(продолжение. Современные исследовательские программы агрономии и технологии их реализации)
Вопросы
1. Понятие научной проблемы
2. Направления поиска решения проблем (исследования в условиях производства, изобретательство, мозговой штурм).
3. Будущее агрономии
Ключевые слова: научная проблема, on farm research, формула изобретения
1. Изменение в парадигме
Добрый день уважаемые студенты. В сегодняшней заключительной лекции мы будем рассматривать общие особенности современных исследовательских программ агрономии и технологии их реализации. Опираясь на общие закономерности эволюции парадигм, нам могут открыться и возможные ближайшие перспективы изменения как интеллектуальной (софт варе), так и инструментальной (харт-варе) компонент исследований. Позвольте напомнить, что понятие парадигма было введено в историю наук Куном в его известном произведении «Революции в науке». В соответствии с ним мы способны рассматривать способы постановки и решения проблем, поставленных перед наукой. Эти проблемы не желательно смешивать с проблемами производства, для которых известны пути и средства их решения, но, к примеру, не хватает материальных средств. Разрешите напомнить, что в нормальном состоянии наука функционирует длительное время в рамках устоявшейся парадигмы, и только периодически после радикального изменения (революций) работа ученых протекает в рамках новых парадигм. Для агрономии в этом отношении присущи общие закономерности изменения парадигм естественных наук. То есть от классической постановки систематических наблюдений и метода полевого опыта, обеспечивавших постепенное накопление эмпирических знаний, проверки в реальной практике и введение теоретический базис, она все больше стала прибегать к выдвижению гипотез, формализованному представлению и проверки или установления эмпирических параметров экспериментом. Этот путь неизбежно привел к математическому моделированию и соответственно идентификационному эксперименту, а с появлением компьютеров компьютерному эксперименту. Таким образом, существенно сократилось не только время получения новых знаний, но и относительно снизились прямые затраты на их получение. Однако изменения в парадигме затронули и содержательную сторону исследований. Начало этим изменениям положила знаменитая конференция по охране окружающей среды в Рио-де Жанейро. Введение принципа экологизации в общую картину агропроизводства существенно изменило объект и парадигму агрономии. С этого момента агрономические исследования на поле расширились и стали увязываться с вопросами окружающей среды, а экологическая экспертиза программ стала неотъемлемой частью работ при проектировании исследований. Особое значение экологическая экспертиза приобрела при испытании новых продуктов химии. Одновременно в центре внимания оказались вопросы качества продукции.
1. Понятие научной проблемы.
Словосочетание «научная проблема» имеет ясное и однозначное толкование, это та сложность, с которой столкнулся исследователь, почувствовав отсутствие, прежде всего, методических знаний для достижения поставленных целей (Слайд).
Основные этапы разработки проблем следующие: прежде всего, необходимо выдвинуть (поставить) проблему. Этот этап реально является и направлением к ее решению. Ведь часто исследователи не могут определить нужное направление поиска. Вторым важным шагом будет формулировка проблемы, то есть предельно ясное и лаконичное изложение преимущественно используя операциональные термины или язык математики (слайд.).
2. Новые подходы
2.а. Гипотетико-дедуктивный метод
Чтобы ускорить процесс получения новых знаний следовало максимально модернизировать классическую методологию, базирующуюся на постепенном накоплении эмпирических знаний. Этот путь имел очень важное достоинство, заключающееся в максимальном снижении риска внедрения в практику разоряющих рекомендаций и потенциально природоопасных мероприятий. Однако многочисленные эксперименты с большим количеством вариантов зачастую не дали точного знания, поскольку не могли анализироваться имеющимися математическими методами. В этой ситуации сначала постепенно, а затем энергичными темпами стал продвигаться метод конструирования эксперимента с дедуктивной логикой, в гармоничной увязке с индукцией. То есть, на первом этапе ведущую роль стала иметь научная гипотеза (смотри слайды1-6).
Понятно, что многочисленные гипотезы не могли сократить время исследований, но значительно повышали шанс получения нового знания. Выдвинутые гипотезы можно было рациональными средствами подвергнуть интеллектуальному аудиту и максимально отсечь несостоятельные в данных условиях включая, ближайшее обозримое будущее.
