CC BY
43
Егоров П. Н. Методика и практика постановки дисциплины «Океанотехника» в учебном процессе вуза // Концепт. - 2015. - № 02 (февраль). - ART 15035. -0,4 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2015/15035.htm. -
научно-методический электронный журнал
Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
ART 15035
УДК 378.147
¡Егоров Петр Николаевич,
кандидат технических наук, доцент кафедры аэро- и гидромеханики, динамики и прочности машин, сопротивления материалов ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. Алексеева», г. Нижний Новгород [email protected]
Аннотация. Статья посвящена методическим основам постановки учебной дисциплины «<Океанотехника». Рассматриваются вопросы актуальности изучения данной дисциплины в свете надвигающегося истощения наземных природных ресурсов, содержание лекционного материала, методика постановки лабораторных работ, цели и задачи домашних контрольных заданий, а также организация зачетного тестирования по дисциплине в целом.
Ключевые слова: океанотехника, морские буровые платформы, лекционный материал, лабораторные занятия.
Раздел: (01) педагогика; история педагогики и образования; теория и методика обучения и воспитания (по предметным областям).
В настоящее время вопросу освоения природных богатств континентального шельфа России уделяется первостепенное внимание. Надвигающееся истощение наземных (сухопутных) запасов нефти и газа делает все более и более актуальной проблему разведки, обустройства и освоения морских месторождений, в том числе и на замерзающих акваториях северных морей, которые составляют большую часть нашего шельфа. А это немыслимо без создания весьма специфической и уникальной техники для освоения шельфа: всевозможных морских буровых платформ, весьма сложного оборудования для морского бурения, судов технического обслуживания и т. п. В условиях недавно наложенных санкций Запада на ряд российских нефтедобывающих компаний как никогда остро встает вопрос импортозамещения зарубежной буровой техники и создания ее отечественных аналогов. Ярким примером такого строительства является недавний ввод в эксплуатацию отечественной самоподъемной плавучей буровой платформы «Арктическая» для работы на континентальном шельфе Баренцева моря.
Актуальность создания такой техники требует ускоренной подготовки специалистов для развития морских буровых технологий. В связи с этим на кафедре «Аэро- и гидродинамика, прочность машин и сопротивление материалов» института транспортных систем Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева уделяется всевозрастающее внимание учебной дисциплине «Океанотехника» как одной из базовых в системе подготовки бакалавров и магистров в области кораблестроения. Рабочая программа по этой дисциплине включает в себя следующие разделы:
- лекционный курс;
- цикл лабораторных занятий в опытовом бассейне кафедры;
- значительный объем самостоятельной работы, в процессе которой студенты выполняют несколько расчетно-графических работ.
Курс лекций, рассчитанный всего лишь на 18 часов аудиторных занятий, предполагает ознакомление студентов с такими темами:
- задачи и основные направления развития океанотехники как передовой области знаний и производства в вопросах обеспечения экологически грамотного взаимодействия между океаном и человечеством;
Методика и практика постановки дисциплины «Океанотехника»
в учебном процессе вуза
f\j ■Л f\j
Егоров П. Н. Методика и практика постановки дисциплины «Океанотехника» в учебном процессе вуза // Концепт. - 2015. - № 02 (февраль). - ART 15035. -0,4 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2015/15035.htm. -
научно-методический электронный журнал
Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
ART 15035
УДК 378.147
- классификация и характеристики основных видов морских буровых платформ (МБП) с упором на описание лучших образцов, созданных отечественной промышленностью. Приводятся технические характеристики и описание конструкции самоподъемных плавучих буровых установок проектов «Каспий» и «Мурманская», а также плавучей полупогружной буровой установки проекта «Шельф». На примерах зарубежных проектов дается ознакомительная информация по всем основным типам морских буровых платформ. Кратко описываются глубоководные стационарные установки для месторождения «Экофиск» в Северном море, добывающие знаменитую нефть марки Brent; ледостойкие буровые платформы типа «Моликпак», используемые на арктическом континентальном шельфе моря Бофорта (северо-восточное мелководное побережье Канады) и т. п. Студенты также знакомятся с принципами добычи сланцевой нефти и газа как основного метода нефтегазодобычи будущего;
- основные районы мирового континентального шельфа и описание видов извлекаемых природных ресурсов; Российский континентальный шельф и особая значимость освоения шельфа Арктики. Здесь дается описание таких проектов, как Сахалин-1 и Сахалин-2; «Штокмановское» нефтегазовое месторождение на шельфе Баренцева моря и месторождение «Приразломное» на шельфе Карского моря Арктики. Дается подробное изложение технических характеристик используемых МБП;
- внешние нагрузки на морские гидротехнические сооружения и их влияние на архитектурно-конструктивный тип той или иной МБП. Даются практические методики расчетов таких видов нагрузок, как скоростная и инерционная составляющие волновых нагрузок на различные типы опор МБП, ветровые нагрузки и их зависимость от высоты над уровнем моря. Описывается природа ледовых нагрузок от подвижек ледовых полей и навалов айсбергов, сейсмических нагрузок от землетрясений и т. п. Поскольку все они носят, как правило, нерегулярный характер, то студентам излагаются основы вероятностного подхода к оценкам случайных внешних воздействий;
- общие принципы расчета прочности основных несущих конструкций МБП на основе спектрально-статистического метода описания интенсивности внешних воздействий и полновероятностной модели оценки усталостной прочности.
