Когда мы думаем о колледже или университете, большинство из нас представляет себе большие лекционные залы, где профессор занимается именно этим — читает лекции. Мы также можем представить одного или двух засыпающих студентов. Раджеш Бхаскаран (Rajesh Bhaskaran), профессор инженерного моделирования им. Свонсона в Корнельском университете, был хорошо знаком с этой картиной и захотел все изменить, перевернув формат своих занятий. Используя нетрадиционный подход, Бхаскаран предлагает студентам изучать лекции вне аудитории, а домашнее задание выполнять на уроке.
Вместо того чтобы тратить учебное время на лекции, студенты осваивают базовые концепции в удобное для них время с помощью интерактивных онлайн-модулей, а затем применяют эти знания на занятиях посредством совместной работы и решения задач.
Бхаскаран говорит, что он внедряет моделирование в свои методы обучения, ориентированные на студентов, чтобы преодолеть разрыв между абстрактными инженерными теориями и реальными промышленными приложениями. Используя моделирование и визуализацию, он надеется пробудить у студентов любопытство и дать им возможность уверенно решать сложные практические задачи.
При поддержке Ansys (входящей в состав Synopsys) и академической программы Ansys Academic Program Бхаскаран интегрирует анализ методом конечных элементов (МКЭ) и вычислительную гидродинамику (CFD) в гостевые лекции для студентов бакалавриата и магистратуры, а также в собственный курс для студентов бакалавриата под названием Hands-on Engineering Simulations and Design. Он также интегрирует программное обеспечение в два новых бесплатных курса eCornell: Fluid Dynamics Simulations Using Ansys и Finite Element Analysis.
Используя подход перевернутого класса, Бхаскаран стремится повысить интерес студентов и их внутреннюю мотивацию, поощряя активное вовлечение, которое связывает концепции, изучаемые в аудитории, с реальными инженерными задачами.
Раджеш Бхаскаран, профессор инженерного моделирования им. Свонсона в Корнельском университете
Привлечение внимания студентов
Основанная на принципах активного обучения модель перевернутого класса Бхаскарана меняет роль профессора: вместо преподавания он выполняет функции наставника. Студенты изучают базовые концепции до начала занятия с помощью коротких интерактивных онлайн-модулей, включающих тщательно структурированные видеоматериалы (обычно продолжительностью не более 10 минут), что позволяет удерживать внимание учащихся.
Видео содержат вопросы для проверки усвоения материала, стимулирующие критическое мышление и вовлеченность. Кроме того, к лекциям прилагаются расшифровки. Студенты могут легко искать нужные концепции в тексте, в отличие от традиционных лекций, где приходится полагаться на конспекты, которые невозможно найти поиском и которые могут быть неполными.
Во время занятий студенты применяют на практике то, что они изучили дома, прорабатывая инженерные задачи, в то время как Бхаскаран и его ассистенты перемещаются по аудитории, отвечая на вопросы и давая указания.
Пока что отзывы были благоприятными. Один из студентов поделился с Бхаскараном следующим сообщением:
«Я хочу поблагодарить вас за преподавание этого курса. Пройдя через четыре года структурного анализа в проектных командах и две стажировки, работая вслепую в [программном обеспечении] Ansys, этот курс оказался не только увлекательным, но и чрезвычайно полезным для меня. Мне не терпится подойти к своей стажировке этим летом с большей уверенностью в применении моих навыков структурного анализа методом конечных элементов».
В формате перевернутого класса Бхаскарана студенты просматривают лекции вне аудитории с помощью онлайн-модулей обучения, а затем используют учебное время для выполнения домашних заданий и практического применения.
Моделирование реальных инженерных задач
Моделирование является ключевым компонентом преподавания Бхаскарана. Он считает, что благодаря практическому применению студенты обретают уверенность в своих навыках моделирования и одновременно получают более глубокое понимание материала за счет визуализации.
В одном из случаев студенты, изучающие теплопередачу, смогли увидеть полностью визуализированную 3D-модель в программном обеспечении Ansys, превратив абстрактное математическое упражнение во что-то осязаемое.
«Моделирование — это прорывная технология, — говорит Бхаскаран. — Конечно, это так для промышленности, именно поэтому Ansys лицензируется таким количеством компаний, но это также прорывная технология и в образовании, и в онлайн-обучении».
По его словам, моделирование также открывает больше возможностей для исследования дизайна.
Программное обеспечение для структурного анализа методом конечных элементов Ansys Mechanical предлагает возможности теплового анализа, моделирования материалов и оптимизации конструкций.
