Bakalářská práce se zabývá aplikací CAE do výuky technických předmětů na střední škole. V užším vymezení je výuka předmětů MEC, SPS, PPK rozšířena o využívání nových vý-počtových nástrojů, zejména MKP (metoda konečných prvků).
Bakalářská práce je motivována snahou o zvýšení technické úrovně vzdělávání na střední škole. Možnost dalšího rozvoje klíčových kompetencí žáků, má přispět k jejich lepšímu uplatnění na trhu práce. Vývoj výpočetní techniky umožňuje pronikání výkonných výpo-čtových nástrojů vybraných ústavů vysokých škol a specializovaných komerčních pracovišť mezi širší spektrum konstruktérů, výpočtářů i do nižších stupňů vzdělávacích institucí. Žáci středních škol se již běžně setkávají s CAD, CAM, CAQ a dalšími počítačově podpo-rovanými obory. MKP je další technologií, se kterou je vhodné žáky středních škol na od-povídající úrovni seznámit.
V teoretické části rozebírám učební plány technických předmětů na střední škole s cílem nalezení vhodného způsobu aplikace MKP do výuky. Zařazení vhodně volených příkladů upevňuje znalosti žáků v technických předmětech a vytváří základ pro jejich prohlubování v dalším studiu. Interdisciplinární MKP posiluje mezipředmětové vztahy a přispívá k prohlubování integrovaného obsahu vzdělávání.
Praktická část práce obsahuje přípravy na vyučovací hodiny předmětu SPS. Příklady řešené klasicky pomocí vzorců jsou verifikovány softwarem založeným na analytických výpo-čtových metodách a také pomocí MKP.
Hlavním cílem takto rozšířené výuky technických předmětů je promítnutí požadavků sou-časné konstrukční praxe do přípravy žáků na budoucí technické povolání. Výuka MKP má zvyšovat motivaci žáků při studiu, přispět k větší názornosti, rozvíjet jejich kreativitu, sa-mostatnou činnost při hledání optimálních řešení v kratším čase, zvýšit atraktivitu a popu-laritu obtížných technických předmětů, inspirovat při výběru oborové specializace. Žáky je nutno vést ke správnému formulování technických problémů, k verifikaci a kontrole řešení praktických příkladů, ke správné interpretaci výsledků řešení.
Annotation in English
This Bachelor work deals with application of CAE to teaching technical subjects at a high school. The MEC, SPS, PPK subjects are enhanced by the use of new computational tools, especially FEM (finite element method).
This Bachelor work is motivated by effort to increase the level of technical education in a high school. The possibility of further development of key competencies should contrib-ute to get a better job in labor market. Development of computer technology allows the penetration of powerful computational tools to a wider range of designers, specialists and to lower levels of educational institutions. The high school students are familiar with CAD, CAM, CAQ and other computer aided technologies. FEM is the other technology which is suitable to introduce to the high school students at an adequate level.
The theoretical part deals with the curriculum of technical subjects at a high school in order to find a suitable way of application FEM to education. Inclusion of suitably selected practical examples reinforces the students' knowledge in technical subjects and creates a basis for its deepening in further studies. Interdisciplinary FEM strengthen relations among school subjects and contribute to the deepening of an integrated curriculum.
The practical part includes preparations for the lessons of SPS subject. Examples classically solved using formulas are verified by software which is based on analytical calculation methods. These examples are verified by FEM too.
The main goal of the enlarged teaching technical subjects is reflecting the requirements of the current design experience to preparing students for a future technical occupation. Teaching FEM should increase motivation of students to study, to contribute to greater clarity, to develop their creativity, to develop their independent activity by searching opti-mal solutions in shorter time, to increase the attractiveness and popularity of difficult tech-nical subjects, to inspire the choice of specialization. Students should be led to the correct formulation of technical problems, to the verification and inspection of practical examples and to the correct interpretation of the results of the solution.
Bakalářská práce se zabývá aplikací CAE do výuky technických předmětů na střední škole. V užším vymezení je výuka předmětů MEC, SPS, PPK rozšířena o využívání nových vý-počtových nástrojů, zejména MKP (metoda konečných prvků).
Bakalářská práce je motivována snahou o zvýšení technické úrovně vzdělávání na střední škole. Možnost dalšího rozvoje klíčových kompetencí žáků, má přispět k jejich lepšímu uplatnění na trhu práce. Vývoj výpočetní techniky umožňuje pronikání výkonných výpo-čtových nástrojů vybraných ústavů vysokých škol a specializovaných komerčních pracovišť mezi širší spektrum konstruktérů, výpočtářů i do nižších stupňů vzdělávacích institucí. Žáci středních škol se již běžně setkávají s CAD, CAM, CAQ a dalšími počítačově podpo-rovanými obory. MKP je další technologií, se kterou je vhodné žáky středních škol na od-povídající úrovni seznámit.
V teoretické části rozebírám učební plány technických předmětů na střední škole s cílem nalezení vhodného způsobu aplikace MKP do výuky. Zařazení vhodně volených příkladů upevňuje znalosti žáků v technických předmětech a vytváří základ pro jejich prohlubování v dalším studiu. Interdisciplinární MKP posiluje mezipředmětové vztahy a přispívá k prohlubování integrovaného obsahu vzdělávání.
Praktická část práce obsahuje přípravy na vyučovací hodiny předmětu SPS. Příklady řešené klasicky pomocí vzorců jsou verifikovány softwarem založeným na analytických výpo-čtových metodách a také pomocí MKP.
