Method Article

Système d’expérimentation en ligne interactif et visualisé pour l’enseignement et la recherche en ingénierie

DOI:

10.3791/63342

November 24th, 2021

In This Article

Summary

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Ce travail décrit un système d’expérimentation en ligne qui fournit des expériences visualisées, y compris la visualisation de théories, de concepts et de formules, la visualisation du processus expérimental avec des bancs d’essai virtuels tridimensionnels (3D) et la visualisation du système de contrôle et de surveillance à l’aide de widgets tels que des graphiques et des caméras.

Abstract

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L’expérimentation est cruciale dans l’enseignement de l’ingénierie. Ce travail explore des expériences visualisées dans des laboratoires en ligne pour l’enseignement et l’apprentissage ainsi que la recherche. Les fonctionnalités interactives et visuelles, y compris la mise en œuvre d’algorithmes guidés par la théorie, la conception d’algorithmes basés sur le Web, l’interface de surveillance personnalisable et les bancs d’essai virtuels tridimensionnels (3D) sont discutés. Pour illustrer les caractéristiques et les fonctionnalités des laboratoires proposés, trois exemples, y compris l’exploration du système de premier ordre à l’aide d’un système basé sur des circuits avec des éléments électriques, la conception d’algorithmes de contrôle basés sur le Web pour l’expérimentation virtuelle et à distance, sont fournis. En utilisant des algorithmes de contrôle conçus par l’utilisateur, non seulement des simulations peuvent être effectuées, mais des expériences en temps réel peuvent également être menées une fois que les algorithmes de contrôle conçus ont été compilés en algorithmes de contrôle exécutables. Le laboratoire en ligne proposé fournit également une interface de surveillance personnalisable, avec laquelle les utilisateurs peuvent personnaliser leur interface utilisateur à l’aide des widgets fournis tels que la zone de texte, le graphique, la 3D et le widget de caméra. Les enseignants peuvent utiliser le système pour une démonstration en ligne en classe, les étudiants pour des expériences après les cours et les chercheurs pour vérifier les stratégies de contrôle.

Introduction

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Les laboratoires sont des infrastructures vitales pour la recherche et l’éducation. Lorsque les laboratoires conventionnels ne sont pas disponibles et/ou accessibles en raison de différentes causes, par exemple, des achats inabordables et des coûts d’entretien, des considérations de sécurité et des crises telles que la pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), les laboratoires en ligne peuvent proposer des alternatives1,2,3. Comme les laboratoires conventionnels, des progrès significatifs tels que des fonctionnalités interactives4 et des expér....

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Protocol

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Dans ce travail, trois exemples visualisés distincts sont fournis pour améliorer l’enseignement, l’apprentissage et la recherche, accessibles via le laboratoire du système de contrôle en réseau (NCSLab https://www.powersim.whu.edu.cn/react).

1. Exemple 1 : Système de premier ordre utilisant un protocole d’expérimentation basé sur des circuits

  1. Accédez au système NCSLab.
    1. Ouvrez un navigateur Web grand public et entrez l’URL https://www.powersim.whu.edu.cn/react.
    2. Cliquez sur le bouton Démarrer l’expérience sur le côté gauche de la page principale pour vous connecter au syst....

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Results

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Le système de laboratoire proposé a été utilisé chez plusieurs disciples différents à l’Université de Wuhan, tels que l’automatisation, l’ingénierie de l’énergie et de l’énergie, le génie mécanique et d’autres universités, telles que l’Université agricole du Henan6.

Les enseignants/étudiants/chercheurs disposent d’une grande flexibilité pour explorer le système à l’aide de différents bancs d’essai virtuels et/ou physiques, définir leurs algorithmes de contrôle et person.......

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Discussion

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Le protocole présenté décrit un système de laboratoire hybride en ligne qui intègre des bancs d’essai physiques pour l’expérimentation à distance et des bancs d’essai virtuels 3D pour l’expérimentation virtuelle. Plusieurs bibliothèques de blocs différentes sont fournies pour le processus de conception de l’algorithme, telles que les éléments électriques pour la conception basée sur des circuits. Les utilisateurs issus du milieu du contrôle peuvent se concentrer sur l’apprentissage sans compétences en programmation. La c.......

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Disclosures

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Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgements

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Ce travail a été soutenu par la National Natural Science Foundation of China dans le cadre de Grant 62103308, Grant 62173255, Grant 62073247 et Grant 61773144.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Système de contrôle de la vitesse du ventilateur//Fabriqué par notre équipe
https://www.powersim.whu.edu.cn/reactFabriqué par notre équipe

References

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. De Jong, T., Linn, M. C., Zacharia, Z. C. Physical and virtual laboratories in science and engineering education. Science. 340 (6130), 305-308 (2013).
  2. Galan, D., et al. Safe experimentation in optical levitation of charged droplets usi....

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