Химия и химическое образование на рубеже веков: смена целей, методов и поколений.
Юрий Александрович Устынюк – доктор химических наук, заслуженный профессор МГУ, заведующий лабораторией ЯМР Химического факультета МГУ. Область научных интересов – металлоорганическая и координационная химия, физическая органическая химия, спектроскопия, катализ, проблемы химического образования.
В дискуссии о том, что представляет собою химическая наука в целом и ее отдельные области на рубеже веков, уже высказались многие очень авторитетные авторы. При некоторых различиях в частностях общий тон всех высказываний явно мажорный. Единодушно отмечаются выдающиеся достижения на всех основных направлениях химических исследований. Все специалисты отмечают исключительно важную роль, которую сыграли в достижении этих успехов новые и новейшие методы исследования структуры вещества и динамики химических процессов. Столь же единым является мнение об огромном влиянии на развитие химии произошедшей за последние два десятилетия на наших глазах всеобщей и всепроникающей компьютеризации науки. Все авторы поддерживают тезис об усилении междисциплинарного взаимодействия как на стыках химических дисциплин, так и между всеми естественным и точными науками в целом в этот период. Значительно больше различий в прогнозах будущего химической науки, в оценках основных тенденций ее развития на близкую и отдаленную перспективу. Но и здесь преобладает оптимистический настрой. Все согласны с тем, что прогресс будет продолжаться ускоренными темпами, хотя некоторые авторы и не ожидают в химии в ближайшем будущем новых фундаментальных открытий, по своей значимости сравнимых с открытиями начала и середины ушедшего века /1/.
Нет сомений в том, что научному химическому сообществу есть чем гордиться.
Очевидно, что химия в истекшем столетии не только заняла центральное место в естествознании, но и создала новую базу материальной культуры современной цивилизации. Совершенно ясно, что эта ее важнейшая роль сохранится в ближайшем будущем. А потому, как кажется на первый взгляд, нет особых причин сомневаться в светлом будущем нашей науки. Однако не смущает ли Вас, уважаемые коллеги, тот факт, что в стройном хоре, сегодня возглашающем хвалу химии и химикам, явно не хватает отрезвляющих голосов «контрамотов». На мой взгляд, «контрамоты» составляют важную, хотя и не очень многочисленную часть любого здорового научного сообщества. «Контрамот-скептик», наперекор общему мнению, по возможности стремится погасить взрывы всеобщего восторга по поводу очередных выдающихся успехов. Напротив, «контрамот-оптимист» сглаживает приступы столь же всеобщего отчаяния в пору крушения очередных несбывшихся надежд. Попытаемся, мысленно усадив за один стол этих почти антиподов, взглянуть на проблему химии на рубеже веков с несколько иной точки зрения.
Век закончился. Вместе с ним заканчивает свою активную жизнь в науке блестящее поколение химиков, чьими усилиями были достигнуты известные всем и признанные всеми выдающиеся успехи. На смену приходит новое поколение химиков-исследователей, химиков-педагогов, химиков-инженеров. Кто они, эти сегодняшние юноши и девушки, чьи лица мы видим перед собою в учебных аудиториях? Чему и как мы должны научить их, чтобы их профессиональная деятельность была бы успешной? Какие умения должны дополнять полученные знания? Что из нашего жизненного опыта мы можем передать им, а они согласятся принять в виде советов и наставлений, чтобы осуществилась заветная мечта каждого из них – мечта о личном счастье и благополучии? В короткой заметке нельзя ответить на все эти сложнейшие и вечные вопросы. Пусть она станет приглашением к более обстоятельной дискуссии и затравкой для неторопливых личных размышлений.
Один из моих хороших друзей, маститый профессор-химик с сорокалетним стажем, раздраженно сказал мне недавно, когда я, обдумывая эту заметку, перечислил ему приведенные выше вопросы: «А что собственно особенное и неожиданное произошло? Что уж так сильно изменилось? Мы все учились понемногу у своих учителей, учились чему-нибудь и как-нибудь. Теперь они, студенты, учатся тому же у нас. Так оно и идет от века к веку. Так оно и будет идти всегда. И нечего тут новый огород городить». Надеюсь, что сказанное мною в ответ тогда и написанное здесь не станет причиной нашей с ним размолвки. Но ответ мой ему прозвучал весьма решительно. Я утверждал, что в химической науке на рубеже веков изменилось все! Исключительно трудно найти в ней даже маленькую область (речь, конечно, не идет об глухих закоулках, в которых удобно устроились маргиналы-реликты), где в последние четверть века не произошло бы глубоких кардинальных изменений.
^ Методический арсенал химических исследований.
Как справедливо отмечал С.Г.Кара-Мурза /2/, историю химической науки можно рассматривать не только в рамках традиционного подхода как эволюцию основных концепций и идей на фоне открытий и накопления новых экспериментальных фактов. С полным правом ее можно изложить и в ином контексте, как историю совершенствования и развития методического арсенала химической науки. В действительности роль новых методов не ограничивается тем, что они многократно расширяют исследовательские возможности научного сообщества, их освоившего. В междисциплинарном взаимодействии метод подобен троянскому коню. Вместе с методом в новую область науки проникают его теоретический и математический аппарат, которые эффективно используются при создании новых концепций. Опережающий характер развития методического арсенала химии особенно ярко проявился именно в последней четверти ушедшего столетия.
К числу самых ярких достижений в этой области безусловно следует отнести практическое достижение физических пределов в пространственном, временном и концентрационном разрешении в ряде новых методов для химических исследований. Так создание сканирующей туннельной микроскопии с пространственным разрешением на уровне 0,1 нм обеспечивает наблюдение отдельных атомов и молекул. Разработка лазерной фемтосекундной спектроскопии с временным разрешением на уровне 1 – 10 фс открывает возможности исследования элементарных актов химических процессов во временных интервалах, соответствующих одному периоду колебаний атомов в молекуле. Наконец, открытие туннельной колебательной спектроскопии позволяет теперь следить за поведением и превращениями отдельной молекулы на поверхности твердых тел. Не менее важно, пожалуй, также и то, что практически отсутствовал разрыв во времени между созданием физических принципов каждого из этих методов и их непосредственным применением к решению химических задач. Последнее вряд ли удивительно, поскольку все эти и многие другие наиболее важные результаты последних лет были получены коллективами междисцилинарного характера, объединяющими физиков, химиков, инженеров и других специалистов.
Прорыв на новый уровень разрешения и чувствительности был мощно поддержан исключительно быстрым совершенствованием тех физических методов, которые давно составляют основу арсенала химика-исследователя. За последние 10 лет разрешающая способность и чувствительность всех спектральных методов улучшились на порядок и более, а производительность научных приборов возросла на два и более порядков. В ведущих исследовательских лабораториях сейчас основу приборного парка составляют инструменты 5 поколения - сложнейшие измерительно-вычислительные комплексы, которые обеспечивают полную автоматизацию проведения измерений и обработки результатов, а также дают возможность on line применять базы и банки научных данных при их интерпретации. Химик-исследователь с помощью комплекса таких приборов получает в единицу времени примерно в 2000 раз больше информации, чем 50 лет назад. Вот лишь некоторые примеры.
Рентгеноструктурный анализ монокристаллов еще 10 лет назад был одним из самых трудоемких и длительных по времени экспериментов. Определение молекулярной и кристаллической структуры нового вещества требовало месяцев работы, а иногда затягивалось на годы. Новейшие автоматические рентгеновские дифрактометры дают сегодня возможность при изучении соединений не слишком большой молекулярной массы получить весь необходимый массив рефлексов за несколько часов и не предъявлют при этом слишком высоких требований к размерам и качеству кристалла. Полная обработка экспериментальных данных с помощью современных программ на персональном компьютере занимает еще несколько часов. Таким образом казавшаяся ранее несбыточной мечта «один день – одна полная структура» стала повседневной реальностью. За последние 20 лет с помощью РСА было, по всей видимости, исследовано больше молекулярных стуктур, чем за весь предшествующий период его применения. В некоторых областях химической науки использование РСА в режиме рутинного метода привело к прорыву на новый уровень знания. Так например, полученные данные о детальном строении глобулярных белков, в том числе важнейших ферментов, а также других типов биологически важных молекул имели принципиально важное значение для развития молекулярной биологии, биохимии, биофизики и смежных дисциплин. Проведение экспериментов при низких температурах открыло возможности построения прецизионных карт разностной электронной плотности в сложных молекулах, пригодных для прямого сопоставления с результатами теоретических расчетов.
Повышение чувствительности масс-спектрометров уже обеспечивает надежный анализ фемтограммовых количеств вещества. Новые методы ионизации и времяпролетные масс-спектрометры с достаточно высоким разрешением (системы MALDI-TOF) в сочетании с двумерным электрофорезом позволяют сейчас проводить идентификацию и исследование строения биомолекул очень большой молекулярной массы, например, клеточных белков. Это сделало возможным возникновение новой бурно развивающейся области на стыке химии и биологии – протеомики /3/. Современные возможности масс-спектрометрии высокого разрешения в элементном анализе отлично описаны Г.И.Рамендиком /4/.
Новый шаг вперед сделала спектроскопия ЯМР. Использование методов вращения образца под магическим углом с кросс-поляризацией позволяет получать спектры высокого разрешения в твердых телах. Применение сложных последовательностей радиочастотных импульсов в сочетании с импульсными градиентами поляризующего поля, а также инверсное детектирование спектров тяжелых и редких ядер обеспечивает возможность прямого определения трехмерной структуры и динамики белков с молекулярной массой до 50 кД в растворе.
Увеличение чувствительности методов анализа, разделения и исследования веществ имело еще одно важное последствие. Во всех областях химии произошла или происходит миниатюризация химического эксперимента, в том числе переход в химическом лабораторном синтезе с полумикро- на микромасштаб. Это существенно снижает затраты на реактивы и растворители, значительно ускоряет проведение всего цикла исследований. Успехи в разработке новых эффективных общих методов синтеза, обеспечивающих проведение типовых химических реакций с высокими выходами, близкими к количественным, привели к возникновению «комбинаторной химии». В ней целью синтеза является получение не одного, а одновременно сотен, а иногда и тысяч веществ близкого строения (синтез «комбинаторной библиотеки»), который осуществляют в отдельных микрореакторах для каждого продукта, помещенных в большой реактор, а иногда и в одном общем реакторе. Столь кардинальное изменение задач синтеза привело к разработке совершенно новой стратегии планирования и осуществления экспериментов, а также, что особенно важно в свете обсуждаемых нами проблем, к полному обновлению техники и аппаратуры его проведения, реально поставив на повестку дня вопрос о широком внедрении в практику химических роботов.
Наконец, последнее по порядку перечисления в этом разделе, но далеко не последнее по значимости изменение методического арсенала химических исследований состоит в новой роли, которую играют сегодня в химии методы теоретических расчетов и компьютерного моделирования структуры и свойств веществ, а также химических процессов. Например, еще совсем недавно химик-теоретик видел свою главную задачу в систематизации известных экспериментальных фактов и в построении на основе их анализа теоретических концепций качественного характера. Беспрецедентно быстрый рост возможностей вычислительной техники привел к тому, что методы квантовой химии высокого уровня, обеспечивающие получение надежной количественной информации, стали реальным инструментом исследования сложных молекулярных и надмолекулярных структур, включающих сотни атомов, в том числе атомов тяжелых элементов. В связи с этим неэмпирические расчеты ЛКАО МО ССП с корреляционными и релятивистскими поправками, а также квантовохимические расчеты с использованием метода функционала плотности в нелокальных приближениях в расширенных и расщепленных базисах теперь можно применять на начальных этапах исследования, предваряя ими выполнение синтетического эксперимента, который становится значительно более целенаправленным. С проведением таких расчетов легко справляются студенты и аспиранты. Происходят весьма характерные изменения в составах лучших научных коллективов, ведущих экспериментальные исследования. В них все чаще органично включаются химики-теоретики. В научных публикациях высокого уровня сплошь и рядом описание новых химических объектов или явлений приводится вместе с их обстоятельным теоретическим анализом. О замечательных возможностях компьютерного моделирования кинетики сложных многомаршрутных каталитических процессов и удивительных успехах, достигнутых в этой области, прекрасно рассказано в статье О.Н.Темкина /5/.
Даже очень краткий и далеко неполный перечень основных изменений в методическом арсенале химии на рубеже веков, приведенный выше, позволяет сделать ряд важных и совершенно определенных заключений:
эти изменения носят кардинальный, принципиальный характер;
темпы освоения новых методов и методик в химии в последние десятилетия были и остаются очень высокими;
новый методический арсенал создал возможности ставить и успешно решать химические задачи невиданной ранее сложности в исключительно короткие сроки.
Уместно, на мой взгляд, утверждать, что в этот период химические исследования превратились в область широкомасштабного применения целого комплекса новых и новейших высоких технологий, связанных с использованием сложнейшей аппаратуры. Очевидно, что освоение этих технологий становится одной из важнейших задач в подготовке нового поколения химиков.
^ 2.Информационное обеспечение химической науки и новые информационно-коммуникационные технологии.
Время удвоения объема научной химической информации, по последним оценкам И.В.Мелихова /6/, сейчас составляет 11-12 лет. Стремительно растет число научных журналов и их объемы, число выпускаемых монографий и обзоров. Исследования по каждому из актуальных научных направлений одновременно проводятся в десятках научных коллективов разных стран. Свободный доступ к источникам научной информации, который всегда был необходимым условием продуктивной научной работы, а также возможность быстрого обмена текущей информацией с коллегами в новых условиях полной интернационализации науки превратились в лимитирующие факторы, определяющие не только успех, но и целесообразность осуществления любого научного проекта. Вне постоянной оперативной связи с ядром научного сообщества исследователь теперь быстро превращается в маргинала даже в том случае, если он получает результаты высокого качества. Эта ситуация особенно характерна для той значительной части российских химиков, которые не имеют доступа к INTERNET и редко публикуются в международных химических журналах. Их результаты становятся известными членам международного сообщества с временной задержкой в несколько месяцев, а иногда и вовсе не привлекают внимания, будучи опубликованы в малодоступных и малоавторитетных изданиях, в числу которых, к большому сожалению, все еще относится большинство российских химических журналов. Заподавшая, пусть и ценная информация почти не оказывает влияния на ход мирового исследовательского процесса, а стало быть теряется основной смысл всей научной работы. В условиях бедности наших библиотек INTERNET стал главным источником научной информации, а электронная почта – главным каналом связи. Мы должны еще раз низко поклониться Джорджу Соросу, кто первым выделил средства для подключения к INTERNET наших вузов и научных институтов. К сожалению, далеко не все научные коллективы имеют доступ к электронным каналам связи, и пройдет, по всей видимости, не менее десятка лет, пока INTERNET станет общедоступным.
Сегодня наше российское научное химическое сообщество распалось на две неравные части. Значительная, вероятно, большая часть исследователей испытывает острейший информационный голод, не имея свободного доступа к источникам информации. Это остро чувствуют, например, эксперты РФФИ, которым приходится рецензировать инициативные научные проекты. В конкурсе химических проектов 2000 года, например, по отзывам некоторых авторитетных экспертов, участвовавших в их оценке, до трети авторов проектов не располагали самой последней информацией по предлагаемой ими теме. В связи с этим предложенные ими программы работы были не оптимальны. Запаздывание с обработкой научной информации для них, по ориентировочным оценкам, могло составлять от полутора до двух лет. Более того, попадались и проекты, направленные на решение проблем, которые либо уже были решены, либо в свете результатов, полученных в смежных областях, потеряли свою актуальность. Их авторы, по всей видимости, не имели доступа к современной информации не менее 4-5 лет.
Вторая часть ученых-химиков, к которой отношу себя и я, испытывает трудности другого рода. Она находится в состоянии постоянной информационной перегрузки. Огромные объемы информации просто захлестывают. Вот самый свежий пример из личной практики. При подготовке ключевой публикации в новой серии научных работ я решил самым тщательным образом собрать и проанализировать всю относящуюся к теме литературу. Машинный поиск по трем базам данных по ключевым словам за период последних 5 лет выявил 677 источников общим объемом 5489 страниц. Введение дополнительных более строгих критериев отбора сократило число источников до 235. Работа с рефератами этих научных статей позволила отсеять еще 47 не очень значимых публикаций. Из оставшихся 188 работ ранее мне были известны и мною уже были изучены 143. Из 45 новых источников доступными для непосредственного просмотра оказались 34. В первой же из новых работ я нашел ряд ссылок на работы ее авторов более раннего периода, в которых изучаемая мною проблема рассматривалась с других позиций. Движение по нучным ссылкам к истокам выявило в конечном счете еще 55 источников. Беглый просмотр двух обзоров, входивших в их число, заставил внести в список для изучения еще 27 работ из смежных областей. Из них 17 уже присутствовали в первоначальном списке из 677 источников. Таким образом, после трехмесячной весьма напряженной работы я имел список из 270 работ, непосредственно относящихся к проблеме. Среди них явно выделялись высоким качеством публикации 6 научных групп. Я написал руководителям этих коллективов о моих основных результатах и попросил прислать ссылки на их последние работы по проблеме. Двое ответили, что они более не занимаются ею и не опубликовали ничего нового. Трое прислали 14 работ, часть из которых была только что завершена и еще не вышла из печати. Один из коллег не ответил на запрос. Двое из коллег в своих письмах упомянули имя молодого японского ученого, который начал исследования в том же направлении всего два года назад, имел по теме только 2 публикации, но сделал, по их отзывам, блестящий научный доклад на последней международной конференции. Я немедленно написал ему и получил в ответ список из 11 публикаций, в которых использовался тот же метод исследований, который применял я, но с некоторыми дополнительными модификациями. Он также обратил мое внимание на некоторые неточности, допущенные в тексте моего письма при изложении собственных результатов. Детально проработав лишь 203 работы из 295, имеющих прямое отношение к теме, я наконец заканчиваю подготовку публикации. В списке литературы оказывается более 100 наименований, что совершенно неприемлемо по правилам наших журналов. Сбор и обработка информации заняла почти 10 месяцев. Из этой достаточно типичной истории следует, на мой взгляд, четыре важных вывода:
На сбор и анализ информации по профилю исследований современный химик должен тратить до половины и более рабочего времени, что вдвое или втрое больше, чем полвека назад.
Быстрая оперативная связь с коллегами, работающими в той же области в разных странах мира, т.е. включение в «незримый научный коллектив» резко повышает эффективность такой работы.
Важной задачей в подготовке нового поколения химиков становится овладение современными информационными технологиями.
Исключительно важное значение приобретает языковая подготовка молодого поколения специалистов.
Поэтому в своей лаборатории некоторые коллоквиумы мы проводим по-английски даже в том случае, если на них и нет иностранных гостей, которые у нас не редкость. В прошлом году студенты моей специализированной группы, узнав, что я читал курсы лекций за рубежом, попросили меня прочитать часть курса органической химии по-английски. Опыт, в целом, мне показался интересным и удачным. Около половины студентов не только хорошо усваивали материал, но и активно участвовали в дискуссии, посещаемость лекций повысилась. Однако примерно четверть студентов из состава группы, которые с трудом усваивали сложный материал даже по-русски, эта затея явно пришлась не по душе.
Замечу также, что описанная мною ситуация позволяет в реальном свете понять происхождение известного тезиса о непорядочности и коварстве наших некоторых зарубежных коллег, которые недостаточно активно цитируют работы российских химиков, якобы с целью присвоить себе чужой приоритет. Действитльная причина – жесточайшая информационная перегрузка. Ясно, что все нужные работы собрать, прочитать и процитировать невозможно. Конечно, я всегда цитирую работы тех, с кем постоянно сотрудничаю, обмениваюсь информацией, обсуждаю результаты до их публикации. Иногда, когда мои работы пропускались, мне приходилось посылать коллегам вежливые письма с просьбой исправить оплошность. И она всегда исправлялась, хотя и без особого удовольсивия. В свою очередь и мне однажды пришлось принести извинения за невнимательность.
