Дискуссионная площадка "Лучшие образовательные практики Политеха: дистанционно vs очно"

Данная практика реализуется в рамках международного университетского сетевого проекта на базе консорциума, в который входят 17 членов (представители из России, Австрии, Казахстана, Балканских стран). Основными университетами – участниками проекта «Синергия», предоставляющими ресурсы лабораторных комплексов, являются: СПбПУ (4 лаборатории), Севастопольский государственный университет (4 лаборатории), НИУ Московский энергетический институт (2 лаборатории), Карагандинский государственный технический университет (2 лаборатории). Индустриальные партнеры – Международный промышленный концерн FESTO, Международная компания Siemens, Международная компания Schneider Electric.

Практика направлена на проведение лабораторных и практических работ в режиме реального времени с удаленным использованием 12 лабораторий, оснащенных высокотехнологичным оборудованием при поддержке Международного промышленного концерна FESTO и компании Siemens.

Целью проекта является развитие у студентов навыков по проектированию интегрированных интеллектуальных систем управления и управлению комплексными распределенными объектами, системами и процессами с большим потоком информации.

Проект объединяет следующие ресурсы:

-     лаборатории, оснащенные высокотехнологичным оборудованием Siemens, FESTO, Schneider Electric для проведения лабораторных работ в режиме реального времени;

-     согласованные модули в учебных планах (при наличии договора о сетевой форме реализации образовательных программ);

-     лабораторный практикум с удаленным доступом к оборудованию;

-     лекционные курсы в дистанционном формате;

-      онлайн-курс СПбПУ «Современная промышленная электроника» https://openedu.ru/course/spbstu/MODIEL/;

-     Сетевой научно-технический совет по защите магистерских диссертаций в дистанционном формате (при наличии договора о сетевой форме реализации образовательных программ).

Современная платформа учебно-научного центра «СПбПУ-FESTO» дает возможность студентам активно применять в процессе обучения интерактивные дистанционные технологии взаимодействия с оборудованием лабораторного комплекса, самостоятельно выбирать тематику и выполнять проекты по разработке инновационных технологических решений внедрения киберфизических систем в производство в рамках концепции Индустрии 4.0.

Комплексные проекты затрагивают ряд аспектов: это и базовые технические модули, раскрывающие технологии Индустрии 4.0, и проектная работа, предполагающая совместную деятельность команды студентов.

Схема организации взаимного дистанционного доступа через сеть Интернет к лабораторному оборудованию представлена на рис. 2.1.

 

Рис. 2.1. Схема организации взаимного дистанционного доступа через сеть Интернет
к лабораторному оборудованию

 Согласно представленной на рис. 2.1 схеме дистанционное практико-ориентированное обучение включает следующие этапы реализации.

1. Студент, находясь дома или в учебном классе, прослушивает лекции, получает задание по видео-конференц-связи, удаленно выполняет проекты (разрабатывает программные продукты) и размещает их на платформе LMS (возможно, в Google).

2. Преподаватель предоставляет студенту удаленный доступ к серверу для работы с лабораторными установками (станции MPS), консультирует.

3. Студент удаленно тестирует и дорабатывает свой программный продукт в рамках полученного задания на лабораторную работу, практическое занятие или проект.

4. Студент видит результат работы своего программного продукта, анализирует его характеристики, готовит отчетную документацию.

5. Преподаватель видит результаты работы студента, оценивает ее качество.

Перечень укрупненных групп специальностей и направлений подготовки, в рамках реализации которых может быть использована практика:

-          09.00.00 Информатика и вычислительная техника;

-          27.00.00 Управление в технических системах;

-          15.04.04 Мехатроника и робототехника;

-          11.00.00 Электроника, радиотехника и системы связи;

-          13.00.00 Электро- и теплоэнергетика;

-          15.00.00 Машиностроение;

-          23.00.00 Техника и технологии наземного транспорта;

-          24.00.00 Авиационная и ракетно-космическая техника;

-          26.00.00 Техника и технологии кораблестроения и водного транспорта.

Примерный перечень дисциплин для включения практики:

-          Автоматизация технологических процессов и производств;

-          Интеллектуальные системы управления;

-          Современная промышленная электроника;

-          Робототехнические системы;

-          Нейроинформатика и нейроуправление;

-          Моделирование киберфизических систем;

-          Современная теория управления.

