CC BY
8
Анализ опыта перевода на дистанционное обучение на кафедре «Высокоэнергетические устройства автоматических систем» БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова
Analysis of the experience of transfer to distance learning at the Department «High-energy devices of automatic systems» BSTU «VOENMEKH» named by D.F. Ustinov
Денисова М.В.
Аспирантка 1 курса, БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, РФ, г Санкт-Петербург. e-mail: s-t-maria@mail.ru.
Denisova M. V.
1st year postgraduate student, BSTU «VOENMEKH» named by D. F. Ustinov, Russian Federation, Saint Petersburg.
e-mail: s-t-maria@mail.ru.
Ермоленков П.А.
Аспирант 1 курса, БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, РФ, г Санкт-Петербург. e-mail: P.A.Ermolenkov@yandex.ru.
Ermolenkov P. A.
1st year postgraduate student, BSTU «VOENMEKH» named by D. F. Ustinov, Russian Federation, Saint Petersburg. e-mail: P.A.Ermolenkov@yandex.ru.
Научный руководитель Шматко А.Д.
Доктор экономических наук, профессор, БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, РФ, г Санкт-Петербург e-mail: shmat2000@yandex.ru.
Scientific adviser Shmatko A.D.
Doctor of Economics, Professor, BSTU «VOENMEKH» named by D. F. Ustinov, Russia, Saint Petersburg e-mail: shmat2000@yandex.ru.
Аннотация.
В данной статье проанализирован первый опыт перевода лабораторных занятий по дисциплине «Технология листовой штамповки» на дистанционный формат обучения в период пандемии COVID-19 2020 года. Предложено использование программных пакетов для моделирования процессов холодной штамповки в качестве альтернативы проведению эксперимента на оборудовании. Студентами кафедры промоделирован процесс вытяжки в программе методом конечных элементов, которая позволила создать анимацию процесса штамповки, вывести диаграмму «Сила деформирования - путь инструмента», получить распределение напряженно-деформированного состояния. Данный способ позволяет наглядно увидеть и самостоятельно провести эксперимент в онлайн-формате, собрать и проанализировать данные. Проведен опрос студентов и преподавателей кафедры о преимуществах и недостатках дистанционного обучения. В результате проделанной работы выявлены трудности и недоработки, возникшие при удаленной работе.
Annotation.
This article analyzes the first experience of transferring laboratory classes in the discipline "Sheet Stamping Technology" to a distance learning format during the COVID-19 pandemic in 2020. The use of software packages for modeling cold forming processes as an alternative to conducting an experiment on equipment is proposed. Students of the department modeled the drawing process in the program by the finite element method, which allowed creating an animation of the stamping process, displaying the diagram «The deformation force - the tool path», and obtaining the distribution of the stress-strain state. This method allows you to visually see and independently conduct an experiment in
an online format, collect and analyze data. A survey of students and teachers of the department about the advantages and disadvantages of distance learning was conducted. The difficulties and shortcomings that arose during remote work were identified as a result.
Ключевые слова: дистанционное обучение, информационные технологии, метод конечных элементов, моделирование процессов пластического деформирования металлов.
Key words: distance learning, information technology, finite element method, modeling of plastic deformation of metals.
В соответствии с приказом Министерства науки и высшего образования №397 от 14 марта 2020 г «об организации образовательной деятельности в организациях, реализующих образовательные программы высшего образования и соответствующие дополнительные профессиональные программы, в условиях предупреждения распространения новой коронавирусной инфекции на территории Российской Федерации» все высшие образовательные учреждениям страны были переведены на дистанционный формат обучения, который предусматривал «организацию контактной работы обучающихся и педагогических работников исключительно в электронной информационно-образовательной среде» [1]. Кафедра «Высокоэнергетические устройства автоматический систем» была вынуждена в кратчайшие сроки обеспечить реализацию образовательных программ в полном объеме, что повлекло за собой множество сложностей.
Сначала определим понятия «дистанционное обучение» и «дистанционные образовательные технологии». Термин «дистанционное обучение» включает в себя два понятия: дистанционное и обучение. «Дистанционное» трактуется в словаре как совершаемое на расстоянии [2]. Обучение - процесс взаимодействия между учителем и учащимся, в результате которого у обучаемого формируются знания, умения, навыки [3].
ГОСТ Р 52653-2006 дает следующее определение: «Дистанционные образовательные технологии: Образовательные технологии, реализуемые в основном с применением информационных и телекоммуникационных технологий при опосредованном (на расстоянии) или частично опосредованном взаимодействии обучающегося и педагогического работника» [4].
Таким образом, дистанционное обучение можно трактовать как процесс, в данном случае, опосредованного взаимодействия между преподавателем и студентом с применением различных информационных и телекоммуникационных систем, в результате чего у студента формируются необходимые знания умения и навыки.
Базовые дидактические принципы дистанционного образования не отличаются от любой другой формы обучения, но принципы организации дистанционного образования специфичны, так как обусловлены, возможностями информационной среды Интернет и различными способами коммуникации (чаты, форумы, электронная почта, видеоконференции). Характерной чертой дистанционного обучения является преобладание самоконтроля над контролем со стороны преподавателя. [5].
