2

1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины являются изучение основ научно-исследовательской

работы и инженерного творчества, формирование навыков планирования исследований,

сбора, анализа и обобщения научно-технической информации, обработки, анализа и

представления результатов исследований в виде научных отчетов, публикаций, презентаций.

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина относится к вариативной части цикла естественно-научных дисциплин и

базируется на результатах изучения предшествующих дисциплин естественнонаучного

цикла, в том числе математики, физики, химических дисциплин, информационных

технологий.

Для успешного усвоения дисциплины студент должен

знать:

- основные понятия и методы математического анализа, теории дифференциальных

уравнений, теории вероятностей и математической статистики;

- технические и программные средства реализации информационных технологий, основы

работы в локальных и глобальных сетях, типовые численные методы решения

математических задач и алгоритмы их реализации;

- законы Ньютона и законы сохранения, законы термодинамики, статистические

распределения, законы электростатики, природу магнитного поля и поведение веществ в

магнитном поле, законы электромагнитной индукции, волновые процессы, геометрическую

и волновую оптику, основы квантовой механики, строение многоэлектронных атомов;

- электронное строение атомов и молекул, основы теории химической связи в соединениях

разных типов, строение вещества в конденсированном состоянии, химические свойства

элементов различных групп Периодической системы и их важнейших соединений;

уметь:

- проводить анализ функций, решать основные задачи теории вероятности и математической

статистики, решать дифференциальные уравнения применительно к реальным процессам,

применять математические методы при решении типовых профессиональных задач;

- работать в качестве пользователя персонального компьютера, использовать внешние

носители информации для обмена данными между машинами, создавать резервные копии и

архивы данных и программ, использовать численные методы для решения математических

задач, использовать языки и системы программирования для решения профессиональных

задач, работать с программными средствами общего назначения;

- решать типовые задачи, связанные с основными разделами физики, использовать

физические законы при анализе и решении проблем профессиональной деятельности;

- использовать основные химические законы, термодинамические справочные данные и

количественные соотношения неорганической химии для решения профессиональных задач;

владеть:

- методами построения математической модели типовых профессиональных задач и

содержательной интерпретации полученных результатов;

- методами поиска и обмена информацией в глобальных и локальных компьютерных сетях,

техническими и программными средствами защиты информации при работе с

компьютерными системами;

- методами проведения физических измерений, методами корректной оценки погрешностей

при проведении физического эксперимента

- теоретическими методами описания свойств простых и сложных веществ на основе

электронного строения их атомов и положения в Периодической системе химических

элементов, экспериментальными методами определения физико-химических неорганических

соединений;

Освоение данной дисциплины как предшествующей необходимо при изучении

следующих дисциплин:

3

- История и методология науки и техники в области электроники

- Методология научного и инженерного творчества

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

-владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации,

постановке цели и выбору путей её достижения (ОК–1);

- способен использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-

временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и

явлений природы (ПК-2);

- владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки

информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией

(ПК-5);

- способен планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить

обработку их результатов и оценивать погрешности, математически моделировать

физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и устанавливать

границы их применения (ПК-21);

- готов изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по

тематике исследования (ПК-25);

В результате освоения дисциплины обучающийся должен

знать: основы организации научных исследований, методы и средства получения, хранения и

систематизации научно-технической информации, основы статистической обработки

результатов прямых и косвенных измерений, формы представления научной и технической

информации;

уметь: составлять планы экспериментов, осуществлять поиск информации с использованием

информационных систем, обрабатывать и представлять результаты исследований;

владеть: основными навыками получения, систематизации и анализа научно-технической

информации, приемами обработки экспериментальных данных и информацией о формах

представления результатов исследований.

4. Структура дисциплины Основы научных исследований и инженерного творчества

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа

Вид учебной работы Всего

часов

Семестры

1 2 3 4

Аудиторные занятия (всего) 34 34

В том числе:

Лекции 17 17

Практические занятия (ПЗ) 17 17

Семинары (С) - -

Лабораторные работы (ЛР) - -

Самостоятельная работа (всего) 38 38

В том числе:

Курсовой проект (работа) - -

Расчетно-графические работы - -

Реферат 18 18

Оформление отчетов по лабораторным работам - -

Подготовка к текущим занятиям, коллоквиумам 20 20

Подготовка к экзамену -

Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) з

Общая трудоемкость час

зач. ед.

