Wykorzystanie możliwości e-learningu w kształceniu i dokształcaniu inżynierów

Sylwester Markusik, Aleksander Bułkowski

Wprowadzenie

Współczesna technika zgłasza zapotrzebowanie na pracowników o szerokich horyzontach myślowych, posiadających doskonałe wykształcenie ogólne oraz potrafiących zrozumieć główne zagadnienia z sąsiadujących dyscyplin. Na przykład inżynier wykształcony w zakresie mechaniki powinien również posiadać wiedzę z zakresu informatyki, zarządzania, ekonomii i nauk pokrewnych. Ten sam problem dotyczy specjalistów nauk informatycznych czy zarządzania, którzy powinni posiadać wiedzę z poszczególnych dziedzin inżynierii. Głównym celem tego artykułu jest przedstawienie rozwoju zintegrowanych systemów nauczania poprzez stronę internetową, przeznaczonych dla interdyscyplinarnych dziedzin nauczania (na przykład dla transportu).

Główny nacisk położony został tu na przygotowanie właściwych procedur opartych oraz studiach przypadku (case studies), przy użyciu najnowszych osiągnięć technik multimedialnych oraz środków wizualizacji. Artykuł ukazuje ramy oraz cele metodologii kształcenia na odległość dla poszczególnych interdyscyplinarnych programów nauczania, na przykładzie studiów w zakresie transportu.

Wprowadzenie

Rozwój społeczeństw z punktu widzenia ekonomii wymaga powszechnego dostępu do różnych dziedzin wiedzy. W wysoko rozwiniętych regionach Europy możemy zaobserwować dużą zależność pomiędzy rozwojem technologii informatycznych a ogólnym rozwojem społeczeństwa i ekonomii. Sygnatariusze Deklaracji Lizbońskiej widzą w rozwoju edukacji podstawę wzrostu konkurencyjności krajów Europy oraz krok w kierunku współczesnego społeczeństwa bogatego w wiedzę. Głównym czynnikiem w procesie edukacji jest rozwój systemów kształcenia poprzez właściwe nauczanie oraz odpowiednie programy, służące podniesieniu kwalifikacji pracowników. Nauczanie na odległość jest jednym z instrumentów, który dla wielu osób radykalnie zmienił drogę dostępu do wiedzy¹.

Znaczna część programów edukacyjnych oraz tych, które służą podniesieniu posiadanych kwalifikacji przyjmuje w założeniu zmiany w systemie transferu wiedzy, bazując na nauczaniu interaktywnym przez internet. Powoduje to konieczność tworzenia ponadregionalnych systemów edukacyjnych (na stronach internetowych). Użytkownikami takich programów mogą być: studenci studiów dziennych, zaocznych i wieczorowych poszczególnych kierunków studiów oraz osoby chcące poszerzyć swoją wiedzę z zagadnień technicznych lub zdobyć wiedzą z nowych dyscyplin.

Założenia i cele projektu

W latach 2002-2004 na Wydziale Transportu Politechniki Śląskiej realizowano projekt w ramach programu Leonardo da Vinci pt. Integrated Knowledge Based Interdiscipline Study program on the Web Site (Interdyscyplinarny, zintegrowany program studiów oparty na bazie internetowej).

W założeniach do projektu skoncentrowano się na przygotowaniu nowych modułów studiowania oraz materiałów do nauczania, bazujących na wiedzy z pogranicza inżynierii mechanicznej, informatyki, zarządzania i ekonomii. Priorytetem dla projektu był również rozwój partnerstwa i współpracy pomiędzy pracownikami a instytucjami edukacyjnymi różnych krajów. Wiedza edukacyjna i merytoryczna partnerów tworzących projekt okazała się bardzo cenna, ponieważ pozwoliła zaoszczędzić zarówno czas, jak i środki pieniężne przeznaczone na stworzenie właściwej platformy dydaktycznej.

Uczestnikami przedsięwzięcia były kraje Wschodniej i Środkowej Europy, członkowie Unii Europejskiej (Niemcy, Estonia, Litwa, Szwecja, Finlandia oraz Polska). W projekcie wykorzystano nowoczesne techniki multimedialne z zakresu wizualizacji materiałów nauczania opartych na aplikacjach znajdujących się na stronach internetowych. Główne założenia projektu zostały zaprezentowane na rysunku 1².

Wyniki projektu mogą być szczególnie użyteczne dla zintegrowanych kierunków studiów z zakresu zarządzania i inżynierii, które są obecnie popularne na wielu europejskich uniwersytetach (w Polsce jest to Management and Production Engineering, czyli kierunek studiów zarządzanie i inżynieria produkcji).

