Дисциплина «Техническая механика» относится к базовой части цикла профессиональных дисциплин и является обязательнойпри освоении ООП ВПО по направлению подготовки 270800 «Строительство», но как отдельная дисциплина в ФГОС ВПО она появилась обособленно совсем недавно, и встает закономерный вопрос о необходимости предмета о науке, разделы которой, такие как «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов» и «Строительная механика» изучаются как отдельные предметы, и каково должно быть содержание данной дисциплины.
Для других направлений подготовки «Техническая механика» объединяют в себя все перечисленные выше дисциплины, читаются как один предмет, и по содержанию схожи, отличаясь глубиной изучения отдельных разделов, спецификой и направленностью обучения.
В соответствии с проектируемыми результатами освоения соответствующего учебного цикла обучающийся в частности «…должен: знать основные подходы к формализации и моделированию движения и равновесия материальных тел, постановку и методы решения задач о движении и равновесии механических систем; уметь применять знания, полученные по теоретической механике при изучении дисциплин профессионального цикла (техническая механика, механика жидкости и газа, механика грунтов); владеть основными методами постановки, исследования и решения задач механики…» [1]. Возникает вопрос о том, что необходимо выделить из этого в отдельную дисциплину, общую и частную одновременно. На какие разделы этого предмета необходимо обратить внимание, как не повторяться в материале разных дисциплин?
В силу обстоятельств и повышения квалификации, преподавая сначала в техникуме дисциплину «Техническая механика», затем в ВУЗе «Теоретическую механику», а последние годы дисциплины «Сопротивление материалов» и «Строительную механику», автору пришлось столкнулась с этими вопросами. Пытаясь найти ответы в специальной литературе, изучая ФГОС ВПО, подходы и результаты работы других преподавателей, составленные ими рабочие программы, пришлось провести тщательный анализ содержания читаемых дисциплин. Постоянное сокращение часов аудиторного изучения материалов и увеличение доли часов на самостоятельную работу студентов требует от преподавателей тщательного «взвешивания» того материала, которому необходимо посвятить занятия, и того материала, который отдается на самостоятельное изучение. Некоторые изменения в степени подготовки обучающихся, иногда связанные не столько в «пробелах в знаниях», сколько в способе восприятия ими информации, не умения работать самостоятельно или привычки работать с преподавателем только индивидуально, также заставляет задуматься о содержании дисциплин, о методике их преподавания, формах проведения занятий, способах проведения контрольных мероприятий. В этой связи требуются новые подходы в подаче информационно-методических материалов, накопленных в процессе развития учебных дисциплин [4]. Необходимо также отметить, что на данный момент отдельно по дисциплине «Техническая механика» издана литература только для среднего профессионального образования. Студентам, особенно заочной формы обучения, необходимо объяснять особенности и структуру дисциплины, приходится рекомендовать данную литературу, или отдельные разделы учебников для высшего профессионального образования по «Теоретической механике», «Сопротивлению материалов», «Деталям машин» и отдельно разрабатываемые конспекты по некоторым разделам дисциплины.
Задачи по вопросам содержания и объема разделов дисциплины, методики и форм преподавания не могут решаться однозначно, и кому то могут показаться неправомерными и нерациональными, поэтому необходимо уточнить, что оговариваемая рабочая программа по дисциплине «Техническая механика», была изучена, рецензирована и утверждена на кафедре «Технология и организация строительного производства» ЧТИ (филиал) ИжГТУ им. М. Т. Калашникова, а также независимо от этого на кафедре «Архитектура и урбанистика» в Пермском национальном исследовательском политехническом университете, в филиале которого также работает автор и данная статья имеет цель помочь начинающим преподавателям, столкнувшимся с аналогичными вопросами, а также поделится с коллегами и узнать их мнение.
Возможное содержание разделов и тем дисциплины приведено в таблице 1. Количество часов на лекционные и практические занятия может вирироваться в зависимости от рабочих планов, поэтому указывать его в данном случае нет необходимости, а вот обратить внимание на содержание некоторых разделов необходимо, и связано это в первую очередь с тем, что дисциплины блока механики, читаемые разными преподавателями, часто содержат разделы, повторяющие друг друга, или наоборот, приходится констатировать тот факт, что обучающимся не хватает знаний, которые возможно и необходимо было акцентировать при изучении предыдущих предметов. И здесь важно подчеркнуть значимость сотрудничества преподавателей, работающих на разных кафедрах и направлениях, при создании рабочих программ дисциплин, а также использование положительных результатов других преподавателей, в том числе и среднего профессионального образования, их форм работы [2, 5].