Переход на опосредованный режим работы в БГТУ «ВОЕНМЕХ» повлек за собой множество положительный изменений. Появились новые системы коммуникации: корпоративная почта и система видеоконференций jitsi voenmeh.ru с приложением для смартфонов При традиционной системе взаимодействия с учащимися отчеты по лабораторным работам на кафедре сдавались исключительно в рукописном виде, для формирования у студентов моторной памяти, однако с переходом на удаленное взаимодействие с преподавателем отчеты принимались в электронном виде, что позволило сформировать у студентов навыки оформления и редактирования документов в Microsoft Office Word. Также студенты по собственной инициативе стали пользоваться различными программами для проведения расчетов, а именно Mathcad, Microsoft Office Exel.
На ряду с преимуществами новой системы возникли и сложности. Для преподавателей и студентов недоступность оборудования кафедры является основной проблемой для организации учебной деятельности.
«При реализации образовательных программ с применением исключительно электронного обучения, дистанционных образовательных технологий в организации, осуществляющей образовательную деятельность, должны быть созданы условия для функционирования электронной информационно-образовательной среды, включающей в себя электронные информационные ресурсы, электронные образовательные ресурсы, совокупность информационных технологий, телекоммуникационных технологий, соответствующих технологических средств и обеспечивающей освоение обучающимися образовательных программ в полном объеме независимо от места нахождения обучающихся» [6].
В качестве альтернативы проведения эксперимента на испытательной машине предложено моделирование в программе методом конечных элементов. Впервые данный способ изучения процессов штамповки применен в рамках дисциплины «Технология листовой штамповки», где студенты изучают процесс вытяжки без утонения стенки. Научно-исследовательская работа студентов является одним из важнейших инструментов развития у них необходимых профессиональных, функциональных компетенций, максимально приближенных к требованиям работодателей [7].
При проведении лабораторной работы по вытяжке в весеннем семестре 2019/2020 учебного года бригады, состоящие из двух студентов, промоделировали процесс вытяжки при варьировании различными факторами, влияющими на величину максимальной силы деформирования (коэффициент вытяжки, коэффициент трения, радиус вытяжной кромки матрицы, радиус вытяжной кромки пуансона), и наблюдали влияние каждого фактора, что в условиях лаборатории не представлялось возможным.
Программа позволяет моделировать практически все процессы, применяемые в обработке металлов давлением (ковка, штамповка, прокатка, прессование и др.), а также операции термической обработки (закалка, старение, отпуск и др.) и механической обработки (фрезерование, сверление и др.). Это делает метод конечных элементов мощным инструментом, позволяющим проверить, отработать и оптимизировать технологические процессы, используя на различных этапах исследований только компьютер, а не дорогостоящие эксперименты на производстве. Благодаря этому появляется возможность проверить множество вариантов рассматриваемого процесса, что существенно повышает точность и достоверность полученных результатов исследований, а также возникает возможность буквально заглянуть внутрь заготовки. Программные комплексы применяются по всему миру, как на промышленных предприятиях, так и в научно-исследовательских институтах и технических университетах. [8].
Моделирование производилось следующим образом:
1. Задание исходных данных. Для создания исходной базы данных студенты построили модели заготовки и рабочего инструмента (матрицы и пуансона) в «КОМПАС-3D», а также задали коэффициент трения, количество конечных элементов, механические характеристики материала заготовки, скорость и величину перемещения пуансона, количество шагов расчета.
2. Генерация базы данных.
3. Извлечение полученных значений.
В результате проделанной работы успешно составлен отчет, учащиеся получили опыт работы в программе, увидели наглядную анимацию процесса вытяжки, получили диаграммы «Сила деформирования -путь инструмента» (рисунок 1).
12 в 2S 2 37 в
Stroke (mm)
Рисунок 1. Диаграмма «Сила деформирования — путь инструмента» процесса первой вытяжки без утонения, полученная студентами кафедры «Высокоэнергетические устройства автоматических систем» в процессе выполнения лабораторной
работы по дисциплине «Технология листовой штамповки»
Предложено включить в учебную программу лабораторных работ по вытяжке анализ напряженно -деформированного состояния (НДС) заготовки в двух поперечных сечениях: нижнем, которое находится в зоне сопряжения стенки с дном и верхнем, расположенном на 2-3 мм ниже кромки заготовки, с построением графиков распределения главных компонентов напряжений и деформаций, интенсивности напряжений и интенсивности деформации по толщине стенки. Программа позволяет получить распределение напряжений и деформаций как по всему объему заготовки, так и в отдельных точках на каждом шаге моделирования. Это позволит исследовать одну из основных технологических особенностей процесса вытяжки без утонения стенки - неоднородность НДС по объему заготовки.
При первом опыте работы студентов в программе возникли следующие трудности:
1. Отсутствие лицензии на установку.
2. Необходимость выделения преподавателем времени для объяснения нюансов работы в программе.
3. Отсутствие качественного русификатора.
4. Сложность организации бригад учащихся.
