Библиографическое описание:

Шагисултанова Ю. Н. Разработка и использование рабочей тетради в преподавании дисциплины «Строительная механика» // Молодой ученый. — 2014. — №2. — С. 879-882.

В статье описывается опыт внедрения и апробации учебного пособия, способствующего самостоятельной работе студента над освоением дисциплины «Строительная механика» — рабочей тетради для проведения лекций и практических занятий.

В связи с переходом университета на новую форму обучения студентов и получение ими квалификации выпускника «бакалавр» произошло сокращение аудиторной нагрузки примерно в три раза по сравнению с квалификацией «специалист». Например, у студентов профиля «Промышленное и гражданское строительство» заочного обучения вместо 30 часов в семестре стало 10 (курс двухсеместровый), при этом объем самостоятельной работы составляет 90 часов. В процессе самостоятельной работы необходимо изучение большого количества учебной литературы, которое создает значительную учебную нагрузку на студента, и с учетом всех дисциплин, сдаваемых студентом в каждой сессии, требует около пяти часов самостоятельной работы ежедневно в течении вне сессионного периода.

Дисциплина «Строительная механика», а точнее механика инженерных конструкций и сооружений — наука об их прочности, жесткости, устойчивости, долговечности и надежности [2]. Она логически следует за изучением дисциплин: «Теоретическая механика», «Сопротивления материалов» и является завершающим элементом цикла общепрофессиональных дисциплин. При этом сама является базовой основой курсов «Железобетонные конструкции», «Металлоконструкции», «Деревянные конструкции» и др.

Значение строительной механики отметил заслуженный деятель науки и техники РСФСР д-р тех. наук, проф. В. А. Киселев: «Строительная механика создает необходимую подготовку для изучения курсов инженерных конструкций, мостов и дорог. Она позволяет правильно понимать работу сооружения под нагрузкой, вовремя устранять неточности его возведения, которые при эксплуатации могут пагубно отражаться на работе сооружения. В отдельных случаях строительная механика позволяет инженеру-строителю теоретически обосновать и методы возведения инженерных сооружений». [1]

Задачи строительной механики представляют собой достаточно объёмный материал, зачастую решение одной задачи требует около трёх-пяти страниц формата А4, включая расчёты и эпюры, поэтому в процессе решения продолжительностью до полутора двух часов времени преподавателя на задачу, студенты перестают видеть целостно ход решения задачи, воспринимая его фрагментарно. На старших курсах, когда объём задач увеличивается, возможен переход на расчёты с использованием специальных компьютерных программ. Но на начальном этапе изучения дисциплины использование специального программного обеспечения представляется нецелесообразным, так как студенты затрудняются корректно интерпретировать полученные результаты и делать из них правильные выводы. Поэтому ручной расчёт решения практических заданий является необходимым этапом для изучения дисциплины.

Для лучшего понимания студентами теории и методов решения сложных задач строительной механики автором была разработана рабочая лекционная тетрадь по дисциплине. Рабочая тетрадь является учебным пособием, имеющим особый дидактический аппарат, способствующий самостоятельной работе учащегося над освоением учебного предмета [ГОСТ 7.60–2003].

На протяжении четырёх семестров проводилась разработка, усовершенствование и апробация применения рабочей тетради в преподавании студентам заочного отделения полной и сокращенной формы обучения по профилю «Промышленное и гражданское строительство», а так же её отдельных разделов студентам очной формы обучения профиля «Архитектура» и «Дизайн архитектурной среды».

Рабочая тетрадь по курсу дисциплины в настоящее время состоит из модулей, каждый модуль содержит необходимую теоретическую часть, опорную схему для решения задач по теме модуля. Опорная схема состоит из чертежей расчётной схемы, блок-схемы и формул для ее решения.

Рассмотрим фрагмент лекции «Арочные перекрытия и расчёт трехшарнирных арок» (Таблица 1) для более детального объяснения, как образом представлен материал в рабочей тетради.

Таблица 1

Фрагмент лекции на тему «Арочные перекрытия и расчёт трехшарнирных арок»

Рассмотрим произвольную точку на арке и балке на расстоянии x от т. А и определим в ней внутренние усилия. Усилия балки в точке К:

внутренние усилия арки в точке К (найдем, проецируя на вспомогательные оси):

Вывод.

Внутренние усилия в арке от вертикальной нагрузки можно рассчитать, следующим образом: под аркой изобразить балку с аналогичной нагрузкой, разбить ее равномерно на 6–12 частей, построить балочные эпюры в этих характерных точках. Найти распорные усилия по формуле:

 (10)

Потом рассчитать арочные усилия по формулам:

 (11)

Арочные эпюры изображаем на горизонтальных базах. Углы и высоту сечения находим по формулам (4)-(5) или (6)-(9) в зависимости от типа оси арки.

Как видно из фрагмента, в процессе объяснения студент, размышляя вместе с преподавателем, дописывает недостающую информацию в незаполненные поля рабочей тетради. Таким образом, у него нет необходимости конспектировать часть лекционного материала со слайдов презентации или лекционной доски, есть время на осмысление содержания, и при необходимости, имея дома литературу, он также может самостоятельно восстановить пропущенную лекцию. При этом наиболее важная часть материала и логика ее изложения представлена в рабочей тетради в полном объёме.

Чертежи или рисунки, требующие четкого изображения, приведены в рабочей тетради, что исключает неправильное перерисовывание и как следствие неправильное решение, с чем часто приходилось сталкиваться на консультациях и во время защиты заданий. Выводы по каждой теме приводятся после изложения всей лекции и преподавателем просто озвучивается.

Имеющиеся учебники по строительной механике посвящены подробному изложению теоретического материала, содержат небольшое количество примеров решения задач, которые, как правило, имеют упрощенную форму. В рамках курса «Строительной механики» предусмотрено выполнение расчётно-графической работы — задания повышенной сложности для самостоятельной работы студентов заочного отделения, которые они должны выполнить в межсессионный период. Задания содержат задачи, приближенные к расчётам реальных конструкций. Повышенная сложность и большой объём заданий вызывают затруднения для самостоятельного решения, поэтому для студентов заочного отделения автором сначала была предложена и разработана дополнительная рабочая тетрадь для практических занятий. Затем обе тетради были объединены в общую рабочую тетрадь, т. к. читаемый курс начал проводится в совмещенной форме. В данной тетради лекции и практика по каждой теме идут непрерывно, в конце каждой темы теоретический материал сопровождается двумя или более примерами решения задач на эту же тему. Сами задачи аналогичны тем, которые требуется решить в домашней расчётно-графической работе. При этом непосредственного решения не приводится, его ещё нужно провести вместе с преподавателем. Рассмотрим фрагмент практического занятия на тему: «Расчёт неразрезной балки с помощью уравнения 3-х моментов» (Таблица 2)

Таблица 2

Фрагмент практического занятия на тему: «Расчёт неразрезной балки с помощью уравнения 3-х моментов».

Врезаем приставные опоры в балку, отбрасывая внутренний момент и заменяя его наперед неизвестными моментами. Нумерацию моментов производим слева направо. Пролеты загружаем фиктивными реакциями.

Величины крайних моментов найдем, исходя из внешней нагрузки:

 

Знак момента отрицательный, если внешняя нагрузка растянула верхние волокна. Для определения  найдем значение фиктивных реакций и составим уравнения 3-х моментов.

, (1)

где ,  и  — моменты на опорах ;  — длины левого и правого пролетов; — фиктивная реакция на опоре n от фиктивной нагрузки, действующей на правом и левом пролетах.

Как видно из фрагмента, внешние нагрузки и размеры конструкции не задаются, эти вопросы решаются преподавателем непосредственно на каждом потоке индивидуально. Таким образом, студент видит, что каждая задача при всех её отличиях от других имеет общую структуру решения. А делая ее вместе с преподавателем, лучше вникают в суть задачи. По окончании задач каждой темы в рабочей тетради содержатся комментарии к возможным трудностям, с которыми студент столкнётся при решении своего расчётно-графического задания. В конце тетради приводятся необходимые справочные сведения к курсу.

Решение задач рабочей тетради позволяет студенту заочной формы обучения самостоятельно выполнить решение своих контрольных заданий до и во время сессии. Тетрадь заполняется студентом по мере изучения курса дисциплины и может использоваться в дальнейшем при сдаче экзамена.

Опыт применения показал, что сокращается время необходимое на конспектирование материала лекции и практики, т. е. внимание студента сконцентрировано на содержании занятия, а не на воспроизведении материала с доски. Так как в рабочей тетради представлена опорная схема решения задач, то студент видит, что любая задача может быть структурирована и упорядочена, у него есть время осмыслить решение задачи или вывод теоретического материала и записать комментарии. Опорная схема решения содержит принятые стандарты оформления чертежей и ход решения задачи, что позволяет выработать необходимые навыки и использовать их в дальнейшем. В лекционной части рабочей тетради раздел, содержащий выводы формул и комментарии к ним, заполняется студентом, что позволяет акцентировать работу над развитием логического мышления и восприятия учебного материала. Практическое применение рабочей тетради показало значительное увеличение процента студентов, успешно освоивших дисциплину, по сравнению со студентами предыдущих курсов, не использовавших данную технологию.

Наряду с перечисленными достоинствами, следует отметить трудоёмкость создания данного вида учебного пособия и необходимость неоднократной апробации для уточнения формы и содержания рабочей тетради. До настоящего времени рабочая тетрадь предоставлялась студентам в электронном виде и им требовалось самим распечатать материал, достаточно быстро студенты убедились в удобстве рабочей тетради и использовали свой собственный экземпляр пособия. В настоящее время администрацией университета принято решение о централизованном распространении рабочих тетрадей.

В дальнейшем планируется по предложению студентов дополнительно включить в текст тетради примеры уже решенных задач по каждой теме с подробными объяснениями.

Рассматривается вопрос о создании рабочей тетради в электронной форме на основе мультимедийных и гипертекстовых технологий.

Автор выражает благодарность студентам направления «Архитектура» ФГБОУ ТюмГАСУ за помощь и ценные замечания в процессе апробации рабочих тетрадей.

Литература:

1.         Киселев В. А. Строительная механика. Общий курс — М. Стройиздат, 1986.-520 с.

2.         Саргсян А. Е., Демченко А. Т., Дворянчиков Н. В., Джинчвелашвили Г. А. Строительная механика — М. Высшая школа, 2000.-415 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle