Тема: "Расчеты на прочность при растяжении и сжатии" Урок- Деловая игра.
методическая разработка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«КОЛЛЕДЖ НЕФТЕХИМИИ И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ ИМЕНИ Н.В. ЛЕМАЕВА»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ОП.04.  Техническая механика

для специальности 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»

 Тема: «Расчеты на прочность при растяжении и сжатии».

Урок- Деловая игра.

Преподаватель: Желновач И.Ю.

2021г.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Пояснительная записка………………………………………………  3
2. План урока ……………………………………………………………  4
3. Сценарий урока   ……. ………………………………………………  5
4. Список используемой литературы………………………………….. 16
5. Приложение.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Согласно ФГОС по специальности «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования» техник при изучения дисциплины «Техническая механика», II раздела «Сопротивление материалов»  темы: «Расчеты на прочность и жесткость при растяжении и сжатии» студент  должен

 иметь представление:

- о внутренних силовых факторах и распределении сил упругости в  поперечном сечении;

- о нормальных напряжениях и распределении их в поперечных сечениях;

- о статических испытаниях материалов; диаграммах растяжения и  сжатия пластичных и            

хрупких материалов;

- о предельных и допускаемых напряжениях;

- о методах расчета элементов конструкции работающих  на  растяжение и сжатие;

          - о методах расчета на прочность;

знать:

- методы определения продольных сил и нормальных напряжений и построения эпюр при        

растяжении и сжатии;

- закон Гука;

- формулы для расчета продольных и поперечных деформаций;

- основы расчетов элементов конструкции на прочность.

уметь:

- при анализе состояния элементов конструкций использовать понятие

  вид нагружения, внутренние силовые факторы, условия прочности.

- строить эпюры продольных сил и нормальных напряжений;

- проводить расчеты на прочность .

         В соответствии с этими требованиями сформулирована цель урока.

Дидактическая цель:    Организовать деятельность студентов по закреплению и контролю знаний по теме: “ Растяжение и сжатие ”.

Развивающаяся цель:   Создать условия для развития познавательной активности, творческих и коммуникативных способностей студентов; развить способность к анализу, самоконтроля и самооценки, умению решать производственные задачи.

Воспитательная цель:    Стремиться к формированию внимательности,  активности,  воспитывать чувства индивидуальной и коллективной ответственности за  результаты работы.

 Для достижения вышеперечисленных целей предлагается провести урок в виде деловой игры.  

 В ходе урока применила:

1. Поисковый метод обучения (деловая игра).

2. Интерактивный метод обучения  (применение ИКТ, тест оболочка ADSoft Tester схемы, карточки тестирования, видиосюжет).

3. Операционный метод обучения (алгоритм).

Вид урока:             Деловая игра.

ЦЕЛИ УРОКА

Дидактическая цель:    Организовать деятельность студентов по закреплению и контролю  

        знаний по теме: “Растяжение и сжатие”.

Развивающаяся цель:    Создать условия для развития познавательной активности, творческих  

и коммуникативных способностей студентов; развить способность к анализу, самоконтроля  

и самооценки, умению решать производственные задачи.

Воспитательная цель:        Стремиться к формированию внимательности,  активности,  

воспитывать чувства индивидуальной и коллективной ответственности за                                                  

результаты работы.

Начальные знания, умения, навыки: 

знать:

- методы определения продольных сил и нормальных напряжений и

  построения эпюр при растяжении и сжатии;

- закон Гука;

- формулы для расчета продольных и поперечных деформаций;

- основы расчетов элементов конструкции на прочность.

уметь:

- определять внутренние силовые факторы,

- строить эпюры продольных сил и нормальных напряжений;

- исходя из условий прочности решать три вида задач.

 Знания, умения, навыки, приобретенные во время урока:

  Уметь самостоятельно проводить  расчеты на прочность при растяжении и сжатии при выполнении  практических задач разного уровня сложности.

Межпредметные связи:

- обеспечивающие дисциплины: математика, физика, материаловедение, техническая механика(I раздел).

- обеспечиваемые дисциплины:  техническая механика (II раздел), электротехника,   электрические машины и аппараты, спецдисциплины.

Наглядные и технические средства обучения:       Урок разработан с применением ИКТ, использована программа  Презентация Microsoft Office PowerPoint, Microsoft Office Vizio, тест оболочка ADSoft Tester, использование информационного оборудования, схемы, карточки тестирования, дидактические карточки, учебник, справочная литература.

                                               ХОД УРОКА

1. Организационный момент. Вступительное слово (10 мин).
2. I  раунд игры: «Теоретики» (10 мин).
3. II раунд игры: «Практики».Тесты на компьютерах и на карточках (20 мин).
4. III раунд игры: «Расчетно-графическое задание» (35мин).
5. Фильм (5 мин).
6. Подведение итогов конкурса (5 мин).
7. Подведение итогов урока(5 мин).

ЭТАПЫ УРОКА

1. Организационный момент.
2. I  раунд игры: «Теоретики» (10 мин).
3. II раунд игры: «Практики».Тесты на компьютерах и на карточках (20 мин).
4. III раунд игры: «Расчетно-графическое задание» (35мин).
5. Фильм (5 мин).
6. Подведение итогов конкурса (5 мин).
7. Подведение итогов урока(5 мин).

Идея урока:

Студентам предлагается игра - конкурс по теме: “Расчеты на прочность и жесткость при растяжении и сжатии ”. Игра состоит из трех раундов. Первый раунд  - теоретический. Студентам предлагаются вопросы на тему: “ Растяжение и сжатие” и   “Расчеты на прочность и жесткость при растяжении и сжатии”.  Раунд является разминочным. Набравшие наиболее количество баллов команда, переходя во второй раунд, имеет право выбора вопроса первой, в ходе которого будут проверяться практические знания студентов по темам: “Деформации при растяжении и сжатии. Построение эпюр продольных сил и нормальных напряжений”. В третьем раунде-финале студенты выполняют расчетно-графические задания, за строго определенное время. Победители игры будут объявлены экспертами, по подведенным итоговым результатам игры в целом.

Организация урока:

Учебная группа разбивается на четыре  игровые команды, по 5-6 человек в каждой. Один из членов команды выбирается на роль руководителя группы; другие два – помощники; игрок-практик, выполняющий практические задания на тест-картах; и остальные, выполняющие тестирование на компьютере. Заранее выбираются эксперты из числа студентов, которые будут помогать как игрокам, так и ведущему в процессе игры: давать консультации, проверять выполнение заданий, следить за правильностью ответов и оценивать работу команд. Ведущим является преподаватель дисциплины в данной группе.

Оснащение урока:

• ИТО, компьютеры, дидактический материал по уроку: тесты, раздаточный материал. Чертежные инструменты, миллиметровая бумага, письменные принадлежности.
• Эксперты должны иметь: правила игры, оценочную ведомость, памятку по подведению итогов игры.

Правила игры:

Игра проходит в форме соревнования между игровыми командами, задача которых — набрать максимальное количество баллов, начисляющиеся за правильно выполненные задания и тактичное поведение во время игры.

Игроки могут обращаться за консультацией к экспертам, но теряя при ответе баллы, преподаватель может влиять на ход игры задавая вопросы, участвовать в дискуссии, подавая реплики. По окончании игры подсчитываются общие баллы, набранными всеми участниками команды за всю игру, в том числе итоги по тест-картам и на компьютерном тестировании, и за определенную сумму баллов каждый игрок получает положительную оценку.

Система оценивания.

Правильность выполнения заданий оценивается по следующим критериям:

В I раунде:

– правильность;
         – быстрота;
         – четкость ответа.

Количество баллов за каждый ответ – максимальное 10 баллов.

Во II раунде:

– умение внимательно слушать задание;

– правильность;

– ориентация в материале;

– краткость;

– культура речи.

Количество баллов показано на слайде презентации.

В III раунде-финале:

– организованность работы в группе;

– умение уложиться во времени при выполнении задания;

– точность в расчетах;

– правильность построения эпюры;

– аккуратность.

Количество баллов выбирают игроки не выше набранных во время игры баллов.

Дополнительно эксперты могут добавить или снизить количество баллов в размере от 1–3 за поведение участников в игре:

повысить:

– взаимопомощь в группе;

– умение слушать ответы соперника;

– правильность организации деятельности;

– умение обращаться с коллегами (экспертами).

понизить:

– замечание ведущего;

– несоблюдение правил игры;

– грубое нарушение.

Результат тестового задания оценивает компьютер.

За выполнение практических заданий на тест-картах, каждая задача оценивается 2 баллами.

Сценарий урока

1.Вступительное слово ведущего: сообщает тему и цели урока-игры.

Слайд 1-3. Добрый день, уважаемые студенты! Присаживайтесь, пожалуйста. Дежурный! Отметим отсутствующих.

Тема урока – «Расчеты на прочность при  растяжении и сжатии».  Знания полученные, после изучения данной темы нужны будут вам в дальнейшем при изучении  II раздела дисциплины  «Техническая механика», при изучении специальных дисциплин, электрических машин и в дальнейшей вашей деятельности как специалиста-техника.

Сегодня мы проведем урок в форме деловой игры.

Акционерным Обществом ОАО Нефтехим объявлен конкурс на выполнение проектных работ стоимостью 1 миллион рублей. В конкурсе участвуют инженерно-технические группы. Проведя предварительный анализ заявок, к участию в конкурсе допущено четыре группы.

Представляю 1 группу. Руководитель Фалыев Азат.

2 группа. Руководитель Шувалов Алексей.

3 группа. Балобанов Андрей.

4 группа. Селезнев Никита.

Для оценки теоретических и практических знаний инженерно-технических групп, приглашена экспертная группа. Разрешите представить: Мальцев Алексей Сергеевич, Катушков Александр и к сожалению  третий эксперт принять участие не смог по состоянию здоровья, пожелаем ему скорого выздоровления, вместо него экспертам помогать будет Желновач И.Ю.

Цель нашего конкурса: определить группу обладающую высокими профессиональными качествами. Все ответы и деятельность групп, оценивается в баллах. Победителям предоставляется право участвовать в реализации проектных работ на 1 миллион рублей.

Конкурс состоит из трех раундов.

I раунд – теоретики. За каждый правильный ответ группа получает один балл. Группы отвечают по очереди, после двух ответов каждой группы, переходим к скоростному режиму ответам на вопросы. Первой отвечает та группа, участник которой поднимет руку, после окончания вопроса ведущего. В этом раунде оценивается:

– правильность;
         – быстрота;
         – четкость ответа.

II раунд – практики. По два участника идут на компьютерное тестирование, один решает практическую задачу, а остальные отвечают на практические вопросы. Каждый участник приносит группе свои баллы. Компьютерное тестирование – пять задач – 5 баллов, практическая задача – два балла, практические ответы на вопросы -5 баллов. При ответах на вопросы оценивается:

– умение внимательно слушать задание;

– правильность;

– ориентация в материале;

– краткость;

– культура речи.

Максимальное количество баллов за II раунд – 12 баллов.

III раунд – финал: Участники выполняют расчетно-графическое задание. Проводят расчеты на прочность при растяжении. По истечению времени финального раунда, слово предоставляется руководителям групп, которые дают заключение о работе конструкции на прочность и жесткость и сдают выполненные расчетно-графические задания экспертам. На выполнение работы отводится 30 минут. В работе оценивается:

– организованность работы в группе;

– умение уложиться во времени при выполнении задания;

– точность в расчетах;

– правильность построения эпюры;

– аккуратность;

–  заключение о работе.

Максимальное количество баллов 13.

 2. Объявляется I раунд.

Слайд 4-15. «Теория – фундамент всех основ» .  Пифагор

1. Как нагрузить прямой брус, чтобы он испытывал только растяжение?

Ответ. Для этого необходимо нагрузить брус силами по центральной продольной оси.

2. Что называется растяжением и сжатием?

Ответ. Растяжением или сжатием называют вид нагружения, при котором в поперечном сечении бруса возникает только один внутренний силовой фактор — продольная сила Nz.

3. Как распределяются по сечению силы упругости при растяжении и сжатии? (Использовать гипотезу плоских сечений.)  

Ответ. Поперечное сечение бруса, плоское и перпендикулярное продольной оси, после деформации остается плоским и перпендикулярным продольной оси. Следовательно, продольные внутренние волокна удлиняются одинаково, о внутренние силы упругости распределены по сечению равномерно.

4. Какого характера напряжения возникают в поперечном сечении при растяжении и сжатии: нормальные или касательные?

Ответ. Нормальные напряжения, т.к.направление совпадает с Nz.

5. Что такое продольная деформация?

Ответ. Продольная деформация - это отношение абсолютного удлинения (укорочения) к первоначальной длине стержня.

6. Что такое поперечная деформация?

Ответ.Поперечная деформация - это отношение абсолютного сужения (расширения) к первоначальной ширине стержня.

7. Какова зависимость между продольной и поперечной деформациями?

Ответ. Связь между продольной и поперечной деформациями определяется коэффициентом Пуассона - коэффициентом поперечной деформации.  

8. Сформулируйте закон Гука для растяжения и сжатия. 

Ответ. В пределах упругости нормальные напряжения пропорциональны относительному удлинению.

9. Каков физический смысл модуля продольной упругости Е?

Ответ. Модуль продольной упругости Е характеризует жесткость материала.

10.  Как определить нормальное напряжение в поперечном сечении бруса?

Ответ. Нормальное напряжение при растяжении (сжатии) определяют как отношение продольной силы в сечении к площади поперечного сечения.

11. В каких единицах измеряется напряжение?  

Ответ. Размерность (единица измерения) напряжений Н/м2 (Па), однако это слишком малая единица, и практически напряжения рассчитывают в Н/мм2 (МПа):        1 МПа = 106 Па = 1 Н/мм2.

12. Что называется эпюрой продольных сил? 

Ответ. Эпюрой продольной силы называется  график распределения продольной силы вдоль оси бруса.

13.  Как строится эпюра продольных сил?

Ответ. Проводится ось эпюры параллельно оси бруса. Значения продольных сил откладывают от оси эпюры, положительные - вверх, отрицательные - вниз.

14.  Какие поперечные сечения бруса называют опасными?

Ответ.  Опасными называют сечения, где возникает максимальное напряжение,  при котором в материале возникает опасное состояние (разрушение или опасная деформация).

15. Как определяют удлинение (укорочение) участка бруса с постоянным поперечным сечением и постоянной продольной силой по всей его длине?

Ответ.  Удлинение (укорочение) такого бруса определяют как отношение произведения продольной силы и длины участка к жесткости сечения.

Спасибо за ответы. Наши эксперты подсчитывают баллы, а мы переходим ко второму раунду.

3. Объявляется II раунд – практики.

Слайд 14 -31. «То, что сегодня наука, – завтра  техника».  Теллер Эдвард

Преподаватель: «Руководители групп, представьте  двух участников, кто идет на компьютерное тестирование и  кто будет решать практическую задачу. Участники займите свои места у компьютеров Оставшиеся отвечают на практические вопросы разбитыми по категориям, значимость которых определена в таблице по баллам».

Время для выполнения задания 15 минут.

Слово нашим экспертам. Сколько баллов заработала каждая группа за I раунд?

Вопросы:

1. Продольная сила.

