Курс «Прикладная механика» как основа изучения технических дисциплин направления «Технологическое образование»

26. Korshunov L. G., Makarov A. V., Chernenko N. L. Ultrafine Structures formed upon Friction and Their Effect on the Tribological Properties of Sleels //The Physics of Metals and Metallography. 2000. V. 90 S.I.P. 548-558.

27. Макаров А. В., Коршунов Л. Г. Повышение твердости и износостойкости закаленных лазером стальных поверхностей с помощью фрикционной обработки / / Трение и износ. 2003. Т. 24. № 3. С. 301-306.

28. Коршунов Л. Г., Черненко Н. Л., Гойхенберг Ю. Н. Нанокристалические и ультрадисперсные структуры, формирующиеся в аустенитных сталях при трении и статическом растяжении / / Наноматериалы технического и медицинского назначения: материалы междунар. науч.-практ. конф. Тольятти: ТГу. 2007. С. 163-165.

29. Коршунов Л. Г., Шабашов В. А., Черненко Н. Л., Пилюгин В. П. Влияние контактных напряжений на фазовый состав, прочностные и трибологические свойства нанокристаллических структур, возникающих в сталях и сплавах при трении скольжения. Тольятти: ТГУ. 2007. С. 166-168.

30. Коршунов Л. Г. Структурные превращения при трении и износостойкость аустенитных сталей // ФММ. 1992. № 8. С. 3-21.

31. Shabashov V. A., Korshunov L. G., Muroseev A. G. et al. Deformation - induced phase transitions in a high-carbon steel / / Materials Science and Engineering. A 346. 2003. P. 196-207.

32. Абдулин И. Ш., Желтухин В. С., Кашапов Н. Ф. Высококачественная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях: Теория и практика применения. Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та. 2000. 348 с.

33. Белый А. В., Кукареко В. А. Лободаева и др. Ионно-лучевая обработка металлов, сплавов и керамических материалов. Минск: Изд-во ФТИ НАНБ.1998. 220с.

34. Белый А. В. Высокоинтенсивная низкоэнергетическая имплантация ионов азота / / Физическая мезо-механика. 2002. Т. 5. № 1. С. 95.

35. Биленко Э. Г., Вегера И. И. Образование наноразмерных частиц a-Fe в стали 12Х18М10Т при ионнолучевом азотировании// Наноматериалы технического и медицинского назначения: материалы междунар. на-уч.-практ. конф. Тольятти: ТГу. 2007. С. 108-110.

36. Целлермаер И. Б. и др. Формирование наноразмерных кристаллов мартенсита, при электронно-

пучковой обработке стали 65Г. Тольятти: Изд-во ТГУ, 2007. С. 31-32.

37. Механизмы и модели формирования нанофазных систем на поверхности материала при внешнем си-

ловом и физическом воздействии / С. Ф. Забелин [и др.] / / Материалы международной конференции. Невин-номысск: Изд-во НИЭУП. 2009. С. 276-278.

38. Забелин С. Ф., Зеленский В. А., Забелин К. С. Морфологическая модель процесса формирования на-нофазной системы на поверхности металлов и сплавав // Актуальные проблемы прочности: материалы между-нар. конф. Н. Новгород: Изд-во ННГУ. 2008. С. 125-128.

УДК 378.147: 621.031 ББК Ч 486.81

Л. Я. Калашникова

Курс «Прикладная механика» как основа изучения технических дисциплин направления

«Технологическое образование»

Курс «Прикладная механика» относится к циклу общепрофессиональных дисциплин направления и представляет основу общетехнического знания. В курсе достаточно полно представлена физическая теория, которая выражается системой элементов знаний. Обучение будущего бакалавра «Технологического образования» должно базироваться на взаимосвязи науки и практики, научной основой которых являются теоретические основы прикладной механики.

Ключевые слова: курс «Прикладная механика», технологическое образование, система элементов знаний, общетехнические знания и умения, компетентность.

L. JA. Kalashnikova

Course «Applied mechanics» as a basis of studying of technical disciplines of a direction

«Technological formation»

The course «Applied mechanics» concerns a cycle of general professional disciplines of a direction «Technological formation». It represents a basis general technical knowledge. The physical theory is presented in a course full enough, and expressed by system of elements of knowledge. Training of the bachelor of "Technological formation» should be based on interrelation of a science and the practice which scientific basis are theoretical bases is the applied mechanics.

Key words: a course «Applied mechanics», technological formation, system of elements of knowledge, knowledge, general technical and abilities, competence.

Содержание курса «Прикладная механика» определено государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (ГОС ВПО) направления «Технологическое образование» и представлено в обобщенном виде. Содержание курса должно быть расширено и наполнено конкретным учебным материалом с учетом изучения не только последующих дисциплин цикла общепрофессионального направления (детали машин, теплотехника, основы современного производства) и дисциплин профильной подготовки (технология конструкционных материалов, материаловедение, обработка конструкционных материалов, техническое творчество), но и государственных образовательных стандартов основного и среднего (полного) общего образования по технологии и школьной программы - образовательная область «Технология».

Анализ нормативных документов образовательной области «Технология» позволил выявить требования к знаниям и умениям обучающегося. В результате изучения образовательной области «Технология» учащиеся получают общие представления о видах механизмов, машин, технических устройствах и изделиях, их применении и конструировании; о разработке и выполнении творческих проектов; изготовлении моделей несложных технических объектов. Все это говорит о том, что перед бакалавром технологического образования стоит задача не только формирования практических умений работы на учебном оборудовании, но и приобретения технологических знаний, развития технического мышления, расширения кругозора и формирования технологической культуры, приобщения к проектной деятельности.

Курс «Прикладная механика» является дисциплиной федерального компонента ГОС ВПО, относится к циклу общепрофессиональных дисциплин направления и представляет основу общетехнического знания. В курсе «Прикладная механика» выделяется ряд разделов: «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и машин», «Гидравлика».

Раздел «Теоретическая механика» представлен следующим содержанием: законы Ньютона; статика твердого тела: система сходящихся сил, параллельные силы, пара сил, условия равновесия; кинематика: движение материальной точки, движение твердого тела, степени свободы; динамика материальной точки и твердого тела, дифференциальные уравнения движения.

Раздел «Сопротивление материалов» рассматривает основные виды деформаций (растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб), метод сечений, внутренние силы, напряжение, испытания образцов и их механические характеристики, опорные реакции балок и эпюры внутренних усилий, теории прочности, расчеты элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость.

Раздел «Теория механизмов и машин» изучает механические системы твердых тел, звенья, кинематические пары, кинематические цепи, кинематический и динамический анализ и синтез механизмов, уравнение движения машины, уравновешивание масс звеньев.

Раздел «Гидравлика» рассматривает механическое движение жидкости и ее свойства, основное уравнение гидростатики, измерение давления, закон Архимеда, гидростатическая подъемная сила, средняя скорость, уравнение Бернулли, напор, режимы движения жидкости, число Рейнольдса, явление кавитации, гидравлический удар.

В курсе «Прикладная механика» достаточно полно представлена физическая теория - это раздел «Теоретическая механика», его приложение в разделах «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и машин», «Гидравлика». Основой для изучения раздела «Сопротивление материалов» является умение составлять уравнения равновесия для того, чтобы определить действующие нагрузки и оценить прочностные качества элементов конструкции. В разделе «Теория механизмов и машин» изучается движение несвободных тел в пространстве, т. к. каждый исследуемый объект (машина, механизм) имеет неподвижное звено (стойку), относительно которого и происходит движение; проводится кинематический и динамический анализ и синтез механизмов. Заключительным этапом курса «Прикладная механика» является «Механическое движение жидкости (гидравлика)», который основан на теоретическом материале вышеперечисленных дисциплин. Здесь используются законы статики, кинематики и динамики в применении их к гидроэлектромашинам [1].

