Структурный подход к преподаванию базовых курсов механики деформируемого твердого тела
Автор: Екатерина Анатольевна Коровайцева
Организация: НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова
В работе представлена методика обучения дисциплинам механики твердого тела, основанная на выделении типов решаемых задач и разработке алгоритмов решения для каждого типа. Особое внимание уделено курсам сопротивления материалов и строительной механики как важнейшим для развития навыка осознанных расчетов в инженерной и научно-исследовательской деятельности.
В рамках этой методики задачи курса сопротивления материалов аккумулированы в 22 типа, для каждого из которых сформулированы краткие алгоритмы решения [1]. Также подчеркивается единство задач расчета различных типов напряженно-деформированного состояния бруса с точки зрения их математической формулировки (рис. 1). Такой подход к обучению позволяет резко сократить объем знаний, подлежащих запоминанию, при одновременном повышении их качественного, обобщающего уровня.
Использование структурного подхода в курсе сопротивления материалов позволяет несложно перейти к обучению курсу строительной механики как центральному в воспитании умения проводить расчеты реальных конструкций. Предлагается, после ознакомления студентов с теоретическими основами курса, демонстрация единства рассматриваемых как в курсе строительной механики, так и в расчетной практике задач с точки зрения математической постановки. Так, для курса строительной механики предлагается введение трех канонических форм линейных краевых задач механики деформируемого твердого тела, которые могут описывать поведение как простейших, так и составных разветвленных конструкций. Указанные формы могут быть использованы для структуризации записи уравнений деформирования элементов конструкций любого типа.
Аналогично курсу сопротивления материалов, для каждой канонической формы представляется алгоритм решения соответствующей задачи.
Следствием такой методики обучения является как формирование комплексного структурного мышления, так и воспитание культуры научной деятельности, которая является необходимым условием защиты компьютерной поддержки научных и инженерных исследований от ошибочных действий вычислителя.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Москвы (проект 19-38-70005 мол_а_мос).
