающий так называемую формулу изобретения, описание изобретения, примеры воплощения. Как правило, патенты не раскрывают или раскрывают не полностью суть решения (ноу-хау) и редко содержат явное указание на законы, явления, а также химические реакции, посредством которых достигнут успех в решении конкретной проблемы.

Смысл анализа патента — найти те законы, явления, реакции, которые обусловили ключ к решению проблемы. Таким образом, процесс представляет собой поисковую творческую работу.

Обзоры патентов как часть учебника

Созданные аналитические обзоры патентов включены в учебные пособия [1,2,3,4]. Актуальность и результативность такого компонента учебных книг обоснована, в частности, в открытой лекции «Проектирование структуры учебных пособий. Обязательные компоненты учебника, практикума. Графический материал», которая состоялась в Республиканском институте высшей школы 02 апреля 2019 г. [5].

Выявленные и указанные в обзорах научные закономерности, обеспечившие успех в решении определенной современной задачи, позволяют читателю, обучающемуся, оценить практическую значимость, живую связь фундаментальных дисциплин и современных разработок. Описания научно-технических решений включают соответствующие уравнения химических реакций, поясняющий текст и оригинальные авторские рисунки, созданные по принципу «одна картинка стоит многих тысяч слов».

Примером может служить анализ патента, приведенный в главе «Наноматериалы» в учебном пособии «Современные полимерные материалы» [2] под рубрикой «Научно-техническое решение».

Обзоры патентов как лекционный материал с анимациями

На лекции демонстрируется иллюстрация излагаемого материала анимацией — видеороликом, например, в формате Adobe Flash (ранее Macromedia Flash, или просто Flash). Примером служит анимация (выполненная компанией IWINT, Inc. по сюжету и эскизам М. В. Шишонок), поясняющая оригинальное получение нанорулонов в динамике.

Ценность видеоролика состоит в том, что даже сложная, кажущаяся скучной, «сухая» текстовая информация воспринимается ярко, а главное, вызывает живой интерес и запоминается.

Обзоры патентов как креативная форма работы студентов

Практика показывает, что аналитические обзоры патентов способны выполнять студенты старших курсов и магистранты, которые уже обучены основополагающим дисциплинам, владеют навыками информационного поиска и иностранными языками. Таким образом, знания и навыки по фундаментальным дисциплинам создают хорошую базу для творческой деятельности обучающихся.

Организация занятий по созданию аналитических обзоров патентов включает следующие этапы:

  • поиск патентов,
  • выбор патента,
  • анализ патента.

Вначале преподаватель указывает обучающемуся тему, по которой требуется провести информационный поиск и выявить соответствующие патенты. Для ускорения поиска сообщается адрес сервера, например, патентного сервера США (www.uspto.gov), и напоминаются принципы составления поискового задания: ключевые слова, нужный период времени, допустим, последние три года. Выполнив поисковое задание, студент (магистрант) обсуждает найденные патенты с преподавателем. В результате для анализа выбирается наиболее информативный и интересный документ. Далее следует самостоятельная работа студента с патентом, результаты которой оформляются в виде аналитического обзора. Примерами составления обзора для обучающихся служат обзоры в соответствующих учебных пособиях [1,2,3].

Обзор имеет определенную структуру и включает заглавие, проблемную ситуацию, решение проблемы, достоинства решения и список использованной литературы [7]. Заглавие формулируется таким образом, чтобы в нем заключалось указание как на проблему, так и на способ ее решения, например: «Интерполимерная реакция формирует нанокапсулы». Формализация заглавия выполняется по правилам математической лингвистики: субъект (существительное) — действие (глагол) — объект (существительное). В разделе «Проблемная ситуация» необходимо отметить обсуждаемую проблему и ее актуальность, кратко изложить суть известных способов решения и их недостатки, и, наконец, указать цель патентного решения. Раздел «Решение проблемы» включает изложение физико-химической сути предлагаемого в патенте нового способа. Это концентрированная информация, структурированная как совокупность причинно-следственных связей.

Непременное условие — самостоятельное выявление и формулировка научных принципов, на которых базируется новое изобретение, а также составление соответствующих уравнений химических реакций.

Список литературы включает источники информации, привлеченные для выявления законов и реакций, лежащих в основе нового решения.

Аналитический обзор оформляется в виде презентации. Предпочтительна, но не обязательна иллюстрация текстового описания либо статическими кадрами, выполненными, например, в редакторе CorelDRAW, либо анимацией — видеороликом в формате Adobe Flash.

По завершении обзора студент или магистрант выступает с докладом, например в форме электронной презентации, на занятиях по управляемой самостоятельной работе.

В качестве примера далее приведен сокращенный вариант аналитического обзора, выполненного магистрантом и представленного как слайд-сюжет на открытом занятии по дисциплине «Современные полимерные материалы» в рамках управляемой самостоятельной работы 03 мая 2019 г.

          

Представленный обучающимся аналитический обзор обсуждается всей аудиторией. Предложения и замечания, возникшие в результате дискуссии и согласованные с преподавателем, автор вносит в свой обзор как исправления, уточнения. После корректировки обзор сдается преподавателю и оценивается.

Итак, составление обзора является заданием с неизвестными ответами. Оно требует поиска и систематизации информации, всестороннего и углубленного рассмотрения материала не только изучаемой, но и смежных дисциплин, мониторинга новейших разработок и тенденций в рамках исследуемой темы, структурирования знаний по различным критериям, умения выявить суть и сформулировать задачу, совершенствования навыков владения иностранными языками, проявления творческого начала при создании иллюстраций и видеоролика. Изложить и иллюстрировать материал в доступной форме — значит овладеть им на более высоком уровне. Процесс создания обзора — самостоятельная, созидательная, увлекательная, креативная работа студента.

Наконец, совокупность аналитических обзоров может представлять собой информативное, полезное мультимедийное обучающее средство.

База знаний

В итоге возможно создание образовательного продукта в форме базы знаний. База знаний — совокупность аналитических обзоров, например совокупность решений по получению новейших полимерных материалов для протезирования хрусталика в офтальмологии. Каждое решение служит элементом базы знаний. Элемент базы знаний оформлен в виде электронной записи. Формализация заглавий структурирует базу и обеспечивает быстрый поиск требуемой информации посредством формулировки искомой проблемы в виде конструкции: действие (глагол) — объект (существительное). Другим инструментом поиска информации в базе знаний служат ключевые слова. Базы знаний моделируют образовательный процесс как передачу знаний от обучающего к обучаемому в виде вопросов и ответов на них. В качестве обучающего выступает база знаний. Обучаемый формирует запрос в базу знаний. Запрос может быть либо в форме «действие (глагол)объект (существительное (например, «повысить эластичность искусственного хрусталика»), либо в форме ключевых слов (например, «гиалуроновая кислота»). Ответом базы служат записи аналитические обзоры патентов.

Итак, база знаний выступает как инструмент обучения и систематизации знаний, а также источник информации для научно-исследовательской работы. В качестве примеров рассмотрим конкретный запрос (вопрос) в базу знаний и полученные ответы-записи. Вопрос сформулирован в форме конкретной проблемы: «конвертировать отходы тринитрата целлюлозы» (основу боеприпасов и ракетного топлива). База в качестве ответа выдает несколько записей, например: «Кислотный гидролиз конвертирует отходы тринитрата целлюлозы» и «Ферментативный гидролиз конвертирует отходы тринитрата целлюлозы».

Участие студентов в конструировании интеллектуальных поисковых систем позволяет им сравнить имеющийся уровень знаний с требуемым для этой работы. В результате возникает мотивация самостоятельной деятельности по устранению обнаруженного разрыва.

Базы знаний полезны и преподавателям. Привлечение информации из базы знаний целесообразно для проведения лекций, семинаров, лабораторного практикума. Базы данных могут функционировать в качестве средства дистанционного обучения.

