Рис. 1. Некоторые аспекты инновационной деятельности

268 
(например, слайдов PowerPoint). Для удобного восприятия студентами слайд-шоу использу-
ется поэтапное построение слайдов, когда и теоретический, и практический материал (вывод 
формул и зависимостей и процесс изображения графических объектов) появляется на экране 
постепенно. В разделах «Кинематика» и «Динамика» дисциплины «Теоретическая механика» 
студентам показывается имитация различных движений при помощи анимации. Было бы по-
лезным использование и звукового сопровождения, которое позволило бы еще больше понять 
процессы, происходящие в процессе взаимодействия и движения тел. Студенты имеют воз-
можность использовать слайд-конспект при подготовке к экзаменам и зачетам, что позволяет 
им легче ориентироваться при изучении дисциплины. 
При изложении дисциплин механического цикла студенты должны понять, что такие 
дисциплины, как «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Строительная 
механика», являются фундаментальными для формирования инженера как технического спе-
циалиста. Этот факт часто остается неосознанным студентами, особенно в свете сокращения 
в последнее время аудиторных часов, при объединении механических дисциплин в такие дис-
циплины, как «Техническая механика», «Прикладная механика».
Как отмечают многие преподаватели, проблемы при изложении теоретического матери-
ала в последнее время возникают вследствие недостаточного уровня подготовки студентов по 
общеобразовательным дисциплинам: физике и математике. Часто это вызывает сложности при 
изучении, например, разделов «Динамика» дисциплин «Теоретическая механика» и «Строи-
тельная механика», особенно при решении дифференциальных уравнений динамики механи-
ческих систем. Часто студенты не могут построить расчетную схему с указанием силовых и 
кинематических характеристик. В этих случаях владение программными средствами стано-
вится бессмысленным, т.к. не сформулирована сама задача. В БрГТУ для лучшей усвояемости 
материала, к примеру, интегрирование дифференциальных уравнений движения студенты 
проводят как на занятиях по теоретической механике, так и по согласованию с кафедрой вы-
числительной техники и программирования, на лабораторных занятиях по вычислительной 
технике, с помощью изучаемых ими программных комплексов (например, системы компью-
терной математики MathCAD). Это упрощает проверку заданий преподавателем и исключает 
ошибки в расчетных операциях, проведенных студентом. 
Одним из аспектов инновационной деятельности в преподавании является усовершен-
ствование проведения практических занятий. Классическая методика решения задач препода-
вателем или одним из студентов у доски является малоэффективной, т.к. абсолютное большая 
часть студентов не вникает в ход решения, а просто конспектирует решение задачи. Препода-
ватели БрГТУ используют гибридный подход. Не отказываясь от решения типовых задач по 
традиционной методике, упор делается на самостоятельность решения задач на практических 
занятиях с постоянным контролем преподавателя процесса решения, работы с каждым студен-
том отдельно и оценкой конечного результата с последующим общим анализом всего процесса 
решения задачи. Для самостоятельного решения студентам предлагаются либо короткие за-
дачи, например, по теоретической механике из [2], либо самостоятельно приготовленные за-
дания. Работа студента на аудиторных занятиях учитывается при сдаче экзамена или зачета по 
дисциплине.
В последние годы в учебный процесс по преподаваемым на кафедре дисциплинам вве-
дена внутрисеместровая аттестация студентов. Она проводится дважды в течение учебного 
семестра. Такая форма контроля знаний позволяет преподавателю проверять восприятие сту-
дентом материала и активизировать работу над расчетно-графическими (расчетно-проектиро-
вочными, контрольными) работами. Результаты такой аттестации учитываются при сдаче эк-
заменов и зачетов по дисциплине. 
Особое значение в становлении личности студента и его профессиональных качеств яв-
ляется участие во внутривузовских и международных олимпиадах по общетехническим дис-
циплинам. Ежегодно в БрГТУ проводятся внутривузовские олимпиады по теоретической ме-
ханике, сопротивлению материалов, строительной механике, в которых принимают участие 
все желающие студенты, проверяя, таким образом, свой уровень знаний. Активность участия 

269
СОДЕРЖАНИЕ
 
студентов в олимпиадах достаточно высока, что показывает важность данной формы контроля 
знаний студентов, которая выступает и формой стимулирования учебной деятельности сту-
дентов. Лучшие студенты по результатам олимпиады участвуют в ежегодных международных 
олимпиадах. Кроме того, на кафедре проводится ежегодная студенческая научно-техническая 
конференция (секция «Механика»), на которой студенты представляют свои научные разра-
ботки с возможностью представления результатов исследований также в открытой печати и 
на конкурс студенческих научных работ Республики Беларусь. 
При проведении лабораторных работ в качестве инновационного направления в БрГТУ 
комплексно используется натурный эксперимент и его визуализация с использованием муль-
тимедиа и интерактивного программного комплекса «Columbus». Программный комплекс 
«Сolumbus. Сопротивление материалов. Виртуальные лабораторные работы» предназначен 
для проведения лабораторных работ по курсу «сопротивление материалов» или «механика ма-
териалов» на компьютере и позволяет провести ряд лабораторных работ по изучению различ-
ных видов деформаций. Использование такого комплекса позволяет осуществлять натурные 
испытания для всей группы и индивидуально на персональном компьютере визуализировать 
натурный эксперимент. Виртуальные лабораторные работы предоставляют широкие возмож-
ности для формирования и совершенствования профессиональных навыков и интуиции, а 
также развивают творческие способности. 
Для оптимизации учебного процесса разработаны рабочие тетради для оформления ла-
бораторных работ по сопротивлению материалов и механике материалов, в которых приве-
дены основные теоретические сведения и расчетные формулы. Студенту, изучившему с ис-
пользованием методических указаний основные теоретические сведения, по результатам экс-
периментов требуется лишь построить расчетные схемы, провести соответствующие теорети-
ческие расчеты и обработать результаты экспериментов с построением необходимых зависи-
мостей, сделать выводы. 
Задания на выполнение расчетно-графических и контрольных работ, как правило, выда-
ются на основании самостоятельно разработанных методических указаний или учебных посо-
бий, к примеру, [3, 4]. Однако в этих материалах, как правило, ограничено количество вариан-
тов, что не позволяет в достаточной мере осуществить индивидуализацию заданий и приводит 
к затратам времени преподавателя на выдачу заданий и проверку работ. 
Современное развитие средств вычислительной техники и ее программного обеспечения 
привело к появлению достаточно большого количества специализированных пакетов приклад-
ных программ, таких, как Mathematica, MathCAD, MathLab и др. Все они позволяют произво-
дить сложные вычисления, обладают широкими графическими возможностями и даже могут 
выполнять некоторые аналитические операции: интегрирование, дифференцирование, сумми-
рование рядов и т. д., что может быть успешно применено при выполнении расчетно-графи-
ческих работ. Однако эти программы вследствие своей сложности могут использоваться лишь 
хорошо подготовленными студентами. Поэтому на кафедре прикладной механики БрГТУ раз-
работаны три специализированных пакета программ по теоретической механике, сопротивле-
нию материалов и теории упругости и пластичности [5]. 
В первый пакет, предназначенный для автоматизации учебного процесса по теоретиче-
ской механике, вошли программы генерации заданий для определения: реакций связей и уси-
лий в стержнях плоской фермы, реакций связей составной плоской рамы, пространственной 
конструкции и др. Второй пакет по механике материалов и сопротивлению материалов со-
ставляют программы генерации заданий для расчета на растяжение-сжатие статически неопре-
делимого бруса при воздействии механических нагрузок, температуры и монтажных напряже-
ний; на растяжение-сжатие статически неопределимой стержневой системы при различной 
комбинации температурных и монтажных нагрузок; расчета геометрических характеристик 
плоских сечений; расчета балок на изгиб и др. Третий пакет по теории упругости составляют 
программы: исследования напряженно-деформированного состояния в точке тела в случае 
объемного напряженного состояния; расчета балки-стенки методом конечных разностей; рас-
чета тонких пластин. 

270 
Одним из главных достоинств программ первого пакета является то, что осуществляется ге-
нерация не только исходных данных (значения нагрузок, температур, геометрических размеров и т. 
д.), но и самих расчетных схем. Это позволяет значительно упростить процесс подготовки и выдачи 
заданий студентам и увеличить их разнообразие. Вторым преимуществом является тот факт, что 
параллельно с генерацией заданий автоматически производится и расчет вариантов, что упрощает 
процесс проверки заданий, сокращает затраты времени преподавателя и гарантирует высокий уро-
вень самостоятельного выполнения работ студентами.
Эффективность программ заключается в возможном использовании интерактивного ре-
жима, т. е. преподаватель на экране монитора видит расчетные схемы с учетом введенных 
данных и имеет возможность их корректировать по ходу решения. По результатам машинного 
счета студент имеет возможность сравнивать их с результатами ручного счета, анализировать 
и находить оптимальные решения. Программы третьего пакета позволяют студентам самосто-
ятельно контролировать ход решения задачи и использовать результаты для дальнейшего ана-
литического расчета. 
В продолжение разработанных пакетов программ коллективом преподавателей кафедры 
прикладной механики создан автоматизированный программный комплекс «АССИСТЕНТ» [6], 
предназначенный для увеличения разнообразия выдаваемых вариантов заданий для работ по ме-
ханическим дисциплинам, автоматизации работы преподавателя и его работы со студентами. 
Комплекс является многопользовательской системой, состоит из основного (управляющего) и 
ряда расчетных модулей. Применение такого автоматизированного комплекса для выполнения 
домашних заданий позволяет повысить качество изучения студентами преподаваемых на кафедре 
механических дисциплин и успеваемость студентов, а также существенно облегчить труд препо-
давателя и сократить затраты его времени на проверку работ.
Важной составляющей инновационных технологий в учебном процессе является исполь-
зование учебных компьютерных программ по различным методам расчета. При составлении 
учебных компьютерных программ при этом мы руководствуемся подходом, в соответствии с 
которым их использование должно уменьшать объем ручных вычислений, облегчать трудоем-
кие вычислительные процессы, сохраняя при этом сущность методов расчета и способствуя 
изучению процедур и принципов методов расчета, их физической сути и физических основ 
работы изучаемых объектов в целом, а также должны представлять возможности для исследо-
вания поведения и работы сооружений и механизмов при изменении их характеристик и пара-
метров, т. е. должны представлять собой обучающе-исследовательские системы.
В принципе процедуру любого из методов расчета можно разделить на две части выде-
лить две его стороны, одна из которых связана с математической реализацией метода и боль-
шими в той или иной степени объемами вычислений, а вторая представляет существенно 
меньший объем вычислений, но при этом отражает суть и физические основы метода расчета 
и работы объекта. Главная сложность при этом – найти то соотношение двух сторон в задаче, 
в методе расчета, которое позволяло бы, с одной стороны, максимально облегчить математи-
ческие вычисления, а с другой стороны, сохранить сущностно-физическую сторону задач и 
методов расчета. Решение этой проблемы требует глубокого анализа методов расчета, их про-
цедур и алгоритма. Это разделение в разных методах расчета зависит от процедур методов и 
может быть совершенно разным, при этом в одном методе расчета на разных его этапах эти 
части могут взаимно переплетаться друг с другом. 
На кафедре прикладной механики разработан целый ряд таких программ [7], включая: 
«Arka3» – Статический расчет трехшарнирных арок; «Arka2» – Статический расчет двухшар-
нирных арок; «ArkBes» – Статический расчет бесшарнирных арок; «MetSil» – Расчет статиче-
ски неопределимых рам методом сил; «SIRIUS» – Статический расчет плоских стержневых 
систем (на базе метода конечных элементов); «VEGA» – Расчет усилий в плоских стержневых 
системах при действии статических нагрузок (на базе МКЭ) с учетом упругой податливости 
узловых соединений; «ORION» – Расчет усилий в пространственных стержневых системах 
при действии статических нагрузок (на базе МКЭ); «CrossBeam» – статический расчет систем 
перекрестных балок; «UprOs» – Статический расчет балок на упругом основании и другие. 

271
СОДЕРЖАНИЕ
 
На рис. 2, например, представлено основное окно программы «ArkBes» На кафедре постоянно 
ведется разработка новых и модернизация существующих компьютерных программ по препо-
даваемым дисциплинам. 

жүктеу/скачать 14,01 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: