Диссертация (Формирование проектировочной деятельности у бакалавров направления подготовки «строительство» при изучении курса физики в техническом вузе), страница 10

Второйраз - в конце изучения каждого раздела и третий раз - на итоговом занятиепосле изучения курса физики. Цель его на первых лекциях – убедитьстудентов в том, что физические знания необходимы строителю длявыполнения проектировочной деятельности. На первом лекционном занятиипреподаватель задает студентам вопрос: «Зачем инженеру-строителю, вчастности, каждому из Вас нужны физические знания?». На этот вопрос55необходимо выслушать ответы многих студентов. Предлагаемые ответы всеразные, их не надо оценивать. Поэтому, выслушав разные ответы,преподаватель говорит: «Итак, некоторые из Вас полагают, что физическиезнания не нужны совсем инженеру-строителю, а некоторые считают, чтофизические знания нужны для выполнения лишь некоторых действий.Оказывается, любому строителю приходится решать множество задач,опираясь на физические знания.

Приведу некоторые примеры»:Задача 1. В здании склада железобетонная балка опирается напилястру и кирпичную колонну (рис. 3). Определить максимальныйизгибающий момент железобетонной балки от собственного веса, еслиполная нагрузка, которую может выдержать балка, без учета собственноговеса равна 600 кН/м. Сечение балки 200х400 мм.

Удельный вес железобетона25 кН/м3. Необходимые размеры на чертеже даны в миллиметрах.2013220l02503804500Рис. 3.Схема опирания балки:1 – железобетонная балка; 2 – кирпичная колонна; 3 - пилястраЗадача 2. При возведении промышленного здания необходимапрямоугольная балка междуэтажного перекрытия с постоянным сечением.56Рассчитать сечение балки, которая выдержала бы усилие в 2500 кН привеличине относительной деформации равной 0,002.Задача3.Найтизначениеразмеровоконныхпроемов,предназначенных для естественного освещения помещений одноэтажногопромышленного здания (птицефабрика), строящегося в г.

Астрахань с учетомнормированного коэффициента естественной освещенности (рис. 4).Рис. 4. План одноэтажного промышленного зданияСтудентам предлагается решить эти задачи с опорой на физическиезнания. Студенты затрудняются это сделать. Это дает повод преподавателюубедить студентов в том, что грамотное решение такого рода задач возможнотолько в том случае, если владеешь методами их решения. Преподавательдалее отмечает, что нельзя предусмотреть всех задач, которые встретятся вбудущей практической деятельности.

Возникает вопрос: «Можно ли овладетьспособами решения таких инженерных задач?». Оказывается, можно, есливыделить основную профессиональную деятельность инженера-строителя,разбить её на определенные этапы, а затем разработать способы выполнениякаждого этапа с применением физических знаний. Далее преподавательубеждает студентов в том, что основной практической деятельностью57инженера-строителя является проектировочная, содержание которой онрисует на доске в виде блок-схемы, представленной на рисунке 5.Таким образом, блок-схема иллюстрирует деятельность, адекватнуюпроектировочной деятельности инженера-строителя.

Далее, совместно состудентами, в ней выделяются те этапы, которые явно выполняются сприменением физических знаний:1) расчет механических характеристик строительного объекта или егоотдельных элементов;2) расчет теплофизических характеристик строительной конструкцииили ее отдельных элементов;3) расчет световых характеристик зданий или сооружений.58ЦЕЛЬСпроектировать строительный объект с заданными свойствамиСоставление строительно-климатического паспорта района строительстваВыбор несущей конструкции, материалов, их обоснованиеТеплотехнический расчет (расчете толщины утеплителя и теплофизическиххарактеристик проектируемого объекта)Расчет механических характеристик строительного объекта или егоэлементовРасчет световых характеристик здания или сооруженияРазработка технологии строительного объектаЭкономический расчет строительного объектаЗавершение строительства, «сдача» объекта в эксплуатациюРис.

5. Блок-схема содержания проектировочной деятельности592.3.Содержание и методика проведения методологического этапаДанный этап обучения студентов связан с конкретными темамиизучения курса физики. Начать его целесообразно при изучении темы«Динамика поступательного и вращательного движения. Статика». Для этогонужно выделить специальное занятие, на котором преподаватель показываетобразец планирования действий двух конкретных задач, в которойприменяются знания этой темы. Студентами при этом предлагается незаписывать решение, а лишь прописывать действия, которые выполняетпреподаватель. При этом студенты делят листок пополам и в каждой частиони фиксируют действия преподавателя по решению первой и второй задачи.Приведем примеры этих задач.1.Существуетмаксимальнаявысотаоднороднойвертикальнойколонны из любого материала, независящая от площади поперечногосечения, при повышении которой колонна разрушится.

Вычислите этувысоту для колонны из: а) стали; б) гранита; в) бетона. (плотность стали –7,8·103 кг/м3, гранита - 2,7·103 кг/м3, тяжелого бетона - 2,2·103 кг/м3). [20]2.Приподготовкепроектно-техническойдокументациидлявыполнения земельных работ в ходе строительства частного загородногодома необходимо рассчитать максимальное напряжение, возникающее вкирпичной колонне сечением 51х64 см2 и высотой 2,5 м.