В качестве примера лабораторных и практических заданий, выполняемых удаленно, можно привести задание на практическое занятие по теме «Основы разработки человеко-машинного интерфейса» (Приложение 1.1), для программ бакалавриата или лабораторную работу на тему «Удаленное управление лабораторным комплексом сборочной линии» (Приложение 1.2) для обучающихся по различным образовательным программам магистратуры, изучающих управление в технических системах как смежное направление (https://synergy.spbstu.ru).

Отдельный интерес представляет практика организации удаленной командной работы студентов над комплексными проектами. Тематика проектов, реализуемых командами студентов, лежит в следующих сферах:

-     передовые производственные технологии;

-     автоматизация технологических процессов и производственных систем;

-     мехатроника и робототехника;

-     киберфизические системы;

-     организация и управление высокотехнологичными производственными процессами.

В качестве задания студенты получают сценарий, постановку цели проекта и ряда задач, которые необходимо решить для ее достижения. В качестве одного из примеров можно привести задание на проектную работу на тему «Анализ элементов и разработка производственной киберфизической системы» (Приложение 1.3). При реализации проекта студенты руководствуются материалами прослушанных модулей и, имея достаточно большую степень свободы по применению различных технологий, моделируют и разрабатывают систему.

Оценивая проекты, команда преподавателей рассматривает каждый отдельный профессиональный модуль, имеющий самостоятельные критерии оценивания (например, критерии и методы тестирования оборудования и систем; стратегии решения задач, включая оптимизацию; принципы и методы разработки и создания инновационных решений; разработка и применение полного производственного цикла, и т. п.). Кроме того, оцениваются навыки командной работы: работа в команде и коммуникации; планирование; методы решения проблем; контроль времени.

Такие подходы и модели оценивания с успехом применяются при составлении заданий для различных конкурсов и студенческих олимпиад, например, «Я – Профессионал» и WorldSkills.

Один из примеров презентации выполненного в соответствии с заданным сценарием проекта представлен в Приложении 1.4. Это проект группы студентов, участвовавших в летней школе СПбПУ «Умное производство и цифровое будущее», которая проходила с 5 по 16 июля 2021 года в онлайн-формате. В школе приняли участие 33 студента из разных стран мира, в т.ч. из Беларуси и России. Использование дополнительно к основному образовательному процессу формата зимних и летних школ, которые СПбПУ проводит регулярно, позволяет повысить уровень формируемых у студентов компетенций и достигнуть более значительных результатов обучения.

Начиная с 2020 года, такие школы проходят в том числе и в онлайн-формате, что привлекает большее количество студентов. Так, в 2021 году в учебно-научном центре «СПбПУ-FESTO» проведены четыре различные школы: Введение в искусственный интеллект; Машинное обучение; Большие данные; Умное производство и цифровое будущее. В работе школ, также, как и в работе основных образовательных программ, регулярно участвуют преподаватели из зарубежных университетов Австрии, Великобритании, Германии, Китая, Финляндии и Франции (https://summerschool.spbstu.ru).

 В рамках обеспечения технологии организации взаимного дистанционного доступа через Интернет к лабораторному оборудованию Политех предоставляет сторонним вузам-партнерам:

-     лаборатории, оснащенные высокотехнологичным оборудованием Siemens, FESTO, Schneider Electric для проведения лабораторных работ в режиме реального времени: 50 виртуальных машин для дистанционного программирования программируемых логических контроллеров (ПЛК) и HMI панелей (человеко-машинного интерфейса); 4 удаленных рабочих места для отработки и отладки программного обеспечения АСУ ТП и роботов-манипуляторов в режиме online, 4-5 команд по 4-6 участников;

-     взаимодействие с лабораториями вузов-партнеров проекта «Синергия»;

-     прохождение поддерживающих онлайн-курсов СПбПУ «Современная промышленная электроника» (https://openedu.ru/course/spbstu/MODIEL/) и «Технологии цифровой промышленности» (https://openedu.ru/course/spbstu/DIGTECH/), размещенных на Национальной платформе открытого образования;

-     лабораторный практикум с возможностью выполнения заданий в удаленном формате;

-     возможность подключения в дистанционном формате к обменным лекционным курсам вузов сетевого партнерства;

-     практику работы сетевого научно-технического совета по защите магистерских диссертаций в дистанционном формате (более 50-ти совместных защит за период с 2014 года).

 Контакты для детального ознакомления с опытом: Северо-Западный межвузовский региональный учебно-научный центр «СПбПУ-ФЕСТО», директор Потехин Вячеслав Витальевич, кандидат технических наук, доцент, Slava.Potekhin@spbstu.ru.