CC BY
22
УДК 004
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОБУЧАЮЩЕГО КУРСА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА» В ИНТЕРНЕТ-ИНСТИТУТЕ ТУЛГУ
М.Н. Кирьянова
Рассмотрены некоторые аспекты использования электронного обучающего ресурса «Прикладная механика» в процессе преподавания данной дисциплины для бакалавриата и специалитета технических направлений с использованием электронных форм обучения.
Ключевые слова: электронный обучающий ресурс, виртуальная лабораторная работа.
В соответствии с ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» под электронным обучением понимается организация образовательной деятельности с применением содержащейся в базах данных и используемой при реализации образовательных программ информации и обеспечивающих её обработку информационных технологий, технических средств, а также информационно-телекоммуникационных сетей, обеспечивающих передачу по линиям связи указанной информации, взаимодействие обучающихся и педагогических работников [1].
Отметим, что если раньше получение высшего образования упиралось в географический фактор, финансовые затраты и, конечно же, время, то сейчас благодаря интернету, высшее образование стало гораздо ближе и доступнее для всех слоёв населения.
В Тульском государственном университете проводится обучение на базе Интернет-института бакалавров и специалистов очной и заочной форм обучения технических направлений подготовки по курсу «Прикладная механика». Дисциплина изучается студентами в двух семестрах (3 и 4). Главное меню курса выглядит следующим образом (рис.1)
Введение
Преподавание курса "Прикладная механика" имеет цепью сообщить студентам необходимые сведения из области кинематики и динамит механизмов, теоретических основ сопротивления материалов, а так же методы расчёта на прочность, жёсткость деталей машин и механизмов, являющихся общими для различных областей машиностроения, дать первые практические навыки расчетов и проектирования деталей и механизмов Курс "Прикладная механика" является базой для изучения профилирующих дисциплин, требующих умения проводить расчеты на прочность, долговечность, а так же навыков конструирования.
I Закладки
О курсе
снныйматернаг
Курсовая работа
Лабораторные работы
Рис. 1. Главное меню курса «Прикладная механика» 3-го и 4-го семестров, представленного
в Интернет-институте ТулГУ
Курс состоит из конспекта лекций, лабораторных работ, выполняемых в обоих семестрах, контрольно-курсовой работы в 3 семестре и курсовой работы в 4-ом. Также курс содержит тестовые задания к зачету/экзамену. Для выполнения лабораторных, контрольно-курсовой и курсовой работ предусмотрены методические материалы.
Преподавание курса "Прикладная механика" имеет целью сообщить студентам необходимые сведения из области кинематики и динамики механизмов, теоретических основ сопротивления материалов, а так же методы расчёта на прочность, жёсткость деталей машин и механизмов, являющихся общими для различных областей машиностроения, дать первые практические навыки расчётов и проектирования деталей и механизмов. Курс «Прикладная механика» является базой для изучения профилирующих дисциплин, требующих умения проводить расчёты на прочность, долговечность, а так же навыков конструирования. Успешное освоение ряда дисциплин профессионального цикла во многом зависит от уровня остаточных знаний по данному курсу. Именно поэтому помимо иллюстраций данный курс содержит большое количество мультимедийного материала для более наглядного объяснения дисциплины. Для удобства и большей наглядности материал скомпонован и помещен в закладки (рис.2). Так, например, в Теме 2 «Кинематический анализ и синтез механизмов» объяснение построения планов скоростей и ускорений простейших четырехзвенных механизмов, представлено не только в виде текста и иллюстраций к нему (рис.3), но и в формате мультимедиа с пошаговым построением и объяснением (рис.4).
Тема 2. Кинематический анализ и синтез механизмов
2.2, Графические методы определения кинематических характеристик плоских механизмов
3. Одноименные отрезки на плане механизма и плане ускорений пропорциональны;
4. Одноименные фигуры на плане механизма и плане ускорений подобны, сходственно расположены и повернуты друг относительно друга на угол 180° - а, где а = агсф у 2
Примеры построения планов скоростей и ускорений простейших четырехзвенных механизмов:
Для кривошипно-ползунного механизма ^ ™™р:г" д™—
Рис. 2. Конспект лекций с интерактивными закладками
* Усв ' подчеркиваем 1 раз - известно только направление.