^ 3.Новые цели и новая структура фронта химических научных исследований.
О новых целях и новых тенденциях в развитии химии на рубеже веков блестяще написал А.Л.Бучаченко в своем обзоре /7/, и я ограничусь лишь коротким комментарием. Отмеченная им доминирующая в последние два десятилетия тенденция к интеграции отдельных химических дисциплин свидетельствует о достижении химической наукой той степени «золотой зрелости», когда уже имеющихся средств и ресурсов достаточно для решения традиционных задач каждой из областей. Яркий пример представляет современная органическая химия. Сегодня синтез органической молекулы любой сложности может быть осуществлен с помощью уже разработанных методов. Поэтому даже очень сложные задачи такого типа можно рассматривать как задачи чисто технические. Сказанное конечно не означает, что разработка новых методов органического синтеза должна быть прекращена. Работы такого типа будут актуальны всегда, но они составляют на новом этапе не главное, а фоновое направление развития дисциплины. В /7/ выделены восемь генеральных направлений современной химической науки (химический синтез; химическая структура и функция; управление химическими процессами; химическое материаловедение; химическая технология; химическая аналитика и диагностика; химия жизни). В реальной научной деятельности в каждом научном проекте в той или иной степени всегда ставятся и разрешаются частные задачи, относящиеся сразу к нескольким генеральным направлениям. А это, в свою очередь, требует очень разносторонней подготовки от каждого члена научного коллектива.
Важно также отметить, что в каждом из перечисленных выше направлений химии отчетливо прослеживается переход к все более сложным объектам исследования. В центре внимания все чаще оказываются супрамолекулярные системы и структуры. Новый этап развития химической науки, который начался на рубеже веков, можно в связи с этим назвать этапом супрамолеклярной химии.
^ 4.Особенности российской химической науки сегодня.
Десять лет так называемой перестройки нанесли страшный удар по российской науке в целом и по российской химии в частности. Об этом написано много, и не стоит здесь повторяться. К сожалению, приходится констатировать, что среди научных коллективов, доказавших свою жизнеспособность в новых условиях, практически нет бывших отраслевых химических институтов. Огромный потенциал этой отрасли практически уничтожен, а материальные и интеллектуальные ценности разграблены. Нищенское финансирование академической и вузовской химии, в течение всего этого периода ограничивавшееся зарплатой на уровне или ниже прожиточного минимума, привело к значительному сокращению численности работников. Из вузов и институтов ушла большая часть энергичной и талантливой молодежи. Средний возраст преподавателей подавляющего числа вузов перешагнул критическую отметку 60 лет. Налицо разрыв поколений – среди сотрудников химических институтов и преподавателей очень мало людей в наиболее продуктивном возрасте 30-40 лет. Остались старые профессора и молодые аспиранты, которые часто поступают в аспирантуру лишь с одной целью - освободится от службы в армии.
Большинство научных коллективов можно отнести к одному из двух типов, хотя это деление, разумеется, весьма условно. «Продуцирующие научные коллективы» выполняют новые крупные самостоятельные исследовательские проекты и получают значительные объемы первичной информации. «Экспертные научные коллективы», как правило, меньше по численности, чем продуцирующие, но они также имеют в своем составе очень высококвалифицированных специалистов. Они ориентированы на анализ информационных потоков, на обобщение и систематизацию результатов, полученных в других научных коллективах мира. Соответственно с этим их научная продукция – это в основном обзоры и монографии. Вследствие колоссального роста объемов научной информации такого рода работа становится очень важной, если она выполняется с соблюдением тех требований, которые предъявляются к таким вторичным источникам информации как обзор и монография/8/. В условиях нищенского финансирования, недостатка современного научного оборудования и сокращения численности в российском научном химическом сообществе число продуцирующих коллективов уменьшилось, а число экспертных коллективов несколько возросло. В работе большинства коллективов обоих типов упала доля сложных экспериментальных исследований. Такие изменения в структуре научного сообщества в неблагоприятных условиях вполне закономерны и на определенном этапе обратимы. При улучшении ситуации экспертный коллектив легко может быть пополнен молодежью и превращен в продуцирующий. Однако, если период неблагоприятных условий затягивается, экспертные коллективы гибнут, поскольку лидерами в них являются ученые старшего возраста, прекращающие научную деятельность по естественным причинам.
Доля работ российских химиков в общем объеме исследований и в мировых информационных потоках быстро сокращается. Наша страна не может более считать себя «великой химической державой». За какой-нибудь десяток лет в связи с уходом лидеров и отсутствием эквивалентной смены мы уже потеряли значительное число научных школ, составлявших гордость не только нашей, но и мировой науки. По всей видимости, в близком будущем мы будем продолжать их терять. На мой взгляд, российская химическая наука сегодня достигла критического рубежа, за которым распад сообщества становится лавинообразным и более неконтролиремым процессом.
Эта опасность достаточно ясно осознается международным научным сообществом, которое стремиться оказывать нашей науке посильную помощь по разным каналам. У меня складывается впечатление, что лица, в нашей науке и образовании власть предержащие, в полной мере еще не осознали реальность такого обвала. Ведь нельзя же, в самом деле, серьезно рассчитывать на то, что его можно предотвратить с помощью реализации программы поддержки научных школ через РФФИ и программы «Интеграция». Не осознается тот факт, что выделяемые на эти программы средства значительно (по грубым оценкам, на порядок) ниже того минимального предела, после достижения которого эффект воздействия становится отличным от нуля.
В ответ на высказывание в таком тоне в беседе с лицом, близким к обозначеным выше властным структурам, я услышал: «Не кипятись зря, читай «Поиск». Слава Богу, худшие времена позади. Конечно, общий фон пока довольно безрадостный, но существуют же вполне благополучные научные коллективы и целые институты, которые приспособились к новым условиям и демонстрируют заметный рост продуктивности. Так что не нужно впадать в истерику и хоронить нашу науку».
В самом деле, такие коллективы существуют. Я составил список из десяти таких лабораторий, работающих близко по тематике к области моих научных интересов, залез в INTERNET, поработал в библиотеке с базой данных Chemical Abstracts. Вот сразу бросившиеся в глаза общие свойственные этим лабораториям особенности:
Все десять коллективов имеют прямой доступ в INTERNET, пять из десяти имеют в нем хорошо оформленные собственные страницы с достаточно полной и обновляемой информацией о работе.
Все десять лабораторий активно сотрудничают с зарубежными коллективами. Шесть имеют гранты международных организаций, три выполняют исследования по контрактам с крупными зарубежными фирмами.
Более половины членов научных коллективов, информация о которых была найдена, не менее одного раза в год выезжали за рубеж для участия в международных конференциях или для научной работы.
Работа девяти из десяти лабораторий поддерживается грантами РФФИ (в среднем по 2 гранта на лабораторию).
Шесть из 10 лабораторий представляют институты РАН, но три из них очень активно участвуют в кооперации с Высшим химическим колледжем РАН, а поэтому в составе их коллективов достаточно много студентов. Из четырех вузовских коллективов три возглавляют члены РАН.
От 15% до 35% научных публикаций руководителей лабораторий за последние 5 лет опубликовано в международных журналах. Пятеро из них за этот период опубликовали совместные работы, а семеро представляли совместные доклады на научных конференциях с зарубежными коллегами.
В заключение скажу самое главное – во главе всех этих лабораторий стоят совершенно замечательные личности. Высококультурные, разносторонне образованные, увлеченные своей работой люди.
Квалифицированный читатель сразу заметит, что делать какие-либо выводы общего характера на основании столь малой и непредставительной выборки научных коллективов не имеет смысла. Я признаюсь, что не имею полных данных о других успешно работающих научных коллективах химиков страны. Интересно было бы их собрать и проанализировать. Но по опыту работы своей, не самой слабой в целом лаборатории, могу ответственно заявить, что без участия в международном сотрудничестве, без постоянной помощи со стороны зарубежных коллег, от которых за последний год только одних химических реактивов и книг мы получили почти на 4000 долларов, без постоянных командировок сотрудников, аспирантов и студентов за рубеж мы не смогли бы работать вовсе. Заключение напрашивается само собой:
Сегодня в области фундаментальных исследований в нашей химической науке продуктивно работают в основном коллективы, которые включены в международное научное сообщество, получают поддержку из-за рубежа, обладают свободным доступом к источникам научной информации. Интеграция уцелевшей в перестройке российской химии в мировую химическую науку завершается.
А раз так, то наши критерии качества научной продукции должны соответствовать самым высоким международным стандартам. Почти лишенные возможности приобретать современную научную аппаратуру, мы должны ориентироваться на использование весьма ограниченных возможностей центров коллективного пользования и /или на выполнение наиболее сложных и тонких экспериментов за рубежом.
^ 5.Вернемся к проблеме подготовки нашей смены.
О многом по этому поводу хорошо сказано в статье деканов Химических факультетов двух бесспорно лучших университетов страны/9/, а поэтому можно не вдаваться во многие детали. Попробуем двигаться по порядку в соответствии со списком сформулированных вначале этой заметки вопросов.
Так кто же они, молодые люди, сидящие на студенческой скамье перед нами? К счастью, в человеческой популяции существует небольшая часть индивидов, которым судьба стать учеными предопределена генетически. Нужно только найти их и привлечь к занятиям химией. К счастью, существуют в нашей стране давние и славные традиции выявления талантливых ребят через химические олимпиады, через создание специализированных классов и школ. Еще живут и активно работают замечательные энтузиасты занятий с одаренными школьниками. Ведущие химические вузы, принимающие самое активное участие в этой работе, вопреки козням Министерства образования, собирают поистине золотой урожай. До трети студентов Химического факультета МГУ в последние годы уже на 1 курсе определяют область своих интересов, и почти половина начинает научную работу к началу 3 курса.
Особенность нового времени состоит в том, что, начиная учебу в университете, молодой человек часто еще не знает, в какой области ему придется работать после завершения образования. Большинству исследователей и инженеров приходится неоднократно менять область деятельности за время профессиональной карьеры. Поэтому будущий специалист на студенческой скамье должен приобрести твердые навыки в умении самостоятельно овладевать новыми областями науки. Самостоятельная индивидуальная работа студента составляет основу современного образования. Главное условие эффективности такой работы – доступность хороших современных учебников и учебных пособий. «Время жизни» современного учебника, по всей видимости, должно примерно равняться времени удвоения объема научной информации, т.е. должно составлять 11-12 лет. Одна из главных бед нашего образования состоит в том, что у нас не только нет новых вузовских учебников по базовым химическим дисциплинам, но катастрофически нехватает даже старых. Необходима эффективная программа написания и напечатания учебников по химическим дисциплинам для вузов.
У одаренных и хорошо мотивированных студентов есть особенность, которую заметил еще Р.Фейман в своих знаменитых лекциях. Им, таким студентам, по существу стандартное образование не нужно. Им необходима среда о
Хими ческое и хи мико-технологи ческое образова ние, система овладения в учебных заведениях знаниями по химии и химической технологии , способами применения их к решению инженерно-технологических и исследовательских задач. Подразделяется на общее химическое образование , обеспечивающее овладение знаниями основ химической науки, и специальное химическое и , вооружающее знаниями химии и химической технологии , необходимыми специалистам высшей и средней квалификации для производственной деятельности, научно-исследовательской и преподавательской работы как в области химии , так и в связанных с ней отраслях науки и техники. Общее химическое образование даётся в средней общеобразовательной школе, средних профессионально-технических и средних специальных учебных заведениях. Специальное химическое и химико-технологическое образование приобретается в различных высших и средних специальных учебных заведениях (университетах, институтах, техникумах, училищах). Его задачи, объём и содержание зависят от профиля подготовки в них специалистов (химическая, горная, пищевая, фармацевтическая, металлургическая промышленность, сельское хозяйство, медицина, теплоэнергетика и т.д.). Содержание химического и изменяется в зависимости от развития химии и требований производства.
Совершенствование структуры и содержания химического и химико-технологического образования связано с научной и педагогической деятельностью многих советских учёных - А.. Е. Арбузова, Б. А. Арбузова, А. Н. Баха, С. И. Вольфковича, Н. Д. Зелинского, И. А. Каблукова, В. А. Каргина, И. Л. Кнунянца, Д. П. Коновалова, С. В. Лебедева, С. С. Наметкина, Б. В. Некрасова, А. Н. Несмеянова, А. Е. Порай-Кошица, А. Н. Реформатского, С. Н. Реформатского, Н. Н. Семенова, Я. К. Сыркина, В. Е. Тищенко, А. Е. Фаворского и др. Новые достижения химически наук освещаются в специальных химических журналах , помогающих в совершенствовании научного уровня курсов химии и химической технологии в высшей школе. Для учителей издаётся журнал «Химия в школе».
В других социалистических странах подготовка специалистов с химическим и химико-технологическим образованием осуществляется в университетах и специализированных вузах. Крупными центрами такого образования являются: в НРБ - Софийский университет, Софийский ; в ВНР - Будапештский университет, Веспремский ; в ГДР - Берлинский, Дрезденский технический, Ростокский университеты, Магдебургская высшая техническая школа; в ПНР - Варшавский, Лодзинский, Люблинский университеты, Варшавский политехнический институт; в СРР - Бухарестский, Клужский университеты, Бухарестский, Ясский политехнический институты; в ЧССР - Пражский университет, Пражский , Пардубицкая высшая химико-технологическая школа; в СФРЮ - Загребский, Сараевский, Сплитский университеты и др.
В капиталистических странах крупными центрами химического и химико-технологического образования являются: в Великобритании - Кембриджский, Оксфордский, Батский, Бирмингемский университеты, Манчестерский политехнический институт; в Италии - Болонский, Миланский университеты; в США - Калифорнийский, Колумбийский, Мичиганский технологические университеты, Толедский университет, Калифорнийский, Массачусетсский технологические институты; во Франции - Гренобльский 1-й, Марсельский 1-й, Клермон-Ферранский, Компьенский технологический, Лионский 1-й, Монпельеский 2-й, Парижские 6-й и 7-й университеты, Лоранский, Тулузский политехнические институты; в ФРГ - Дортмундский, Ганноверский, Штутгартский университеты, Высшие технические школы в Дармштадте и Карлсруэ; в Японии - Киотский, Окаямский, Осакский, Токийский университеты и др.
Лит.: Фигуровский Н. А., Быков Г. В., Комарова Т. А., Химия в Московском университете за 200 лет, М., 1955; История химических наук, М., 1958; Ременников Б. М., Ушаков Г. И., Университетское образование в СССР, М., 1960; Зиновьев С. И., Ременников Б. М., Высшие учебные заведения СССР, [М.], 1962; Парменов К. Я., Химия как учебный предмет в дореволюционной и советской школе, М., 1963; Преподавание химии по новой программе в средней школе. [Сб. ст.], М., 1974; Джуа М., История химии , пер. с итал., М., 1975.
Адрес: Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д.48
Е-мейл Оргкомитета: [email protected]
Организаторы: РГПУ им. А.И. Герцена
Условия участия и жилье: 400 руб.