В процессе отбора учебного материала мы исходили из того, что в результате изучения курса у будущих бакалавров «Технологического образования» должны быть сформированы базовые знания и умения, необходимые для освоения курсов машиноведения, технического творчества, обработки конструкционных материалов, заключающихся в знаниях и умениях: составлять уравнения равновесия для реальных объектов и систем, распознавать виды деформаций, рассчитывать прочность и устойчивость конструкции, составлять кинематические и структурные схемы, анализировать структуру механизма, производить кинематический и динамический анализ и синтез механизма, решать задачи гидростатики и динамики движения жидкости.

Одна из важнейших задач любой дисциплины - это обеспечение процесса формирования системы знаний соответствующей науки. По мнению А. В. Усовой [3], на основе логико-гинетического анализа, структуры знаний выделяются следующие основные элементы системы знаний: научный факт, понятия, законы, теории, практическое приложение теоретических знаний, научная картина мира (табл. 1). Указанные структурные единицы знания являются общими для всех естественных и общественных наук.

Таблица 1

Система элементов знаний курса «Прикладная механика»

Элементы знаний Дидактические единицы

Понятия Примеры содержания

Объекты Материальное тело, система, звено, механизм, машина

Явления Перемещение, движение, связи, реакции, деформации, трение, кавитация, гидравлический удар, уравновешивание масс

Свойства Пластичность, хрупкость, жесткость, гибкость, сжимаемость

Характеристики Сила, масса, скорость, ускорение, напряжение, число Рейнольдса, упругие постоянные

Приборы Манометр, индикатор, тензометр, оптический квадрант, маятниковый копер, гидропресс

Инструменты Линейка, штангенциркуль, штангензубомер, микрометр

Постоянные Модуль Юнга, модуль продольной упругости

Модели Материальная точка, механизмы, балки, кинематические и структурные схемы

Процессы Движение жидкости, движение звеньев механизмов и машин

Методы познания Наблюдения, анализ, синтез, эксперимент

Уровни познания Теоретические, эмпирические

Законы Ньютона, Гука, Архимеда, Паскаля

Принципы Даламбера, Сен-Венана

Теоретические основы Теории прочности, теория Мора, гипотеза Бернулли

Рассмотрим систему элементов знаний дисциплины «Прикладная механика». В курсе «Прикладная механика» изучаются понятия: объект (покоящееся и движущееся тело, система, звено, механизм, машина); явление (перемещение точки, тела, звена в пространстве; связи; реакции связей; трение покоя и движения; уравновешивание масс звеньев; деформации; режимы движения жидкости, кавитация, гидравлический удар); свойства тел (пластичность, упругость; жесткость, гибкость); свойства жидкостей и газов (сжимаемость, вязкость, плотность); характеристики - физические величины (сила, масса, скорость, ускорение, напряжение, деформации, гидростатическое давление); приборы (манометр, индикатор, осциллограф, тензометры, оптический квадрант, маятниковый копер, гидравлический пресс); инструменты (линейки, штангенциркуль, штангензубомер, микрометр); модели (материальная точка, абсолютно твердое тело; механизмы - шарнирно-рычажные, кулачковые, зубчатые и планетарные; балки - консольные, статически определимые, статически неопределимые, кинематические и структурные схемы); процессы (деформирующие - растяжения, сжатия, сдвига, кручения, изгиба, сложное напряженное состояние; механического движения материальных тел; уравнение движения машины); уровни познания (теоретический и эмпирический); методы познания (наблюдения, моделирования, методы анализа и синтеза); законы (Ньютона, Гука, Архимеда, Паскаля); постоянные величины (критическое число Рейнольдса, модуль Юнга, модуль сдвига, коэффициент Пуассона); принципы (Сен-Венана, Даламбера); теоретические основы (основные теории прочности, теория Мора, гипотеза Бернулли).