72 72

2 2

5. Содержание дисциплины

4

5.1. Содержание разделов дисциплины

1. Модуль 1. Методологические основы научных исследований и инженерного

творчества.

Научный метод как основа работы инженера и исследователя. Особенности научно-

исследовательской и инженерной деятельности. Выбор темы, постановка задачи и

планирование исследования. Методы мозговой атаки. Эвристические приемы в инженерном

творчестве и научных исследованиях.

2. Модуль 2. Поиск, накопление и обработка научно-технической информации.

Научные документы и издания. Научно-техническая патентная информация.

Информационно-поисковые системы. Требования к обзору литературы. Содержание

конспекта и техника конспектирования. Систематизация и анализ материала.

3. Модуль 3. Эксперимент в научном исследовании и при решении инженерных задач.

Классификация, типы и задачи эксперимента. Метрологическое обеспечение

экспериментальных исследований. Регистрация, первичное представление и систематизация

экспериментальных данных. Ведение лабораторного журнала, схемы, таблицы, графики.

Вычислительный эксперимент.

4. Модуль 4. Обработка результатов экспериментальных исследований.

Статистическая обработка первичных экспериментальных данных. Погрешности

прямых и косвенных измерений. Подбор эмпирических формул, определение их параметров

и погрешности аппроксимации. Элементы математического планирования эксперимента в

научных исследованиях и при решении задач оптимизации технологических процессов.

5. Модуль 5. Оформление результатов научной работы и передача информации.

Оформление результатов научной работы: требования к научно-техническим отчетам,

статьям, тезисам докладов. Оформление заявки на предполагаемое изобретение. Виды

докладов, подготовка доклада и презентации, о стиле научной речи.

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми

(последующими) дисциплинами

№

п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих)

дисциплин

№ разделов данной дисциплины,

необходимых для изучения

обеспечиваемых (последующих)

дисциплин

1 2 3 4 5

1. История и методология науки и техники в области

электроники + +

2. Методология научного и инженерного творчества + + + + +

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№

п/п Наименование раздела дисциплины Лекции

Практ.

зан.

Лаб.

зан. Семин СРС

Всего

час.

1. Методологические основы научных

исследований и инженерного творчества 3 2 - - 4 9

2. Поиск, накопление и обработка научно-

технической информации 2 4 - - 9 15

3. Эксперимент в научном исследовании и

при решении инженерных задач 4 4 - - 9 17

4. Обработка результатов

экспериментальных исследований 6 5 - - 10 21

5. Оформление результатов научной работы

и передача информации 2 2 - - 6 10

5

6. Лабораторный практикум

Лабораторный практикум по данной дисциплине не планируется

7. Практические занятия (семинары)

Модуль 1. Тематика практических занятий. Трудоемкость 2 часа.

- применение метода мозговой атаки к решению нестандартной инженерной

(исследовательской) задачи.

Модуль 2. Тематика практических занятий. Трудоемкость 4 часа.

- подбор литературных источников на заданные темы с использованием электронного

реферативного журнала и поисковых ресурсов сети Интернет;

- составление библиографического списка, аннотации и реферата статьи, компьютерная

оцифровка графиков.

Модуль 3. Тематика практических занятий. Трудоемкость 4 часа.

- обсуждение постановки эксперимента на примере студенческих НИР, выполняемых на

кафедре ТП и МЭТ (деловая игра);

- построение графиков по экспериментальным данным с использованием программных

ресурсов MS Excel и Origin.

Модуль 4. Тематика практических занятий. Трудоемкость 5 часов.

- определение погрешностей результатов прямых и косвенных измерений;

- определение параметров эмпирических формул и погрешностей аппроксимации с

использованием программных средств MS Excel и Origin.

Модуль 5. Тематика практических занятий. Трудоемкость 2 часа

- студенческая научная конференция (деловая игра) с обсуждением докладов и презентаций

студентов.

8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)

Курсовые проекты или работы данной дисциплине не планируются

9. Образовательные технологии и методические рекомендации по организации

изучения дисциплины

Чтение лекций по данной дисциплине проводится с использованием

мультимедийных презентаций. Презентация позволяет преподавателю четко

структурировать материал лекции, экономить время, затрачиваемое на рисование на доске

схем, написание формул и других сложных объектов, что дает возможность увеличить объем

излагаемого материала. Кроме того, презентация позволяет иллюстрировать лекцию не

только схемами и рисунками, которые есть в учебном пособии, но и полноцветными

фотографиями, рисунками, портретами ученых и т.д. Студентам предоставляется

возможность копирования презентаций для самоподготовки.