Работа по составлению и внедрению в образовательный процесс аналитических обзоров патентов проводится автором данной статьи уже свыше десяти лет. В ней принимают участие как студенты и магистранты БГУ, так и магистранты Института подготовки научных кадров НАН Беларуси. Выпускница кафедры высокомолекулярных соединений БГУ Екатерина Михновец благодарна за такую неординарную форму обучения, которая, по ее словам, дала умение находить в огромном информационном поле и концентрировать достоверное знание, помогла стать профессионалом. Современные научные исследования, преподавание, новые технологии, маркетинг, менеджмент требуют квалифицированных специалистов, способных работать со сложной информацией и расшифровывать знания технического, экономического, экологического характера, дающие их владельцу коммерческие преимущества, т. е. находить ноу-хау. Магистрант химического факультета БГУ Владислав Пархоменко, аналитический обзор которого приведен в этой статье, сообщил, что выполнение креативного задания по анализу патента помогло выявить новые направления в его научных экспериментальных исследованиях.

Следует отметить, что представленный вариант обучения требует большого труда прежде всего от преподавателя, поскольку предусматривает поиск и изучение большого объема непростой научно-технической документации, отбора и интерпретации необходимой информации. Накопленный мною опыт опубликован не только в материалах учебных книг, но и в научно-методических работах [8,9,10,11]. Соавторами одной из статей являются выпускники кафедры высокомолекулярных соединений БГУ Владислав Василевицкий и Константин Петрашко, участвовавшие в подготовке публикации [10] в период обучения по представленной технологии.

Литература

  1. Шишонок М.В. Высокомолекулярные соединения / М.В. Шишонок. — Минск: Вышэйшая школа. 2012. — 535 с.: ил., [3] л. цв. вкл. + электрон. опт. диск (CD-R).
  2. Шишонок М.В. Современные полимерные материалы / М.В. Шишонок. — Минск: Вышэйшая школа. 2017. — 278 с.: ил., [4] л. цв. вкл.
  3. Шишонок М.В. Полимерные материалы медицинского назначения / М.В. Шишонок. — Минск: РИВШ. 2018. — 272 с.: ил.
  4. Шишонок М.В. Высокомолекулярные соединения: учебно-методический комплекс — Минск: БГУ. 2016. — 227 с.
  5. РИВШ приглашает на открытую лекцию по теме «Проектирование структуры учебных пособий. Обязательные компоненты учебника, практикума. Графический материал» // Электронный ресурс: http://didact.bsu.by/item/lecture_rivsh. Дата доступа: 26.05.2019.
  6. U.S. Patent 6872330.
  7. Шишонок М.В. Высокомолекулярные соединения: программы и практические задания / М.В. Шишонок, Л.П. Круль. — Минск: БГУ. 2006. — 47 с.
  8. Шишонок М.В. Анализ патентов как форма творческой работы студентов / М.В. Шишонок, Л.П. Круль // Сборник статей «Свиридовские чтения 2006». – Минск. – 2006. – С. 274 – 277.
  9. Шишонок М. Создание и использование базы знаний как форма самостоятельной работы студентов / М. Шишонок, И. Руцкий, Е. Макаренко, Л. Круль // Information & communication technology in natural science education — 2006. Proceedings of International Scientific Practical Conference. – Šiauliai, Lithuania. 2006. – P. 152 – 155.
  10. Shishonok, М. Computer literacy of students and teachers in natural science education process / M. Shishonok, V. Vasilevizki, K. Petrashko // Information & communication technology in natural science education — 2008. Proceedings of International Scientific Practical Conference. – Šiauliai, Lithuania. 2008. – P. 96 – 102.
  11. Shishonok, М. ICT implementation in teaching of environmentally appropriate polymer technology // Scientific Papers University of Latvia. – 2011. – Vol. 778. – P. 219 – 224.
Автор: М. В. Шишонок