Виртуална лабораторна работа при изучаване на курса "Материалознание"

Сексяева Яна Александровна, магистър, FGBOU VPO "Южноуралски държавен университет" (Национален изследователски университет), Челябинск [email protected]

Студент магистър FGBOU VPO "Южноуралски държавен университет" (Национален изследователски университет), Челябинск [email protected]

Лисовски Роман Андреевич, магистър FGBOU VPO "Южноуралски държавен университет" (Национален изследователски университет), Челябинск [email protected]

Радионова Людмила Владимировна, кандидат на техническите науки, доцент в Катедрата за машини и технологии за обработка на материали под налягане, FSBEI HPE "Южноуралски държавен университет" (Национален изследователски университет), Челябинск [email protected]

Абстракт. Тази статия описва виртуалната лабораторна работа "Изграждане на диаграма олово-антимон по термичен метод", "Изграждане на изотермична диаграма на разлагане на преохладен аустенит", "Макродефекти на стоманите", интерактивна диаграма "Железен циментит "и електронен албум от микроструктури на стомани и сплави, използвани при изучаването на дисциплината„ Материалознание "в техническите университети и институциите за професионално образование, както в класната стая, така и при дистанционното обучение. Подробно е описан методът за провеждане на виртуална лабораторна работа по изграждане на диаграма на състоянието на олово-антимон по термичен метод, внедрен като софтуерен продукт в среда Unity3d. Ключови думи: материалознание, виртуална лабораторна работа, държавна диаграма, дистанционно обучение.

С развитието на компютърните технологии за обучение все по-често се обсъжда въпросът за необходимостта от създаване на виртуални лабораторни работи и частично или пълно прехвърляне на семинари от лаборатории в компютърни класове [1]. Виртуалната лабораторна работа е информационна система, която интерактивно симулира реален технически обект и предоставя отлична възможност за изучаване на неговите свойства чрез компютърна визуализация.

Според нас трябва да се диференцира подходът към проблема за създаване на виртуални лабораторни работи и въвеждането им в образователния процес. Невъзможно е обучението на особено технически специалисти да се сведе до виртуално обучение, до ситуация, в която ученикът няма възможност да докосне оборудването и материалите със собствените си ръце. Не бива обаче да се пренебрегват възможностите на компютърното 3D моделиране, което се възприема особено положително, когато е органично интегрирано в учебния процес и носи не само почит към модата, но и дълбок смисъл и необходимост. В учебните програми на техническите университети, колежи и техникуми се обръща голямо внимание на курса „Материалознание“, който в предишните поколения GOS се наричаше „Металургия“ и „Физическа металургия“. Една от ключовите теми в този курс е изучаването на диаграми с двойна сплав. Традиционно, за да разберат студентите принципа на работа с такива диаграми и условията, при които са построени, се извършва една от примерните лабораторни работи, а именно „Изграждане на държавна диаграма на оловно-антимонов метод“ [2,3 ]. Лабораторната работа включва експериментални изследвания, по време на които се изучава процесът на кристализация на пет оловно-антимонови сплави с различни концентрации, както и кристализацията на чисто олово и антимон. При извършване на работата сплавите се топят в тигелна пещ и след това с помощта на термодвойка се записва промяната в температурата на сплавта във времето, което впоследствие позволява да се начертаят кривите на охлаждане на тези сплави и фазова диаграма [4,5]. Наскоро обаче, поради намаляването на часовете в класната стая, отделени за изучаване на този предмет, както и поради затягането на санитарните и хигиенните изисквания (SanPiN 2.4.2.282110) към класните стаи, методологията за извършване на тази работа трябваше да бъде значително ревизиран, а именно да се изключи първата част от работата, в която е разтопена и кристализирана изследваните сплави. Това доведе до факта, че учителят беше принуден да обясни на учениците първата част от работата „на пръсти” и след това да даде резултатите от измерванията, според които учениците вече начертаваха кривите на охлаждане и състоянието диаграма.

Лабораторната работа "Изграждане на диаграма олово-антимон по термичен метод", според нас е точно случаят, когато е възможно органично да се комбинират новите компютърни технологии и традиционния подход към преподаването. Целта на тази работа е да показват, използвайки примера на виртуално-реалната лабораторна работа „Изграждане на диаграма олово-антимон по термичен метод“, възможността и целесъобразността на използването на съвременни компютърни технологии при изучаването на традиционни технически дисциплини на ново ниво.

Използвахме игралния механизъм Unity3d като среда за изпълнението на проекта. Изборът беше направен в полза на този мултиплатформен инструмент, тъй като той е добре доказан инструмент за разработване на двуизмерни приложения и игри, работещ под операционни системи Windows и OS X. Също така, като един от положителните аспекти при избора на среда за при изпълнението на проект си струва да се отбележи, че Unity3d се разпространява безплатно.При внедряването на виртуална версия на лабораторни работи трябва да обърнете достатъчно внимание на идентичността на виртуалното и реалното оборудване. Затова обърнахме голямо внимание на „чертежа“ на оборудването и устройствата. Трябва също да се отбележи, че виртуалната лабораторна работа, както и реалната, трябва да има подробни методически указания за нейното изпълнение. Изпълнението на виртуална лабораторна работа също трябва да започне с запознаване с методологичните инструкции, въпреки че е ясно, че не може да възникне реална опасна ситуация, ако последователността от действия се изпълнява неправилно, и ние ще бъдем предупредени за виртуални опасности чрез съобщения, предоставени от софтуера и се показва на екрана на компютъра.възможност за получаване на описания и подсказки, за които е достатъчно да натиснете клавиша „H“ и да преместите курсора на обекта, който ви интересува. В експерименталната част на лабораторната работа се извършва кристализация на оловно-антимонови сплави с различни концентрации, а именно 5, 13, 25, 50 и 75% антимон, както и два чисти компонента 100% олово и 100% антимон. Виртуалната лаборатория, в която се извършва изследването, включва цялото необходимо оборудване и материали, показани на фиг. 1.