Поскольку лекции читаются для одной группы студентов (20 – 25 чел.)

непосредственно в аудитории контролируется усвоение материала основной массой

студентов путем тестирования по отдельным модулям дисциплины.

Целесообразно использовать диалоговую форму ведения лекций с использованием

элементов практических занятий, постановкой и решением проблемных задач и т.д. В рамках

лекционных занятий можно заслушать и обсудить подготовленные студентами доклады.

При проведении практических занятий преподавателю рекомендуется не менее 1

часа из двух (50% времени) отводить на самостоятельное решение задач и выполнение

практических заданий. Занятия целесообразно строить следующим образом:

1. Вводная преподавателя (цели занятия, основные вопросы, которые должны быть

рассмотрены).

2. Беглый опрос.

3. Решение 1-2 типовых задач у доски.

6

4. Самостоятельное решение задач.

5. Разбор типовых ошибок при решении (в конце текущего занятия или в начале

следующего).

Для проведения занятий необходимо иметь большой банк заданий и задач для

самостоятельного решения, причем эти задания могут быть дифференцированы по степени

сложности. В зависимости от раздела дисциплины можно использовать два пути:

1. Давать определенное количество задач для самостоятельного решения, равных по

трудности, а оценку ставить за количество решенных за определенное время задач.

2. Выдавать задания с задачами разной трудности и оценку ставить за трудность решенной

задачи.

По результатам самостоятельного решения задач следует выставлять по каждому

занятию оценку. Оценка предварительной подготовки студента к практическому занятию

может быть сделана путем экспресс-тестирования в течение 5 - 10 минут. Таким образом,

при интенсивной работе можно на каждом занятии каждому студенту поставить по крайней

мере две оценки.

По материалам модуля или раздела целесообразно выдавать студенту домашнее

задание и на последнем практическом занятии по разделу или модулю подвести итоги его

изучения (например, провести контрольную работу в целом по модулю), обсудить оценки

каждого студента, выдать дополнительные задания тем студентам, которые хотят повысить

оценку за текущую работу.

При организации внеаудиторной самостоятельной работы по дисциплине

рекомендуется использовать следующие ее формы:

подготовка и написание рефератов, докладов, очерков и других письменных работ на

заданные темы.

выполнение домашних заданий разнообразного характера: решение задач; подбор,

изучение и аннотирование литературных источников; подбор иллюстративного и

описательного материала по отдельным разделам курса в сети Интернет, подготовка

реферата и диклада.

выполнение индивидуальных заданий, направленных на развитие у студентов

самостоятельности и инициативы.

Индивидуальное задание может получать как каждый студент, так и часть студентов группы.

10. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной

аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение

самостоятельной работы студентов

Всего по текущей работе студент может набрать 100 баллов, в том числе:

- практические занятия – 20 баллов;

- контрольные работы по модулям 2, 3 и 4 – всего 30 баллов;

- домашние задания по модулям – 30 баллов;

- реферат – 10 баллов;

- доклад – 10 баллов.

Зачет проставляется автоматически, если студент набрал по текущей работе не менее

52 баллов. Минимальное количество баллов по каждому из видов текущей работы составляет

половину от максимального.

Для самостоятельной работы используются вопросы, задания и задачи, приведенные в

перечисленных ниже учебных пособиях:

1. Максимов А.И., Титов В.А. Математическая обработка результатов измерений: Учебное

пособие. Иваново: Иван. гос. хим.-технол. акад., 1995. - 64 с.

Примерные темы рефератов и докладов:

1. История становления научного метода.

2. Изобретение радиосвязи. А.С. Попов.

3. А.Г. Столетов и его вклад в физику.

7

4. О.В. Лосев и его вклад в электронику.

5. Российские физики - лауреаты Нобелевской премии.

6. Открытие термоэлектронной и фотоэлектронной эмиссии.

7. Открытие электрона.

8. История становления квантовой механики.

9. История появления транзистора.

10. История появления интегральной микросхемы.

11. История развития телевидения.

12. История открытия и исследования сверхпроводимости, применение сверхпроводников.

13. Высокотемпературные сверхпроводники и перспективы их применения.

14. История изучения полупроводниковых материалов.

15. История создания лазера.

16. Применение лазеров в промышленности, науке и медицине.

17. Методы выращивания монокристаллов.

18. Понятие об эпитаксии, методы получения эпитаксиальных пленок.

19. Эффект Холла и его использование для изучения свойств материалов.

20. Солнечные элементы. Материалы для преобразования световой энергии в электрическую.

21. Квантовые ямы, нити и точки: что это такое?

22. Углеродные нанотрубки: получение, свойства и перспективы применения.

23. История открытия фуллеренов и перспективы их использования.

24. Что такое графен и каковы перспективы его использования?

25. Современные средства отображения информации

26. Жидкие кристаллы и их применение в системах отображения информации.

27. Волоконно-оптические линии связи. Материалы для ВОЛС.

28. Материалы для полупроводниковых лазеров.

29. Газовый разряд и его применения.

30. Что такое плазмохимия?.

Комплект контрольно-измерительных материалов для текущего, промежуточного и

итогового контроля

Контроль знаний студентов на всех этапах осуществляется путем устного или

письменного опроса на практических занятиях, а также по итогам выполнения письменных

самостоятельных заданий и контрольных работ, предусмотренных по 2, 3 и 4 модулю.

Примеры контрольных вопросов и заданий по каждому модулю приведены ниже. Задачи и

задания для проверки знаний студентов по модулю 3 приведены в учебном пособии:

Максимов А.И., Титов В.А. Математическая обработка результатов измерений: Учебное

пособие. Иваново: Иван. гос. хим.-технол. акад., 1995. - 64 с.

Примеры вопросов и тестовых заданий для контроля учебных достижений студентов

1. Охарактеризуйте кратко существо и роль научного метода в работе инженера и

исследователя.

2. Что такое гипотеза?

3. Сформулируйте определение естественнонаучного закона.

4. Что такое парадокс и какую роль имеют парадоксы в развитии знаний?

5. Сформулируйте определение понятия теория.

6. В чем существо метода мозговой атаки?

7. Какие методы теоретических и экспериментальных исследований вам известны?

8. Чем отличаются фундаментальные и прикладные исследования?

9. Чем отличается эксперимент от наблюдения?

10. Назовите основные этапы научно-исследовательской работы.

11. Дайте классификацию источников научной и технической информации.

12. Какие источники научной и научно-технической информации относятся к первичным?

13. Что такое вторичные источники информации?

14. Какие требования предъявляются к обзору литературы в отчете по НИР?

8

15. Сформулируйте принципы поиска научно-технической информации с использованием

сети Интернет.

16. Какие поисковые системы вам известны?

17. Как формируется запрос для поиска информации с использованием поисковых систем?

18. С использованием электронного реферативного журнала «Химия» выполните поиск

источников информации по заданным ключевым словам и составьте библиографический

список (тема поиска формулируется преподавателем).

19. С использованием электронного реферативного журнала «Химия» выполните поиск

источников информации по авторам и составьте библиографический список (тема поиска и

список авторов дается преподавателем).

20. С использованием поисковой системы найдите заданную преподавателем научную

статью и дайте ее полное библиографическое описание. Сохраните в виде текстового

документа аннотацию статьи.

21. Какие требования предъявляются к конспекту научно-технической публикации?

22. Составьте краткую аннотацию статьи, заданной преподавателем.

23. Какие источники информации используются в процессе патентного поиска?

24. Какие требования предъявляются к регистрации первичных экспериментальных данных?

25. Сформулируйте основные правила ведения лабораторного журнала.

26. Какие формы представления первичных экспериментальных данных вам известны?

27. Какие правила необходимо соблюдать при составлении таблиц экспериментальных

данных.

28. Назовите основные правила построения графиков. Какими соображениями

руководствуются при выборе координатной сетки?

29. Преобразуйте переменные в формуле y = x/(a + bx) таким образом, чтобы получить

линейную зависимость вида y' = a' + b'x'. Получите выражения, связывающие коэффициенты

a и а', b и b'.

30. Преобразуйте переменные в формуле y = abx таким образом, чтобы получить линейную

зависимость вида y' = a' + b'x'. Получите выражения, связывающие коэффициенты a и а', b и b'.

31. Преобразуйте переменные в формуле y = 1/(a + be-x

) таким образом, чтобы получить

линейную зависимость вида y' = a' + b'x'. Получите выражения, связывающие коэффициенты

a и а', b и b'.

32. Температурная зависимость подвижности () носителей заряда в полупроводнике в

некотором интервале температур (Т) может быть описана выражением =ATn, где А и n -

некоторые константы. Каким образом необходимо преобразовать переменные в приведенной

формуле для нахождения значений коэффициентов А и n методом наименьших квадратов по

экспериментальной зависимости =f(T)?

