CC BY
15
Мир науки. Педагогика и психология / World of Science. Pedagogy and psychology https ://mir-nauki.com 2020, №2, Том 8 / 2020, No 2, Vol 8 https://mir-nauki.com/issue-2-2020.html URL статьи: https://mir-nauki. com/PDF/ 16PDMN220.pdf Ссылка для цитирования этой статьи:
Шагисултанова Ю.Н., Панфилов А.В. К вопросу о методике формирования специальных знаний по группе дисциплин «Строительная механика» для обучающихся по направлению «Архитектура» // Мир науки. Педагогика и психология, 2020 №2, https://mir-nauki.com/PDF/16PDMN220.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
For citation:
Shagisultanova Ju.N., Panfilov A.V. (2020). To the question of the methodology for the formation of special knowledge in the group of disciplines "Building mechanics" for students in the direction of "Architecture". World of Science. Pedagogy and psychology, [online] 2(8). Available at: https://mir-nauki.com/PDF/16PDMN220.pdf (in Russian)
УДК 624.04:72:378 ГРНТИ 14.35.09:67.03.03
Шагисултанова Юлия Николаевна
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», Тюмень, Россия Старший преподаватель кафедры «Строительной механики» E-mail: julia.shagisultanova@gmail.com РИНЦ: https://elibrary.ru/author_profile.asp?id=757694
Панфилов Александр Владимирович
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», Тюмень, Россия Заведующий кафедрой «Архитектуры и градостроительства»
Кандидат архитектуры, доцент E-mail: archi-zoom@yandex.ru ORCID: http://orcid.org/0000-0001-8602-6399 РИНЦ: https://elibrary.ru/author_profile.asp?id=675474 Researcher ID: http://www. researcherid. com/rid/N-7485-2017 SCOPUS: http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=57190865509
К вопросу о методике формирования специальных знаний по группе дисциплин Строительная механика» для обучающихся по направлению «Архитектура»
Аннотация. В настоящее время происходит смена поколенческих психотипов людей, поступающих на обучение в организации высшей школы - у современных студентов преобладает визуальный метод восприятия информации, что требует несколько иного построения процесса обучения. Вместе с тем, имеет место постоянное сокращение аудиторных часов, происходящее наравне с возрастающим объемом информации необходимым к передаче студентам. А значит и сам процесс преподавания дисциплин требует применения инновационных подходов и решений, ранее не применявшихся в высшей школе. Однако в рамках высшей школы имеется направление, где визуальный метод восприятия информации всегда был более сильно развит - это направление 07.00.00 - Архитектура. В рамках преподавания курса «Строительной механики» была попробована новая методика, основанная именно на новых принципах обучения, адаптированная под менталитет студентов творческих специальностей. В настоящей статье рассматривается опыт преподавания специальных технических дисциплин с учетом психофизиологических особенностей восприятия учебного материала студентами, обучающимися на творческих специальностях. В частности,
https:// mir-nauki. com
рассматривается вопрос о формировании специального вида учебных пособий, рассчитанных на визуальный тип восприятия информации и недостаточную изначальную инженерно-техническую подготовку обучающихся на этапе, предшествующем изучению курса строительной механики. Основным принципом формирования данных пособий стала их максимальная иллюстративность на основе реальных объектов, демонстрирующих работу конструкций в реальной среде их применения, а также комплекс дополнительных учебных материалов к нему, повышающий качество восприятия информации студентом. Настоящая статья является основополагающей для последующего цикла статей, рассматривающего и описывающего отдельные механизмы данной методики.
Ключевые слова: архитектура; архитектурное образование; инженерно-техническое образование; строительная механика; методика преподавания строительной механики; визуализация
В современной системе архитектурно-конструкторского образования все большее внимание уделяется именно инженерной подготовке будущих специалистов в области архитектурного проектирования. Это связано со многими причинами, немаловажной из которых является всё возрастающая сложность современного формообразования архитектурных объектов, и как следствие возрастающая сложность применяемых в них конструкций. Одновременно с этим, происходит постоянное расширение круга задач, решаемых архитектором в ходе даже начального, эскизного проектирования. Уже на этом этапе необходимо понимать какие конструкции будут заложены в тот или иной элемент здания и основные принципы их работы. Анализ работ зарубежных авторов [1-9] показал, что аналогичные подходы к пониманию задач и процесса обучения решаются и в Западной Европе, и в странах Азиатско-Тихоокеанского региона. При этом стоит заметить, что вопросы моделирования и расчета задач строительной механики охватывают вопросы как частного характера [5; 6] так и общетеоретического характера [12-21].
