Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики

Деятельность преподавателя Деятельность студентов Организационные особенности и физическое содержание использующихся методик Образец объективно значимого продукта деятельности студентов
1 2 3 4
1. Методика руководства созданием лабораторного оборудования для исследования физических параметров объектов профессиональной деятельности инженеров (на примере стенда для исследования микропроцессорной системы управления вентильным двигателем)
позволяющая получить объективно значимый уникальный материальный продукт деятельности студентов
Подготовительный этап. Подготавливает студентов по итогам сравнения физико-технических характеристик приводных систем к выбору для изучения системы с малым временем разгона и наименьшей массой: привода с трех фазным синхронным двигателем и ротором на постоянных магнитах. Ставит техническую задачу. Подготовительный этап. Анализируют технические данные для выбора исследуемого объекта. Сравнивают наиболее распространенные системы привода по массе двигателей и роторов, моментам инерции двигателей, времени разгона без нагрузки. Производят сравнительный анализ приводных систем с приближенно одинаковыми параметрами. Студенты согласуют с преподавателем выбор объекта профессиональной деятельности, определяют собственную уникальную исследовательскую программу по изучению физико-технических характеристик и параметров его работы. Конкретизируют целевое назначение создаваемого лабораторного стенда, выбирают основные направления использования систем многоканального мониторинга в целях изучения процессов различной физической природы: электрических, магнитных, тепловых, механических и др. Определяют необходимый набор функциональных блоков лабораторного стенда: устройства электропитания, драйверы исполнительных устройств, устройства обмена данными, датчики состояния и преобразователи сигналов, интерфейсные модули, К примеру, для исследования на лабораторном стенде был выбран следующий объект профессиональной сферы 140400 – «Электроэнергетика и электротехника». Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.1. Главный элемент стенда - вентильный двигатель с малой массой (39 грамм) и габаритами, мощностью 130 Вт, частотой вращения вала 4200 об/мин.
1 2 3 4
Содержательно-процессуальный этап. Руководит расчетом силовой части электропривода: обосновывает выбор частотного способа управления; объясняет методику расчета и выбора элементов силовой части. Консультирует по проектированию аппаратных средств системы автоматизации, моделированию статических и динамических режимов работы. Руководитконструированием стенда из модулей и элементов: модуля питания, пульта управления, модуля автономного инвертора, датчика положения ротора и модуля алгоритма его работы, измерительного модуля. Содержательно-процессуальный этап. Проектируют набор модулей вентильного привода из серийно выпускаемых электронных компонентов: выпрямителя, микроконтроллерной системы управления, коммутатора тока в обмотках двигателя, электромеханического преобразователя (трехфазный вентильный двигатель), датчика положения ротора. Собирают систему управления электроприводом. Проверяют возможность преобразования электрической в механическую энергию в соответствии с алгоритмом работы технологической установки. программаторы и отладчики микроконтроллеров, устройства коммутации. Проектируют конфигурацию системы, выделяют имеющиеся электронные узлы системы, компонуют их в отдельные модули. Согласуют приобретение необходимых деталей, оборудования и инструментов. Подбирают средства и технологии выполнения конструкционно-сборочных работ. Вручную по согласованной с преподавателем схеме выполняют монтажно-сборочные работы по созданию макетной платы для микросхемы и питающих цепей системы управления венти-льным двигателем на основе эмпирического моделирования. Под руководством преподавателя последовательно создают серию макетов системы управления вентильным двигателем, проводят экспериментальное тестирование с последующим усложнением технической конструкции лабораторного стенда. Анализируют результаты проведенных экспериментов. Совершенствуют новые поколения макетных плат с учетом опыта испытаний предыдущих вариантов, проверяют их функциональность. Сравнивают результаты экспериментального тестирования семейства действующих макетов, выбирают оптимальный вариант. Подбирают контрольно-исследовательское оборудование и оснащают им лабораторный стенд для исследования микропроцессорной системы В процессе создания стенда последовательно создавалось и совершенствовалось семейство действующих макетных плат. Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис 3.2.2. Первая версия действующего макета управления вентильным двигателем Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.3. Вторая версия действующего макета управления вентильным двигателем
1 2 3 4