Hlavním cílem takto rozšířené výuky technických předmětů je promítnutí požadavků sou-časné konstrukční praxe do přípravy žáků na budoucí technické povolání. Výuka MKP má zvyšovat motivaci žáků při studiu, přispět k větší názornosti, rozvíjet jejich kreativitu, sa-mostatnou činnost při hledání optimálních řešení v kratším čase, zvýšit atraktivitu a popu-laritu obtížných technických předmětů, inspirovat při výběru oborové specializace. Žáky je nutno vést ke správnému formulování technických problémů, k verifikaci a kontrole řešení praktických příkladů, ke správné interpretaci výsledků řešení.
Annotation in English
This Bachelor work deals with application of CAE to teaching technical subjects at a high school. The MEC, SPS, PPK subjects are enhanced by the use of new computational tools, especially FEM (finite element method).
This Bachelor work is motivated by effort to increase the level of technical education in a high school. The possibility of further development of key competencies should contrib-ute to get a better job in labor market. Development of computer technology allows the penetration of powerful computational tools to a wider range of designers, specialists and to lower levels of educational institutions. The high school students are familiar with CAD, CAM, CAQ and other computer aided technologies. FEM is the other technology which is suitable to introduce to the high school students at an adequate level.
The theoretical part deals with the curriculum of technical subjects at a high school in order to find a suitable way of application FEM to education. Inclusion of suitably selected practical examples reinforces the students' knowledge in technical subjects and creates a basis for its deepening in further studies. Interdisciplinary FEM strengthen relations among school subjects and contribute to the deepening of an integrated curriculum.
The practical part includes preparations for the lessons of SPS subject. Examples classically solved using formulas are verified by software which is based on analytical calculation methods. These examples are verified by FEM too.
The main goal of the enlarged teaching technical subjects is reflecting the requirements of the current design experience to preparing students for a future technical occupation. Teaching FEM should increase motivation of students to study, to contribute to greater clarity, to develop their creativity, to develop their independent activity by searching opti-mal solutions in shorter time, to increase the attractiveness and popularity of difficult tech-nical subjects, to inspire the choice of specialization. Students should be led to the correct formulation of technical problems, to the verification and inspection of practical examples and to the correct interpretation of the results of the solution.
Zpracování rešerše a studium odborné literatury
Rozbor učebních plánů konstrukčních předmětů na střední škole.
Vymezení pojmů a teoretických východisek z oblasti využití MKP (metoda konečných prvků).
Příprava na výuku technického předmětu s aplikací MKP.
Volba technických prostředků ve výuce.
Příprava metodiky výzkumné části.
Realizace kvantitativního výzkumu přínosu zařazení MKP do výuky.
Zpracování a vyhodnocení získaných dat, včetně jejich interpretace.
Prezentace výsledků výzkumu, jejich shrnutí a doporučení pro praxi.
Research Plan
Zpracování rešerše a studium odborné literatury
Rozbor učebních plánů konstrukčních předmětů na střední škole.
Vymezení pojmů a teoretických východisek z oblasti využití MKP (metoda konečných prvků).
Příprava na výuku technického předmětu s aplikací MKP.
Volba technických prostředků ve výuce.
Příprava metodiky výzkumné části.
Realizace kvantitativního výzkumu přínosu zařazení MKP do výuky.
Zpracování a vyhodnocení získaných dat, včetně jejich interpretace.
Prezentace výsledků výzkumu, jejich shrnutí a doporučení pro praxi.
Recommended resources
COTETIU, Radu et al. New Trends in Mechanical Design and Technologies. Cluj Napoca : Risoprint, 2005. ISBN 973-751-084-4.
DILLINGER, Josef. Moderní strojírenství pro školu i praxi. Europa - Sobotáles, 2007. ISBN 80-86706-19-2.
HRMO, Roman et al. Didaktika technických predmetov. Bratislava : Slovenská technická univerzita, 2005. ISBN 80-227-2191-3.
KRATOCHVÍL, Ctirad a Emanuel ONDRÁČEK. Mechanika těles: Počítače a MKP. Brno : VUT, 1987.
KROPÁČ, Jiří et al. Didaktika technických předmětů: vybrané kapitoly. Olomouc : Univerzita Palackého, 2004. ISBN 80-244-0848-1.
Recommended resources
COTETIU, Radu et al. New Trends in Mechanical Design and Technologies. Cluj Napoca : Risoprint, 2005. ISBN 973-751-084-4.
DILLINGER, Josef. Moderní strojírenství pro školu i praxi. Europa - Sobotáles, 2007. ISBN 80-86706-19-2.
HRMO, Roman et al. Didaktika technických predmetov. Bratislava : Slovenská technická univerzita, 2005. ISBN 80-227-2191-3.
KRATOCHVÍL, Ctirad a Emanuel ONDRÁČEK. Mechanika těles: Počítače a MKP. Brno : VUT, 1987.
KROPÁČ, Jiří et al. Didaktika technických předmětů: vybrané kapitoly. Olomouc : Univerzita Palackého, 2004. ISBN 80-244-0848-1.
Enclosed appendices
CD ROM
Appendices bound in thesis
graphs, tables
Taken from the library
No
Full text of the thesis
Appendices
Reviewer's report
Supervisor's report
Defence procedure record
Student prezentoval svou práci včetně odpovědí na otázky uvedené v posudcích. Prof. Chráska upozornil na nevhodně stanovené hypotézy a nedostatečný počet respondentů skupiny učitelů. Student dále odpověděl na otázky prof. Chrásky vztahující se k chybě ve výpočtech.