В заключение лекционного курса показывается связь между доминирующим для данной МБП видом внешней нагрузки и ее архитектурно-конструктивным типом. Например, в конструкции ледостойких буровых платформ обязательно должны присутствовать наклонные ледоразрушающие поверхности (как правило, конической формы), поскольку последние снижают уровень ледовых нагрузок, переводя смятие ледового поля на его излом.
Так как запланированный лекционный курс весьма краток (всего 18 часов), то большое внимание уделяется внеаудиторной самостоятельной работе студентов, в процессе которой дополнительно изучается большой объем информации, копируемой на флэш-картах памяти в виде раздаточного материала. Всемерно поощряется написание студентами рефератов и эссе по различным аспектам океанотехники на основе информационных источников из интернет-ресурсов.
Пусть и небольшой (всего 18 метров в длину) учебный опытовый бассейн, имеющийся в распоряжении кафедры, предоставляет большие возможности в постановке широкого спектра лабораторных занятий, для проведения которых созданы следующие опытные установки:
- модель морской стационарной буровой платформы (МСБП) решетчатого типа, которая в сочетании с имеющимся в бассейне волнопродуктором позволяет проиллюстрировать динамическую реакцию (колебания) МСБП на различные режи-
Егоров П. Н. Методика и практика постановки дисциплины «Океанотехника» в учебном процессе вуза // Концепт. - 2015. - № 02 (февраль). - ART 15035. -0,4 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2015/15035.htm. -
научно-методический электронный журнал
Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
ART 15035
УДК 378.147
мы воздействия регулярного волнения. Особый интерес представляет собой возможность показать студентам режим «резонансного» волнения, приводящий к интенсивным раскачиваниям платформы при совпадении периода собственных колебаний лабораторной установки с периодом волнения, генерируемого волнопродук-тором бассейна. На основании этого наглядного опыта делается вывод о недопустимости сближения периода собственных колебаний МСБП с периодом внешнего волнения. В реальных условиях проектирования и дальнейшей эксплуатации буровых платформ это обеспечивается необходимой жесткостью опор сооружения и жестким контролем над массой принятого на палубу верхнего строения МСБП груза;
- модель плавучей полупогружной буровой установки (ППБУ). Во время проведения опытов с этой установкой убедительно доказывается, что ее необычный корпус представляет собой не что иное, как огромный успокоитель качки. Лабораторная установка позволяет наглядно проиллюстрировать ее такое уникальное свойство, как «волнопрозрачность», т. е. способность выдерживать воздействие огромных океанских волн, практически не испытывая качки;
- модель для исследования гидродинамических нагрузок на круглоцилиндри-ческие элементы морских сооружений от воздействия течения или регулярного морского волнения. Эта лабораторная установка, в сочетании с имеющимися в опыто-вом бассейне волнопродуктором и буксировочной тележкой, позволяет определить коэффициенты гидродинамического сопротивления круглого цилиндра в различных условиях внешних воздействий и проиллюстрировать затухание скоростной и инерционной составляющих волновых нагрузок с глубиной;
- модель якорной системы удержания ППБУ, позволяющая ознакомить студентов со свойствами цепной линии, жесткостными характеристиками односторонней и двухсторонней якорных связей и теоретическими основами расчета позиционирования морских объектов.
Лабораторные занятия сочетаются с выполнением первой расчетно-графичес-кой работы (РГР) на тему «Расчет динамической прочности опорных колонн самоподъемной плавучей буровой установки (СПБУ)», в которой студенты знакомятся с приближенными методами расчета таких величин:
- динамические характеристики СПБУ: период, частота и форма собственных колебаний с учетом влияния окружающей опорные колонны жидкости. Студенты также знакомятся с рекомендациями по назначению логарифмического декремента колебаний и коэффициента защемления нижнего сечения опор СПБУ в грунте;
- параметры внешних ветро-волновых воздействий на буровые платформы во время расчетных («столетних») штормов в регионе Каспийского моря. На этой основе определяются статическая ветровая и переменная (изменяющаяся по гармоническому закону регулярного морского волнения) волновая нагрузки;
- коэффициент динамичности воздействия регулярного волнения на СПБУ, зависящий от соотношения периода собственных колебаний установки и периода регулярного волнения;
- изгибающие моменты и сжимающие силы в опасных сечениях опор. Определение последних завершается нахождением расчетных напряжений и оценкой общей динамической прочности опорных колонн СПБУ при ветро-волновых воздействиях.