Теоретические вопросы, рассмотренные абстрактно в теоретической механике, постепенно переходят в другие курсы циклов общепрофессиональных дисциплин и дисциплин профильной подготовки и изучаются конкретно. Например: в теоретической механике изучается свободное движение материальной точки; в теории механизмов и машин - движение несвободной точки в пространстве (движение звена, кинематической пары, механизма); в дисциплине детали машин - движение вала, оси, зубчатого колеса и т. д. С законом Гука студенты встречаются в курсе физики. В разделе «Сопротивление материалов» по закону Гука рассчитываются деформации при всех видах нагружения (растяжение-сжатие, сдвиг, кручение, изгиб); в курсе детали машин рассчитывают детали и соединения на прочность и устойчивость, в теории резания производят расчеты инструментов на долговечность и износоустойчивость и т. д.

Изучение учебного курса «Прикладная механика» осуществляется системно через лекционные, лабораторно-практические занятия и самостоятельную работу (решение обобщенных типовых задач, постановку учебных экспериментов, выполнение расчетно-графических работ и проектную деятельность и т. д.).

Лекции курса «Прикладная механика» занимают важное место в общетехнической подготовке будущего бакалавра технологического образования, выполняя информационную, развивающую, стимулирующую, убеждающую, ориентирующую функции. Лекции раскрывают основы содержания учебного материала курса, обобщают и систематизируют теоретические знания о взаимосвязи науки и техники в сфере материального производства; убеждают студентов в значимости общетехнических знаний для профессиональной деятельности будущих бакалавров технологического образования, ориентируют в научно-технической и справочной литературе; вызывают желание самостоятельно углублять свои знания и умения в области общетехнических дисциплин.

В процессе изучения курса «Прикладная механика» используются различные виды лекционной формы обучения (информационные, проблемные, лекции-визуализации, лекции-конференции, лекции-консультации). Для лучшего усвоения теоретического материала курса на лекциях применяются структурно-логические схемы, позволяющие в более доступной форме представить научную информацию и способствовать активизации познавательной деятельности студентов.

Изучая курс «Прикладная механика», студенты выполняют лабораторные работы по разделам: «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и машин», «Гидравлика». Само значение слов «лаборатория», «лабораторный» (от лат. labor - труд, трудность, работа; laboro - трудится, стараться, заботиться, хлопотать, преодолевать затруднения) указывает на применение умственных и физических усилий студентов к разрешению возникающих научных задач.

Лабораторный практикум обслуживает прикладную сторону профессиональной направленности обучения курсу и является связующим элементом между изучаемой теорией и практической деятельностью будущего бакалавра. Лабораторные работы выполняются по описаниям-инструкциям. Каждая лабораторная работа содержит цели выполнения эксперимента; общие сведения, касающиеся теории экспериментального исследования; методику проведения учебного опыта и обработку полученных результатов; вопросы для самоконтроля полученных знаний в виде открытых вопросов и тестовых заданий, включает дополнительные вопросы и задания.

В системе лабораторных работ мы выделяем работы трех типов: лабораторные работы ознакомительного характера, проблемно-проверочные и экспериментальные исследования.

Рассмотрим цели и содержание выполняемых студентами лабораторных работ на примере раздела «Сопротивление материалов». Цель лабораторных занятий - практическое освоение студентами научно-теоретических положений изучаемого материала, овладение технологиями экспериментирования, инструментализация полученных знаний, установление связи теории с практикой, т. е. приобретение экспериментальных умений.

Конкретизируем цели лабораторного практикума через образовательные и организационнопедагогические цели. Образовательные цели: повышение уровня функциональной грамотности и профессиональной компетентности студентов в расчетной и экспериментально-исследовательской деятельности; формирование у студентов экспериментальных умений в области прикладной меха-пики.

Организационно-педагогические цели: обеспечение условий для успешного закрепления теоретических знаний в расчетно-экспериментальной деятельности (подготовка и проведение учебного эксперимента, получение и обработка результатов эксперимента, формулировка выводов); обеспечение условий для экспериментально-исследовательской деятельности студентов; приобретение практических умений в экспериментально-исследовательской области деятельности; создание предпосылок для достижения студентами уровня образованности, соответствующего их личностному потенциалу, интересам и потребностям в области прикладной механики; обеспечение возможности начала профессиональной деятельности; обеспечение условий для самоконтроля теоретических и эмпирических знаний.

Содержание самостоятельной работы студентов можно представить через систему обобщенных типовых задач. Под обобщенными типовыми задачами вслед за Н. Ф. Талызиной [2] мы понимаем теоретические, прикладные и экспериментально-практические учебные задачи, для решения которых студенты должны владеть наиболее общими и наиболее характерными видами познавательной деятельности и адекватными им знаниями.

Исходя из этого, в курсе «Прикладная механика» можно выделить три группы обобщенных типовых задач, обеспечивающих подготовку будущего специалиста к профессиональной деятельности.

1. Учебные задачи предполагающие закрепление теоретических основ науки - это задачи раздела «Теоретическая механика», которые закладывают теоретические основы знаний о механике материальной точки и абсолютно твердого тела.

2. Учебные задачи прикладного характера, это задачи разделов «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и машин», «Гидравлика», предполагающие теоретический анализ реальных ситуаций (расчеты на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций, с рекомендациями по экономическому использованию материалов, структурный, кинематический и кинетостатиче-ский анализ механизмов).

3. Экспериментально-практические задачи, предполагающие экспериментальные исследования образцов (определение деформаций и напряжений при растяжении, сжатии, сдвиге, кручении, изгибе; определение физических величин; структурный, кинематический и динамический анализ и синтез механизмов; определение режимов жидкости).

Экспериментально-практические задачи студенты могут решать, если они освоили деятельность по решению задач первой и второй группы. При осуществлении такой деятельности необходимо уметь решать задачи, требующие применения как теоретических знаний, так и умения сводить разнообразные условия теоретической задачи к реальной ситуации и наоборот.

Из вышеизложенного следует, что курс «Прикладная механика» пронизывает все дисциплины цикла общепредметной подготовки и на его основе изучаются все остальные дисциплины цикла профильной подготовки. Обучение будущего бакалавра «Технологического образования» должно базироваться на взаимосвязи науки и практики, научной основой которых являются теоретические основы прикладной механики.

Список литературы

1. Калашникова Л. Я. Курс «Прикладная механика» в системе профессиональной подготовке учителя технологии и предпринимательства. / / Молодая наука Забайкалья. Чита, 2006. Ч. 2. С. 3-8.

2. Талызина Н. Ф., Печенюк Н. Ф., Хихловский Л. Б. Пути разработки профиля специалиста. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1987. 174 с.

3. Усова А. В. Психолого-дидактические основы формирования физических понятий. Челябинск: Изд-во ЧГПИ, 1988. 89 с.

УДК 378.14:53 ББК Ч 486.51

С. А. Калашникова

Особенности изучения курса физики студентами-стоматологами медицинского вуза

В статье рассматриваются вопросы изучения физики студентами-стоматологами, в частности описывается возможность изучения физики студентами-стоматологами при помощи проблемно ориентированного обучения, которое способствует формированию познавательного интереса у студентов, а так же повышению качества усвоения студентами знаний курса физики.

Ключевые слова: студенты-стоматологи, проблемно ориентированное обучение.

S. A. Kalashnikova

The peculiarities of physics learning by dentists-students of medical university

The issue which is researched in this article is the problems of physics learning by dentists-students. In particular, the opportunity of physics learning by dentists-students by means of problem-oriented training which contributes to shaping of cognitive interest and improving of mastering of physics knowledge is described.

Key words: dentists-students, problem-oriented training.

Курс физики в медицинском вузе изучается на всех факультетах: лечебном, педиатрическом и стоматологическом. Ознакомление студентов с физикой на стоматологическом факультете особенно важно, так как создание стоматологических конструкций (коронок, мостов, других протезов), выбор пломбировочного материала и способа лечения предполагает: 1) оценку врачом стоматологической ситуации с точки зрения действующих на зубы сил (направление, величина); 2) выбор пломбировочного и ортопедического материала с учетом их механических свойств; 3) оценку условий прочности в конкретной стоматологической ситуации. Кроме того, в стоматологии применяются такие физиче-48