33. Чем отличаются прямые измерения от косвенных?

34. Дайте классификацию погрешностей измерений по закономерности появления.

35. Дайте классификацию погрешностей по форме числового выражения.

36. Дайте определение приведенной погрешности?

37. Какие погрешности называются промахами?

38. Можно ли уменьшить систематическую погрешность, увеличивая число одинаковых

измерений?

39. Дайте определение класса точности измерительного прибора.

40. Как оценить погрешность отдельного измерения, связанную с ограниченной точностью

прибора?

41. Изложите алгоритм статистической обработки результатов прямых измерений в

предположении нормального распределения.

42. Изложите алгоритм статистической обработки результатов прямых измерений при малом

объеме выборки.

43. Изложите алгоритм определения погрешности косвенных измерений.

44. Первичной статистической обработкой результатов серии из 12 измерений анодного тока

насыщения вакуумного диода получена величина i=254 мА при надежности 95%.

9

Проверить, являются ли максимальное и минимальное значения результатов: imax=39 мА и

imin=18 мА в этой выборке промахами ?

45. Выполнено 5 параллельных независимых измерений интенсивности излучения разряда

при одних и тех же условиях. Статистическая обработка результатов измерений с

доверительной вероятностью 90% дала относительную погрешность 7% при среднем

значении интенсивности 110 относительных единиц. Являются ли крайние значения

интенсивности Imax=125 и Imin=102 отн. ед. в данной выборке промахами?

46. С какой относительной погрешностью можно измерить значения напряжения U1=8 В и

U2=65 В прибором класса точности 0,1 с диапазоном шкалы 100 В ?

47. Вычислить относительную погрешность измерения напряжения U=25 мВ, связанную с

точностью прибора, если вольтметр класса точности 0,5 рассчитан на диапазон 0 - 50 мВ.

48. Можно ли контролировать величину напряжения U с относительной погрешностью, не

превышающей 1 %, в интервале U=5-50 мВ прибором класса точности 0,5 с диапазоном

шкалы 100 мВ ?

49. С какой относительной погрешностью можно оценить диффузионную длину электронов

в полупроводнике по результатам измерения их времени жизни τ = 3.0 0.2 мс, если

пренебречь погрешностью в значении коэффициента диффузии ?

50. С какой относительной погрешностью поддерживается мощность нагревательного

элемента, если питающее его напряжение изменяется в пределах 220 10 В ? Изменением

сопротивления нагревательного элемента с температурой пренебречь.

51. Оцените относительную погрешность определения мощности, рассеиваемой в единице

объема плазмохимического реактора: W=jE, где j - плотность тока разряда, Е -

напряженность электрического поля, если прямые измерения дают j = 2,5 0,2 мА/см2,

E = 20 2 В/см.

52. Зависимость скорости катодного распыления металлов (Q) в аномальном тлеющем

разряде от давления газа (Р) может быть описана эмпирической формулой Q = A(1/Р)b, где А

и b - коэффициенты, зависящие от рода газа и распыляемого металла. Получите выражения

для оценки относительной погрешности скорости распыления в зависимости от известных

абсолютных погрешностей значений коэффициентов А и b и погрешности поддержания

давления.

53. Зависимость скорости катодного распыления металлов (Q) в аномальном тлеющем

разряде от разрядного тока (i) может быть аппроксимирована эмпирической формулой

Q = Aib, где А и b - коэффициенты, зависящие от рода газа и распыляемого металла.

Получите выражения для оценки относительной и абсолютной погрешности скорости

распыления в зависимости от точности поддержания тока разряда (Δi), считая A и b точно

определенными константами.

54. По набору экспериментальных данных, выданных преподавателем, с использованием

программного комплекса «Origin» построить график и найти параметры формулы,

аппроксимирующей эти данные.

55. Какие задачи решаются с использованием математического планирования эксперимента?

56. Оформление научной работы. Основные требования к оформлению научно-технического

отчета.

57. Структура научной статьи, основные требования к содержанию и оформлению.

58. Оформление заявки на предполагаемое изобретение.

59. Что может являться предметом изобретения?

60.Что такое формула изобретения?

61. Какая информация включается в описание изобретения?

62. Структура научного доклада и этапы его подготовки. Устные и стендовые доклады.

63. Основные требования к презентации, иллюстрирующей научный доклад.

Итоговый экзамен по дисциплине не планируется

11. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература: