Основы научных исследований и инженерного творчества (учебно-исследовательская и научно-исследовательская работа студента)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский федеральный университет 

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Земляной К. Г., Павлова И. А.

ОСНОВЫ

НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА

(Учебно-исследовательская
и научно-исследовательская

работа студента)

Рекомендовано методическим советом УрФУ

в качестве учебно-методического пособия

для студентов, обучающихся по специальности 

240304 — Химическая технология тугоплавких неметаллических 

и силикатных материалов по направлению 

240100 — Химическая технология

2-е издание, стереотипное

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
Издательство Уральского университета
2017

УДК 001.891+62-047(075.8)
ББК 72с9я73+30с9я73
          З-53

Составители: 
К. Г. Земляной, И. А. Павлова

Рецензенты:
Л.В. Узберг, зав. лабораторией ОАО «ВНИИМТ» (НИИ 
металлургической теплотехники), канд. техн. наук, ст. науч. сотр.;
Э.Г. Вовкотруб, ст. науч. сотр. лаборатории электрохимического 
материаловедения Института высокотемпературной электрохимии 
УрО РАН, канд. техн. наук

Научный редактор д-р техн. наук, проф. И. Д. Кащеев

З-53    Основы научных исследований и инженерного творчества 
(учебно-исследовательская и научно-исследовательская работа 
студента) [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие 
по выполнению исследовательской работы / сост. К. Г. Земляной, 
И. А. Павлова. — 2-е изд., стер. — М. : ФЛИНТА : Изд-во Урал.
унта, 2017. — 68 с.

ISBN 978-5-9765-3110-9 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1388-4 (Изд-во Урал. ун-та)

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов всех форм 
обучения по направлению 240100 Химическая технология профили: 
Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных 
материалов, Химическая технология материалов и изделий электроники и 
наноэлектроники, Химическая технология огнеупорных материалов и изделий. 
Пособие может быть использовано студентами других направлений.

Подготовлено кафедрой химической технологии керамики и 
огнеупоров.

Библиогр.: 25 назв.

УДК 001.891+62-047(075.8)
ББК 72с9я73+30с9я73

ISBN 978-5-9765-3110-9 (ФЛИНТА)
ISBN 978-5-7996-1388-4 (Изд-во Урал. ун-та)

© Уральский федеральный 
     университет, 2015

Введение

О

сновы научных исследований и инженерного творчества (ОНИиИТ) — одна из дисциплин учебного процесса, в которой сочетаются обучение и практика, которая предполагает решение студентами творческих исследовательских 
задач с заранее неизвестным результатом, предполагающим наличие 
основных этапов, характерных для научного исследования.
Учебно-методическое пособие может быть использовано в рамках 
дисциплин бакалавриата — «Основы научных исследований и инженерного творчества», магистратуры — «Научно-исследовательская работа», специалитета — «Учебно-исследовательская работа студента».
В рамках научной работы студент сначала приобретает первые навыки исследовательской работы, затем начинает воплощать приобретенные теоретические знания в исследованиях, так или иначе связанных с практикой, а в конце этого длительного процесса возможно 
участие в научных конференциях и симпозиумах разного уровня, 
включая международные.
Исследовательская работа студентов является действенным средством повышения качества подготовки выпускаемых высшей школой 
специалистов и должна проводиться в тесной связи с учебным процессом как его неотъемлемое продолжение. Студент обретает навыки 
теоретического осмысления своей профессиональной деятельности, 
самостоятельность суждений, умение концентрироваться, постоянно обогащать собственный запас знаний, обладать многосторонним 
взглядом на возникающие проблемы. Занятие учебной и научно-исследовательской работой дисциплинирует студента, помогая ему полнее освоить основные профессиональные дисциплины. Одновременно студент приобретает навыки получения и обработки научной 
информации, оформления научно-технической документации (лабораторного журнала, отчета, статьи).
Исследовательская работа также дает возможность каждому студенту определиться с индивидуально-личностными возможностями 
продолжения научных исследований в рамках аспирантуры и докторантуры и научиться отвечать требованиям, предъявляемым сегодня к ученому.

1. Общие положения

1.1. Цели и задачи ОНИиИТ. Требования государственного 
стандарта высшего профессионального образования
В 

своей практической деятельности выпускнику часто приходится трудиться в исследовательских подразделениях 
корпораций и предприятий, научных организациях промышленных отраслей или Российской академии наук, в заводских 
лабораториях, занимающихся совершенствованием производств, 
а также заниматься оценкой и экспертизой исследовательских работ, составлять задания на исследовательские работы. Это требует 
приобретения навыков в проведении исследовательской работы еще 
во время обучения в университете. Выпускник должен владеть основами закономерной взаимосвязи структуры и свойств материалов, методами оценки достоверности и качества испытаний и исследований, физическими принципами работы приборов и машин, их 
технологическими и эксплуатационными параметрами. Учебно-исследовательская работа является одним из видов профессиональной 
деятельности выпускника направления 240100. Выпускник должен 
уметь поставить цель и сформулировать задачи, связанные с выполнением профессиональных функций, уметь использовать для их реализации методы изученных им дисциплин.
Проведение исследовательской работы ставит своей задачей вовлечение студентов в научные исследования.
Основной целью ОНИиИТ является развитие способности и готовности к самостоятельному осуществлению научно-исследовательской работы, связанной с решением сложных профессиональных задач в инновационных условиях. Задачами ОНИиИТ является:
— углубление и закрепление теоретических знаний по направлению, получение практических навыков работы;
— овладение современными методами научного исследования, 
техникой эксперимента, приборами и оборудованием;

1. Общие положения

— развитие практических навыков самостоятельного поиска научно-технической информации, ведения теоретической и экспериментальной работы;
— приобретение умения анализировать результаты исследования 
и формулировать выводы и рекомендации;
— подготовка к курсовому и дипломному проектированию.

1.2. Место и объем ОНИиИТ

Дисциплина ОНИиИТ в рамках бакалавриата включает в себя лекционный курс и лабораторный практикум в виде учебно-исследовательской работы в 8 семестре бакалавриата. Научно-исследовательская работа магистра длится с первого по четвертый семестр.
В седьмом семестре, как правило, работа заключается в составлении литературного обзора по тематике исследовательской работы.
Исследовательская работа как составная часть учебного процесса должна охватывать весь период обучения. Очевидно, что ее формы и содержание от начальных к старшим курсам должны отличаться. Так, на начальной стадии упор делается на приобретение навыков 
работы с научной и технической литературой, на знакомство с техникой эксперимента, методами применения математической статистики 
для обработки результатов наблюдений при выполнении обязательных лабораторных работ, на ознакомление с научными направлениями выпускающей кафедры и т. д. Ознакомление с теорией и практикой 
эксперимента и выполнение самостоятельного исследования с оформлением научной документации целесообразно на второй стадии. Для 
отдельных способных студентов научно-исследовательская работа 
может начинаться и на III курсе. Все отмеченное указывает на необходимость организации поэтапного научного обучения студентов.
В соответствии с общей целью организации научно-исследовательской работы как важного средства повышения качества подготовки специалиста и указанными выше задачами можно наметить ее 
следующие формы:
— Составление литературных обзоров (рефератов) по отдельным 
научным проблемам, над которыми работает кафедра, по экспериментальным, полупромышленным и промышленным установкам, по новейшим достижениям науки и техники в области 
специальности и т. д.
— Изучение основ математической статистики и применение ее 
для обработки результатов наблюдений, полученных на кафе

ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА

дре или взятых на предприятии. Выполнение специальных расчетов с использованием методов высшей математики.
— Изучение основ теории эксперимента (математическое планирование, обработка первичных данных, получение общих математических зависимостей и т. д.).
— Выполнение заданий научно-исследовательского характера 
в период практики (составление графика работы технологического аппарата или узла, проверка нового технологического 
режима, снятие баланса продукта, социологические исследования и т. д.).
Плановой учебно-исследовательской работой студенты бакалавриата занимаются в часы, включенные в расписание занятий, а также 
в часы, выделенные на самостоятельную работу. ОНИиИТ проходит 
в учебных и научных лабораториях кафедры, научно-технических библиотеках, в компьютерных классах с выходом в Интернет, на предприятиях и в научно-исследовательских институтах.
Темы и планы исследований предлагаются студентам преподавателями, как правило, в ходе учебной и производственной практики после 2-го или 3-го курса. Это позволяет студентам использовать 
и приборы, и установки лабораторий заводов и исследовательских 
институтов.
Если дипломная работа носит исследовательский характер, то ее 
тема обычно совпадает с темой ОНИиИТ и весь экспериментальный 
материал, накопленный при выполнении исследовательской работы 
в рамках ОНИиИТ, присоединяется к содержанию дипломной работы. Руководитель работы может предложить комплексную тему для 
разработки несколькими студентами.
Для приобретения студентами навыков коллективной исследовательской деятельности исследовательская работа может выполняться научными бригадами из нескольких человек. Формирование бригад, распределение тем и руководителей ОНИиИТ, контроль за ходом 
ОНИиИТ и организация защит осуществляется ответственным за научно-исследовательскую работу студентов на кафедре.
Научно-исследовательская работа в рамках магистратуры проводится с первого по четвертый семестр на кафедре или на предприятиях и в научно-исследовательских институтах в часы, включенные 
в расписание. Темы научно-исследовательских работ предлагаются 
студентам в первые две недели обучения первого семестра и должны 
утверждаться на заседании кафедры с внесением ее в индивидуальный 
план работы. Тематика научно-исследовательской работы должна соответствовать теме магистерской диссертации студентов.

1. Общие положения

1.3. Задание на ОНИиИТ

Задание содержит следующие разделы:
— Тема работы,
— Содержание работы,
— Цель и исходные данные,
— Содержание отчета,
— Перечень графического материала,
— Исходные библиографические источники,
— Основные этапы и сроки их выполнения.
В разделе «Тема работы» приводится краткая формулировка темы 
исследования (теоретическое или экспериментальное исследование 
явления, процесса, прибора, системы или разработка алгоритмов программ, методик и т. п.).
В раздел «Содержание работы» включаются аналитический обзор 
литературы, теоретические исследования, экспериментальные исследования и т. д.
В разделе «Цель и исходные данные» указываются цель и задачи 
работы, исходные данные, требования к условиям проведения экспериментов, методы и методики проведения экспериментов.
В разделе «Содержание отчета» приводится перечень разделов, которые должны присутствовать в отчете.
В разделе «Перечень графического материала» указываются плакаты, необходимые для защиты ОНИиИТ (схемы алгоритмов программ, графики, таблицы и т. п.).
В разделе «Исходные библиографические источники» приводится рекомендованная руководителем литература (статьи, патенты, отчеты о НИР и т. д.).
В разделе «Основные этапы и сроки их выполнения» указываются 
основные этапы работы и намечаются сроки их выполнения.

1.4. Организация ОНИиТ на кафедре

Руководство исследовательской работой бакалавра поручается преподавателям, аспирантам, научным сотрудникам и инженерам кафедры с достаточным опытом и квалификацией. Руководителями могут 
быть также специалисты из других организаций и учреждений. Руководителями НИР магистрантов могут быть профессор или доцент кафедры, принимающий участие в реализации магистерской программы и имеющий ученую степень доктора или кандидата наук.

ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА

Руководитель ОНИиИТ несет ответственность за актуальность 
и соответствие тематики направлению 240100, организацию выполнения исследовательской работы. Руководитель исследовательской 
работы должен в течение первой недели семестра выдать задание 
на ОНИиИТ, которое должно быть утверждено заведующим кафедрой к концу второй недели. В ходе ОНИиИТ руководитель обеспечивает научное и методическое руководство студентами, консультирует их, контролирует сроки выполнения этапов исследовательской 
работы и дает предварительный отзыв на работу.
При разработке темы работы выдвигается конкретная задача исследования — исследовать свойства материала или влияния добавок 
на его свойства, определить оптимальные параметры процесса, разработать прогрессивную технологию, технологическую схему производства и т. д. К теме предъявляют ряд требований:
— актуальность (она должна быть важной, требующей разрешения в настоящее время);
— новизна (т. е. тема в такой постановке никогда не разрабатывалась и в настоящее время не разрабатывается);
— экономическая эффективность и значимость;
— соответствие направлению и профилю обучения;
— осуществимость и/или внедряемость.
Научно-исследовательская работа выполняется в соответствии 
с выданным руководителем и утвержденным на заседании кафедра 
заданием в сроки, определенные учебным планом. Задание оформляется на специальном бланке с указанием соответствующей основной 
литературы и объема работы с разбивкой ее по этапам (семестрам).
Работа начинается с всестороннего изучения полученного задания. 
На этом этапе студент знакомится с имеющимися на кафедре отчетами, публикациями, справочниками и методическими пособиями. 
Ведется информационный поиск. В результате студент должен получить полное представление о проблеме, о состоянии ее изученности, 
о путях и средствах решения и определить задачи исследования. После изучения и анализа литературных данных выбирается и обосновывается методика исследования. Дальнейшая работа ведется в соответствии с разработанным научным руководителем календарным 
планом, который включает следующие этапы:
— Знакомство с оборудованием и приборами, материалами, организация рабочего места.
— Подготовка исходных материалов и растворов, их анализ, подготовка к работе. Проверка и отработка методик получения образцов и исследования.

1. Общие положения

— Определение последовательности выполнения активного эксперимента. Математическое планирование эксперимента.
— Выполнение экспериментальной части; получение и обработка первичных экспериментальных данных.
— Оформление научного документа (научно-технический отчет, 
дипломная работа, статья для опубликования в печати, заявка 
на патент и т. д.).
— Защита законченного исследования (или его этапа).
Удельный вес каждого из перечисленных этапов определяется 
в процентах от общего объема работы. Длительность этапов в рабочих днях или часах устанавливается руководителем.
Необходимо помнить, что все этапы связаны между собой.
При выполнении работы необходимо строго соблюдать последовательность. Нельзя приступать к эксперименту, не убедившись в стабильной работе всех узлов оборудования и правильности выбранной 
методики исследования или метода химического анализа.
Результаты исследования по ходу работы должны обсуждаться 
с научным руководителем и на научных семинарах. Это даст возможность своевременно обнаружить ошибки, внести коррективы 
в план исследования, определить целесообразность постановки новых опытов.
По окончании этапа (раздела) работы оформляется отчет по научно-исследовательской работе по форме, удовлетворяющей требованиям ГОСТ на научную документацию. Оформление отчета является 
завершающим этапом научного исследования. Методике оформления научной документации посвящен специальный раздел настоящего пособия.
Студенты обязаны являться на консультации не реже одного раза 
в неделю в часы, назначенные преподавателем. Результаты текущей 
работы студента должны заноситься в рабочую тетрадь, которая предъявляется руководителю на консультациях для контроля и обсуждения.
За правильность всех сведений, изложенных в отчете, несет ответственность выполняющий исследовательскую работу студент.
Завершенный отчет по ОНИиИТ вместе с графическими материалами, подписанными студентом, представляются на предварительный отзыв руководителю.
Руководитель проверяет соответствие выполненной исследовательской работы заданию и дает общую оценку работы по четырехбалльной шкале («отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно»), учитывая степень самостоятельности студента 
при выполнении ОНИиИТ.

ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИНЖЕНЕРНОГО ТВОРЧЕСТВА

1.5. Тематика ОНИиИТ

Тематика ОНИиИТ должна быть связана с научными исследованиями, ведущимися на кафедре, а также с тематикой, предлагаемой 
промышленными, проектными и научными предприятиями и организациями. Желательно, чтобы тематика ОНИиИТ была увязана 
с профилирующими дисциплинами кафедры, тематикой курсового 
проекта и выпускной квалификационной работы. ОНИиИТ могут 
носить экспериментальный, экспериментально-теоретический или 
теоретический характер.
Выбор темы состоит из следующих этапов: разработка тематики, 
разработка плана проведения исследований.
В научно-исследовательской работе различают научные направления, проблемы и темы.
Под научным направлением понимают сферу научных исследований научного коллектива, посвященных решению каких-либо крупных, фундаментальных, теоретико-экспериментальных задач в определенной отрасли науки. Успех научной работы и ее эффективность 
во многом зависят от того, насколько удачно обосновано научное направление.
Выбор тематики учебно-исследовательской работы студентов должен быть связан со спецификой научных и технологических исследований, проводимых на кафедре, и может быть ориентирован по следующим направлениям:
— физико-химическое и технологическое исследование сырья 
и исходных материалов для силикатных производств;
— исследование физико-химических и технологических свойств 
неметаллических конструкционных и функциональных материалов и изделий;
— разработка, исследование и оптимизация малоотходных и ресурсосберегающих технологий получения неметаллических материалов и изделий с заданной структурой и/или свойствами, 
с использованием нетрадиционного, в том числе техногенного сырья;
— разработка, исследование и оптимизация методик определения физико-химических и технологических свойств и структуры неметаллических материалов и изделий;
— разработка, исследование и оптимизация методов синтеза новых неметаллических материалов.