CC BY
13
© И.Ф. Боровиков, H.A. Логвинова, Л.А. Потапова, 2012
И.Ф. Боровиков, H.A. Логвинова, Л.А. Потапова
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ В СИСТЕМЕ ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ИНЖЕНЕРОВ
Рассмотрены вопросы организации научно-исследовательской работы студентов, рекомендуются направления и тематика научных исследований. Ключевые слова: научно-исследовательская работа студентов, геометрические преобразования, многофакторные процессы, фрактальные структуры.
Научно-исследовательская работа студентов (НИРС) является одной из самых эффективных и перспективных форм организации учебного процесса. В условиях дефицита времени она позволяет познакомить наиболее способных студентов с дополнительными разделами дисциплины, ввести их в курс научных проблем, научить решать прикладные задачи и, в конечном итоге, способствовать формированию конструктивных навыков. На кафедре механики и инженерной графики Юргинского технологического института ТПУ используются следующие формы НИРС: участие в олимпиадах, написание рефератов, работа в научных кружках.
Участие в олимпиадах, является первым опытом научной работы студентов. Именно здесь им практически впервые приходится выходить за рамки программы для решения предлагаемых задач. Кроме того, нестандартный характер заданий предполагает нестандартность мышления, что является характерной чертой конструктора и ученого-исследователя.
Важным видом НИРС на младших курсах является составление рефератов. В ходе реферирования студенты овладевают методикой библиографического исследования, учатся находить необходимую информацию, критически анализировать и оценивать ее, делать собственные заключения и выражать суждения. Работа над рефератом позволяет студенту понять особенности научного творчества. Наиболее интересные рефераты должны быть рекомендованы для док-
ладов на занятиях, чтобы ознакомить всех остальных студентов с научными проблемами дисциплины.
Наиболее перспективной формой НИРС являются кружки, к работе в которых привлекаются сильные студенты. Численность таких кружков не должна превышать семи человек. Тематика занятий может быть самой разнообразной. Считаем целесообразными следующие направления студенческих научных исследований: конструирование кривых и поверхностей на основе геометрических преобразований, моделирование зависимостей многофакторных процессов, исследование фрактальных структур, разработка банка 30-моделей типовых элементов изделий машиностроения
Конструирование технических форм с помощью геометрических преобразований. Инженер должен уметь конструировать кривые линии, так как ни одна задача формообразования технических объектов не решается без их использования [1]. Наиболее приемлемым способом, на наш взгляд, является способ геометрических преобразований. Предлагаем следующий план организации научно-исследовательской работы в этом направлении.
1. Ознакомление с ортогональными преобразованиями плоскости (симметрия, перенос, поворот). Написание рефератов и выступления на семинарах.
2. Исследование нелинейных преобразований, расслаивающихся в пучках прямых на проективные преобразования.
Для их задания вся плоскость заполняется прямыми некоторого пучка, и на каждой прямой задается свой проективитет. На начальных стадиях исследований в качестве проективных преобразований можно выбирать ортогональные преобразования, например центральную симметрию. Далее можно усложнить задачу, предложив студентам исследовать случаи нелинейных преобразований, расслаивающихся на проективитеты в общем виде. Примером таких преобразований является инверсия.
3. Конструирование кривых на основе кремоновых преобразований с пучками слабоинвариантных окружностей.
Студентам целесообразно рекомендовать частные случаи таких преобразований, когда пучками являются эллиптический, параболический и гиперболический пучки окружностей.
4.Моделирование технических поверхностей.
Любая поверхность может рассматриваться как совокупность кривых. Поэтому тематика НИРС, посвященная кривым, непосредственно связана с вопросами моделирования поверхностей. Перед студентами ставится задача конструирования линий дискретного каркаса поверхностей и разработки способов его уплотнения. Решение этой задачи возможно при расслоении пространства плоскостями пучка с несобственным носителем и задании в каждой плоскости нелинейных инволюций.
5. Решение прикладных задач с использованием нелинейных преобразований.
После исследования студентами теоретических вопросов нелинейных преобразований необходимо на основе полученных результатов решить конкретную прикладную задачу. Она может быть посвящена конструированию всевозможных аэро- и гидродинамических профилей, осей трубопроводов, шпангоутов, линий-параметроносителей, поверхностей лопаток турбин, воздухозаборников и т.д. [2 - 5]
Моделирование зависимостей многофакторных процессов. Уже на первых курсах студенты сталкиваются с необходимостью в конструировании гиперповерхностей, моделирующих те или иные технологические процессы, зависимости «состав-свойство» и т.д. Это удобно осуществлять на основе нелинейных преобразований. Не следует забывать и про такие модели гиперповерхностей, как номограммы, которые обладают простотой в использовании и достаточной для практики точностью.
Исследование фрактальных структур. В последнее время на кафедре механики и инженерной графики нашего института сформировалось новое направление НИРС, посвященное изучению фракталов и их свойств [б]. Для моделирования природных систем невозможно использовать методы классической геометрии. Фракталы являются подходящим средством для исследования подобных вопросов. Изучая свойства фракталов, составляя алгоритмы и программы их построения, студенты приобщаются к божественной красоте геометрии и понимают ее неограниченные возможности.
Разработка банка 3D моделей типовых элементов изделий машиностроения. К разработке данных вопросов привлекаются студенты, изучающие учебные дисциплины «Летали машин», «Прикладная механика». Им предлагается построение 3D -моделей применяемых в машиностроении соединений и механических передач. При этом студенты для конкретной ситуации должны выбрать тип соединения или передачи, выполнить необходимые кинематические и прочностные расчеты и, воспользовавшись графическими пакетами «Компас», «Autocad», «Autodesk Inventor» выполнить 3D-модель. В процессе такой работы студенты приобретают навыки пользования справочной литературой, проведения расчетов, продолжают формировать пространственные представления, необходимые в инженерной деятельности. Разработанные модели используются в учебном процессе кафедры.
Разработка алгоритмов и программ прочностных расчетов деталей машин. Процесс проектирования в качестве важной составной части содержит прочностные расчеты. Лля того, чтобы ускорить разработку новых изделий необходимо автоматизировать расчеты. В настоящее время имеются многочисленные пакеты программ, которые позволяют выполнить эту трудоемкую рутинную работу. Однако, пользование такими пакетами возможно лишь после того, как студенты получат навыки «ручных» расчетов. Ускорить этот процесс позволяет разработка студентами собственных программ [7 - 8]. На кафедре механики и инженерной графики такая работа ведется в течение последних пяти лет. Разработка программ осуществляется в среде визуального программирования Delphi, что позволяет использовать интерактивный диалог при вводе и редактировании исходных данных. Большая часть составленных программ имеет несколько оконных интерфейсов. В главном окне представлены: краткие рекомендации по расчету. Предусмотрена возможность доступа к стандартным и специальным функциям. При введении исходных данных в одном окне пользователю последовательно предлагаются формулы для расчетов и справочные таблицы. После самостоятельного расчета производится
сравнение результатов, полученных самостоятельно, с результатами, полученными в автоматизированном режиме, и указываются ошибки.
Заключительным этапом НИРС являются выступления на студенческих конференциях. В процессе подготовки докладов студенты получают навыки обобщения полученных результатов, их анализа, учатся обрабатывать результаты и делать выводы, оформлять иллюстративный материал. Все это позволяет им понять особенности научного творчества. Использование компьютерной техники делает НИРС более эффективной. Кроме того, студенты приобщаются к современным информационным технологиям решения научных задач.
Безусловно, научной работой могут быть охвачены умные и целеустремленные студенты. Но на наш взгляд именно такие студенты являются надеждой на возрождение российской экономики на основе новейших технологий.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Боровиков И.Ф., Потапова Л. А. Начертательная геометрия и инженерное образование//Машиностроение и инженерное образование. —
2009. — №1. — С.62-67.
2. Игнатьев Е.П., Ильюшкин П.В. Конструирование технических кривых на основе нецентральны« квадратичных преобразований плоскости // Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении: сборник трудов X научно-практической конференции студентов и учащейся молодежи. — Юр-га: Изд-во ТПУ, 2006. — с. 54-55.
3. Вашенко В.А., Филонов В.В. Геометрическое моделирование технических форм на основе бирациональных преобразований. // Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении: сборник трудов II Всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы для студентов и учащейся молодежи. — Томск: Изд-во ТПУ, 2011. — С. 407-409.
4. Головин В.В., Дохненко М.В., Дунаев А.Н. Нелинейные инволюции плоскости как базовый метод геометрического моделирования технических форм изделий машиностроительного производства. // Научный потенциал студенчества в XXI веке: материалы IV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Ставрополь: СевКавГТУ,
2010. — Т.1 — с. 232-235.
5. Игнатьев Е.П. Разработка метода геометрического моделирования технических форм изделий машиностроительного производства. // Современные техника и технологии: сборник трудов XVI Международной научно-
практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. — Томск: Изд-во ТПУ, 2010. — Т.1 — с. 327-329.
6. Бурмасов C.B., Нога Н.Г. Фракталы и исследование их свойств // Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении: сборник трудов X научно-практической конференции студентов и учащейся молодежи. — Юрга: Изд-во ТПУ, 2006. — с. 63-64.
7. Черкасов И.В. Использование трёхмерного моделирования при изучении дисциплины «Летали машин и основы конструирования». // Научный потенциал студенчества в XXI веке: материалы IV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. — Ставрополь: СевКавГТУ, 2010. -Т.1 — с. 311-313.
8. Черкасов И.В. Использование программы SolidWorks при выполнении курсового проекта по дисциплине «Летали машин и основы конструирования». // Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении: сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы для студентов и учащейся молодежи — Томск: Изд-во ТПУ, 2010. — с. 123. ¡ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Боровиков И.Ф. — кандидат технических наук, доцент, bif1986@mail.ru, Логвинова H.A. — старший преподаватель, nat_log@mail.ru, Потапова Л.А. — доцент,
Юргинский технологический институт (филиал) Национальный исследовательский Томский политехнический университет.