Но самое главное, с помощью гипотетико-дедуктивного метода удалось строить эксперимент на основе известных математических алгоритмов (моделей). Более того, моделей, которые технологически реализуются компьютерами. Это значит, что, имея программу адекватную структуре эксперимента, легко стало обрабатывать и однозначно интерпретировать
результаты. 
Эти и другие преимущества ставят метод во главу современных исследовательских программ.
2б.) Идентификационный эксперимент
На сегодня высшим уровнем завершенного исследования признано создание математической модели. Если на теоретическом уровне разрабатывают структуру и состав параметров моделей, то на экспериментальном - проводят не только верификацию, но и получают конкретные значения или диапазон параметров. В этом случае принято говорить об идентификационном эксперименте. Так, к примеру, можно на теоретическом уровне создать модель продуктивности культуры в зависимости от удобрений (концентрации элемента питания) на базе логнормальной статистической регрессионной зависимости, но параметры модели придется искать постановкой экспериментов. Понятно, что в этом случае потребуется однофакторный опыт с числом вариантов, градацией и повторностью, необходимыми и достаточными для получения с заданной погрешностью параметров.
Идентификационный эксперимент не надо смешивать с компьютерным экспериментом, который также начинает применяться в агрономии. Наиболее просто реализовать возможностью компьютерного экспериментирования в задачах моделирования объема выборок для гарантированного нахождения разниц по вариантам при качественной изменчивости на базе пакет программ Statistica. На excel легко моделировать оптимальную структуру однофакторного эксперимента, варьируя числом вариантов и повторностью. С аналогичными подходами удается вести предварительное моделирование варьирующих условий для определения оптимальных объемов пар для регрессионных зависимостей.
2.в. Эксперименты в условиях производства на базе технических средств точного земледелия
Наиболее рациональным с хозяйственной точки зрения является максимальное использование имеющихся в наличии технических средств. Типичным примером двойного использования технических средств выступает направление фермерской науки (on farm research). Прежде всего, хозяйства, внедряющие технологии точного растениеводства (земледелия).
Имея комбайны, оборудованные системой электронного учета урожая, появляется возможность регистрации главной функции агрономии – урожайности. Создание полевого опыта с варьирующими аргументами, к примеру, разными гербицидами или регуляторами роста без значительных дополнительных усилий возможно в процессе реализации базовых технологий. Понятно, что, имея технологическую колею несложно двумя агрегатами создать на поле чередующиеся полосы как минимум с 10 кратной повторностью, что позволяет иметь не только высокую адекватность, потому что информация получена в реальных условиях производства, но и точность.
Если дополнить информацию по урожайности, имеющейся информацией других приборов современных приборов (к примеру, отметкой высот), то возможность получения новых знаний возрастают. В настоящее время многие агрономы вооружены приборами для определения необходимости азотной подкормки, фотокамерами, и т. п., что без значительных дополнительных затрат позволяет агрономам проверять гипотезы и получать новое знания.
3. Инновационный подход. Новизна на мировом уровне. (Изобретения, патенты)
Получение прикладных знаний на уровне абсолютной мировой новизны с обязательной защитой авторских прав основной принцип современных авторских программ. Инновативность с последующим внедрением есть реализация основных задач агрономических исследований. Чтобы реализовать эти цели и реально помочь молодым исследователям оформить свои идеи, провести экспериментальную их проверку и т.п. При вузах создаются бизнес-инкубаторы. Поэтому необходимо хорошо представлять содержание изобретательской деятельности. Прежде всего, надо знать, что такое формула изобретения. Из каких обязательных частей она состоит, почему важно грамотное оставление формулы.
Выделяют 2 вида изобретений.
Чаще всего изобретением принято считать:
1. новое
2. техническое решение
Что касается нового, то это легко понять, поскольку только найденное решение на уровне абсолютной мировой новизны обладает данным свойством. То есть, нельзя до подачи заявки ни публиковать, ни информировать на конференциях или ином публичном форуме содержание своего решения. Если на аналогичные новые разработки выданы патенты или имеются публикации, технические отчеты и т.п., то оно новизной не обладает. При этом поиск проводится при экспертизе заявки на изобретение (достижение) по информационному пространству всего мира. Но, прежде всего, просматриваются патенты в патентной библиотеке. Следует помнить, что патенты можно получить только на техническое решение (способ или устройство), то есть исключаются разработки в области литературы, искусства, способы физкультурных упражнений и.т.п.
3. включающее
в этой части содержится целевая функция решения, например с целью повышения урожая, с целью снижения засоренности и.т.п. здесь же дается общее с прототипом, то есть ближайшим решением.
4. отличающееся тем, что
Это наиболее важная часть формулы, содержащая существенные признаки (отличия) предлагаемого изобретения.
5.дающее экономический или другой хозяйственный эффект.
К примеру, способ посадки картофеля, включающий посадку картофеля в гребень, отличающийся от прототипа тем, что с целью повышения урожайности картофеля на гребне нарезают м-образное ложе, картофель раскладывают на дне борозды, после прорастания картофель закрывают почвой.
В этой формуле новое существенное отличие (м-образное ложе) может оказаться недостаточным в качестве обоснования патентопригодности, так как представляет собой решение известной задачи известными путями с помощью известных средств. Но уточнение и сужение параметров м-образного ложа (к примеру, задание угла 70-75град) снимает это ограничение.
Уважаемые магистры, вам следует обратить особое внимание на любую возможность патентования технических решений. Именно в вашем возрасте чаще рождаются оригинальные идеи с высоким потенциалом приложений. Вместе с тем, необходимо иметь представление и о приемах получения знаний на уровне абсолютной мировой новизны.
Это известные вам «метод мозгового штурма», «морфологического ящика», «синектики». Описание всех методов можно найти в книге известного советского ученого Г.С. Альтшуллера. Но в кратком изложении их суть следующая (Слайт 10).
При мозговом штурме группой выдвигаются решения проблемы, включая абсурдные на первый взгляд, анализируются и исключаются не состоятельные.
При втором методе собирается вся информация по отдельным методам решения и механически перерабатывается до сочетаний. К примеру, при необходимости поиска новой конструкции стола находят все типы ножек и крышек, что позволяет получить стол с треугольной крышкой и круглыми ножками.
При последнем методе (синектика) собирается «творческая группа» из разных по характеру, знаниям и.т.п. членов, которые генерируют и обсуждают идеи. Не редко это происходит в неформальной обстановке. Известно, что таким путем было найдено решение по застежке типа «краба» для костюма космонавтов.
Будущее агрономии
Будущее агрономии определено ее современным состоянием и законами развития, которые позволяют достаточно уверенно ученым футурологам и исследователям по истории наук и, прежде всего, истории агрономии показать следующую ближайшую перспективу и вектор последующего развития. Понятно, что речь идет о развитии науки на мировом, а не региональном или национальном уровнях. Понятно и то, что развитие агрономии будет определяться (обусловливаться) не только успехами естественных наук и, прежде всего, биологии, сколько взаимодействием биологических, экономических, социальных, гуманитарных и инженерных наук с экологией. Вот уже более 20 лет парадигма агрономии определяется экологией. Это существенно изменило объект агрономии. Так если изначально агрономия исследовала почву и растения, теперь она изучает агроэкофитогеоценоз и агроэкосистемы. Если для Тэера объектом агрономии было отдельное хозяйство, то сегодня агроэкосфера. То есть экологическая парадигма существенно расширила пространственные уровни. Поскольку значительная часть населения будет жить в городах, то будет и развиваться городское сельское хозяйство (городское растениеводство) и соответственно фитотехнологии. В комплексном подходе к решению проблем, несомненно, будет преобладать молекулярный уровень. Именно достижения молекулярной биологии позволили в последние десятилетия появиться более продуктивным растениям и даже их новым формам. В результате успехов биотехнологии не только увеличилась продуктивность растений. Но и были созданы культурные растения с признаками устойчивости ко многим неблагоприятным факторам: болезням, вредителям, микроорганизмам, засухе, и.т.п. Более того, получены культурные растения, дающие продукцию особого (к примеру с включением селена, цветовой гаммы и.т.п.) качества. За счет новых разработок будет углубляться и расширяться биодиверсификация. Если на сегодня раскрыты геномы нескольких полевых культур, то в ближайшей перспективе будет определен основных, а затем всех. Вслед за ними также будут исследованы проблемные растения: сорняки. Толь в этом случае станет ясной реакция растений на основные производственные факторы и появится возможность упраления на молекулярном уровне. Понятно, что придется пересмотреть или уточнить многие нормативы для новых растений и популяций. В целом 21 век будет веком развития биоэкономики. Это значит, что центральной функцией агрономии станет не только производство продуктов питания и кормов для животных, но и сырья для промышленности и биоэнергетики. Уже сегодня в передовых странах значительная доля энергии вырабатывается из возобновляемых ресурсов, которые производят агротехнологии: горючее и газ, пилеты и.т.п. Но чтобы это производство стало более эффективным необходимо не только создавать новые сорта и гибриды, но и разрабатывать технологии. В поддержании ароландшафтов и окружающей среды также агрономии отводится решающее место. Это значит, что ученым необходимо научиться разрабатывать новые проекты агроландшафтов, пригодные не только для эффективного производства, но и жизни. Более того, на агроландшафты ложится обязанность очитки вод.
Чтобы успешно решать эти и другие проблемы агрономии придется постоянно модернизировать методологию и технические средства исследований. Агринженерия как всеобъемлющая идеология станет своеобразным эталоном решения проблем. Как уже было отмечено, что математическое моделирование, компьютерное моделирование и в целом «виртуальный» компонент будут преобладать или станут в ядре агрономии. Изменятся также и организационные формы. Большая часть прорывных перспективных исследований сосредоточится в международных центрах. Именно в них, где будут сосредоточены лучшие кадры (методологи, специалисты и.т.п.), научное оборудование, инфраструктура для жизни и отдыха, информационные ресурсы будет получен основной прирост инновационных агрономических знаний. Понятно, что солидное место в ряде международных институтов займут частные фирмы (Байер. Монсанто, Сингента), а также их объединения государственными партнерами. Все это позволит иметь глобальные сети станций и экспериментов. Выполняемых по единым программам, географические агроэксперименты, что существенно сократит время производства знаний. Уже сегодня создаются единые стандартизированные системы для фенотипирования. Словом, глобальные процессы затронут и науку, выведя ее также на уровень глобальных проблем и соответствующих подходов и средств их решения. К этому призывают и документы ООН.
«Мы преисполнены решимости принять меры по активизации
сельскохозяйственных исследований, а также расширению систем
распространения знаний, профессиональной подготовки и образования в целях повышения производительности и уровня устойчивости в сельском хозяйстве
на основе добровольного обмена знаниями и передовой практикой. Мы также преисполнены решимости расширить доступ к информации, техническим знаниям и «ноу-хау», в том числе на основе новых информационно-коммуникационных технологий, которые дают фермерам, рыболовам и лесоводам возможность делать выбор между самыми разнообразными методами, позволяющими обеспечить устойчивое производство сельскохозяйственной продукции. Мы призываем к укреплению международного сотрудничества в области сельскохозяйственных исследований в целях развития»
Послесловие
Уважаемые студенты, наш лекционный курс закончен. За эти четыре лекции мы не могли и не ставили задачу раскрыть все содержание. Самое главное, чтобы вы не спутали предмет. Ведь как мы показали на первой лекции большая часть учебной литературы неверно обозначает производственную деятельность термином «Агрономия». Пожалуйста будте максимально критичны при чтении многолисленной, но всегда корректно отражающей вопрос литературы. Если вы не столкнетесь с подменой понятий, то вам и легче будет изучить вопросы методологии и не попасть в уже известную вам область методики. И конечно помните, что наша дисциплина –основное руководство к грамотной разработке исследовательской программы и успешному выполнению диссертационной работы.
Литература (Веб библиография)
Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. www. Royalib.ru /book/altschuller.../algoritm_izobreteniya.html
Будущее, которого мы хотим (Из резолюции Генеральной ассамблеи ООН, 2009, A/RES/66/288) www. N 11147612 pdf
Инструкция по составлению, оформлению и рассмотрению заявки на выдачу инновационного патента на изобретение. www. Base.spinform.ru/show-doc.fwx? rgn=31799
M.S. Bracke. Science and Technologie Resourch on the Internet. Agronomy.
www. Ist.org./07-spring/internet.html