Вторая расчетно-графическая работа связана с экспериментально-теоретическим определением коэффициентов сопротивления скоростной и инерционной составляющих волновых нагрузок на силоизмерительные элементы модели кругло-цилиндрической преграды при воздействии регулярного волнения, создаваемого вол-
PU о 'V
Егоров П. Н. Методика и практика постановки дисциплины «Океанотехника» в учебном процессе вуза // Концепт. - 2015. - № 02 (февраль). - ART 15035. -0,4 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2015/15035.htm. -
научно-методический электронный журнал
Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
ART 15035
УДК 378.147
нопродуктором опытового бассейна. Получив в лабораторной работе экспериментальные величины гидродинамических коэффициентов сопротивления, студенты сравнивают их значения с апробированными данными из литературных источников.
Важным аспектом постановки учебной дисциплины «Океанотехника» является цикл из нескольких лабораторных работ. Он иллюстрирует главные особенности поведения в море и выживания во время экстремальных штормов морских буровых платформ - этих ответственных и дорогостоящих сооружений, которые также порой укрывают от верной гибели десятки человеческих жизней. Лабораторные работы проводятся по следующей тематике.
1. «Определение динамических характеристик морских стационарных буровых платформ». В данной работе студенты знакомятся с такими параметрами МСБП, как период, частота и форма собственных колебаний; коэффициент защемления опор в грунте; декремент свободных колебаний. В работе выполняется оценка влияния на динамические характеристики МСБП таких факторов: окружающая жидкость, жесткость опорных колонн, количество груза, принятого на рабочую палубу верхнего строения. Все эти понятия являются неотъемлемой частью процесса грамотного и рационального проектирования МСБП.
2. «Исследование плавучести и остойчивости плавучих полупогружных буровых установок». В данной работе студенты знакомятся с походным и рабочим положениями ППБУ, а также с различием в значениях начальных метацентрических высот и периодов собственной бортовой, килевой и вертикальной качки, которые характерны для этих двух основных положений ППБУ во время транспортировки на точку работ и в процессе бурения. С помощью волнопродуктора иллюстрируется различие в вынужденной качке ППБУ на регулярном волнении в походном и рабочем положениях.
3. «Гидродинамические нагрузки на круглоцилиндрические элементы морских буровых платформ от течения и волнения». В данной работе используется модель кругового цилиндра с двумя силоизмерительными элементами, расположенными на разной глубине. С помощью сначала буксировочной тележки, а затем и волнопро-дуктора бассейна на них создается воздействие от течения и регулярного волнения. Обработка записей зарегистрированных усилий позволяет найти коэффициенты гидродинамического сопротивления круглоцилиндрической преграды при воздействии сначала течения, а затем и скоростной и инерционной составляющих волновой нагрузки. Дается оценка интенсивности затухания волновых нагрузок с глубиной.
4. «Исследование статических характеристик якорных связей плавучих полупогружных буровых установок». В данной работе студенты знакомятся с принципами позиционирования ППБУ при выполнении работ в море в режимах бурения, штормового отстоя и выживания. Изучаются различные виды и конструктивные параметры якорных связей пассивной системы удержания ППБУ, а также теоретические основы расчета их характеристик. На модели якорной связи ППБУ проекта «Шельф» экспериментально получаются статические характеристики сначала одиночной, а затем и двухсторонней якорной связи. Приводится простая методика определения периода собственных поперечно-горизонтальных колебаний ППБУ и сопоставление его величины с периодами максимумов спектров волнения и ветра во время расчетных штормов.
Следует отметить, что регистрация вышеперечисленных параметров во время проведения лабораторных работ в большинстве случаев производится простыми и наглядными замерами с помощью весов, линеек, секундомера и обычных бытовых безменов в качестве динамометров. Это позволяет упростить обработку опытных данных, ускоряя составление студентами отчетов по лабораторным работам.
ГУ r\J
Егоров П. Н. Методика и практика постановки дисциплины «Океанотехника» в учебном процессе вуза // Концепт. - 2015. - № 02 (февраль). - ART 15035. -0,4 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2015/15035.htm. -
научно-методический электронный журнал
Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
ART 15035
УДК 378.147
Новый федеральный государственный образовательный стандарт ФГОС-3+ уделяет большое внимание качеству усвоения учащимися изучаемого учебного материала. Поэтому методика постановки учебного курса «Океанотехника» предполагает:
- контроль качества усвоения студентами пройденного материала лабораторных работ, который осуществляется путем опроса преподавателем на основе метода программированного контроля знаний. Для этого разработаны карточки программированного контроля знаний по всем лабораторным работам. В настоящее время эти карточки составлены пока только в «бумажном» варианте, однако ведется работа по их представлению в виде тестовых заданий автоматизированной системы контроля знаний АСТ, порядок составления которых описан в работе [1];
- проведение устного собеседования по материалу выполненных расчет-но-графических работ;
- написание рефератов по описанию различных типов морских буровых платформ, а также обзоров российских и общемировых тенденций развития современных средств освоения континентального шельфа, это весьма перспективная тема, поскольку многочисленные интернет-ресурсы предоставляют огромный и очень интересный материал, с которым студенты с большим интересом знакомятся;
- заключительный зачет по лекционному курсу, проводимый в форме устного опроса с обязательным решением небольших тестовых задач по определению величин внешних нагрузок от ветро-волновых воздействий, которым подвергаются различные типы МБУ во время экстремальных штормов.
Упомянутые выше «бумажные» карточки программированного контроля знаний предполагают выбор учащимися одного-единственного «нужного» ответа среди нескольких предлагаемых ответов на поставленный вопрос. В каждой карточке собрано по 5 таких вопросов с ответами. Хотя такая система контроля знаний и кажется примитивной, но в ней есть свои преимущества:
- итоговая оценка, совпадающая с числом вопросов, на которые учащимся даны правильные ответы, привязана к простейшей 5-балльной шкале оценки знаний, по-прежнему практикуемой в Минвузе в настоящее время. Те студенты, которые правильно ответили лишь на 2 вопроса и менее (т. е. получили оценку «неудовлетворительно»), должны повторно проходить тестирование. Здесь хорошо и то, что исключается двусмысленность и неопределенность оценки, которая неизбежно получается при более сложных системах тестирования;
- проверка ответов на такие карточки, проводимая по таблицам «секретных» кодов, многократно ускоряется. Это позволяет преподавателю, даже в условиях постоянно нарастающей «горловой» нагрузки и числа студентов, быстро проводить контрольный опрос, а затем тут же следом проводить и апелляцию, т. е. разбор результатов тестирования. Это, как правило, приводит к более заинтересованному отношению к тестированию со стороны учащихся;
- для того чтобы исключить «слив» информации по секретной кодировке ответов, практикуется многократное дублирование одних и тех же вопросных карточек под разными номерами, а также простая перестановка вопросов местами внутри самих карточек;
- преподаватель непосредственно участвует в процессе тестирования и видит своих студентов, пресекая всевозможные подсказки, подглядывания и пользование Интернетом. Различные формы заочного и особенно интернет-тестирования, как правило, исключают возможность осуществления жесткого контроля над списыванием со стороны учащихся;
(V Г (V
КОНЦЕПТ
Егоров П. Н. Методика и практика постановки дисциплины «Океанотехника» в учебном процессе вуза // Концепт. - 2015. - № 02 (февраль). - ART 15035. 0,4 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2015/15035.htm. Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
научно-методический электронный журнал ART 15035 УДК 378.147
- компьютерное тестирование, конечно, следует признать более «продвинутым» и современным, однако компьютерные классы не всегда свободны, и организация в них дополнительных занятий по тестированию, особенно в зачетную сессию в конце семестра, не всегда возможна. Использование же «бумажных» вопросных карточек снимает эти организационные трудности.
Ссылки на источники
1. Егоров П. Н., Хазова В. И., Хазова В. И. Использование программного комплекса «Адаптивная система тестирования» в учебном процессе вуза // Концепт: науч.-метод. журн. 2012. № 08. С. 2-7.
Petr Egorov,
Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the chair of Aero-and Hydromechanics, Dynamics and Strength of Machines, Strength of Materials, Nizhny Novgorod State Technical University, Nizhny Novgorod [email protected]
Methodology and practice of the discipline "Ocean Engineering" in educational process at technical university Abstract. The paper is devoted to description of the maintenance of the discipline "Ocean Engineering" in educational process at technical university. The author describes different techniques of theoretical, experimental approaches and computer test using. The lab-research and the student's home-work assignment contents are discussed.
Key words: Ocean Engineering, sea drilling rigs, lecture and laboratory-research studies.
Рекомендовано к публикации:
Горевым П. М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»
