Методические рекомендации по управлению качеством образования в условиях смешанного и дистанционного обучения на основе опыта инженерного вуза
Разинкина Елена Михайловна, доктор педагогических наук, профессор, проректор по образовательной деятельности СПбПУ, razinkina_em@spbstu.ru
Зима Елена Алексеевна, кандидат технических наук, доцент, директор центра качества образования СПбПУ, zima_ea@spbstu.ru
Панкова Людмила Владимировна, кандидат экономических наук, доцент, руководитель дирекции основных образовательных программ СПбПУ, pankova_lv@spbstu.ru
2. Рекомендации по проведению лабораторных практикумов с удаленным доступом к оборудованию
2.2. Лабораторный практикум с удаленным доступом к оборудованию на базе Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» «CompMechLab) СПбПУ
Цель данного практикума – дать обучающимся представление о принципах 3D-печати, о возможностях и ограничениях аддитивных технологий, показать на реальных примерах применение этих технологий в промышленности и в учебной деятельности.
В ходе выполнения лабораторного практикума студенты получают знания о различных вариантах применения 3D-печати: от визуальных макетов до 3D-печати еды; знакомятся со всеми основными видами 3D-печати (FDM, SLA, SLM и др.), а также образцами каждой из технологий; определяют, в каких случаях наиболее выгодно применять аддитивные технологии по сравнению с традиционными (конвенциальными) технологиями, такими как литьё и фрезерование; могут задать вопросы на форуме курса и получить ответы напрямую от экспертов в области аддитивных технологий.
На рис. 2.2 представлена схема организации взаимного удаленного доступа через сеть Интернет к 3D-принтерам, размещенных в лабораториях университета.
Рис. 2.2. Схема организации взаимного дистанционного доступа через сеть Интернет к лабораторному оборудованию (3D-принтерам)
Для удаленного обучения студентам необходимо иметь компьютеры с программным обеспечением для моделирования изделий (Autodesk Fusion 360 с бесплатной учебной лицензией или любое другое аналогичное программное обеспечение).
Оснащение на стороне образовательной организации: лаборатории, оснащенные 3D-принтерами, компьютером, веб-камерой, доступом в сеть Интернет для организации и проведения лабораторных и практических работ в режиме реального времени.
Согласно представленной на рис. 2.2 схеме реализация дистанционного практико-ориентированного обучения состоит из следующих этапов.
Студент:
- прослушивает лекции, получает задание c использованием массового открытого онлайн-курса «Аддитивные технологии (3D-печать). Вводный курс» (https://ru.coursera.org/learn/additivnye-tekhnologii),
- самостоятельно проектирует изделие и получает CAD-модель.
Преподаватель:
- предоставляет студенту доступ к серверу удаленного доступа для 3D-печати изделия и наблюдает за процессом,
- видит результаты выполненного проекта, оценивает качество проекта и обсуждает результаты со студентами.
Перечень направлений подготовки, в рамках реализации которых может быть использована практика:
- 12.04.01 Приборостроение;
- 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника;
- 15.03.01 Машиностроение;
- 22.03.02 Металлургия;
- 15.04.03 Прикладная механика;
- 22.04.01 Материаловедение и технологии материалов;
- 22.04.02 Металлургия;
- 27.03.05 Инноватика и др.
В качестве примера лабораторной работы можно привести задание на проектирование энергопоглощающего контейнера, изготавливаемого способом 3D-печати с минимальной ручной постобработкой. Получившуюся 3D-модель в формате STL в виде одного или нескольких файлов необходимо направить на почту преподавателю. В письме желательно прислать не файлы, а ссылки для скачивания файлов из облачного хранилища (Google Drive, Dropbox, Яндекс.Диск, Mail Cloud и другие). Размер каждого STL-файла не должен превышать 50 Мб. Если по какой-то причине не получится удовлетворить этому требованию, в сопроводительном письме следует указать, что именно было сделано для снижения размера файла и почему это не помогло.
К создаваемым объектам предъявляются следующие требования:
- полезный груз: куриное яйцо категории С1;
- технология печати и материал: экструзионная (FDM) печать стандартным материалом ABS или PLA, ограничение по габаритам одной детали 180 х 180 х 180 мм.
Критерии оценки и сравнения вариантов
При оценке результатов решения поставленной задачи применяются следующие критерии (приведены в порядке убывания приоритета):
1) сохранение целостности скорлупы яйца при падении контейнера с яйцом с высоты 2 м вниз на кафельный пол с нулевой начальной вертикальной скоростью только под действием силы тяжести;
2) стоимость 3D-печати (учитывается стоимость материалов и время печати, см. дополнительную информацию ниже);
3) стоимость ручной постобработки (учитывается время ручной постобработки, см. дополнительную информацию ниже);
4) успешное повторение эксперимента из п. 1;
5) успешное повторение эксперимента из п. 1 с увеличением высоты на 0,5 м.
При сравнении различных моделей используются следующие коэффициенты:
- стоимость 3D-печати из ABS и PLA – 20 руб./см3;
- стоимость времени работы FDM принтера – 40 руб./час.
Рекомендации для студентов по решению задачи
При решении поставленной задачи рекомендуется принять во внимание следующую информацию:
- при проектировании объектов для 3D-печати целесообразно учитывать технологические ограничения применяемых аддитивных технологий;
- для технической оценки технологичности спроектированных изделий, необходимого для печати количества материалов и продолжительности печати можно воспользоваться доступным открытым программным обеспечением, например, системой Repetier Host в паре со слайсером Slic3r;
- при проектировании энергопоглощающего контейнера следует учитывать две основные характеристики данного объекта – достаточно малую жесткость и способность поглощать энергию удара;
- достаточно малая жесткость контейнера необходима для обеспечения низкого уровня воздействующего на груз замедления, которое при большой величине способно привести к повреждениям груза;
- способность поглощать энергию необходима для снижения количества вторичных ударов после падения и, как следствие, снижения вероятности повреждения груза;
- при выборе геометрических форм можно руководствоваться интуицией, заимствовать формы у существующих технических или природных объектов, а также применять специализированные программные системы компьютерного инжиниринга, топологической оптимизации или генеративного дизайна;
- при необходимости в дополнение к сдаваемым на печать моделям можно отправить организаторам перечень пожеланий по ориентации печатаемых деталей в камере принтера, толщине слоя, параметрам заполнения, а также пожеланий по постобработке изделия.
СПбПУ готов организовать в удаленном формате лабораторный практикум не только для своих студентов, но и для сторонних, для этого предоставить вузам:
- программное обеспечение для проектирования (учебная лицензия);
- восемь 3D-принтеров технологии FDM;
- поддерживающий онлайн-курс СПбПУ «Аддитивные технологии (3D-печать). Вводный курс», размещенный на международной платформе Coursera;
- возможность обучения неограниченного количества обучающихся в рамках онлайн-курса и проведение до 500 натурных испытаний в месяц (ограничение, связанное со скоростью печати и работы специалистов с обучающимися).
Руководитель проекта: Левенцов Валерий Александрович кандидат экономических наук, доцент, директор Института передовых производственных технологий СПбПУ.
Контакты для детального ознакомления с опытом:
Терещенко Владислав Владимирович, ассистент Института передовых производственных технологий СПбПУ, ведущий специалист Лаборатории «3D-образование» СПбПУ, teretshenko_vv@spbstu.ru.
Жмайло Михаил Александрович, ведущий инженер Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ, zhmaylo_ma@spbstu.ru.
Описанные выше две практики проведения лабораторных практикумов с удаленным доступом к оборудованию могут быть применены вузами:
- как участниками сетевого партнерства для обучения собственных студентов в случае отсутствия специализированных лабораторий (более массовый вариант использования практики);
- как сетевыми партнерами, предоставляющими ресурсы, при наличии специализированного оборудования, обучая не только своих студентов, но и сторонних;
- как модель для разработки и внедрения лабораторных практикумов по другим направлениям подготовки и с иным набором лабораторий (оборудования).
Используемая локальная нормативная база:
Регламент проведения государственной итоговой аттестации по образовательным программам высшего образования – программам бакалавриата, программам специалитета, программам магистратуры с применением электронного обучения, дистанционных образовательных технологий, утвержденный приказом СПбПУ от 23.03.2021 № 540