Источник: Сетевой электронный научный журнал "СИСТЕМОТЕХНИКА", № 6, 2008 г.
http://systech.miem.edu.ru/2008/n6/musiyachenko.html
Employment of Innovative Educational Technologies in the Study of Special Engineering Subjects
The innovative software developed for special engineering subjects and equipped with learning e-resources, is helpful for students’ independent mastering theoretical material and is of current importance for all modes of learning and for distant learning paths development.
В настоящее время процесс образования невозможно представить без использования компьютерных обучающих технологий, формирующих новые методы и способы обучения. Компьютер позволяет работать с огромными массивами информационных ресурсов, сокращать время на поиск нужной информации, получать знания в рамках образовательного пространства с помощью электронных технологий, улучшать качество имеющегося образования.
При изучении специальных технических дисциплин возникают трудности с обеспечением и обновлением материальной и учебно-лабораторной базы, так как приобретение современного дорогостоящего оборудования не всегда доступно, а возможность выезда на профильные предприятия затруднительна. Поэтому создание и использование электронных образовательных ресурсов отчасти решает данную проблему. Кроме того, программное обеспечение, разработанное для специальных технических дисциплин, в комплекте с электронными обучающими ресурсами помогает студентам самостоятельно осваивать теоретический материал и является актуальным для всех форм обучения, а также для развития дистанционных образовательных траекторий.
Современный рынок программного обеспечения автоматизации конструкторско-технологической подготовки инженеров насыщен CAD/CAM-системами и мультимедийными средствами. Однако не все они являются универсальными или достаточно эффективными для решения специализированных инженерных задач и использования в учебном процессе при изучении специальных технических дисциплин.
Для повышения качества образовательных услуг в Сибирском федеральном университете в учебном процессе широко используются инновационные обучающие компьютерные программы и технологии, разрабатываются электронные учебно-методические комплексы по дисциплинам, которые состоят из электронных конспектов лекций, электронных учебных пособий и учебников с гиперссылками, анимационными и мультимедийными вставками, виртуальных лабораторных практикумов, электронных методических указаний, обучающих программ и других компонентов.
Студенты получают базовые теоретические знания и практический опыт технического конструирования с помощью программного обеспечения при выполнении проектных и конструкторских расчетов на практических занятиях, в ходе курсового и дипломного проектирования с использованием различных программных продуктов.
Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Машины непрерывного транспорта» включает в себя следующий комплект электронных учебно-методических материалов: электронное учебное пособие; автоматизированный лабораторный практикум; методические указания по курсовому проектированию; контрольно-измерительные материалы; дополнительные информационно-справочные материалы и комплекс прикладных программ для учебного проектирования.
В состав ЭУМК входит электронное учебное пособие «Машины непрерывного транспорта» (номер гос. регистрации 0320700610), которое выполнено с использованием технологий Adobe Acrobat и содержит теоретическую основу дисциплины «Машины непрерывного транспорта», контрольные вопросы и систему тестирования. Учебное пособие выполнено в формате pdf, который позволяет представить структуру учебного материала в виде активного иерархического дерева ссылок.
В учебном пособии рассмотрены некоторые основные типы конвейеров и конвейерных установок, используемых как самостоятельное оборудование, так и в составе современных транспортно-технологических комплексов и перегрузочных терминалов совместно с соответствующим технологическим оборудованием. Пособие включает в себя следующие разделы теоретического материала:
1. Общие сведения, классификация и область применения конвейеров.
2. Физико-механические свойства транспортируемых грузов.
3. Основные конструктивные элементы конвейеров с гибким тяговым органом.
4. Ленточные конвейеры.
5. Пластинчатые конвейеры.
6. Скребковые конвейеры.
7. Ковшовые и скребково-ковшовые конвейеры.
8. Ковшовые элеваторы.
9. Подвесные конвейеры.
10. Винтовые конвейеры.
11. Роликовые конвейеры.
12. Вспомогательные устройства конвейерных установок и комплексов.
В представленном учебном пособии дана техническая оценка эксплуатационных параметров основных конструктивных типов и элементов конвейеров, рассмотрены способы транспортирования, загрузки и разгрузки насыпных и штучных грузов.
В данном пособии систематизированы и представлены основные сведения и основные положения общих расчетов, проектирования, эксплуатации и сервисного обслуживания машин непрерывного транспорта с гибким тяговым органом (ленточных, пластинчатых, скребковых, ковшовых, подвесных конвейеров, ковшовых элеваторов), винтовых и роликовых конвейеров; представлены основные физико-механические свойства грузов, режимы и условия эксплуатации, расчетные нагрузки, общие методы расчета, вопросы надежности.
Использование технологий Adobe Acrobat обеспечивает удобство и простоту интерфейса и структуры предлагаемого электронного учебного пособия и включает: основное меню; панель навигации; активные рабочие окна, содержащие главы и разделы теоретического курса; словарь (глоссарий терминов).
Все разделы учебного пособия имеют одинаковую типовую структуру, оснащены значительным количеством иллюстраций, конструктивных схем, поясняющих особенности рассматриваемых типов транспортирующих машин. После каждого теоретического раздела представлен алгоритм и особенности расчета машин непрерывного действия и контрольные вопросы для самоподготовки. Система навигации, расположенная в левой части экрана, и система перекрестных гиперссылок обеспечивают быстрый и эффективный поиск необходимой информации.
Представленное электронное учебное пособие создано на базе лаборатории по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при Красноярском региональном центре новых информационных технологий Сибирского федерального университета. ЭУП выполнено в формате pdf на CD-ROM диске, запуск оболочки диска и установка программы на жесткий диск производятся автоматически. Для проведения промежуточной и итоговой аттестации разработан банк тестовых заданий, реализованный в виде системы тестирования, которая позволяет осуществлять поэтапный контроль и оценку полученных знаний. Установленная в электронный ресурс унифицированная система компьютерной проверки знаний тестированием UniTest 2.0 позволяет провести как промежуточную, так и итоговую проверки качества усвоения учебного материала, используя банк тестовых заданий объемом более 300 вопросов. Согласно составленным сценариям тестирования компьютер выбирает в случайном порядке определенный набор тестовых заданий для каждого раздела (промежуточный контроль) или по всему курсу (итоговый контроль).
Учебное пособие разработано для студентов дневной и заочной форм обучения, в том числе обучающихся с использованием дистанционных образовательных технологий, укрупненной группы направления подготовки специалистов 190000 – «Транспортные средства». Рекомендуется к использованию в учебном процессе в комплексе с теоретическим курсом лекций, для самостоятельной работы, а также при выполнении курсового и дипломного проектирования. Курс лекций по дисциплине «Машины непрерывного транспорта», выполненный в виде электронных презентаций, дополняет электронное учебное пособие широким спектром иллюстраций, схем, рисунков и справочной информации. Теоретическая часть лекционного курса, изложенная в тезисной форме, рекомендуется к использованию при проведении лекционных занятий и предусматривает подачу материала преподавателем с обязательным сопровождением в виде комментариев и пояснений
Представление курса лекций в виде презентационного материала позволяет студентам более полно в наглядной форме (зрительное и слуховое восприятие информации) усваивать устройство и конструктивные особенности транспортирующих машин, их узлов и элементов, а преподавателю более четко и эффективно преподносить материал, что существенно повышает качество преподавания специальных технических дисциплин. В настоящее время курс лекций по дисциплине «Машины непрерывного транспорта» прошел апробацию в учебном процессе, успешно используется, дорабатывается и готовится к изданию.
