Особенности преподавания дисциплины «Сопротивление материалов» для иностранных студентов, изучающих железнодорожный транспорт и его эксплуатацию



Статья посвящена вопросам преимущества применения виртуальных лабораторных работ по дисциплине Сопротивление материалов при подготовке специалистов по эксплуатации железнодорожного транспорта.

Ключевые слова: комплексный подход к обучению, опорный конспект, электронный практикум, программный обучающий комплекс COLUMBUS.

Фундаментом, от прочности которого зависит успешность получения иностранными студентами полноценного инженерного образования, является уровень владения русским языком. Фундамент закладывается на подготовительном курсе. Сопротивление материалов имеет свою специфическую терминологию, овладеть которой, возможно, не столь сложно, если найти правильные, методически выверенные подходы. И здесь важен тандем в обучении преподаватель русского языка — преподаватель-предметник. Необходим отбор наиболее значимых слов, словосочетаний, выражений, возможно, используемых сразу в нескольких дисциплинах. Например, в физике, технической механике, математике, используются понятия «вещество», «материя», «энергия», «Ньютон». Разночтения в их определениях не должно быть. Необходимо обозначать величины и трактовать их в соответствии с интернациональной системой единиц СИ, которая регламентирует написание формул, обозначений физических величин и формулировку определений, неважно в какой стране и на каком языке общается человек. Преподавателям как внутри одной дисциплины, так и разных дисциплин, например, физики, математики, технической механики, сопротивления материалов, необходимо очень тесно контактировать друг с другом и согласовывать программы, определения понятий, обозначения величин.

Важным аспектом успешности обучения является наличие комплексного методического обеспечения дисциплины, включающего в себя курс лекций в твёрдой копии, а также в компьютерном варианте; лабораторного практикума; рабочей тетради для практических занятий или сборника иллюстраций (опорных конспектов); тестов для самоконтроля и всевозможных контролирующих материалов. Курс лекций и /или учебное пособие, адаптированное для иностранных студентов должен иметься на кафедре. Но, несомненно, нужно поощрять иностранных студентов к чтению материала настоящих учебников, написанных для русскоязычных студентов. Необходимо разрабатывать электронные практикумы для проведения лабораторных работ по сопротивлению материалов.

Научность обучения предполагает формирование у обучаемых навыков научно-поисковой деятельности, выполнения исследовательских работ, широкого использования научной, справочной и другой литературы.

Преподавателю необходимо внедрять в учебный процесс и специальные информационно — компьютерные технологии, что поднимает на новый уровень качество подготовки иностранных студентов. При этом необходимо помнить, что внедрение информационных технологий сопряжено с решением проблемы органичного соединения достижений в области дидактики, психологии, информатики и компьютерной техники, а также в разработке автоматизированных систем обучения.

В инженерном прогнозировании с развитием компьютерной техники широкое распространение получил метод моделирования. Он характеризуется тем, что анализ исходных данных проводится не на исследуемых объектах, а на их моделях, выполненных в соответствии с требованиями теории подобия.

В настоящее время широко внедряется в учебный процесс программный обучающий комплекс COLUMBUS — 2005/2007 «Сопротивление материалов. Виртуальные лабораторные работы». Он предназначен для проведения лабораторных работ на персональных компьютерах путём имитационных испытаний. Применяемая версия комплекса включает в себя 11 виртуальных лабораторных работ по 6 основным разделам курса дисциплины: растяжение и сжатие, кручение валов, изгиб балок, сложное сопротивление, устойчивость и ударная вязкость.

Программный комплекс даёт возможность визуально наблюдать на мониторе компьютера процесс испытания материалов при различных видах нагружения и получать необходимые данные для теоретических расчётов, построения графиков, диаграмм и выводить результаты испытаний на печать.

Преимущества применения данного программного комплекса над экспериментами, проведёнными в условиях учебной лаборатории:

1) совместное проведение реальных испытаний одного образца для всей группы и индивидуальных виртуальных испытаний для каждого студента открывает новые методические возможности при изучении дисциплины «Сопротивление материалов»;

2) возможность получения наиболее точных экспериментальных данных.

С применением виртуальной лабораторной работы проведены эксперименты по моделированию изменения характеристик прочности и пластичности при различных скоростях деформирования для конструкционных сталей: 1) сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества Ст. 3 ГОСТ 380–71; 2) сталь конструкционная углеродистая качественная Сталь 20 ГОСТ 1050–71; 3) углеродистая качественная арматурная А1 ГОСТ 5781–71; 4) сталь коррозионно-стойкая, жаропрочная, жаростойкая износостойкая Сталь 07Х16Н6 ГОСТ 5632–72.

Лабораторная работа № 1 «Испытание материала на растяжение»

Рис.1 — Общий вид окон монитора при различных стадиях проведения лабораторной работы № 1

Для испытания стержня круглого сечения на кручение с определением модуля упругости при сдвиге применяют виртуальную установку для испытания на кручение.

Лабораторная работа № 2 «Испытания на кручение»

Рис. 2 — Общий вид окон монитора при различных стадиях проведения лабораторной работы № 2

Эта установка имитирует испытание стального вала с одним жёстко-защемлённым концом и другим шарнирно-опертым на кручение на специальном стенде. Позволяет осуществлять пошаговое нагружение и разгрузку вала. Вычисление угла закручивания производится по показаниям модели индикатора часового типа. Каркасная модель вала позволяет наблюдать за изменением угла закручивания по длине вала.

Для установления характера зависимости между крутящим моментом и углом закручивания на стенде изображается график, который строится по опытным данным. Полученные на графике точки при тщательном проведении опыта ложатся примерно на одну прямую, что доказывает прямую зависимость между крутящим моментом и вызываемой им деформацией. Этим подтверждается справедливость закона Гука при кручении.

В заключении работы, необходимо найденное значение модуля сдвига при кручении сравнить с величиной, вычисленной по теоретической зависимости между тремя упругими постоянными, или взятой из соответствующих таблиц.

На занятиях по дисциплине «Сопротивление материалов», при проведении лабораторной работы № 2 «Испытание на кручение. Расчёт пружин», применяется один из модулей автоматизированной системы обучения APM Win Machine — модуль расчёта и проектирования пружин и других упругих элементов APM Spring. При помощи этого модуля производится «Исследование влияния геометрических характеристик пружин сжатия на величину их осадки расчётными методами».

Цель расчёта: определение зависимости осадки пружины от её геометрических характеристик, в частности от увеличения диаметра проволоки.

Выводы: При увеличении диаметра проволоки пружины, её рабочий ход уменьшается; уменьшаются напряжения сдвига.

Лабораторная работа № 3 «Испытания на изгиб»

Рис. 3 — Общий вид окон монитора при различных стадиях проведения лабораторной работы № 3

Говоря о формировании познавательных интересов, следует отметить, что интерес отражает избирательное отношение студента к предмету, явлениям, действиям. Нельзя заинтересовать иностранного студента тем, что не имеет для него прикладной направленности и смысла. Формируя познавательный интерес, преподаватель добивается эффективности занятия.

Сегодня компьютерное моделирование является непременной составляющей при проведении лабораторных и расчётно-графических работ, поскольку позволяет избежать дорогостоящих ошибок и даёт возможность увидеть результаты своей работы до проведения окончательных расчётов.

Таким образом, применение технологии визуализации учебной информации позволяет:

- вариативно и рационально использовать различные схемознаковые модели представления знаний;

- устранить несбалансированность текстового и иллюстративного зрительного ряда;

- повысить выразительность визуального языка и символики, приобретающих особую значимость в век информационных технологий;

- оптимизировать затраты времени на восприятие и усвоение информации и тем самым повысить эффективность учебно-познавательной деятельности, а также ввести поисковые и исследовательские уровни проблемности при проведении лабораторных работ.

В последнее время на кафедре общепрофессиональных дисциплин, при преподавании дисциплины «Сопротивление материалов» широко применяется метод «раздаточного материала», когда иностранные военнослужащие получают конспект лекций в тезисном виде (опорный конспект). Это позволяет значительно сократить время на запись ключевых моментов или прорисовывания схем, а также, учитывая специфику преподавания, избежать ошибок в написании формул и определений. Преподаватель объясняет суть вопроса, а студенты делают свои пометки в опорных конспектах. Как известно, у всех людей психология разная и поэтому благодаря собственным записям, пометкам и обозначениям студент быстрее запоминает материал в удобном для себя виде. Более того, в подсознании откладываются ключевые слова с основными связями, которые в дальнейшем легче вспомнить.

Огромный учебный потенциал, который широко используется для интенсификации изучения сопротивления материалов, имеют различные мультимедийные программы и ролики по изучению данной дисциплины, получившие широкое распространение. Эти программы разработаны профессиональными программистами на основе использования самых современных достижений вычислительной техники и программного обеспечения, с одной стороны, а также педагогики и психологии, с другой стороны. Эффективность использования таких программ и видеоматериалов особенно велика при изучении «технических» дисциплин, таких как сопротивление материалов. Использование компьютерных технологий позволяет реализовывать принцип персонального обучения.

Для более эффективного формирования предметно-коммуникативных знаний иностранных студентов необходимо использовать следующее:

- адаптировать лекции по специальности, ориентируясь на уровень владения русским языком иностранных военнослужащих;

- обозначить конкретные и чёткие вопросы по темам и разделам, направленные на самостоятельную работу с учебником;

- разработать единую для всего учебного профиля структуру подтекстовых и после текстовых упражнений и заданий;

- внести элементы наглядности для более быстрого усвоения новых понятий и терминов;

- необходимо создание отдельных учебных пособий по общеинженерным дисциплинам для иностранных военнослужащих при активном сотрудничестве с преподавателями русского языка.

Литераутра:

1. Кривошапко, С. Н. Сопротивление материалов: лекции, семинары, расчетно-графические работы: учебник для бакалавров [Текст] / С. Н. Кривошапко. — М.: Издательство Юрайт, 2015. — 413 с.
2. Холошевская, М. И. Техническая механика. Сопротивление материалов. Виртуальные лабораторные работы [Текст]: практикум / М. И. Холошевская, Н. В. Сороковых — Рязань: РВВДКУ, 2012. — 50 с.
3. Поляков Ю. А. Повышение качества подготовки студентов по курсу «Сопротивление материалов» с помощью информационных технологий / Материалы IV Российско-Китайской конференции «Двухстороннее научно-образовательное сотрудничество вузов России и Китая». — М.: Издательский дом «МИСиС», 2010. — С. 245–250.
4. Холошевская, М. И. Техническая механика. Сопротивление материалов. Виртуальные лабораторные работы [Текст]: учеб.-метод. пособие. / М. И. Холошевская, С. А. Филатова. — Рязань: РВВДКУ, 2016. — 92 с.