В связи с введением новых образовательных стандартов и изменением учебных программ, направленных на постоянно увеличивающийся объём самостоятельной работы, обучающимся приходится тратить львиную долю своего времени на поиск необходимой информации о чём писалось ранее в статье [10]. В особенности это касается студентов творческих специальностей: архитекторов и дизайнеров, для которых дисциплины технического характера не являются профильными дисциплинами направления, хотя имеют базовое значение в общепрофессиональной подготовке. Учитывая тенденцию на постоянное снижение часов контактного обучения, данной группе дисциплин отводится значительно меньшее количество часов по сравнению с творческими дисциплинами. Все это приводит к тому, что студенты не в состоянии за отведенный короткий промежуток времени найти, осмыслить и оценить полезность её применения в данном конкретном случае. Что же касается дисциплин расчётного профиля, то обучающиеся теряются в неспецифической их образу мышления информации и при оценке того: пригодится ли данная информация в решении конкретной задачи или нет. При этом заложенная в дисциплину задача формирования образного технического понимания обучающимися работы строительных и инженерных конструкций требует их четкого применения. Ранее в [11] говорилось о том, что необходимо, чтобы архитектор сам предварительно мог оценить возможность воплощения в жизнь его проектов. Поэтому освоение расчётных дисциплин является «прозой жизни». Самостоятельное их изучение, заложенное учебными программами ВУЗов, вызывает значительные сложности у большинства студентов творческих направлений. В тоже время преподаватель, ведущий
Введение
https:// mir-nauki. com
данный предмет может более квалифицированно и адекватно оценить важность и уместность применения того или иного решения, т. к. постоянно с этим работает.
В связи с этим было принято решение о совместной разработке учебно-методического комплекса (УМК): учебные пособия и рабочие тетради по каждому из двух разделов «Строительной механики»: статически определимые и статически не определимые конструкции соответственно [22-28]. Данные УМК разработаны в рамках нового подхода к формированию учебного курса для архитекторов, который бы не требовал продолжительного поиска необходимой информации и обладал исчерпывающим объемом необходимого материала, который бы позволил справиться с заданиями в полном объёме, а также получить знания достаточные для работы в своей профессии. Данный комплекс, кроме теоретической части, содержит и большое количество примеров решения задач, рассмотренных очень подробно. Новый переработанный комплекс выйдет в конце 2020 года в московском издательстве «Проспект». Начинающим преподавателям этот комплекс тоже будет весьма полезен, т. к. в конце каждого учебного пособия сформулированы задания и приведены схемы для самостоятельной работы студентов в количестве, достаточном для полноценной работы с группой обучающихся.
Нынешняя ситуация, связанная с дистанционным обучением, показала, что использование данного комплекса является очень удобной формой обучения.
Отдельно стоит остановиться на структуре и формате изложения материалов учебно-методического комплекса. Студенты, обучающиеся на творческих направлениях инженерно-строительного профиля, в частности архитекторы, градостроители и дизайнеры ввиду специфики своей специальности, являются так называемыми «визуалами». Это значит основную долю информации они воспринимают исключительно в виде образных решений и, соответственно, восприятие материала ими будет гораздо более качественным, если картина реального объекта и расчётная схема, необходимая для его формирования, сочетаются и находятся рядом. В связи с этим, было принято решение соотнести каждую из демонстрируемых расчетных схем соответствующего вида, фотографией реального объекта, показывающей не только специфику работы данного типа конструкций, но и одно из наиболее часто встречающихся способов или мест ее применения.
Рассмотрим кратко методику изложение материала в учебных пособиях. В первом, связанном со статически определимыми системами, как обычно, рассмотрены основные понятия строительной механики: классификация опорных устройств, отдельных элементов конструкций, основные виды нагрузок, а также принципы построения расчётных схем. Затем рассмотрены отдельные виды конструкций, изложена теория расчёта многопролётных балок и рам на подвижную и неподвижную нагрузку. В домашнем задании на эту тему даны задания под номерами 1-3. На каждое из них приведены примеры построения эпюр внутренних усилий, причём порядок построения, как принято в строительной механике [12], производится начиная с эпюр изгибающих моментов, затем поперечных сил и потом продольных усилий. Обучающийся имеет возможность проводить промежуточные проверки правильности расчёта, исходя из известных опорных реакций. Это позволяет в дальнейшем, используя полученные навыки, строить эпюры внутренних усилий в статически неопределимых конструкциях. Следующая глава посвящена арочным перекрытиям. Проведена подробная классификация арок, для которых кроме расчётных схем приведены фотографии самих объектов (рис. 1).