Таблица 1
Возможные разделы и содержание дисциплины «Техническая механика» для направления подготовки 270800 «Строительство»
|
Темы |
Содержание |
|
Введение |
Цели и задачи технической механики. Ее связь с другими науками. Разделы технической механики. |
|
Раздел 1. Создание технических объектов. |
|
|
Тема 1. Машины, механизмы, приспособления, приборы. |
Основные характеристики и параметры машин.Машины. Машины-двигатели. Рабочие машины. Информационные машины. Механизмы, приспособления, приборы; их отличительные особенности. Основные характеристики и параметры машин и приборов. Цель исследования работы машин. Совершенствование их конструкции. |
|
Тема 2. Основные требования к конструкциям, машинам и деталям. |
Показатели, обеспечивающие соответствие наивысшему современному мировому техническому уровню. Надежность. Работоспособность. Прочность. Жесткость. Износостойкость. Теплостойкость. Виброустойчивость. Технологичность. Экономичность. Эстетичность. Выбор материалов. Требования, связанные с безопасностью. Соответствие государственным стандартам. Проектный и проверочный расчеты. Расчеты по допускаемым напряжениям. Расчеты по предельным нагрузкам. |
|
Тема 3. Стадии проектирования. |
Возможные структуры проектов. Проверка патентной чистоты разработок. Разработка технического задания, технического предложения, эскизного проекта, технического проекта. Разработка рабочей документации. Создание макетов, моделей и опытных образцов. Общие сведения о системах автоматического проектирования и конструирования. Создание расчетных моделей и схем. Необходимость проведения расчетных и научно-исследовательских работ для определения оптимальных параметров разрабатываемого объекта. |
|
Раздел 2. Основные законы механики. |
|
|
Тема 4. Применение законов статики к расчету стержневых систем и деталей машин. |
Условия равновесия сходящейся и произвольно расположенной плоской системы сил. Условия равновесия произвольно расположенной пространственной системы сил. Виды элементов конструкций и балочных опор. Расчет составных элементов конструкций. |
|
Тема 5. Применение законов кинематики к анализу механизмов. |
Основные понятия и определения. Основные задачи кинематики механизмов.Построение кинематических схем, построение и разметка траекторий точек механизма. |
|
Тема 6. Применение законов динамики к исследованию механизмов и машин. |
Элементарные понятия о динамическом анализе механизмов. Силы инерции. Кинетостатическое исследование механизмов. Принцип Даламбера. Статическая и динамическая балансировка вращающихся деталей. Успокоители. |
|
Тема 7. Расчеты на прочность и жесткость конструкций и деталей машин. |
Виды нагружения, испытываемые элементами конструкции: растяжение и сжатие, изгиб, кручение, срез и смятие. Основные виды расчетов элементов конструкции и деталей машин: расчеты на прочность, жесткость и устойчивость, расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. Основные законы, гипотезы и принципы, применяемые при расчете элементов конструкции и деталей машин: условия прочности и жесткости, гипотезы прочности и их применение. |
|
Раздел 3. Передачи и детали машин. |
|
|
Тема 8. Общие сведения о передачах. |
Общие сведения, достоинства, недостатки, область применения фрикционной передачи, зубчатой передачи, цепной передачи, червячной передачи, передачи винт-гайка. |
|
Тема 9. Детали, обслуживающие передачи. |
Общие сведения о валах и осях, подшипниках, муфтах. Виды соединений. Шпоночные и шлицевые соединения, элементы их конструкции. Резьбовые, неразъемные соединения. Элементы их конструкции, назначение. Общие сведения о редукторах. |
Целью обучения дисциплины «Техническая механика» для направления 270800 можно обозначить — получение знаний о принципах и методах создания и расчета элементов конструкций, деталей и узлов машин общего назначения, а задачами: изучение принципов и методов создания технических объектов; изучение основных принципов и законов технической механики; изучение деталей и узлов машин общего назначения. К демонстрации результатов изучения дисциплины можно отнести знания и умения: формулировать требования к техническим конструкциям и элементам машин; составлять расчетные схемы; применять законы технической механики к расчету элементов конструкции.
Как правило, изучение дисциплины «Техническая механика» проходит на втором курсе обучения и в зависимости от рабочих планов вузов одновременно с изучением дисциплины «Строительная механика» и после или одновременно с изучением дисциплины «Сопротивление материалов». Таким образом, когда «Теоретическая механика» уже изучена, студент знаком с основными понятиями механики, законами равновесия, связями между силами и движением, и перед ним ставятся задачи расчета конструкций инженерных сооружений на прочность, устойчивость и жесткость, выбора оптимальных размеров, очень важно связать между собой все дисциплины механики, показать значимость приобретаемых знаний, отобразить их необходимость в дальнейшем изучении таких дисциплин как: «Механика грунтов», «Конструкции из дерева и пластмасс», «Металлоконструкции», «Основания и фундаменты», «Строительные и дорожные машины». Заинтересованность студентов, доказательство дальнейшей необходимости приобретаемых знаний служит залогом их ответственного отношения не только к данной дисциплине, но и к процессу обучения в целом. Именно в разделе «Введение» необходимо поставить перед ними задачи и проблемы проектирования, составления расчетных схем, подбора материала, определения размеров элементов конструкций. Применяя способы и правила создания проблемных ситуаций, можно использовать преимущества этой формы обучения: большие возможности для развития внимания, наблюдательности, активизации мышления, активизации познавательной деятельности студентов, тем самым — прочности приобретаемых знаний [3].
Все последующие занятия будут давать ответы на поставленные вопросы и являться логическим продолжением друг друга, стимулируя и направляя студента в поиске информации и организуя в самостоятельной работе, корректируемой преподавателем. Так изучение целей работы машин и необходимости совершенствования их конструкций переходит в изучение требований, к машинам и их деталям, соответственно к методам расчета и созданию расчетных схем, а далее к основным законам механики.
Из опыта работы автора можно отметить, что как правило:
- студенты знают только один метод расчета инженерных конструкций (или по допускаемым напряжениям или по предельным состояниям);
- не представляют, с чего начинается процесс создания проекта, из каких этапов он состоит, какие параметры объекта выбираются приоритетными;
- не владеют навыками составления расчетных схем, физических и математических моделей;
- мало представляют, как связана научно-исследовательская работа с технической механикой.
При согласованной работе преподавателей нет необходимости дублировать материал. Студенты прекрасно могут повторить самостоятельно основные законы, изучаемые ими ранее в «Теоретической механике». Как правило, они полноценно владеют разделом «Статика» и в качестве практической работы им предлагается комплексный расчет составной конструкции с элементами фермы и определением центра тяжести одного из тел конструкции, что для обучающихся знакомо, позволяет повторить пройденный материал и дополнительно подготовить себя к изучению «Строительной механики».
Основные законы «Кинематики» студенты также повторяют самостоятельно. Основное внимание уделяется кинематике механизмов, кинематическим схемам. Здесь хорошо для наглядности использовать схемы грузоподъемных механизмов: лебедок, тельферов; лифтов, полиспастов.
В разделе «Динамика» можно показать влияние сил инерции на увеличение нагрузок в механизмах, значимость статической и динамической балансировки. За недостатком времени в «Теоретической механике» иногда бывает упущено изучение принципа возможных перемещений, который хорошо демонстрирует применение законов динамики к расчету статических систем. Такие демонстрации снимают вопросы о необходимости изучения раздела «Динамика» строителями и готовят их к изучению тем «Расчет статически неопределимых систем методом перемещений» и «Динамика сооружений».
К календарному моменту изучения темы 6, большая часть дисциплины «Сопротивление материалов» уже изучена, и по согласованию с преподавателем этого предмета можно рассмотреть «Применение гипотез прочности к расчету деталей машин» на комплексных задачах, начиная с определения реакции пространственных конструкций и заканчивая, например, определением из условия прочности передаваемой мощности валов.
Теоретические аспекты тем 8 и 9 студенты большей частью могут изучить самостоятельно, но все-таки, надо отметить, что большую роль здесь играет демонстрация наглядных моделей, работы механизмов, применение их в структуре дорожных и строительных машин.
Дисциплина «Техническая механика» позволяет систематизировать, обобщить, и в какой-то мере восполнить знания студентов, полученные ими при изучении других дисциплин блока механики, способствует приобретению навыков самостоятельного составления расчетных схем и решению задач технической механики, приобщая учащихся к изобретательству и рационализации.
Литература:
1. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по направлению 270800 «Строительство [Текст]: (приказ Министерства образования и науки Российской Федерации, 2010 г.)
2. Альшевская Е. А. Применение проектной технологии в преподавании технической механики /Новые образовательные технологии. Том I. Профессиональное образование: материалы Международной заочной научно-практической конференции. 24 декабря 2012 г. / гл. ред. Баранов А. С. — Чебоксары: ЦДИП «INet», 2012. — 422 с.
3. Герелес Л. М. Проблемное обучение в вузе / Л. М. Герелес // Молодой ученый. — 2011. — № 4. Т.2. — С. 78–80.
4. Косолапова С. А., Калиновская Т. Г., Косолапов А. И. Реализация образовательных целей в преподавании дисциплины «Теоретическая механика» в техническом вузе / С. А. Косолапова, Т. Г. Калиновская, А. И. Косолапов // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 8 — С.934–937
5. Шапкина В. А. Дидактическое обеспечение профессионально направленного преподавания курса «Техническая механика»: дис. … канд. пед. наук: / В. А. Шапкина.– Москва, 2005. — 174 с.
