УДК 37.001.5
ІНТЕРАКТИВНІ МЕТОДИ ПРОВЕДЕННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ДИСЦИПЛІНИ «ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА РІДИН ТА ГАЗІВ»
В. В. Петрусь, К. В. Бауман, І. В. Коц,
Вінницький національний технічний університет (м. Вінниця)
Серед існуючих методів навчання відомі пасивний, активний та інтерактивний. Пасивний метод полягає у передачі студентам попередньо диференційованого та синтезованого обсягу інформації у вигляді лекцій. Активний передбачає також діалог між викладачем та студентом, що сприяє ширшому розумінню та якісному засвоєнню інформації. При використанні інтерактивного методу навчання студент отримує знання не у вигляді готової систематизованої інформації від викладача, а в процесі індивідуального навчання. Задача викладача полягає тільки в організації та створенні умов для самостійного отримання і засвоєння знань [1].
Сучасна світова тенденція вищої освіти направлена на використання в навчальному процесі технологій інтерактивного навчання, що дозволяє вирішувати проблему завантаженості студентів і викладачів, надає можливість студентам самостійно навчатися. Оскільки в навчальних програмах для інженерних спеціальностей лабораторні роботи є невід'ємною частиною процесу навчання, то завдання розробки віртуальних лабораторних робіт є досить актуальним [2].
Кожен вид занять (лекція, практичне, лабораторне заняття) має ґрунтуватись на поєднанні тих чи інших методів навчання, і відмовлятись від будь-якого з них як від менш ефективного є недоцільним. Так, для проведення лабораторних робіт з дисципліни «Технічна механіка рідин та газів» потрібно перед виконанням лабораторної роботи застосувати активний метод навчання, а далі закріпити отриману інформацію на практиці з використанням інтерактивного методу.
Робоча програма з дисципліни «Технічна механіка рідин та газів» передбачає проведення лабораторних робіт у вигляді експериментальних досліджень на лабораторному обладнанні з метою набуття навиків у застосуванні законів механіки рідин та газів і закріплення матеріалу, отриманого на лекційних заняттях. Із розвитком комп’ютеризації навчального процесу створюється можливість використання комп’ютерних технологій для виконання лабораторних робіт.
В комп'ютерному моделюванні лабораторних робіт було використано два підходи для досягнення поставлених цілей: метод комп'ютерного відтворення результатів натурних випробувань на діючому лабораторному устаткуванні і метод моделювання реальних процесів на базі відомих фізико-теоретичних закономірностей. Програмне забезпечення комп'ютерного моделювання лабораторних робіт на персональному комп’ютері (ПК) складено на мові програмування PASCAL. При цьому використана комп'ютерна графіка дає наочне уявлення про параметри і сутність досліджуваних процесів.
На рисунку показано інтерфейс програми для проведення віртуальної лабораторної роботи «Дослідження режимів руху рідини». Призначений для користувача інтерфейс такого типу був вибраний, виходячи з міркувань збереження аналогії з традиційною (без використання комп'ютерних технологій) лабораторною роботою, що є важливим педагогічним аспектом.
Рисунок 1. Приклад імітаційного стенду із використанням персонального комп’ютера
Порядок виконання лабораторної роботи наступний:
¾ вибирається величина відкриття запірного вентиля за допомогою клавіш 1, 2, 3 та 4;
¾ після натиснення клавіші ЕNTER, візуально спостерігаємо режим руху рідини: ламінарний режим струмінь фарби рухається паралельно вісі труби; перехідна зона – струмінь фарби стає хвилястим; турбулентний режим – струмінь фарби перемішується з рідиною.
В кожному досліді вимірюється час t заповнення деякого об’єму V рідини в мірну ємність та їх кількість n. Інші величини, а саме діаметр та довжина трубопроводу, тип робочої рідини та її температура протягом проведення одного досліду не змінюються. Далі студент за отриманими даними самостійно розраховує витрату робочої рідини Q = V/t та визначає режим руху рідини за величиною числа Рейнольдса Re. Встановлений візуально режим порівнюється з розрахунковим.
Виконанню лабораторних робіт на ПК передує попереднє вивчення теоретичного матеріалу, лабораторного устаткування, що використовується в експериментальних дослідженнях, методик проведення експериментів, основних цілей і задач досліджень, а завершується лабораторний практикум оцінкою отриманих знань за кваліфікаційними тестовими завданнями.
На ПК виконуються наступні лабораторні роботи: «Дослідження гідростатичного тиску»; «Відносний спокій рідини»; «Дослідження режимів руху рідини»; «Визначення коефіцієнта в`язкості рідини методом Пуазейля»; «Визначення залежності втрат на тертя в трубі від режиму руху рідини»; «Тарування ротаметра на приладі Бернуллі»; «Експериментальна ілюстрація рівняння Бернуллі»; «Побудова напірної та п’єзометричної ліній»; «Визначення коефіцієнта Дарсі»; «Визначення коефіцієнта місцевого опору»; «Тарування витратної шайби»; «Енергетичні випробування шестеренного насоса»; «Дослідження об’ємного гідроприводу з дросельним регулюванням».
Перевагами виконання лабораторних робіт на ПК перед традиційним способом їх виконання є:
¾ Можливість використання віртуальних лабораторних робіт при дистанційній формі навчання.
¾ Індивідуалізація та підвищення якості навчання, оскільки студент змушений виконувати лабораторні роботи самостійно.
¾ Рівнодоступність за рахунок віртуальних лабораторій, доступних у будь-який час для всіх кафедр університету, а також індивідуально для студентів, що мають домашній комп’ютер та вихід в Інтернет.
¾ Можливість роботи з устаткуванням, що вивчається, в екстремальних і аварійних режимах.
¾ Можливість зміни умов експерименту.
¾ Відсутність експлуатаційних затрат.
¾ Можливість моделювання фізичного процесу в широкому діапазоні значень початкових параметрів.
¾ Незалежність від типорозміру і виду приладів, що вимірюють параметри процесу [2].
На кафедрі ТГП планується розробка віртуальних лабораторних робіт з використанням програмних комплексів MATLAB та LabVIEW, використання яких при реалізації поставленого завдання дозволить в значній мірі скоротити час, що витрачається на розробку і налагодження програмного забезпечення вимірювальної частини, мережевої взаємодії, інтерфейсу користувача та в найкоротший термін організувати і запустити в навчальний процес віртуальну лабораторію з будь-якої дисципліни.
ВИСНОВКИ
Використання віртуальних лабораторних робіт може слугувати яскравим прикладом того, як комп’ютерні технології можуть виступати в ролі ефективного інструмента пізнання предметної області.
ЛІТЕРАТУРА
1. Головченко О. М. Методика невербального виховання студентів-теплоенергетиків / Олексій Головченко, Микола Пушкар // Проблеми гуманізму і освіти: Зб. матеріалів наук.-метод. конф., м. Вінниця, 21–22 трав. 2002 р. – Вінниця, 2002. – Т. 2. – С. 288 – 292.
2. Ступин А. А. Использование виртуальных лабораторных работ в дистанционных образовательных технологиях на ФТП НГПУ / Анатолий Ступин, Роман Дарманенко // Технолого-экономическое образование в XXI веке: научно-практическая конференция, 9–11 октября 2008 г.: тезисы доклада. – Новосибирск, 2008. Електронний ресурс. Режим доступу: http://totem.edu.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=537&Itemid=30.