Страница 3 из 10
Методология
Основная часть
16PDMN220
V/S//// '///////
Трёхшарнирная арка Фотография: http://zaotimber.ru/test/all/construction/arch/arc h timber sokolniki.jpg
_Расчетная схема - рисунок автора_
Рисунок 1. Пример оформления классификации арочных конструкций
Заметим, что на самих фотографиях видно, где именно находится верхний, так называемый ключевой шарнир.
Затем приводится снимок ползучей арки (рис. 2).
«Ползучая» арка Фотография: http://www.imturkey.com/UserFiles/foto galeri /pmkl 018 pamukkale hierapolis from turunc
imturkey .ipg Расчетная схема - рисунок автора
Рисунок 2. Пример оформления классификации арочных конструкций
Это пример одного из древних строений, а т. к. в современном строительстве подобные арки остались только в качестве интерьерных изысков, то приводится методика аналитического расчёта только симметричных трёхшарнирных арок. Данная теория достаточно простая и понятная. Для лучшего закрепления материала приведены два примера расчёта арок с параболической и круговой осью, а также их сравнительный анализ.
Аналогично рассмотрена теория ферм. Приведена их классификация [13] по назначению, по видам закрепления, характеру решётки, способу езды и т. п. с привлечением фотографий реальных стропильных и мостовых ферм (рис. 3-5).
Арочная ферма чаще всего применяется для мостов Фотография:
https://cdn.photosight.rU/img/2/366/6494921 xlarge.jpg Принципиальная схема - рисунок автора
Рисунок 3. Пример оформления классификации арочных ферм
Простая треугольная решётка, состоящая только из раскосов
Фотография:
https://avatars.mds.vandex.net/get-pdb/963327/b4cc298c-6df3-4db7-bc80-94518f8b50cc/s1200
Расчетная схема - рисунок автора
Рисунок 4. Пример оформления классификации мостовых ферм
Затем приводятся основные методы расчёта ферменных конструкций. Далее рассматривается конкретный пример стропильной фермы для определения внутренних усилий в стержнях которой задействованы все аналитические методы [14], обоснованы методики использования каждого из них в сравнении друг с другом.
Простая раскосная решётка, состоящая
попеременно из стоек и раскосов. Раскосы данной фермы нисходящие к середине фермы Фотография: http://photos.wikimapia.Org/p/00/05/04/18 /54_big.jpg Расчетная схема - рисунок автора
Рисунок 5. Пример оформления классификации мостовых ферм
Следующее учебное пособие посвящено расчёту статически неопределимых систем: неразрезных балок и рамных конструкций. Подробно описаны их достоинства и недостатки.
В учебном пособии максимально расширенно разобраны основные методы расчёта таких конструкций: метод сил, метод перемещений и смешанный метод расчета. В доступной форме рассмотрено, каким образом получаются необходимые для расчета коэффициенты канонических уравнений. При этом, по мере возможностей, вся информация подается в графическом виде, в частности при разборе метода сил неизвестные силы показываются на схеме и деформация, которую они производят, также демонстрируется на рисунке. Это даёт наглядное представление о их физической сущности. Для каждой задачи показано по несколько примеров выбора основных систем, подробно разобраны их основные особенности и указывается наиболее рациональная из них. В методе перемещений объясняется, чем отличаются добавленные связи, ограничивающие смещения концевых элементов балок от действительных опорных реакций.
Мост в Нижнем Новгороде (фото автора)
Расчетная схема: статически неопределимая рама (рисунок автора)
Рисунок 6. Пример оформления классификации статически неопределимой рамы Страница 6 из 10
Расчётная схема - многоярусная рама (срез здания, показанный с торцевой его части)
Реальная конструкция - монолитный каркас здания Фотография: http://iz-kirpicha.su/wp-соп1еп1/ир1оаё8/2016/10/уо2уеёете-кагка8пойо-ёота^рй Расчетная схема - рисунок автора
Рисунок 7. Пример оформления классификации многоярусной рамы
В виду того, что при применении метода сил можно построить несколько основных систем разной сложности и искусство их построения зависит от опыта расчетчика, то объясняется каким из них стоит отдать предпочтение при решении той или иной задачи. При этом, методология принятия решения о применении того или иного метода при расчете конкретной конструкции, описана подробно на нескольких примерах. В частности, расчёт неразрезных балок, приводимый, например, в источниках [15; 16], показан в более упрощенном виде, т. е. с учётом того, что чаще всего геометрические размеры всех пролётов рамы одинаковы (рис. 6, 7). После чего приводится более расширенная характеристика каждого метода, по завершении которой приведены примеры решения нескольких задач. При формировании настоящего комплекта учебных пособий были учтены наиболее проблемные участки восприятия обучающимися информации, озвучены часто возникающие в процессе решения расчетных заданий проблемы, а также вопросы, возникавшие у студентов во время объяснения на занятиях. Вся проблемная и критическая информация в пособии изложена в максимально доступной форме. В завершении пособия кратко изложена теория, касающаяся устойчивости стержневых систем с примерами расчёта рамных конструкций на устойчивость, а также приведены домашние задания для самостоятельной работы, предназначеные для закрепления полученных теоретических знаний.