Заключительный этап. Руководит расчетом себестоимости изготовления стенда. Привлекает студентов к описанию методики работы и техники безопасности при использовании лабораторного стенда и подключенного к нему компьютера. Заключительный этап. Оценивают материальные и трудовые затраты. Описывают методику эксплуатации стенда и меры предосторожности при работе с электроприборами, вращающимися частями электрических машин, компьютерной техникой. управления вентильным двигателем. Подбирают специализированное программное обеспечение, подключают стенд к персональному компьютеру. Для снятия физических характеристик и параметров работы вентильного двигателя лабораторный стенд подключают к персональному компьютеру, на котором специализированное программное обеспечение (USB DiSco v 3.24 распространяемое в Интернете бесплатно) обрабатывает низкочастотные сигналы USB осциллографа по двум каналам в режиме осциллографа, спектроанализатора и самописца. Описывают методику применения стенда. Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.4. Подключенный к персональному компьютеру лабораторный стенд
2. Методика подготовки практического занятия по физике с оптимизацией списка задач разных типов и созданием шаблонов их решения в программном обеспечении для интерактивной доски
позволяющая получить объективно значимые уникальные интеллектуальные продукты деятельности студентов
Подготовительный этап. Оптимизирует предварительно составленный список задач, выбранных для решения на практическом занятии по физике. Создает в программном обеспечении для интерактивной доски шаблоны решения задач. Подготовительный этап. Посещают лекции по физике. Выполняют домашнее задание по изучению физических законов и явлений, относящихся к изучаемой теме. Знакомятся с методикой решения задач по осваиваемому физическому разделу. В Microsoft Excel преподаватель формирует базу данных, содержащую тексты учебно-профессиональных задач. Каждой задаче присваивается тип (согласно произвольно выбранной преподавателем классификации), раздел физики, направление профессиональной подготовки студентов, минимальное и максимальное время, выделяемое на ее решение, количество профессиональных компетенций, прямо или косвенно формируемых в процессе ее решения. Структура базы данных может модифицироваться без изменения функциональности алгоритма Продуктом выполнения оптимизационного алгоритма является структурно типизированный список задач по физике, выбранных для решения на практическом занятии. Надстройка Microsoft Excel «Поиск решения» автоматически корректирует для каждого типа задач их количество и время (в минутах), отводящееся на решение одной задачи. Табличный процессор оставляет неизменным количество профессиональных
1 2 3 4
Содержательно-процессуальный этап. Называет тему изучаемого курса физики, соответствующую практическому занятию. Формулирует его цель и задачи, объясняет порядок действий студентов во время проведения практического занятия. Предоставляет доступ студентам к интерактивной или маркерной доске, на которую производится проекция подготовленного шаблона решения задачи. Руководит процессом решения задач. Фиксирует внимание студентов на основных и трудных моментах. Следит за ходом решения. Помогает Содержательно-процессуальный этап. У доски решают задачи по подготовленному преподавателем шаблону. Объясняют физические законы и явления, рассматриваемые в задаче. Отвечают на вопросы, представленные в шаблоне решения. Фиксируют правильные ответы. Используя маркер, выполняют расчетно-графические действия по решению задач. Следят за правильностью выполнения решения задачи, выявляют и исправляют ошибки. Записывают результаты решениязадач в электронные файлы при использовании интерактивной доски оптимизации. В основе оптимизационного алгоритма корректировки предварительного списка сгруппированных по типам физических задач лежит зависимость значения профессиональной компетентности будущих инженеров от суммы произведений количества решаемых задач и количества формируемых в процессе их решения профессиональных компетенций, деленных на время решения. Чем экономнее расходуется время, тем интенсивнее и насыщеннее содержание практического занятия по физике. Компьютеризированные действия преподавателя по оптимизации параметров предварительного списка задач разного типа, выбранных для проведения практического занятия, описаны автором в коллективной монографии [81]. Преподаватель создает комплект методических пояснений к решению выбранных задач по физике с использованием программного обеспечения SMART Notebook для интерактивных сенсорных досок, которые могут быть подключены к компьютеру и видеопроектору. В процессе занятия студенты решают задачи, заполняя подготовленные преподавателем шаблоны для их решения. При отсутствии интерактивной доски проекция может быть сделана на компетенций, формируемых при решении задач определенного типа и время проведения практического занятия. Количественное значение формируемой профессиональной компетентности будущих инженеров согласно оптимизационной модели подбирается максимальным надстройкой «Поиск решения». В алгоритме предусмотрена установка преподавателем собственных ограничений на количество задач каждого типа, к примеру, не более двух анимационных задач, или количество практических задач задается в диапазоне от двух до пяти. Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.5. Результат решения задачи по физике по шаблону
1 2 3 4
студентам найти и исправить ошибки в решении задач. или в тетрадь при использовании маркерной доски. маркерную доску с изменением доступности интерактивного функционала. При наличии интерактивной доски SMART Board, работа, произведённая на ней, является цифровым продуктом, который сохраняется в электронный файл, пригодный для внесения изменений и использования в дальнейшем. В качестве примера приведена задача об определении ускорения скатывания кирпича с кузова самосвала БелАз-7547.
Заключительный этап. Подводит итог занятия. Задает домашнее задание. Заключительный этап. Слушают. Записывают задание на дом.
3. Методика организации физического эксперимента (на примере изучения физических свойств шарового электрического разряда, полученного с помощью сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения, и возможностей его применения в плазмотермическом синтезе материалов)
позволяющая создать и реализовать продукт: уникальную объективно значимую процедуру и результаты физического исследования профессиональных объектов в принципиально новых условиях их испытания
Подготовительный этап. Определяет цели и задачи эксперимента, необходимые средства, оборудование и расходные материалы. Обсуждает со студентами исследовательскую программу, технику бе-зопасности. Например: изучить явление возникновения шарового электрического разряда под действием СВЧ-излучения на Подготовительный этап. Находят информацию по теме, формулируют гипотезу. Обдумывают порядок проведения эксперимента, предлагают элементы исследовательской программы. К примеру, идеей эксперимента послужило видео в Интернете об образовании искровых вспышек на горящей зубочистке в микроволновой печи. Замена зубочистки Методика организации физического эксперимента представлена на примере, актуальном для направления подготовки 150100 – «Материаловедение и технологии материалов». Ценность эксперимента для студентов заключается не только в личном участии, но и в самостоятельном установлении предметной области и составлении программы его проведения. Преподаватель дает творческое задание студентам: найти интересную экспериментальную область, ищет возможность перевода замыслов и предположений в организованную исследовательскую работу. К примеру, новой в постановке эксперимента являлась идея получения шарового электрического разряда на графитовых или металлических стержнях. Она возникла из предположения, что искровые вспышки Результаты проведенной опытно-экспериментальной работы описаны в журнале «Современные наукоемкие технологии» в 2011 г. [75]. Продуктом деятельности студентов является изложение программы физического эксперимента и ее результаты. К примеру, по итогам эксперимента были выявлены закономерности процесса образования и поведения шарового разряда под действием микроволнового излучения на вертикально установленных графитовых стрежнях: появление запаха озона, обугливание пробки, заострение графитовых стержней при отрыве от них шарового разряда.