Кроме указанных электронных образовательных ресурсов в настоящее время дорабатывается и проходит адаптацию в учебном процессе автоматизированный лабораторный практикум для дисциплины «Машины непрерывного транспорта», который представляет собой обучающую систему нового поколения. Данная разработка реализована в среде BOLAND DELFI, 6.0, она объединяет в себе различные обучающие модули, анимацию, 3D-объекты, выполненные близко к оригиналу, набор баз данных, обширную справочную систему и специально разработанную комплексную защиту от несанкционированного доступа к данным на базе нового модуля FreezeDaemon™. Автоматизированный лабораторный практикум включает в себя одинаково структурированные лабораторные работы по четырем темам теоретического курса преподаваемой дисциплины. Интерфейс и однообразная структура лабораторных работ обеспечивают удобство и позволяют легко ориентироваться при использовании данного программного продукта.
Перед началом работы каждому студенту предлагается пройти регистрацию, что позволяет преподавателю автоматически осуществлять учет посещений и контроль за работой каждого пользователя. Для получения доступа к выполнению каждой работы студенту необходимо пройти входной контроль знаний в виде тестовых заданий, определяющих его готовность к работе. Успешность прохождения теста отражается в информационном окне, в котором указывается количество правильных ответов и запрет/разрешение на продолжение работы.
Многовариантность заданий для каждой лабораторной работы обеспечивается с помощью имеющегося широкого набора исходных параметров и возможности их различных сочетаний. Справочная система предложена оригинальным образом: основная справка и «быстрая справка» (краткая информация), выступающая в виде подсказки для студента, ограниченная количеством входов и контролируемая модулем защиты FreezeDaemon™. Для выполнения лабораторных работ имеется большое количество справочной информации, представленной в виде текста, схем, таблиц и формул, доступной на любом этапе выполнения лабораторных работ. Кроме того, справочная система содержит специально созданные 3D-объекты, осуществляющие быстрый и эффективный поиск необходимой справочной информации.
В ходе выполнения каждой лабораторной работы студент изучает принцип действия отдельных узлов конвейеров, в автоматическом режиме выполняет необходимые расчеты, исследует зависимости основных параметров конвейеров, проводит анализ полученных результатов с помощью построения графиков и делает вывод по итогам выполненных работ. Предусмотрена возможность наиболее оптимального выбора полученных расчетных параметров из нескольких итоговых вариантов.
Предлагаемый к использованию автоматизированный лабораторный практикум является элементом электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Машины непрерывного транспорта» и позволяет проводить лабораторные работы в условиях отсутствия реальных установок, что является достаточно актуальным при изучении специальных технических дисциплин.
Использование данного программного обеспечения в учебном процессе способствует внедрению и развитию современных образовательных технологий, более полному усвоению студентами теоретического и практического курса указанной дисциплины, развитию навыков самостоятельного получения теоретических знаний и практических навыков в рамках электронного образовательного пространства. Важным компонентом электронного учебно-методического комплекса является обучающая программа для проведения общего расчета и проектирования ленточного конвейера «Расчет ленточного конвейера», которая реализована в среде BORLAND DELPHI 6,0 (Свидетельство о регистрации программ для ЭВМ №2005610207).
Известно, что ленточные конвейеры являются наиболее распространенными машинами непрерывного действия, поэтому навыки, полученные при проведении тягового расчета ленточного конвейера, являются базовыми и позволяют студенту самостоятельно ориентироваться при проведении расчетов других транспортирующих машин. Алгоритм предлагаемой программы базируется на методике общего технического проектирования и включает в себя последовательное определение расчетных параметров с выводом и анализом промежуточных результатов на каждом этапе:
1. Расчет основных параметров конвейера в зависимости от исходных данных технического задания, включающих характеристику транспортируемого груза, производительность, конфигурацию трассы, длину транспортирования и т.д.
2. Расчет производительности и ширины ленты с использованием необходимых справочных данных.
3. Выбор стандартных роликов и подшипников и расположение роликоопор по длине конвейера в зависимости от конфигурации трассы.
4. Расчет общего сопротивления движению ленты.
5. Определение мощности двигателя.
6. Выбор типа и места расположения привода в соответствии с рекомендациями, представленными в справочном приложении в виде структурных схем, которые разработаны на основе анализа конструктивных особенностей с учетом условий эксплуатации и существующих рекомендаций.
7. Расчет прочности и выбор типа ленты.
8. Расчет размеров барабанов с проверкой по среднему давлению ленты на барабан.
9. Выбор типа натяжного и загрузочного устройств и их основных параметров.
10. Тяговый расчет конвейера, включающий расчет сопротивлений движению ленты на прямолинейных участках, в местах загрузки и разгрузки; натяжения ленты, сбегающей с отклоняющего барабана (роликовой батареи); тягового усилия при установившемся движении конвейера и при пуске двигателя; тормозного момента.
11. Подробный тяговый расчет, основанный на методе обхода по контуру, с выводом итоговых формул для расчета натяжений ленты в характерных точках трассы конвейера и построение диаграммы натяжения ленты с проверкой ее по условию прочности.
Использование среды BORLAND DELPHI 6.0 дает возможность создания для пользователя удобного интерфейса, который содержит: основное меню; панель навигации; активные рабочие окна, отражающие поэтапную последовательность расчета и промежуточные результаты; каталог, содержащий базу данных основных элементов привода конвейера; словарь (глоссарий терминов).
Программа проста и удобна в использовании, ее алгоритм построен таким образом, что на экране монитора каждый последующий этап расчета открывается после завершения предыдущего. Функциональные клавиши, расположенные в нижней части каждого окна, позволяют проводить операции расчета или автоматически выбирать основные параметры; принимать или отменять расчетные данные; использовать справочную информацию по разделу. Студенту предоставляется возможность альтернативного выбора необходимых промежуточных параметров на основе дополнительной справочной информации (которая выдается на экран с помощью гиперссылок и предоставляется в виде таблиц, рисунков и формул) и их использования в дальнейших расчетах.
Программа многовариантна: предлагается 36 исходных вариантов заданий и имеется возможность увеличения их количества. Окно ввода исходных данных позволяет вносить информацию как вручную, так и автоматически. Программа тестирует результаты промежуточных и итогового расчетов и дает заключение о правильности выполненных операций или рекомендации об их повторном проведении. Такая структура позволяет студенту легко ориентироваться и самостоятельно выполнять конструкторские и прочностные расчеты и предоставляет возможность выбора и принятия наиболее оптимального решения.
Итогом работы данной программы является выбор и расчет основного комплекса рациональных параметров конвейера, оптимизация выбора места расположения и типа привода, вывод результатов на печать с построением диаграммы натяжения ленты, компьютерной модели компоновки и места расположения привода на трассе ленточного конвейера.
Программа успешно прошла апробацию и внедрена в учебный процесс. Результаты расчетов, полученные с помощью предлагаемого программного обеспечения, с большой точностью подтверждают технические параметры стационарных ленточных конвейеров для транспортирования угля, эксплуатируемых на ТЭЦ ЗАО «Красноярский завод тяжелых экскаваторов» и ОАО «Разрез Березовский», что свидетельствует о высоком качестве выполненных расчетов.
Использование предлагаемой программы в учебном процессе способствует развитию у студентов навыков технического проектирования с элементами исследования; позволяет значительно сократить время для проведения общих технических расчетов и получить опыт конструкторского проектирования на основе анализа существующих конструкций с применением современных средств обучения и компьютерных технологий.
Предлагаемые учебно-методические материалы разработаны для студентов и с участием студентов, адаптированы и внедрены в учебный процесс, что является важным фактором для современной образовательной среды.
Представленные компоненты электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Машины непрерывного транспорта» рекомендуются для студентов дневной и заочной форм обучения, а также при обучении на основе дистанционных образовательных технологий при освоении теоретического курса, в качестве тренажеров и контрольно-измерительных материалов, при выполнении практических и лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования и для самостоятельной работы студентов.