Приложение содержит более расширенные таблицы, касающиеся решения задач всеми методами, по сравнению с теми, которые представлены в большинстве учебников, т. к. курс «Строительной механики» у архитекторов более ограничен во времени, а основную базу знаний они должны иметь, учитывая особенности их дальнейшей работы.
Выводы
Таким образом, разработанный учебно-методический комплекс отвечает наиболее современным методикам обучения и может быть применен не только для преподавания данной дисциплины студентам творческих специальностей, но и рассмотрен в качестве базового
учебного материала для студентов остальных инженерных специальностей, так как позволяет в значительной степени повысить продуктивность процесса обучения и качественный уровень усвоения материала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Bisby L.A., in SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, Fifth Edition (Springer New York, 2016), pp. 255-276.
2. Carpinteri, A. Advanced structural mechanics. Advanced Structural Mechanics 1-532 (CRC Press, 2017). DOI: 10.1201/9781315375298.
3. Feng Fu. Design and analysis of tall and complex structures. Butterworth-Heinemann is an imprint of Elsevier. The Boulevard, Langford Lane, Kidlington, Oxford OXS 1 GB, United Kingdom, 2018.
4. Ghavami, P. Mechanics of materials: An introduction to engineering technology. Mechanics of Materials: An Introduction to Engineering Technology 1-249 (Springer International Publishing, 2015). DOI: 10.1007/978-3-319-07572-3.
5. Berestova, S.A., Zhilin, S.S., Misyura, N.E., Mityushov, E.A. (2015). A method for modeling an architectural drawing type solution for environmental objects using linear perspective on a flat surface, Mathematical Design & Technical Aesthetics, № 1 (3). pp.11-23
6. Subhani, M., Globa, A., Moloney J. (2020). Timber-FRP composite beam subjected to negative bending, Structural Engineering and Mechanics, vol. 73, № 3. pp. 353-365. DOI: 10.12989/sem.2020.73.3.353.
7. Bisby, L. (2016). Structural Mechanics. DOI: 10.1007/978-1-4939-2565-0_8.
8. Gutierrez-Lemini, D. (2014). Structural Mechanics. DOI: 10.1007/978-1-4614-8139-3_5.
9. Herrmann, H., Bucksch, H. (2014). Structural mechanics. DOI: 10.1007/978-3-642-41714-6_198356.
10. Шагисултанова Ю.Н. Разработка и использование рабочей тетради в преподавании дисциплины «Строительная механика». Журнал «Молодой ученый» ISSN 2072-0297. г. Казань, 2014 г. №2 (961) с. 879-882.
11. Шагисултанова Ю.Н. Особенности преподавания расчётных дисциплин студентам творческих специальностей Журнал «Молодой ученый» ISSN 20720297. г. Казань, 2015 г. №9 (89) с. 1218-1222.
12. Шакирзянов Р.А. Краткий курс по строительной механике. Учебное пособие -Казань. КГАСУ, 2010 г.
13. Шакирзянов Р.А., Шакирзянов Ф.Р. Краткий курс лекций по строительной механике. Учебное пособие 2-ое изд. Перераб. и доп. - Казань. КГАСУ, 2014 г. -144 с.
14. Иванов Г.М., Вейц Р.Н. Статика сооружений. - Изд. литературы по строительству, Ленинград, 1968 г. 207 с.
15. Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная механика, - М: Высш. шк., 1986 г. - 607 с.
16. Саргян А.Е., Демченко А.Т., Дворячиков Н.В., Джинчвелашвили Г.А. Строительная механика. Основы теории с примерами расчетов: учебник / под ред. А.Е. Саргяна. 2-е изд., испр. и доп. М.: Высшая школа, 2000. 416 с.
17. Снитко Н.К. Строительная механика // - М.: Высш. шк., 1980 г. - 431 с.
18. Иванов Г.М., Вейц Р.Н. Статика сооружений. Л.: Изд. литературы по строительству, 1968. 207 с.
19. Дыховичный А.И. Строительная механика. Сокращенный курс. М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1953. 284 с.