гор 1СВ
Построение выполняется по правилу сложения векторов. Построение начинаем с известного вектора ¥ц Из конца вектора Кд проводим линию СВ ■ а из точкир горизонтальную линию. Точку пересечения этих направлений назовем С. Расставляем векторы.
Чтобы перевести скорости точек из [мм] чертежа в [м/с] замерим полученные вектора по длине и умножим на масштабргу.
УВ=ф-(Лу, Ус = рс/иу,
Теперь построим скорости центра масс звеньев, точек 3$.
Как отмечено в задании точка SJ совпадает с точкой А, значит их скорости равны. Точка А неподвижна, и на плане скоростей ей соответствует точкар - полюс плана скоростей.
= У А = о.
Точка 5'2 лежит на середине шатуна ВС Находим скорость У^д на плане скоростей и отмеряем середину. Ставим точку и изр опускаем вектор в точку Скорость точки построена.
% = Р$2 [м/с]'
Скорость совладает со скоростью точки С, а значит =УС = рс- ¡¿у.
Угловая скорость шатуна 2 о>2 = Усв^БС Направление этой угловой скорости будет определяться направлением относительной скорости УсВ'те- Д*1" данного положения механизма угловая скорость шатуна 2 будет направлена против часовой стрелки.
План скоростей для кривошипно-ползунного механизма построен.
Рис. 3. Объяснение построения в текстовой форме
По<тр»«ии« плаим <сор»ст«м и ус«ор«»ии гр*аошипио-л«лгума«го и«1Ми)м|
Построим шит <«»р«ст*и гриаешилао-пошукмгго м«иаи|н| в .ад«* мемо «второго - фик>_»лп »рхцжщмся с умоеой сюростыо «в/ Раммр« ке» «тп«^ • 0.2п.¡&с • 0.5 и.й>¡ • 13.7$>• центр иже интукэ ВС. ле»ит по серел»»* »ела •
центр икс (риесиих» АВ. ссеплдэет с то«см А. 5} ■ центр иже пмоум». еввлщет с точюи С
О о
1м-0.2м ¡ВС = 0.5.и 15.7 с' - центр масс кршшшпта Л В. совпадает с точкой А 5; - центр масс шатуна ВС.
лежит на середине мена ¿1 - центр масс ползуна, совпадает с точкой С
15.7 0.2 = 3.14 м/с
3.14
62.8 для 2-ого зве
для 3-ого зве •чг — 1<»
Ч ■ р/>/11
Ус'Р^Иг Ущ - Ьс /1,
1»Г
±11. 0.05^ У»\-АВ
та 1Ус = У,*Усв та \Ус-У0*У(т,
к-О->У,-1:
у,,'уа " 0
%ш1>5:1<1 [•«Лг] Ч" Кс'РсМУЫС]
Рис. 4. Закладка для перехода в мультимедийный файл
Отдельное место в преподавании технических дисциплин занимают лабораторные работы, которые позволяют не только углубленно изучить, но и закрепить пройденный материал. В курсе «Прикладная механика» лабораторные работы предусмотрены учебным планом в течение двух семестров обучения (рис.5).
Тема 3
Лабораторная работа 3 семестр
Тема 4
Лабораторная работа 4 семестр
ЛР №4, Динамическая балансировка вращающихся мастей машины МУ к ЛР №1 ей Допуск к защите ЛР №4 (4 семестр)
^ Защита ЛР №4
ЛР №5. Испытание конструкционных материалов на сжатие
<23 Выполнить ЛР№1 МУ к ЛР №2
__ Защита ЛР №5. Теория и опыт
ЙЗ Выполнить ЛР№2 -v
у*] Защита ЛР №5. Конструкция машины
f МУ к ЛР №3 г
ЛР №6. Испытание малоуглеродистой стали на растяжение ЙЗ Выполнить ЛР№3 Защита ЛР №6. Общие вопросы
Защита ЛР №б. Разрывная машина
Рис. 5. Перечень лабораторных работ
Для некоторых лабораторных работ предусмотрен и отснят на кафедре «Детали машин и основы конструирования» видеоматериал, где наглядно продемонстрирована работа установки и сняты в процессе эксперимента все параметры необходимые студентам для расчетов. Тем самым виртуальная лабораторная работа позволяет студенту как бы присутствовать непосредственно в аудитории при выполнении работы, видеть как работает установка и самому снимать показатели. Студентам не просто необходимо выполнить, но и защитить лабораторную работу, ответив на ряд вопросов по теме.
Для приобретения умений и навыков решения задач анализа механизмов и машин и подготовки к выполнению курсового проектирования в третьем семестре параллельно с чтением лекций по курсу «Прикладная механика» студентам инженерных специальностей необходимо выполнить контрольно-курсовую работу. В четвёртом семестре выполняется более сложная курсовая работа, закрепляющая навыки сразу двух семестров. Обязательное требование к работам - чертежи должны быть выполнены в системах автоматизированного проектирования Компас-3Б или Autocad, поскольку чертежи проверяются преподавателем на предмет правильности построения и размерности. Пояснительная записка с расчетами может быть приложена в рукописном варианте в виде фотографий. Для выполнения контрольно-курсовой и курсовой работ студентам предлагается методический материал с необходимыми разъяснениями и примерами. Также для закрепления материала и подготовке сдачи зачета/экзамена в конце каждого методического материала представлены вопросы для самопроверки (рис.6). При проверке и выставлении оценок за контрольно-курсовую и курсовую работы преподаватель в закладке «Комментарии», может пояснить все недочёты и ошибки в работе студенту.
3. Контрольно-обучающие вопросы
3.2. Кинематика механизмов
1. Как вычисляется масштабный коэффициент плана положений схемы механизма?
2. С какой точки механизма начинается построение планов скоростей и ускорений?
3. Что такое план скоростей для конкретного положения механизма?
4. Преимущества и недостатки планов скоростей (ускорений) по сравнению с другими методами
5. Как вычисляется масштабный коэффициент построения плана скоростей?
6. На какой теореме основано построение планов скоростей?
7. Записать скорость тела через скорости переносного и относительного движений
8. Свойства пропорциональности и подобия при построении планов скоростей (ускорений).
9. Записать векторные уравнения для построения планов скоростей ползуна кривошипно-лолзунного механизма.
10. Записать векторные уравнения для определения скорости точки, принадлежащей шатуну и коромыслу шарнирного четырехзвенника.
11. Как определить скорость (ускорение) центра масс шатуна в шарнирно-рычажном механизме?
12. Как вычислить угловую скорость звена по плану скоростей?
13. Как вычислить угловое ускорение звена по плану ускорений?
14. В каких единицах измеряются линейные скорости и ускорения?
15. В каких единицах измеряются угловые скорости и ускорения?
16. Как определить нормальную составляющую ускорения по плану скоростей?
17. Записать векторное уравнение для ускорения точки лри его сложном движении, когда переносное движение поступательное.
18. Записать векторное уравнение для ускорения точки при его сложном движении, когда переносное движение вращательное.
19. Как вычислить модуль Кориолисова ускорения, если известен план скоростей?
20. Как определить направление Кориолисова ускорения, если известен план скоростей?
Рис.6. Контрольно-обучающие вопросы для самопроверки
После изучения курса и сдачи лабораторных, контрольно-курсовой и курсовой работ студенты сдают зачет/экзамен в виде тестирования.
Стоит отметить, что дистанционное обучение не может заменить студенту в полном объеме живого общения с преподавателем. Но благодаря большому количеству мультимединых файлов, дублирующих особо сложные моменты в лекционных материалах, показывающих принцип работы машин и установок в лабораторных работах, а также интерактивное общение с преподавателем на форумах эта проблема может быть сведена к минимуму, как это было сделано в данном курсе.
Список литературы
1. Федеральный закон от 29.12.2012 №>273-ФЗ (ред. От 23.07.2013). Об образовании в Российской Федерации. М., 2013.
Кирьянова Мария Николаевна, канд. техн. наук, доцент, ginger-libra@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
USING OF ELECTRONIC EDUCATIONAL COURSE IN THE DISCIPLINE «APPLIED MECHANICS» IN TTU
M.N. Kirianova.
Some aspects of using the electronic educational resource «Applied Mechanics» arr coosideerd in the process of teaching of the mentioned discipline for bachelor degree students and specialist degree students of technical specialization with using the electronic ways of studying.
Key words: electronic educational resource, virtual laboratory work.
Kirianova Maria Nikolaevna, candidate of technical science, docent, ginger-libra@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