1 2 3 4
металлических и графитовых стрежнях; оценить изменения структуры вещества исследуемых материалов под действием тепловых эффектов шарового разряда; определить параметры технико-экспериментальных операций и процесса изменения структуры опытных образцов. на графитовый стержень от карандаша привела к появлению и увеличению на конце стержня шарового разряда от 1 до 5 см в диаметре с последующим отрывом от стержня в течение 5-7 с. Формулируют идею получения и исследования шарового разряда под действием СВЧ излучения. могли возникнуть из-за появления проводника, способного взаимодействовать с СВЧ-излучением – углеродсодержащего пепла от горящего дерева, из которого была изготовлена зубочистка. Преподаватель определяет необходимые методы исследования, приборы, материалы, оценочные средства. В эксперименте использовались следующие приборы и оборудование: камера сверхвысокочастотного излучения, графитовые и металлические стержни, устанавливаемые в пробковое дерево, химический стакан, термостойкая керамическая подставка, микроскоп, электроскоп, спектроскоп. Оценочные средства: Шкала Мооса. Методы: эксперимент, моделирование, сравнительный анализ, аналогия. Использовалась компьютеризированная автором монографии методика подбора порошковых смесей для оптимизации состава шихты. Точность и достоверность результатов экспериментов достигалась за счет выполнения 6-10 опытов по каждому направлению. В целях проверки наличия электрического заряда шарового разряда на химический стакан (в котором образуется разряд) устанавливалась латунная сетка, соединяемая с электроскопом, который показывает наличие заряда в момент соприкосновения шарового разряда с латунной сеткой. В целях определения химического состава полученного шарового разряда Шаровой разряд на металлических иглах имел меньший диаметр (1 см) и не отделялся от иглы из-за длительно сохранявшегося ее намагничивания. При горизонтальном расположении стержня образование шарового разряда не наблюдалось. В случае расположения острого конца иглы в пробке происходило оплавление металла, в противоположном случае ушко иглы, помещенное в пробку, разрывалось. По термическим нарушениям в пробке была определена тороидальная форма возникающего электрического разряда, который прожигал пробку, выходил наружу, отделялся и становился доступным для наблюдения в виде светящейся сферы. Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.6. Траектория движения электрического разряда на графитовом стержне в пробке
Содержательно-процессуальный этап. Готовит оборудование, материалы исредстваэксперимента, руководит его проведением. К примеру, для исследования физических свойств шарового электрического разряда определяет следующий порядок действий студентов: 1. определение наличия Содержательно-процессуальный этап. Помогают преподавателю подготовить эксперимент, выполняют исследовательские действия. Предлагают способы организации деятельности. Участвуют в эксперименте. Проводят исследование и описание физических свойств шарового разряда разными
1 2 3 4
электрического заряда у шарового разряда с помощью электроскопа; 2. выяснение спектрального состава шарового разряда при помощи спектроскопа; 3. определение температуры шарового разряда по испарению тугоплавких материалов, закрепляемых в месте образования разряда и прохождению точки Кюри для ферромагнетиков. В целях определения влияния шарового разряда на сплавление материалов и кристаллизацию растворов руководит выбором опытных образцов и их температуры. Разрабатывает алгоритм оптимального подбора химических материалов для методами. Описывают результаты наблюдения процес- са взаимодействия шарового разряда с экспериментальными материалами (вольфрам, чугун, гранит, древесная смола, перенасыщенный раствор NaOH, порошкообразные смеси различного химического состава). Фиксируют трансформацию структуры порошкообразных материалов за счет развития процесса контактного плавления. Наблюдают процесс высокотемпературного спекания порошкообразных материалов в процессе контакта с шаровым разрядом. Описывают изменение физико-технических показателей, свойств и устанавливался его спектральный состав, при этом спектроскоп зафиксировал и сфотографировал спектральные линии, обозначившие присутствие в шаровом разряде кислорода, водорода и гелия. В целях определения температуры разряда (ориентировочно более 3500 °С, что соответстует температуре электрических разрядов в газах) на вершине графитового стержня закреплялась вольфрамовая проволока (температура плавления 3416 °С), которая впоследствии испарялась. Воздействие шарового разряда на графитные стержни диаметром 0,5 - 0,7 мм позволило получить графитовые шарообразные образования отдельно от частей оплавленного графитового стержня (температура плавления графита равняется 4800 К). Проводился опыт по сплавлению мелких кусков чугунного магнита в цельный кусок чугуна с потерей магнитных свойств (температура плавления 1200 °C), с превращением ферромагнетика в парамагнетик после прохождения температуры Кюри. Изучение влияния экспериментального воздействия шарового разряда на скорость кристаллизации перенасыщенного раствора NaOH, являющегося проводником электрического тока показало, что скорость кристаллизации существенно увеличивается, кристаллы появляются так же и на поверхности графитового стержня. Закипание почерневшей При изучении образцов использованного графитового стержня с помощью микроскопа было обнаружено изменение структуры поверхности графита, подвергшегося воздействию мощного термо-удара с появлением микроскопических вкраплений кристаллов белого цвета имеющих форму октаэдера, а так же были обнаружены белые, хрупкие, нитевидные и сетковидные структуры. Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.7. Поверхность графита, подвергшегося термоудару шарового разряда под микроскопом Сделано предположение, что проведённые опыты открывают новые перспективы в создании принципиально новых технологий синтеза алмаза, а также разнообразных
1 2 3 4
образования шихты в целях синтеза материалов (в том числе минералов) путём сплавления ряда составных химических веществ. структуры экспериментальных материалов микроволнового плазмотермического синтеза, связанного с воздействием шарового разряда. массы дубовой смолы с последующим ее возгоранием позволило получить после остывания и промывания твердые образования диаметром 2 мм, имевшие янтарный цвет и высокую твёрдость. Изготавливалась шихта из исходных веществ, входящих с состав искомого минерала, которая помещалась в керамическую чашку. Графитовый стержень устанавливался непосредственно в шихте. При включении СВЧ-генератора в экспериментальной камере появлялся шаровой разряд, который сплавлял исходные вещества, синтезируя необходимый минерал. Техника получения рубина, предполагала использование шихты оксида алюминия и трёхвалентного оксида хрома в пропорциях 9:1. После просеивания было обнаружено большое количество кристаллов красного цвета порядка 2-3 мм. (Рисунок 3.2.8.). Проверки полученных кристаллов, проведенные по Шкале Мооса, показали, что полученные кристаллы соответствуют по твёрдости 9, той же, что и природные рубины. В процессе синтеза сапфира были использованы следующие составные элементы: оксид алюминия, оксид железа, а также оксид титана. При недостаточном перемешивании шихты оксид титана восстанавливался до металлического титана, и в шихте образовывались сплавленные титановые шарики. Состав молекулярных структур графита, а так же по плавлению графита при атмосферном давлении. Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.8. Кристаллы красного цвета (рубины) величиной 2-3 мм Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.9. Изумруд, полученный в результате воздействия на шихту шарового разряда (6 мм)
Заключительный этап. Предъявляет требования к офор-млению отчета о результатах проведенного исследования. Помогает собрать и обработать полученные данные, технически осмыслить полученные экспериментальные результаты, дать им теоретическую трактовку в русле современной тенденции развития физических знаний. Оценивает новизну и практическую значимость, а так же перспективы синтеза материалов с заданными Заключительный этап. Фотографируют продукты экспериментальной работы. Анализируют свою деятельность. Обобщают данные, оформляют отчет. Формулируют выводы по итогам проведения эксперимента, высказывают предположения о прикладных аспектах использования шарового разряда, возникающего в процессе микроволнового нагрева графитных и металлических стержней в целях разработки новых материалов с заданными параметрами и
1 2 3 4
физическими свойствами. Публикует статью по итогам эксперимента. свойствами, и повышения эксплуатационных характеристик изделий. шихты в синтезе изумруда был следующим: оксид бериллия – оксид алюминия – оксид кремния – оксид хрома – оксид железа находились в пропорциях 13:18:65:2:2. Зафиксированы факты изменения структуры и свойств материалов при взаимодействии с полученным шаровым разрядом. Выдвинута гипотеза об образовании на графитовых образцах в результате плазменного термо-удара шаровым разрядом таких модификаций графита, как углеродные нано трубки и фуллерены.
4. Методика руководства созданием действующей модели профессионального инженерного оборудования (на примере упрощенного станка с числовым программным управлением (ЧПУ))
позволяющая создать продукт: упрощенную действующую модельстаночной оснастки с приводом технологического оборудования, управляемой компьютерной системой и получить знания о принципах ее работы
Подготовительный этап. Оценивает проектно-конструк-торский и производственно-техноло-гический потенциал студентов. Определяет необходимость и возможность покупки готового комплекта для сборки, или заказа определенных узлов модели. Планирует результат сборки упрощенного станка с ЧПУ, исходя из количества промышленно Подготовительный этап. Изучают известные физические основы создания различных моделей станков с ЧПУ. Осуществляют выбор комплектующих компонентов в целях создания собственного уникального варианта станка с ЧПУ. Информируют преподавателя о целевом назначении станка выбранного типа. К примеру, создаваемый станок с ЧПУ может быть Методически формирование профессиональной компетентности будущих инженеров для указанных далее направлений профессиональной подготовки имеет следующую дифференциацию. Материаловедение и технологии материалов (150100): изучение физических основ различных способов обработки материалов (фрезеровка, гравировка). Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств (151900): приобретение знаний в области функциональности производственных процессов и аппаратов, монтажно-эксплуата-ционных навыков выполнения работ с действующей моделью профессионального оборудования. Электроэнергетика и электротехника (140400) – приобретение глубоких и прочных знаний в области механики, Собранная студентами под руководством преподавателя действующая модель трехосевого станка с ЧПУ представлена на рисунке 3.2.10. Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.10. Общий вид собранной действующей модели трехосевого станка с ЧПУ
1 2 3 4
изготовленных деталей и возможности выполнения монтажно-сборочных операций в необходимом технологическом режиме. предназначен для 3D фрезерования моделей и матриц из фанеры, дерева, пластика, стеклотекстолита, улепластика и алюминия. автоматизации и микроконтроллерного управления электрическим приводом. Информатика и вычислительная техника (230100) – изучение способов сопровождения профессионально востребованного программного обеспечения для станков с ЧПУ. Процесс создания действующей модели профессионального оборудования выполня- ется с сохранением важных инженерных особенностей оригинала за счет упрощения конструкции, использования дешевых и доступных комплектующих материалов и деталей. Материалы: фанера, алюминиевый уголок, винты, гайки, эпоксидный клей и эпоксилин, метровая шпилька М10. Детали: два шаговых мотора протяжки бумаги от лазерных принтеров, шаговый двигатель привода головки из матричного принтера, направляющие с бронзовыми подшипниками скольжения из матричных принтеров. Преподаватель задает технические характеристики модели станка с ЧПУ (точность, скорость и усилия резания, размер рабочей области фрезерования/гравирования). Расчет сил трения в направляющих и винтовой паре (зависящих от аккуратности выполнения модели и наличия смазки) производится на основе анализа прототипов используемых шаговых двигателей разной мощности. Выбор комплектующих материалов основан на физических характеристиках условий их Модель предназначена для создания материально-технической и методической возможности изучения функциональных особенностей, конструкции и способов управления технологическим оснащением процесса профессиональной деятельности будущих инженеров. При исполнении модели используется готовая конструктивная схема с минимум деталей простой геометрической формы, выполненных при помощи нескольких фрезерных операций. Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.11. Станина станка с предварительно установленными направляющим и ремнем Продуктом деятельности можно назвать и полученные знания студентов о принципах конструиро-
Содержательно-процессуальный этап. В процессе конструирования и руководства выполнением монтажно-сборочных операций объясняет студентам физические основы и технические приемы совершенствования функциональных возможностей, конструкции и способов управления моделью профессионального оборудования (трехосевого станка с ЧПУ). Определяет критерии выбора программного Содержательно-процессуальный этап. Собирают модель станка с ЧПУ из комплектующих материалов по выбранной конструкторской схеме. Подключают ее к компьютеру с установленным программным обеспечением. Проверяют ее работоспособность, знакомятся со следующими производственно-технологи-ческими процессами и операциями: гравировка, автоматическое сверление печатных плат, раскрой деталей из
1 2 3 4
обеспечения изучаемого технологического процесса в зависимости от операционной системы ПК: TurboCNC, Mach3, KCAM, ArtCam, LinuxCNC. пластиков, координатное выжигание, резьба по дереву. Имитируют под руководством преподавателя профессиональную деятельность будущих инженеров. эксплуатации. К примеру, для подшипников скольжения это нагрузка (МПа), скорость скольжения (м/с), вид трения (полусухой); для направляющих повышенной точности важна плавность хода, которая зависит от коэффициентов трения покоя и трения скольжения, так как в конструкции используется шаговый двигатель, поэтому каретка будет двигаться мизерными, но рывками. Выяснить физические особенности разных видов трения позволяет следующий выбор деталей. Винтовая передача с трением скольжения (классический стальной ходовой винт с гайкой, снабженной устройством компенсации люфта), либо шариковинтовая передача, в которой трение скольжения заменено трением качения, что повышает КПД и ресурс механизма. вания и физических основах функционирования профессионального инженерного оборудования. Возможность модернизации конструкции модели станка с ЧПУ предполагает изменение рабочей плоскости фрезерования станка за счет изменения длины направляющих без изменения корпусных деталей. Выполнение монтажно-сборочных действий под руководством преподавателя предполагает использование следующих инструментов: шуруповерт, лобзик, электроточило, резьбонарезной инструмент, напильники, надфили и пр.
Заключительный этап. Объясняет студентам достоинства и недостатки в поведенной проектно-конструкторской и монтажно-эксплуатационной работе. Спрашивает мнение студентов. Заключительный этап. Обсуждают возможность усовершенствования изготовленной версии модели трехосевого станка с ЧПУ с целью повышения ее технологической эффективности.
5. Методика руководства созданием демонстрационных установок и видео с подготовкой выступления студентов на лекционных занятиях по физике (на примере изучения эффекта Холла с использованием усовершенствованной микропроцессорной системы управления прерывателем-распределителем системы зажигания в двигателях внутреннего сгорания (ДВС))
позволяющая создать продукт:лекционный прибор и видео по физике для демонстрации применения физических законов, эффектов и процессов в объектах, оснастке и оборудовании профессиональной деятельности инженеров
1 2 3 4
Подготовительный этап. Выбирает объект или оборудование профессиональной деятельности инженеров, в котором применяется изучаемый физический закон, эффект или процесс. Рекомендует информацию по усовершенствованию (упрощению) профессиональных объектов, оснастки или оборудования. Согласует со студентами материалы, инструменты, программное обеспечение и способы монтажа демонстрационной установки на стенде. Подготовительный этап. Изучают информацию о способах усовершенствования (упрощения) профессионального оборудования, оснастки или объектов. Получают сведения о принципах их устройства на основе применения изучаемых физических законов, эффектов и процессов. Согласуют с преподавателем индивидуальный проект, комплектующие материалы, инструменты, программное обеспечение и способы монтажа демонстрационной установки. Методика актуальна для направления профессиональной подготовки – 190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». В программе лекционного курса по физике преподаватель выбирает тему, для изложения которой совместно со студентами будет создан и использован новый оригинальный демонстрационный прибор или установка. Преподаватель обдумывает способ изложения физического явления, эффекта или процесса с использованием демонстрационных возможностей конструкции и функционирования профессионально востребованных объектов, оснастки или оборудования на стенде, и видеоматериалов об их использовании в процессе эксплуатации. Преподаватель описывает этапы и способ создания демонстрационной установки, руководит процессом проектирования, сборки и проверки ее функциональности. К примеру, для демонстрации эффекта Холла используется система управления прерывателем-распреде-лителем зажигания для шестицилиндровых ДВС автомобилей, котораясовершенству- ется в процессе ее разработки. На микроконтроллер подается три сигнала: входные импульсы от датчика Холла, который Профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики - student2.ru Рис. 3.2.12. Изготовленный студентами демонстрационный стенд Демонстрационный стенд включает в себя следующие установленные на него компоненты: шкив, имитирующий вращение коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, индикатор оборотов вращения, коммутатор, микропроцессор, катушка зажигания, высоковольтный емкостной датчик, датчик относительного давления, резиновая груша, с помощью которой происходила имитация разряжения давления во
Содержательно-процессуальный этап. Инсталлирует бесплатное программное Содержательно- процессуальный этап. Определяют устройства, подающие входные
1 2 3 4
обеспечение (интегрированную среду MPLAB IDE) на компьютер для создания проекта. Обучает студентов выбору типа микроконтроллера и отладочного средства, корректировки карты зажигания в программной среде. Инсталлирует драйвера USB для записи откомпилированной программы на микроконтроллер. Контролирует процесс сборки системы управления прерывателем-распределителем зажигания в автомобилях согласно выбранной и упрощенной схеме. Объясняет физический смысл и содер

Наши рекомендации