20. Киселев В.А. Строительная механика: общий курс. М.: Стройиздат, 1986. 520 с.
21. Смирнов А.Ф., Александров А.В. Строительная механика // Динамика и устойчивость сооружений. - М.: Стройиздат, 1981.
22. Шагисултанова Ю.Н. Рабочая тетрадь по строительной механике: для студентов заочной формы обучения по направлению 270800 «Строительство». Ч. 2. Тюмень: ТюмГАСУ, 2014. 85 с.
23. Иванова О.М., Шагисултанова Ю.Н. Методические указания и контрольные задания для самостоятельной работы по строительной механике. Ч. 2. Для студ. по направлению 270800 «Строительство». Тюмень: ТюмГАСУ, 2014. 45 с.
24. Иванова О.М., Шагисултанова Ю.Н. Методические указания и контрольные задания для самостоятельной работы по строительной механике. Ч. 1. Для студ. по направлению 270800 «Строительство». Тюмень: ТюмГАСУ, 2014.
25. Шагисултанова Ю.Н., Иванова О.М. Строительная механика: учебно-методическое пособие для студентов направления 270800.62 «Строительство», профиль «Автомобильные дороги» заочной формы обучения. Тюмень: ТюмГАСУ, 2014. 93 с.
26. Шагисултанова Ю.Н. Расчёт статически неопределимых рам на устойчивость. Методические указания к выполнению расчётно-графической работы по дисциплине «Строительная механика» для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство», профиль «Промышленное и гражданское строительство» очной формы обучения. Тюмень: ТИУ, 2017. 31 с.
27. Шагисултанова Ю.Н. Учебное пособие по строительной механике для выполнения расчётно-графичических работ на тему «Расчёт статически определимых конструкций» для студентов для направления 07.03.01 «Архитектура», 07.03.02 «Дизайн архитектурной среды», очной формы обучения: / Ю.Н. Шагисултанова. - Тюмень: РИО ФГБОУ ВПО «ТюмГАСУ», 2016 г. - 78 с.
28. Шагисултанова Ю.Н. Рабочая тетрадь по строительной механике для практических занятий по разделу «Расчёт статически определимых конструкций» для студентов для направления 07.03.01 «Архитектура». Форма обучения: очная, квалификация выпускника: бакалавр / Ю.Н. Шагисултанова. - Тюмень: РИО ФГБОУ ВПО «ТюмГАСУ», 2015 г. - 54 с.
29. Шагисултанова Ю.Н. Рабочая тетрадь по строительной механике для практических занятий по разделу «Расчёт статически неопределимых конструкций» для студентов для направления 07.03.01 «Архитектура». Форма обучения: очная, квалификация выпускника: бакалавр / Ю.Н. Шагисултанова. -Тюмень: РИО ФГБОУ ВПО «ТюмГАСУ», 2015 г. - 91 с.
Shagisultanova Julia Nikolaevna
Industrial university of Tyumen, Tyumen, Russia E-mail: julia. shagisultanova@gmail.com
Panfilov Alexander Vladimirovich
Industrial university of Tyumen, Tyumen, Russia E-mail: archi-zoom@yandex.ru
To the question of the methodology for the formation of special knowledge in the group of disciplines "Building mechanics" for students in the direction of "Architecture"
Abstract. At present, there is a change in the generational psycho-types of people enrolling in higher education organizations - modern students are dominated by the visual method of perceiving information, which requires a slightly different construction of the learning process. At the same time, a constant reduction in class hours, occurring along with an increasing amount of information necessary for transmission to students. This means that the process of teaching disciplines itself requires the use of innovative approaches and solutions that have not previously been used in higher education. However, within the framework of higher education there is a direction where the visual method of perceiving information has always been more strongly developed - this is the direction 07.00.00 - Architecture. In the framework of teaching the course "Structural Mechanics", a new methodology was tried, based on the new principles of training, adapted to the mentality of students of creative specialties. This article discusses the experience of teaching special technical disciplines, taking into account the psychophysiological features of the perception of educational material by students studying in creative specialties. In particular, the question of the formation of a special type of teaching aids designed for the visual type of perception of information and insufficient initial engineering and technical training of students at the stage preceding the study of the course of building mechanics is being considered. The basic principle of the formation of these manuals was their maximum illustrativeness based on real objects that demonstrate the work of structures in the real environment of their application, as well as a set of additional training materials to it, which improves the quality of student's perception of information. This article is fundamental to the next cycle, which reviews and describes the individual mechanisms of this technique.
Keywords: architecture; architectural education; engineering education; structural mechanics; methodology