Уважаемые коллеги!
Приглашаем Вас принять участие во II Всероссийской студенческой конференции с международным участием «Химия и химическое образование XXI века», посвященной 50-летию факультета химии РГПУ им. А.И. Герцена и 100-летию со дня рождения профессора В.В. Перекалина.
Конференция состоится на базе РГПУ им. А.И. Герцена.
Сроки проведения конференции – с 15 по 17 апреля 2013 гЦель конференции – обмен результатами изучения современных проблем химии и химического образования между молодыми исследователями и активное приобщение студентов к научно-исследовательской работе. В рамках конференции будут представлены секционные (до 10 мин) и стендовые доклады студентов , обучающихся в бакалавриате, сп ециалитете и магистратуре. Возможно заочное участие с публикацией тезисов доклада.Отобранные Оргкомитетом тезисы докладов будут опубликованы в сборнике материалов конференции с присвоением номера ISBN . С пленарными докладами выступят приглашенные ведущие химики Санкт-Петербурга.
Основные научные направления конференции:
- Секция 1 – органическая, биологическая и фармацевтическая химия
- Секция 2 – физическая, аналитическая и экологическая химия
- Секция 3 – неорганическая и координационная химия, нанотехнологии
- Секция 4 – химическое образование
Для участия в конференции необходимо:
До 15 февраля 2013 г. выслать регистрационную форму участника и тезисы доклада, оформленные в соответствии с требованиями, на электронный адрес конференции: conference -2013@yandex .ru
Химический элемент – совокупность атомов с одинаковым зарядом. Как же образуются простые и сложные химические элементы?
Химический элемент
Все многообразие окружающей нас природы состоит из сочетаний сравнительно небольшого числа химических элементов.
В различные исторические эпохи в понятие «элемент» вкладывался различный смысл. Древнегреческие философы в качестве «элементов» рассматривали четыре «стихии» – тепло, холод, сухость и влажность. Сочетаясь попарно, они образовывали четыре «начала» всех вещей – огонь, воздух, воду и землю. В середине века к этим началам добавились соль, сера и ртуть. В XVIII веке Р. Бойль указал на то, что все элементы носят материальный характер и их число может быть достаточно велико.
В 1787 году французский химик А. Лавуазье создал «Таблицу простых тел». В нее вошли все известные к тому времени элементы. Под последними понимались простые тела, которые не удавалось разложить химическими методами на еще более простые. Впоследствии выяснилось, что в таблицу вошли и некоторые сложные вещества.
Рис. 1. А. Лавуазье.
В настоящее время понятие «химический элемент» установлено точно. Химический элемент – это вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. Последний равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.
В настоящее время известно 118 элементов. Примерно 90 из них существуют в природе. Остальные получены искусственно с помощью ядерных реакций.
104-107 элементы были синтезированы учеными-физиками. В настоящее время продолжаются исследования по искусственному получению химических элементов с более высокими порядковыми номерами.
Все элементы делятся на металлы и неметаллы. К неметаллам относятся такие элементы, как: гелий, неон, аргон, криптон, фтор, хлор, бром, йод, астат, кислород, сера, селен, азот, телур, фосфор, мышьяк, кремний, бор, водород. Однако деление на металлы и неметаллы условное. При определенных условиях некоторые металлы могут приобретать неметаллические свойства, а некоторые неметаллы – металлические.
Образование химических элементов и веществ
Химические элементы могут существовать в виде одиночных атомов, в виде одиночных свободных ионов, но обычно входят в состав простых и сложных веществ.
Рис. 2. Схемы образования химических элементов.
Простые вещества состоят из атомов одного вида и образуются в результате соединения атомов в молекулы и кристаллы. Большинство химических элементов относятся к металлическим, потому что образованные ими простые вещества является металлами. Металлы имеют общие физические свойства: все они твердые (кроме ртути), непрозрачные, имеют металлический блеск, тепло- и электропроводность, ковкость. Металлы образуют такие химические элементы, как, например, магний, кальций, железо, медь.
Неметаллические элементы образуют простые вещества, относящиеся к неметаллам. Они не имеют характерных металлических свойств, бывают газами (кислород, азот), жидкостями (бром), и твердыми веществами (сера, йод).
Один и тот же элемент может образовывать несколько разных простых веществ, обладающих разными физическими и химическими свойствами. Они называются аллотропными формами, а явление их существования называется аллотропией. Примерами могут быть алмаз, графит и карбин – простые вещества, являющиеся аллотропными формами элемента углерода.
Рис. 3. Алмаз, графит, карбин.
Сложные вещества состоят из атомов элементов разного вида. Например, сульфид железа состоит из атомов химического элемента железа и химического элемента серы. При этом сложное вещество ни в коей мере не сохраняет свойств простых веществ железа и серы: их там нет, а есть атомы соответствующих элементов.
Что мы узнали?
В настоящее время известно 118 химических элементов, которые подразделяются на металлы и неметаллы. Все элементы можно разделить на простые и сложные вещества. первые состоят из атомов одного вида, а вторые – из атомов разных видов.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 296.