В результате анализа существующих инженерных программы для моделирования процессов штамповки (DEFORM, FORGE, QForm, SuperForge/SuperForm) для дальнейшей работы выбрана программный комплекс QForm. Основными достоинствами QForm для российского пользователя являются: низкая цена, возможность непосредственного контакта с разработчиками (МГТУ им. Н.Э. Баумана) [9].
По итогам проделанной работы проведен анонимный опрос студентов и преподавателей кафедры. Результаты опроса студентов приведены в таблице 1.
Преимущества Кол-во студентов Недостатки Кол-во студентов
1. Отсутствие необходимости 5 из 6 1. Недостаточная степень 6 из 6
посещения университета. организации.
2. Возможность совмещения 3 из 6 2. Ухудшение качества 6 из 6
обучения с работой. образования.
3. Упрощенная сдача контрольных 2 из 6 3. Отсутствие возможности 1 из 6
мероприятий. проведения экспериментов в лаборатории.
4. Доступность излагаемого 3 из 6 4. Частое возникновение 3 из 6
лекционного материала. технических неполадок в программе Jitsi Meet.
5. Наглядность и легкое усвоение 2 из 6 5. Сложность коммуникации с 3 из 6
материала с презентаций. преподавателем.
6. У преподавателей 1 из 6
индивидуальный подход к каждому
студенту.
7. Конспектирование в удобном 1 из 6
темпе.
Для преподавателей кафедры возникли следующие трудности во время дистанционного обучения:
1. Сложность контроля посещаемости теоретических занятий из-за невозможности идентификации всех студентов.
2. Возрастание объема методической работы и времени подготовки со стороны преподавателя.
К недостаткам дистанционного проведения лабораторных работ можно отнести:
1. Отсутствие у студентов навыков работы с оборудованием.
2. Отсутствие у обучающихся опыта работа с универсальным измерительным инструментом (штангенциркуль, радиусомер, микрометр, инструментальный микроскоп), который необходим при работе на производстве.
3. Возникновение трудностей с установкой программного обеспечения.
4. Отсутствие у некоторых преподавателей опыта работы на ПК.
Опыт внезапного перехода на дистанционное обучение оказался полезным. Информационные технологии будут развиваться на кафедре и в дальнейшем для организации дистанционного обучения с частично опосредованным взаимодействием между студентами и преподавателем. В ближайшее время планируется покупка лицензионного пакета программы Qform для моделирования процессов штамповки. Таким образом, на кафедре «Высокоэнергетические устройства автоматических систем» станет возможной замена очных занятий по различным дисциплинам (лабораторных занятий по вытяжке, обжиму, гибке, отбортовке, осадке) на дистанционные.
Список используемой литературы:
1. Приказ Министерства науки и высшего образования №397 от 14 марта 2020 г «об организации образовательной деятельности в организациях, реализующих образовательные программы высшего образования и соответствующие дополнительные профессиональные программы, в условиях предупреждения распространения новой коронавирусной инфекции на территории Российской Федерации», 2020.// КонсультантПлюс: справочно-правовая система [Офиц. сайт]. URL: http://www.consultant.ru/ (дата обращения: 16.05.2021).
2. Ожегов, С.И. Толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологических выражений/ С. И. Ожегов, Н. Ю. Шведова - Российская академия наук. Институт русского языка им. В.В. Виноградова - 4-е изд., дополненное. - М.: Азбуковник, 1999. - 944 с.
3. Волженина, Н.В. Организация самостоятельной работы студентов в процессе дистанционного обучения: учебное пособие/ Н.В. Волженина - Барнаул: изд-во Алт. ун-та, 2008. - 61 с.
4. Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 52653-2006 "Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Термины и определения" - Москва: Стандартинформ, 2018. - 12 с.
5. Шаров, В.С. Дистанционное обучение: форма, технология, средство/ В.С. Шаров// Известия Российского Государственного Педагогического Университета Им. А.И. Герцена - 2009. - № 94. - С. 236-240.
6. Федеральный закон от 29.12.2012 № 273-ФЗ (ред. от 30.04.21)"Об образовании в Российской Федерации" - ст. 16. // КонсультантПлюс: справочно-правовая система [Офиц. сайт]. URL: http://www.consultant.ru/ (дата обращения: 16.05.2021).
7. Нещерет, А. К. Вопросы организации научно-исследовательской работы студентов/ А. К. Нещерет, А. Д. Шматко// Материалы научно-методической конференции СЗАГС. - 2011. - С. 247-250
8. Таупек, И.М. Общее руководство по работе с инженерным программным комплексом DEFORM: учебное пособие/ И.М. Таупек, Е.Г Кабулова., К.А. Положенцев [и др.]. - Старый Оскол: ООО ИПК «Кириллица»., 2015. - 217 с.
9. Биба, Н. Qform для университетов: синтез отечественной науки и образования [Электронный ресурс]: научно-практический журн. «Наука и образование»/ МГТУ им. Н. Э. Баумана — Электрон. журнал — Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана», 10.2007. - Режим доступа к журн.: http://technomag.edu.ru, свободный.
