Инжиниринговые программы технических направлений магистратуры. Учебное пособие

счет стипендий, выплат, объявления благодарности) студентов в олимпиадах и конкурсах, проводимых в других вузах. Повышение квалификации профессорско-преподавательского состава вуза, развитие определенных научных направлений и школ в вузе, собственные конференции, семинары, мастер-классы, проводимые систематически в вузе.

2.Спортивно-массовая, культурная деятельность: развитие общественных организаций (совет ветеранов, совет студентов и аспирантов вуза, спортивные клубы, группы самодеятельности, профессиональный союз студентов и сотрудников). Развитие системы конкурсов внутри вуза: на лучшую комнату в общежитии, лучшее общежитие, лучшую презентацию (в соответствии с памятными датами), лучшего лектора, лучшего методиста, лучший деканат и т. д. Организация КВН, студенческой весны, ансамблей вуза, корпоративных мероприятий.

3.Гражданско-патриотическая деятельность: формирование музея, работа совета ветеранов, конкурсы на лучшую презентацию, проведение форумов.

4.Социальная поддержка студентов и сотрудников: выплаты, материальная поддержка. Формирование программы «Здоровый образ жизни»: предоставление льготных путевок на море, в лагеря, профилактории, занятия спортом на территории вуза, конкурсы на самую здоровую группу, ежегодная вакцинация от гриппа, пневмонии, формирование системы превентивных мер по отказу от употребления табака, алкоголя и наркотических средств, встречи студентов и сотрудников с медицинским персоналом и специалистами. Организация питания студентов и сотрудников в каждом корпусе вуза.

2 . 3 . Т р е б о в а н и я к р е з у л ь т а т а м о б у ч е н и я

в ы п у с к н и к о в в о б л а с т и C h e m i c a l E n g i n e e r i n g

Результатом обучения в рамках образовательной программы является готовность ее выпускников к профессиональной деятельности, выраженная в компетенциях. Компетентностная модель выпускника в области химической инженерии, основанная на интеграции международных стандартов и ФГОС ВПО, представлена ранее. Данная модель станет основой для проектирования образовательной программы.

71

Компетентностная модель выпускника включает понимание принципов химического инжиниринга, интеллектуальные способности для применения количественных и инженерных методов при анализе проблем, креативность и инновационность, межпредметные компетенции, а также понимание социального контекста инженерной деятельности, которое влияет на инженерные решения.

Структурные компоненты модели детализированы через ключевые компетенции, соответствующие видам профессиональной деятельности. Требования к выпускникам в области химической инженерии представлены нами на основе синтеза (мультипликации) результатов обучения, на оценке которых строится аккредитация образовательных программ в данной области.

От химического инженера требуются глубокие и широкие знания

ипрактические навыки в области математики, физики, химии, основ общей инженерии, методов защиты окружающей среды, экологии, экономики, менеджмента и др., а также в специфических областях (блок специальных дисциплин) гидро- и аэродинамики, тепло- и массопереноса, химической и технической термодинамики и кинетики, математического моделирования, контроля и управления химико-технологиче- скими процессами, оборудованием и комплексными системами, применения прикладных программ и компьютерного моделирования при разработке, проектировании и оптимизации процессов, материалов и аппаратов в области профессиональной деятельности.

Впроцессе обучения по образовательной программе первого цикла «Химическая инженерия» студенты получают представление о широкой сфере применения учебного материала. Химические инженеры работают с системами разного размера (от молекул до биосферы), с процессами, протекающими при различных скоростях (от быстрых, как детонация, и медленных, как кристаллизация). Компетенции выпускников должны включать способность анализировать и синтезировать подходящую шкалу измерений. В данной программе предусматривается, что через изучение областей применения выпускники осознают

ибудут способны применить принципы химической инженерии при решении проблем широкого спектра.

Образовательная программа обеспечивает возможность развития ключевых навыков выпускника в химической инженерии и после окончания университета придает выпускнику профессиональные качества,

72

которые, в конечном счете, и отличают химического инженера от других инженеров и прикладных ученых в химии, материаловедении

ибиологии.

Вданной концептуальной проработке образовательной программы представлено ядро требований к уровню подготовки выпускника по направлению «Химическая инженерия». Инвариантные/вариативные требования и компетенции станут отражением приоритетных направлений развития выпускников Казанского государственного технологического университета. При этом значительная часть компетенций для образовательных траекторий первого уровня будет все же одинаковой, так как строится на единой платформе химической и биотехнологии. Это также дает дополнительные преимущества выпускникам по направлению химическая инженерия, так как уровень их подготовки будет достаточным для продолжения обучения на любой из программ второго уровня, отражающих ПНР НИУ КГТУ.

Очевидно, что все варианты классификации компетенций несут функциональную нагрузку при разработке учебного плана, а уровень их детализации зависит от блочно-модульного или дисциплинарного построения образовательной программы.

Образовательная траектория, интегрирующая два уровня подготовки в области химической инженерии, схематично может быть представлена последовательностью модулей как совокупность учебных дисциплин (курсов), имеющая определенную логическую завершенность по отношению к установленным целям и результатам обучения, или даже как последовательность учебных циклов (совокупность дисциплин (модулей) основной образовательной программы, обеспечивающих усвоение знаний, умений и формирование групп компетенций). На основе такой схематичной траектории в дальнейшем формируется учебный план, состоящий из разбивки дисциплин

суказанием трудоемкости, видов учебной деятельности по семестрам

игодам (рис. 2.2).

М1–М4 – блок естественных наук и математики. Цикл матема-

тических и естественных наук обеспечивает фундаментальную подготовку бакалавра, служит основой для изучения профессиональных дисциплин. Объем блока составляет 80–90 кредитов.

73

–электронное строение атомов и молекул, основы теории химической связи в соединениях разных типов, строение вещества в конденсированном состоянии, основные закономерности протекания химических процессов и характеристики равновесного состояния, методы описания химических равновесий в растворах электролитов, химические свойства элементов различных групп Периодической системы элементов Менделеева и их важнейших соединений, строение и свойства комплексных соединений;

–принципы классификации и номенклатуру, строение, классификацию, свойства основных классов, основные методы синтеза органических соединений;

–основные этапы качественного и количественного химического анализа; теоретические основы и принципы химических и физико-хи- мических методов анализа (атомно-эмиссионного, пламенной фотометрии, атомно-абсорбционного, рентгенофлуоресцентного), электрохимических методов, газожидкостной, жидкостной, распределительной, ионной хроматографии; методов разделения и концентрирования веществ; методов метрологической обработки результатов анализа;

–начала термодинамики и основные уравнения химической термодинамики, методы термодинамического описания химических и фазовых равновесий в многокомпонентных системах, термодинамику растворов электролитов и электрохимических систем;

–уравнения формальной кинетики и теории кинетики сложных, цепных гетерогенных и фотохимических реакций, основные теории гомогенного, гетерогенного и ферментативного катализа;

–основные понятия и соотношения термодинамики поверхностных явлений, основные свойства дисперсных систем;

–основные положения современной теории химической связи, межмолекулярного взаимодействия и реакционной способности веществ; принципы количественной характеризации атомной и электронной структуры молекулярных, кристаллических систем и полимеров; основные взаимосвязи между электронной структурой и физико-хими- ческими свойствами веществ; методы квантово-химической трактовки химических явлений и процессов; возможности основных современных квантово-химических расчетных методов и области их применимости;

–факторы, определяющие устойчивость биосферы, характери-

стики возрастания антропогенного воздействия на природу, глобальные проблемы экологии и принципы рационального природопользова-

75

ния, методы снижения хозяйственного воздействия на биосферу, организационные и правовые средства охраны окружающей среды, способы достижения устойчивого развития.

В результате изучения базовой части цикла студент должен уметь:

–проводить анализ функций, решать основные задачи теории вероятности и математической статистики, решать уравнения и системы дифференциальных уравнений 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 по основным разделам курса физики;

–использовать физические законы при анализе и решении проблем профессиональной деятельности;

–выполнять основные химические операции;

–определять термодинамические характеристики химических реакций и равновесные концентрации веществ, использовать основные химические законы, термодинамические справочные данные и количественные соотношения неорганической химии для решения профессиональных задач;

–синтезировать органические соединения, проводить качественный и количественный анализ органического соединения с использованием химических и физико-химических методов анализа;

–выбирать метод анализа для заданной аналитической задачи

ипроводить статистическую обработку результатов аналитических определений;

– прогнозировать влияние различных факторов на равновесие

вхимических реакциях;

–определять направленность процесса в заданных начальных условиях, устанавливать границы областей устойчивости фаз в однокомпонентных и бинарных системах;

76

–определять составы сосуществующих фаз в бинарных гетерогенных системах, составлять кинетические уравнения в дифференциальной и интегральной формах для кинетически простых реакций и прогнозировать влияние температуры на скорость процесса;

–проводить расчеты с использованием основных соотношений термодинамики поверхностных явлений и расчеты основных характеристик дисперсных систем;

–применять квантово-химические методы для расчета, интерпретации и предсказания строения и свойств молекулярных, кристаллических систем и полимеров;

–осуществлять в общем виде оценку антропогенного воздействия на окружающую среду с учетом специфики природно-климатических условий, грамотно использовать нормативно-правовые акты при работе

сэкологической документацией.

В результате изучения базовой части цикла студент должен 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, включая приемы антивирусной защиты;

–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 Д. И. Менделеева, экспериментальными методами определения физико-химических свойств неорганических соединений;

–экспериментальными методами синтеза, очистки, определения физико-химических свойств и установления структуры органических соединений;

–методами проведения химического анализа и метрологической оценки его результатов;

–навыками вычисления тепловых эффектов химических реакций при заданной температуре в условиях постоянства давления или объ-

77

ема; констант равновесия химических реакций при заданной температуре; давления насыщенного пара над индивидуальным веществом, состава сосуществующих фаз в двухкомпонентных системах; констант скорости реакций различных порядков по результатам кинетического эксперимента;

–методами измерения поверхностного натяжения, краевого угла, величины адсорбции и удельной поверхности, вязкости, критической концентрации мицеллообразования, электрокинетического потенциала; методами проведения дисперсионного анализа, синтеза дисперсных систем и оценки их агрегативной устойчивости;

–навыками применения квантово-химических методов при решении практических технологических задач и проведения расчетов с помощью стандартных квантово-химических компьютерных программ;

–методами экономической оценки ущерба от деятельности предприятия, методами выбора рационального способа снижения воздействия на окружающую среду.

При изучении дисциплины «Математика» происходит знакомство со стержневыми проблемами, базовыми положениями, навыками и понятиями различных разделов математики, обязательными для усвоения последующих дисциплин.

Математическая подготовка обеспечивает умение применять математические методы при решении инженерных задач. Например, элементы векторной алгебры используют для решения задач по дисциплине «Прикладная механика», «Инженерная графика», «Моделирование хи- мико-технологических процессов»; элементы аналитической геометрии – для решения задач, связанных с кинематикой; бесконечно малые пределы – при решении прочностных задач для пренебрежения бесконечно малых значений; дифференциальное исчисление функции одной переменной, изучение функций нескольких переменных – для решения задач по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии».

Изучение дисциплины «Информатика» является начальным, базовым этапом непрерывной подготовки специалистов в области применения вычислительной техники и современных информационных технологий, при этом приобретаются знания и навыки анализа предметной области в терминах, используемых в информатике, осуществления постановки, программной реализации и решения инженерных задач на персональных компьютерах, грамотного выбора и обоснования используемых для этого прикладных и системных программных средств.

78

При изучении дисциплины «Физика» соблюдается связь с дисциплинами «Математика», «Прикладная механика», «Электротехника

ипромышленная электроника» и др. Изучаются физические явления

изаконы классической и современной физики, приемы и методы физических исследований и возможности современной научной аппаратуры, применяемой в различных отраслях науки и техники.

Основы дисциплины «Общая и неорганическая химия» являются необходимой базой для изучения последующих дисциплин, таких как «Физика», «Органическая химия», «Аналитическая химия и ФХМА», «Физическая химия», «Поверхностное явление и дисперсные системы», «Квантовая химия», «Процессы и аппараты химической технологии»

идр. Лабораторные и практические занятия позволяют закрепить теоретический материал и развить навыки научного эксперимента и исследовательский подход к изучению данного предмета.

М.5 – блок профессиональных дисциплин. Объем блока состав-

ляет 90–100 кредитов.

Врезультате освоения базовой части цикла студент должен знать:

–способы отображения пространственных форм на плоскости; правила и условности при выполнении чертежей;

–основополагающие понятия и методы статики, кинематики, расчетов на прочность и жесткость упругих тел, порядок расчета деталей оборудования химической промышленности;

–основные понятия и законы электрических и магнитных цепей; методы анализа цепей постоянного и переменного токов; принципы работы электромагнитных устройств, трансформаторов, электрических машин, источников вторичного питания;

–теоретические основы безопасности жизнедеятельности; правовые, нормативно-технические и организационные основы безопасности жизнедеятельности; средства и методы повышения безопасности технических средств и технологических процессов;

–основы теории переноса импульса, тепла и массы; принципы физического моделирования химико-технологических процессов; основные уравнения движения жидкостей; основы теории теплопередачи; основы теории массопередачи в системах со свободной и неподвижной границей раздела фаз; методы расчета тепло- и массообменной аппаратуры;

–методы построения эмпирических (статистических) и физикохимических (теоретических) моделей химико-технологических процессов; методы идентификации математических описаний технологиче-

79

ских процессов на основе экспериментальных данных; методы оптимизации химико-технологических процессов с применением эмпирических и/или физико-химических моделей;

–основные принципы организации химического производства, его иерархической структуры; методы оценки эффективности производства; общие закономерности химических процессов; основные химические производства;

–основы теории процесса в химическом реакторе, методологию

исследования взаимодействия процессов химических превращений

иявлений переноса на всех масштабных уровнях, методику выбора реактора и расчета процесса в нем; основные реакционные процессы и реакторы химической и нефтехимической технологии;

–основные понятия теории управления технологическими процессами; статические и динамические характеристики объектов и звеньев управления; основные виды систем автоматического регулирования и законы управления; типовые системы автоматического управления в химической промышленности; методы и средства диагностики

иконтроля основных технологических параметров.

В результате освоения базовой части цикла студент должен уметь:

–выполнять и читать чертежи технических изделий и схем технологических процессов, использовать средства компьютерной графики для изготовления чертежей;

–выполнять расчеты на прочность, жесткость и долговечность узлов и деталей химического оборудования при простых видах нагружения, а также простейшие кинематические расчеты движущихся элементов этого оборудования;

–выбирать необходимые электрические устройства и машины применительно к конкретной задаче, проводить электрические измерения;

–проводить контроль параметров воздуха, шума, вибрации, электромагнитных, тепловых излучений и уровня негативных воздействий на их соответствие нормативным требованиям;

–определять характер движения жидкостей и газов; основные характеристики процессов тепло- и массопередачи; рассчитывать параметры и выбирать аппаратуру для конкретного химико-технологиче- ского процесса;

–применять методы вычислительной математики и математической статистики для решения конкретных задач расчета, проектирования, моделирования, идентификации и оптимизации процессов химической технологии;

80