Сила, действующаяна колонну равна 300 кН. Колонна сложена из глиняного полнотелогокирпича, плотностью кладки 16000 Н/м3.Приведем пример решения задачи 2.1.Выделить объект или его отдельный элемент: кирпичнаяколонна сечением 51х64 см2 и высотой 2,5 м.602.Установить виды нагрузки, действующий на выделенный объектили его отдельный элемент: кирпичная колонна испытывает нагрузку поддействием собственного веса.3.Указать физические явления и вид деформации: под действиемпостоянной нагрузки кирпичная колонна деформируется, т.е. подвергаетсядеформации на сжатие.4.Изобразить графическую модель поведения проектируемогообъекта или его отдельного элемента (рис. 6).FНРис.

6. Графическое изображение модели объекта5. Установить физические величины, характеризующие данный виддеформации: относительная деформация; механическое напряжение.6. Записать физические законы, описывающие поведение объектов илиего отдельного элемента конструкции в заданных условиях.Механическое напряжение:  FрезS,Постоянно действующая сила Fрез  F  P ,гдеP  mg- вес кирпичной колонны.Масса колонны:m    V   S H   a  b  H617.Решить полученную систему уравнений и найти расчетноезначение искомой физической величины: 8. a b H  g  Fa b16000  0,51  0,64  2,5  9,8  300  10 3 392  10 3 Н / м 20,51  0,64Сравнитьрасчетноезначениеснормативнымсогласнотехническим условия и нормам проектирования: предел прочности кирпичасоставляет 10 - 21 МПа.

Полученное значение механического напряжениянамного меньше предела прочности кирпича, поэтому колонна выдержитзаданную нагрузку. Для обеспечения более высокой прочности кирпичнойкладки необходимо выбрать кирпич большей прочности или использоватьпоперечное армирование кладки.7.Подобрать материал и форму конструкции: при возведении стенчастных, загородных домов (до 3-х этажей) можно использовать кирпичмарки М125.Далее необходимо предложить студентам сравнить систему действий иустановить общие действия в них.

После этого преподаватель корректируетназвание действий и фиксирует их на доске, а студенты в тетрадях. В итогесоставляетсяобобщенныйпроектировочнойдеятельностиспособ«Расчетвыполненияпервогомеханическихэтапахарактеристикстроительного объекта или его отдельных элементов».Теперь задача преподавателя состоит в том, чтобы студенты«присвоили» этот способ и овладели им.

Для этого преподавателюнеобходимо провести следующую работу. Каждому студенту выдаетсяучебная карта для самостоятельной работы и несколько проектировочныхзадач (примерно 5-6), аналогично представленным выше (рис. 7). Сначалапреподаватель анализирует первую задачу сам, строго выполняя все62действия, указанные в учебной карте. При этом он по ходу рассуждениявписывает выполняемые действия в учебную карту.Далее начинается самостоятельная работа студентов. Все студентыпланируют действия по решению второй задачи из списка, при этомпреподавательконтролируетвыполнениекаждогодействия.Затемподбираются по вариантам другие две задачи и предлагается попарная работа«Студент-преподаватель». «Студент» проговаривает действия, входящие вобобщенный способ вслух и обосновывает «преподавателю» необходимостьвыполнения каждого действия.

Затем роли меняются. На этом этапепроектировочные задачи не решаются. Речь идет только о составленииобобщенногоспособавыполненияданногоэтапапроектировочнойдеятельности. при этом учебная карта с последовательностью действийубирается.УЧЕБНАЯ КАРТАмаксимальная2.ПриСуществуетвысотаоднороднойвертикальнойколонныизлюбого материала, независящаяот площади поперечного сечения(почему),приповышениикоторой колонна разрушится.Вычислите эту высоту дляколонны из: а) стали; б) гранита;в) бетона. (плотность стали –7,8·103 кг/м3, гранита - 2,7·103кг/м3, тяжелого бетона - 2,2·103кг/м3)1.подготовке проектнотехническойдокументациидлявыполнения земельных работ в ходестроительства частного загородногодоманеобходиморассчитатьмаксимальноенапряжение,возникающее в кирпичной колоннесечением 51х64 см2 и высотой 2,5 м.Сила, действующая на колонну равна300 кН.

Колонна сложена из глиняногополнотелого кирпича, плотностьюкладки 16000 Н/м3.ДействияДействияРис. 7. Внешний вид учебной карты63Далее осуществляется этап внутренней речи про себя. Каждый студентполучает свою задачу и задание: составить программу выполнения этапапроектировочной деятельности по расчету механических характеристикстроительного объекта или его отдельных элементов. Это задание надоконтролировать у всех студентов индивидуально.Описанная методика освоения обобщенного способа выполненияданного этапа основана на теории поэтапного формирования умственныхдействий [139, 140].

Методологический этап рассчитан на 2 часа учебноговремени и составляет одно практическое занятие. В конце его студентамвыдаются две задачи на дом и предлагается решить их с опорой наобобщенный способ.Успешное выполнение этого этапа проектировочной деятельностистудентами осуществляется в том случае, если они безошибочно выполняюткаждоедействиеобобщенногоспособа.Поэтомуприизучениисоответствующих тем раздела «Физические основы механики» студентампредлагаются физические учебные задачи, в условиях которых описанапрофессиональная, проектировочная ситуация строителя, а требованияявляются практически значимыми для проектировщика.