1. Как определить продольную силу  Nz?  

Ответ. Для определения продольной силы  Nz, необходимо использовать метод сечений и составить уравнение равновесия для рассматриваемой отсеченной части балки. Продольная сила равна алгебраической сумме проекций всех сил на ось оZ, действующих на отсеченную часть.

2. Определите количество участков для нахождения продольной силы вдоль всего бруса.

2. Нормальное напряжение.

1.Зависят ли напряжения, возникающие при растяжении, от формы поперечного сечения?

Ответ. Напряжения, возникающие при растяжении, от формы поперечного сечения не зависят.

2.Определите количество участков для нахождения нормального напряжения вдоль всего бруса.

Ответ. Четыре участка.

3. Как изменится напряжение, если площадь поперечного сечения балки увеличить в два раза?

Ответ. Напряжение уменьшиться в два раза.

4.  Определите  в сечении 3-3.

Ответ. = 160 МПа

3. Эпюра.

1. Как проверить правильность построения эпюры?

Ответ. На эпюре в точке приложения силы должен быть скачок равный величине  приложенной силы.

2. Выбрать соответствующую эпюру продольных сил в поперечных сечениях бруса рис.

Ответ. Эпюра-В.

3. Чем отличается эпюра продольной силы от эпюры нормальных напряжений?

 Ответ. На эпюре нормальных напряжений значение напряжения изменяется в точке изменения площади поперечного сечения.

4. Загрузить брус постоянного поперечного сечения по схеме эпюры Nz, если левый конец балки защемлен.

Ответ.

5. Расчет на прочность.

1. Перечислите три вида расчета на прочность при растяжении и сжатии. В чем заключается проверочный расчет?

Ответ. Проверочный, проектировочный, определение максимальной нагрузки.

 Расчетное напряжение не должно превышать допускаемое  напряжение.    

2. Что называется допускаемым напряжением? Чему равно допускаемое напряжение, если известны механические характеристики материала =560МПа; =870МПа; допускаемый коэффициент запаса прочности   .

Ответ.  Допускаемое напряжение – максимальное напряжение, при котором материал должен нормально работать.

280МПа

3. Проверить прочность материала, если: максимальное напряжение в сечении

 Па; =400МПа;=640МПа;  

Ответ.  ; 240; условие прочности не выполняется.

4. Кот в мешке. Демонстрируется фрагмент мультфильма.

Обоснуйте поломку конструкции с точки зрения расчета прочности.

Слово нашим экспертам. Сколько баллов заработала каждая группа.

5. Объявляется финальный III раунд.

«Деяние есть живое единство теории и практики»  Аристотель.

Все приступаем к расчетно-графическому заданию. На выполнение работы отводится 30 минут. По истечению времени финального раунда, слово предоставляется руководителям групп, которые дают заключение о работе конструкции на прочность и жесткость и сдают выполненные расчетно-графические задания экспертам.

Задание: Проверить прочность бруса, построив эпюры продольных сил и изгибающих моментов. Материал сталь – 40-X, предел текучести σт=500МПА, допускаемый коэффициент запаса прочности [S]=2.

Звучит тихая музыка.

Руководители групп представляют заключение о работе конструкции.

Пока наши эксперты проверяют работы, мы посмотрим короткометражный фильм о прочности конструкции.

6. Демонстрация фильма о прочности конструкции.

Как мы видим из этого фильма, работоспособность конструкции зависит не только от расчета на прочность, но и от механики разрушения материала, которая представляет собой целую науку.

7. Подведение итогов конкурса. 

Слово предоставляется нашим экспертам.

Победителем конкурса на выполнение проектных работ стоимостью в 1 миллион рублей объявленным ОАО Нефтехим становится группа – №

Поздравляем победителей, их ждет впереди интересная большая высокооплачиваемая работа.

Для начала этой работы, вручаем … .

8. Подведение итогов урока.

Рефлексия.