Программное обеспечение для симуляции жидкостей Ansys Fluent предлагает средства вычислительной гидродинамики (CFD), которые помогают прогнозировать поток жидкости и теплопередачу.
«Я думаю, одна из главных проблем инженерии заключается в том, что существует масса сложной теории, а отдельно от нее — проектирование, — говорит он. — И эти две сферы кажутся совершенно несвязанными. Но поскольку моделирование находится между автоматизированным проектированием (САПР) и практическим применением, вполне естественно, что, освоив базовое моделирование, вы можете распространить его на анализ конструкций и исследование пространства проектных решений».
Студенты Бхаскарана чаще всего используют программное обеспечение для структурного анализа методом конечных элементов Ansys Mechanical и программное обеспечение для симуляции жидкостей Ansys Fluent для решения инженерных задач, аналогичных тем, с которыми они сталкиваются в промышленности.
Например, студенты могут использовать программное обеспечение для механического проектирования для выполнения структурного анализа лопастей ветрогенераторов, а Fluent — для моделирования воздушного потока и аэродинамики. Другие проекты знакомят студентов с темами, связанными с теплопередачей, сосудами под давлением и аэродинамикой, через практические приложения, такие как проектирование рамы велосипеда.
Студенты Бхаскарана используют моделирование Ansys для проведения структурного анализа и анализа жидкостей в реальных инженерных приложениях, таких как проектирование рамы велосипеда.
Обучение студентов навыкам, востребованным в индустрии
Бхаскаран поддерживает обучение моделированию для будущих инженеров, потому что «промышленность стремится делать все больше и больше с помощью моделирования», добавляя, что лидеры индустрии в консультативном комитете его программы — Программы инженерного моделирования Свонсона (Swanson Engineering Simulation Program) — уже поощряют интеграцию моделирования на более ранних этапах учебного плана.
Многие студенты Корнельского университета начинают знакомство с моделированием на втором курсе, в то время как другие приступают к нему еще раньше в составе проектных команд, среди которых наиболее известны Formula SAE Cornell Racing, Baja Racing at Cornell, Корнельская команда ракетостроения и Cornell Electric Vehicles.
Лидеры индустрии в консультативном комитете Программы инженерного моделирования Свонсона Корнельского университета поощряют раннюю интеграцию моделирования в учебный план.
Исследование рынка труда 2024 Deloitte and The Manufacturing Institute Talent Study выявило рост спроса на моделирование и связанные с ним навыки на 75% на основе данных о вакансиях за предыдущие пять лет.
Но речь идет не только о том, чтобы познакомить студентов с программным обеспечением. Бхаскаран подчеркивает важность обучения тому, как правильно строить, оценивать и интерпретировать результаты моделирования, чтобы выпускники обладали более глубоким пониманием фундаментальных основ инженерии и большей уверенностью в использовании стандартных для отрасли инструментов.
Его цель — научить студентов применять эти инструменты в реальных инженерных рабочих процессах, которые, по его словам, включают определение проблемы, разработку математической модели, выбор стратегии решения, реализацию модели в программном обеспечении Ansys, а также верификацию и валидацию результатов.
«Дело в том, чтобы эффективно использовать инструменты», — говорит он. — «Ansys [[software]] — это не та программа, где студентам помогает простое знание того, какие кнопки нажимать».
Как показал предыдущий отзыв студента, благодаря Бхаскарану многие студенты больше не «бродят вслепую», используя ПО. Студенты получают практический опыт, более сильные навыки решения проблем и понимание того, как симуляция используется для преодоления инженерных проблем в промышленности.
Зажгите у студентов интерес к инженерному делу уже сегодня
Благодаря внутренней мотивации, активному обучению и модели «перевернутого класса» Бхаскаран вызывает у студентов интерес к инженерному делу и симуляции.
Интегрируя инструменты симуляции и визуализации Ansys, он стремится сделать курсовые работы по инженерному делу более увлекательными и практическими, сокращая разрыв между теорией и практикой и в конечном итоге готовя студентов к работе в промышленности.
Ansys стремится обеспечивать доступность и распространенность инструментов симуляции в академической среде для подготовки инженеров будущего.
Чтобы узнать больше о поддержке Ansys студентов, преподавателей и исследователей, посетите академический сайт Ansys.
Бхаскаран использует симуляцию для связи теории с практикой.
Специально для вас. У нас есть дополнительные материалы, которые могут вам понравиться.
ВЗГЛЯНИТЕ
