"", 6, 2008 .

               
Использование инновационных образовательных технологий
при изучении специальных технических дисциплин

Мусияченко Е.В.
(Сибирский федеральный университет)

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.

"", 6, 2008 .