CC BY
16
13.00.02 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ И ВОСПИТАНИЯ (ПО ОБЛАСТЯМ И УРОВНЯМ ОБРАЗОВАНИЯ) (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ), 13.00.08 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ) 13.00.02 - THEORY AND METHODS OF TRAINING AND EDUCATION (BY AREAS AND LEVELS OF EDUCATION) (PEDAGOGICAL SCIENCES), 13.00.08 - THEORY AND METHODOLOGY OF VOCATIONAL EDUCATION (PEDAGOGICAL SCIENCES)
УДК 378.147.88
UDC 378.147.13
ГРЯДУНОВА Е.Н.
кандидат технических наук, доцент, кафедра меха-троники, механики и робототехники, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ТОКМАКОВА М.А.
аспирант, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ГРЯДУНОВА М.А.
студент, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ТОКМАКОВ Н.В.
студент, Орловский государственный университет
имени И.С. Тургенева
E-mail: [email protected]
GRYADUNOVA E.N.
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Mechatronics, Mechanics and Robotics, Orel
State University E-mail: [email protected] TOKMAKOVA M.A. Graduate Student of Orel State University E-mail: [email protected] GRYADUNOVA M.A. Student of Orel State University E-mail: [email protected] TOKMAKOV N.V. Student of Orel State University E-mail: [email protected]
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ОБУЧЕНИИ СТУДЕНТОВ
IMPROVING THE EFFICIENCY OF LABORATORY WORK ON THE STRENGTH OF MATERIALS WHEN TEACHING STUDENTS
В статье проанализированы виртуальные лабораторные работы по дисциплине сопротивление материалов, находящиеся в интернете в свободном доступе. Предложено использовать существующие лабораторные работы как базовые для изучения курса, реализую процесс поэтапного овладевания теоретическим материалом. Показана необходимость голосового сопровождения виртуальных лабораторных работ и методов самоконтроля.
Ключевые слова: виртуальная лабораторная работа, испытание образца, компьютерная графика, процесс обучения.
The article analyzes virtual laboratory work on the discipline of strength of materials, which are freely available on the Internet. It is proposed to use the existing laboratory work as basic for the study of the course. I implement the process of gradual mastering of theoretical material. The necessity of voice accompaniment of virtual laboratory works and self-control methods is shown.
Keywords: virtual lab, sample testing, computer graphics, learning process.
Последние двадцать лет педагоги, родители и ученики были озабочены изучением и внедрением в учебный процесс информационно-коммуникационных технологий. Разрабатывались новые программные продукты, электронные пособия, сайты. Этот процесс шел довольно спокойно и равномерно. Но события последнего полугодия, когда и среднею школу и ВУЗ посадили на «удаленку», показал, что отечественное образование недостаточно подготовлено к работе в режиме «удаленного доступа». Лекционный материал можно быстро сформировать из электронных учебников и учебных пособий, которых достаточно в интернете по общетехническим дисциплинам [1, 2, 3, 4]. Практические задания по таким предметам, как сопротивление материалов, теоретическая механика, если у преподавателя не было своих наработок, пришлось срочно оформлять в удобный электронный формат. Но самое плохое положе-
ние оказалось с проведением лабораторных работ. По общетехническим дисциплинам необходима наглядная демонстрация принципов работы устройств и физических процессов, происходящих в процессе эксперимента. Поэтому без обучающих программ, выполненных в виртуальной реальности проведение лабораторных работ малоэффективно для обучения.
Основная часть
Выпускник ВУЗа должен обладать профессиональным менталитетом, то есть компонентом профессионального сознания, «выражающим систему ценностных ориентации и профессионального самоопределения личности в социальном, правовом, политическом, историческом и профессиональном пространстве.» [5]. Сформировать профессиональный менталитет бедующего инженера невозможно без комплексного и си-
© Грядунова Е.Н., Токмакова М.А., Грядунова М.А., Токмаков Н.В. © Gryadunova E.N., Tokmakova M.A., Gryadunova M.A., Tokmakov N.V.
Ученые записки Орловского государственного университета. №4 (89), 2020 r. Scientific notes of Orel State University. Vol. 4 - no. 89. 2020
стемного подхода к освоению общепрофессиональных дисциплин. Чтобы шел процесс формирования требуемых профессиональных черт личности должна быть создана система объективно предъявляемых обучаемому требований, детерминирующих соответствующий уровень знаний.
Анализ, предлагаемых различными разработчиками виртуальных лабораторных работ по сопротивлению материалов [6, 7, 8] показал, что они практически не пригодны для самостоятельного освоения учебного материала. Просмотр виртуальной лабораторной работы предназначен для создания образа объекта изучения в сознании обучающего. Во время этой теоретической деятельности студента происходит процесс интериори-зации. В этот момент главным для эффективного создания материального образа и перехода его в умственную копилку человека является слово [9]. Правильно, профессионально составленные фразы, описывающие процессы, происходящие на экране, способствуют усвоению учебной информации и процессу интериоризации. Но в разработанных виртуальных лабораторных работах по сопротивлению материалов отсутствует главный инструмент интериоризации - слово, фиксирующее основные процессы, исследуемые в лабораторной работе. При испытании образца на растяжение звуковым сопровождением является гул двигателя в течении 30 сек, до разрыва образца. Регистрация зависимости между абсолютным удлинением и приложенной растягивающей силой так же не озвучена, а на экране не четко видны единицы измерения осей координат, в которых строится график. Виртуальные лабораторные работы выполнены средствами программирования трехмерной графики и изображение точно копирует реальный объект, возможность рассмотрения установки с разных сторон создает «эффект присутствия». Так при проведении испытаний образца на растяжении используется «Испытательный комплекс растяжения - сжатия» ИКРС1500, показанный на рисунке 1.
а)
б)
Рис. 1. Испытательная установка: а) реальный объект, б) трехмерная модель
Объект исследования, в данном случае растягиваемый образец, подвергается деформации растяжения. Так как абсолютное удлинение реального образца составляет 15-20% от его рабочей длины, то при анимации без звукового объяснения происходящего процесс, это удлинение малозаметно.
Обработка диаграммы растяжения осуществляется в режиме реального времени, по мере растяжения образца на экране монитора строиться график. По графику, полученному в результате виртуальной лабораторной работы студенты должны рассчитать основные механические характеристики материала, из которого изготовлен виртуальный образец. Но на экран не выведены формулы для необходимого расчета, не даны пояснения к заданным механически характеристикам (Рис.2).
Диаграмма растяжения образца малоуглеродистой стали д
ОА — участок пропорциональности (закон Гуна).
К ДВ - участок упругости.
ВС —площадка текуч ести (замети ые пластические деформации).
ЕК — зона разрушения.
Рис. 2. Диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой стали.
Данные компьютерные лабораторные работы требуют полного предварительного освоения теоретического материала. Необходимо при проектировании лабораторных работ предусмотреть возможность поэтапного погружения обучающего в теорию. Так при растяжении образца выделяются пять зон. Каждая из них характеризуется изменениями на межмолекулярном уровне, которые невозможно увидеть при реальном эксперименте.
На участке БС происходит изменения в кристаллической решетке металла (Рис. 3) и на поверхности образца появляются в более или менее резкой степени
13.00.02 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ И ВОСПИТАНИЯ (ПО ОБЛАСТЯМ И УРОВНЯМ ОБРАЗОВАНИЯ) (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ), 13.00.08 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ) 13.00.02 - THEORY AND METHODS OF TRAINING AND EDUCATION (BY AREAS AND LEVELS OF EDUCATION) (PEDAGOGICAL SCIENCES), 13.00.08 - THEORY AND METHODOLOGY OF VOCATIONAL EDUCATION (PEDAGOGICAL SCIENCES)
линии Людерса-Чернова. Если разгрузить образец на этом участке, то будет наблюдаться явление «наклепа», то есть возникает эффект самоупрочнения. Этот процесс очень важен, так как он приводит к повышению прочности и твердости металла, но в тоже время снижает устойчивость к коррозии. Бедующий инженер должен знать и учитывать это свойство деталей, изготовленных из малоуглеродистой стали, при расчете допускаемых нагрузок. Поэтому при изучении диаграммы растяжения необходимо не только комментировать происходящие на экране процессы, но и сопровождать их мультимедийными картинками. Таким образом, компьютерная графика позволяет сделать лабораторную работу более наглядной, а значит запоминающейся [10].
Атомный механизм пластической деформации
Изменение микроструктуры при пластической деформации
Исходная увеличение степени деформации структура
Преимущественная пространственная ориентировка кри стал л и ч е скои реш етки зе ре н называется текстура
Пластическая деформация
оказывает значительное влияние на механические и физические свойства металлов. Деформация приводит к образованию
структурных дефектов в металлах. Снижается пластичность,
возрастает прочность
iSf^Mfta S,°Ta
SOO UOO ЗОО 200 TOO
SO
г*о
- &G 20
— to
* 2 3 A S-C-rvncffb деформации,**/'*
Рис. 3. Изменение микроструктуры при пластической деформации.
Классическая методика проведения лабораторного практикума содержит устный отчет студента по данной работе по окончанию экспериментальной и теоретической части. Виртуальная лабораторная работы так же должна содержать средства контроля и усвоения теоретического материала. Это может быть либо система тестов, либо онлайн общение с преподавателем через интернет.
По степени познавательной активности, существующие компьютерные работы по сопротивлению материалов существенно отстают от натурных лабораторных работ. Обучающий видит и слышит, но это не значит, что он полностью все понимает, осознает и мо-
жет воспроизвести услышанное в разговоре с сокурсниками и преподавателями. В аудитории всегда идет совместная работа: измеряют штангенциркулем геометрические размеры образца, до и после проведения опыта, производятся расчеты, результаты измерений диаграммы и расчеты заносятся в тетрадь лабораторных работ. Затем ведется коллективное обсуждение и делаются выводы, в данном случае определяется из какого марки стали изготовлен образец, взятый на испытание. Профессиональная личность может сформироваться лишь в общении с коллегами по учебе или работе, только тогда возникают новые элементы психического самосознания. Усвоение нового материала, всегда происходит только через собственную деятельность человека, поэтому даже виртуальная лабораторная работа должна быть организована таким образом, чтобы студент участвовал в ней. Необходимо, чтобы каждый обучающий самостоятельно обработал диаграмму растяжения: проставил на диаграмме характерные точки и рассчитал механические характеристики материала, из которого «изготовлен» образец.
Заключение
Таким образом, находящиеся в свободном интернет-доступе виртуальные лабораторные работы по сопротивлению материалов, не являются полноценным учебным материалом. Но могут служить вспомогательной частью для обучения в режиме конференции Zoom или Skype, где присутствие преподавателя является не-объемлемой частью проведения занятия. Требуется к каждой лабораторной работе разработать новую методику организации самостоятельной работы студентов с учетом поэтапного освоение и самоконтроля изучаемого теоретического материала. Лабораторные работы по сопротивлению материалов предназначены для студентов обучающихся по техническим специальностям, поэтому необходимо провести связь между теоретическими знаниями и бедующей профессий инженера.
Библиографический список
1. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов. 10-е издание, перераб. и доп. М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 592с. https://www.tychina.pro
2. Сопротивление материалов: Учебник для вузов / Под общ. ред. акад. АН УССР Г.С. Писаренко. 4-е изд., перераб. и доп. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1979. 696 с. https://www.tychina.pro
3. Справочник по сопротивлению материалов / Под общ. ред. С.П. Фесик. изд-во: Будевельник.1982. http://booktech.ru/books/ soprotivlenie-materialov
4. Сопротивление материалов: учебное пособие к выполнению тестовых задач. Гонтар И.Н., Волчихина Н.И. http://window. edu.ru/catalog/resources?p_page=2&p_rubr=2.2.75.14.9
5. Акмеология: Учебник / Под общей редакцией доктора психологических наук, профессора, академика РАО А.А. Деркача, Москва. Издательство РАГС. 2004, 271с.
6. Виртуальные лабораторные работы и симуляторы https://www.sunspire.ru/products/strength-of-materials/
7. Программный комплес "Виртуальные лабораторные работы по Сопротивлению материалов,,Columbus 2007 / Columbus 10http://www.kuzmin-soft.ru/img_p/115.jpg
8. Виртуальные лаборатории. Сопротивление материалов. https://emaket.ru/catalog/obshchetekhnicheskie-distsipliny/ soprotivlenie-materialov/
9. Коломиец О.М. Организация учебно-профессиональной деятельности студента в преподавании на основе компетентностно-деятельностного подхода // Педагогический журнал. 2016 Том 6 № 5А. С. 40-51.
Ученые записки Орловского государственного университета. №4 (89), 2020 г Scientific notes of Orel State University. Vol. 4 - no. 89. 2020
10. Селиванов В. В. Эффективность использования виртуальной реальности при обучении в юношеском и взрослом возрасте / В. В. Селиванов, Л. Н. Селиванова // Непрерывное образование: XXI век. 2015. Вып. 1 (9). DOI: 10.15393/j5.art.2015.2729
References
1. Feodosiev V.I. Resistance of materials: Textbook. for universities. 0th edition, revised. and add. M .: publishing house of MSTU im. N.E.Bauman, 1999. 592 p. https://www.tychina.pro
2. Resistance ofmaterials: Textbook for universities / Under total. ed. acad. Academy of Sciences ofthe Ukrainian SSR G.S. Pisarenko. 4th ed., Rev. and add. Kiev: Vishcha school. Head publishing house, 1979. 696 p. https://www.tychina.pro
3. Handbook on the strength of materials / Ed. ed. S.P. Fesik. publishing house: Budevelnik. 1982. http://booktech.ru/books/ soprotivlenie-materialov
4. Resistance of materials: a tutorial for the implementation of test problems. Gontar I.N., Volchikhina N.I. http://window.edu.ru/ catalog/resources?p_page=2&p_rubr=2.2.75.14.9
5. Acmeology: Textbook / Under the general editorship of Doctor of Psychological Sciences, Professor, Academician of the Russian Academy of Education A.A. Derkach, Moscow. RAGS publishing house. 2004, 271s.
6. Virtual labs and simulators https://www.sunspire.ru/products/strength-of-materials/
7. Software complex "Virtual laboratory works on the Strength of Materials" Columbus 2007 / Columbus 10http: //www.kuzmin-soft. ru/img_p/115.jpg
8. Virtual laboratories. Strength of materials. https://emaket.ru/catalog/obshchetekhnicheskie-distsipliny/soprotivlenie-materialov/
9. Kolomiets OM Organization of educational and professional activities of a student in teaching based on the competence-activity approach // Pedagogical journal. 2016 Volume 6 No. 5A. Pp. 40-51.
10. Selivanov V. V. The effectiveness of using virtual reality in teaching in adolescence and adulthood / V.V. Selivanov, L.N. Selivanova // Continuous education: XXI century. 2015. Issue. nineteen). DOI: 10.15393 / j5.art.2015.2729