Rysunek 1. Główne założenia projektu


Źródło: Program Leonardo da Vinci: "Interdyscyplinarny, zintegrowany Program Studiów oparty na bazie Internetu", nr: LT/02/B/F/PP; www.ktu.lt/cadcam.

Jako główne rezultaty uzyskane w projekcie można wymienić:

1. Interdyscyplinarne moduły stworzone do wspomagania studiów inżynierii mechanicznej oraz nauk ekonomicznych:
   • rozwój kursów Design for X (DFX: dla wytwarzania, montażu, kosztów, itp.) z ćwiczeniami, laboratoriami oraz testami przy użyciu obowiązujących standardów informatycznych, takich jak: HTTP, Corba oraz Java do budowy (pół) automatycznych baz nauczania na stronach internetowych (rys. 1);
   • kursy wizualnego prototypowania (, VP) dla nowych produktów i komponentów, wykorzystujące systemy komputerowego wspomagania projektowania 3D CAD z nowoczesnymi narzędziami multimedialnymi (grafiką 3D, obrazkami, animacjami, wirtualną rzeczywistością, itp.);
   • kursy szybkiego projektowania prototypów (rapid prototyping, RP) oraz technologii (rapid tooling, RT) dla studiów podyplomowych oraz przekwalifikowujących się inżynierów, z wizualizacją procedur Java-Applet, bazujących na interfejsach użytkownika.
2. Interdyscyplinarne moduły stworzone do wspomagania studiów inżynierii mechanicznej, nauk informatycznych oraz zarządzania:
   • rozwój szkoleń w zakresie symulacji systemów komputerowo zintegrowanego wytwarzania (CIM), zgodnie z wybranymi kryteriami dla różnych rozmiarów organizacji. Potencjalnymi użytkownikami tych modułów są studenci inżynierii, zarządzania, informatyki oraz inżynierowie pracujący w firmach, chcący uzupełnić lub uaktualnić swoją wiedzę techniczną.
3. Inteligentne systemy nauczania oparte na posiadanej wiedzy dla interdyscyplinarnych programów:
   • struktury te są użyteczne dla wykładowców uniwersytetów i szkół wyższych, rozwijających swoje programy i procedury edukacyjne. Może to być dla nich uaktualnienie swoich metod nauczania w szkołach wyższych lub jako studia uzupełniające dla inżynierów pracujących w firmach.

Dla potrzeb lokalnego rynku edukacyjnego, którego użytkownicy nie komunikują się w języku angielskim, programy zostały przetłumaczone na języki ojczyste.

Konieczność zmiany metodyki kształcenia na kierunku studiów transport

Globalizacja w produkcji maszyn transportowych (zwłaszcza dużych maszyn, jak koparki, dźwignice, itd.) wykazuje potrzebę wprowadzenia nowoczesnych metod ich produkcji w całym procesie ich tworzenia, począwszy od poziomu projektowania przez produkcję i montaż, aż do momentu eksploatacji. Koncepcja ta może zostać zrealizowana poprzez wprowadzenie systemu projektowania współbieżnego (tzw. Concurent Engineering), ze specjalnym odniesieniem do projektowania opartego na standardach jakości produktu i ochrony środowiska naturalnego.

Bazując na doświadczeniach Ośrodków Badawczych (np. OBRDiUT "Detrans"-Bytom) i pracy ze studentami na Wydziale Transportu Politechniki Śląskiej oraz Wyższej Szkoły Ekonomii i Administracji w Bytomiu, stwierdzono, że należy uwzględnić konieczność modyfikacji dotychczasowych programów studiów z zakresu projektowania i montażu maszyn transportowych³. Aby system Concurrent Enigineering był efektywny w procesie tworzenia tych maszyn, ich zespołów i części, uwagę należy skupić przede wszystkim na⁴:

• budowie solidnych modeli fizycznych i matematycznych poszczególnych maszyn transportowych,
• projektowaniu modelowym opartym na parametryzacji danych,
• projektowaniu bazującym na systemach CAD w oparciu o modelowanie (FEM - metoda elementów skończonych).

Te cechy uzupełniania wiedzy na kierunku transport, prezentowane są w postaci modułu e-learningowego, opracowanego w Polsce w ramach projektu Leonardo da Vinci [3]. Aby osiągnąć powyższe cele, należy położyć nacisk na bardziej efektywne metody nauczania wśród następujących grup zawodowych⁵:

• studentów studiów dziennych i absolwentów kierunku transport,
• inżynierów i osób pracujących w przemyśle maszynowym innych specjalności, chcących uzupełnić swoją wiedzę i umiejętności projektowania z zakresu nowoczesnych maszyn transportowych.

Opis projektu

Projekt został stworzony z myślą o studentach oraz pracownikach zajmujących się tematyką maszyn transportowych. Kreatywna praca w obszarze tworzenia tych maszyn wymaga znajomości systemów CAD/CAM/CAE oraz zdolności doboru odpowiednich technik tworzenia części i produkcji nowoczesnych maszyn. Część projektu zawiera aspekty maszyn transportowych zaprojektowanych przy wykorzystaniu DFA (Design for Assembling) projektowania montażu, DFQ (Design for Quality) projektowania jakości, DFEP (Design for Environment Processes) projektowania procesów ochrony środowiska. Wykorzystane zostały języki HTTP oraz Java, bazujące na narzędziach tworzenia stron internetowych oraz aplikacje stworzone w technice Flash. Szeroko zastosowany został system CAD, który służył przygotowaniu projektów i przykładów.

Początkowa strona internetowa pozwala na dokonanie wyboru opcji językowej: polskiej lub angielskiej. W górnej części następnej strony znajduje się menu główne umożliwiające nawigację, nazwa projektu (Interdyscyplinarny, zintegrowany program studiów oparty na bazie internetu), logo programu Leonardo da Vinci oraz link do partnera programu Wydziału Transportu Politechniki Śląskiej.

Rysunek 2. Główna część strony poświęcona opisowi planu kursu
http://www1.polsl.katowice.pl/~petern/


Źródło: http://www1.polsl.katowice.pl/~petern/

W menu górnym znajdują się odnośniki m.in. do planu kursu, definicji, przykładów, prezentacji i ćwiczeń. W sekcji Plan kursu znajduje się opis projektu, będący przedmiotem pracy w ramach programu Leonardo da Vinci. Pozostałe części zawierają definicje maszyn transportowych oraz terminologię zastosowaną podczas tworzenia strony.

Przykłady w menu poparte są ilustracjami maszyn transportowych. Prezentacja zawiera również, przygotowany w programie Flash, pokaz technik wykorzystanych w DFX (Design for X), czyli w projektowaniu maszyn transportowych. W celu wykorzystania możliwości śledzenia procesu projektowania i wdrażania, ważnym jest zapoznanie się z bieżącą wiedzą dotyczącą systemów CAD/CAM/CAE. Zostały również wydzielone działy poświęcone tematyce jakości i ochrony środowiska. Użytkownik może zapoznać się z ośmioma prezentacjami umieszczonymi na stronie internetowej.

Rysunek 3. Fragment prezentacji umieszczonej na stronie
http://www1.polsl.katowice.pl/~petern/
Źródło: http://www1.polsl.katowice.pl/~petern/
W Ćwiczeniach znajdują się testy zarówno dla studentów, jak i dla pracowników sektora przemysłowego.

Podsumowanie

• Celowym działaniem jest tworzenie programów wspomagania edukacji w zakresie przedmiotów inżynierii mechanicznej, technik informatycznych oraz w dziedzinach ekonomii i zarządzania, które realizowane są poprzez wykorzystanie stron internetowych. Programy tego typu mogą być przeznaczone dla studentów, absolwentów uczelni oraz inżynierów, którzy chcą się przekwalifikować lub uzupełnić swoją wiedzę, aby sprostać nowym potrzebom i zadaniom swojej firmy. Programy te powinny być ogólnie dostępne, bez dodatkowych opłat za ich użytkowanie.
• E-learning na uczelniach technicznych powinien zwiększyć ofertę edukacyjną i pomóc dostosować ją do potrzeb obecnego rynku kształcenia i pracy.

Bibliografia

• C. Athanasaki-Michailidou, V. Zacharopoulos, Novel Applications of ICT's teaching and learning tools in a new applied informatics and multimedia department, 31 Międzynarodowe Sympozjum IGIP, S. Petersburg, Rosja 2002.
• R. Krerowicz, S. Krawiec: Wprowadzenie do edycji tekstów, Oficyna Wydawnicza "Impuls", Kraków, 2000.
• Markusik S., Economic conditions in Current Engineering, 12 Międzynarodowa konferencja: CAD/CAM Robotyka i fabryki przyszłości, Londyn 1999.
• Program Leonardo da Vinci: "Interdyscyplinarny, zintegrowany Program Studiów oparty na bazie Internetu", nr: LT/02/B/F/PP; www.ktu.lt/cadcam.

Netografia

• www.polsl.katowice.pl/~petern/