עבודה זו מתארת מערכת ניסויים מקוונת המספקת ניסויים חזותיים, כולל הדמיה של תיאוריות, מושגים ונוסחאות, הדמיית התהליך הניסיוני עם אסדות בדיקה וירטואליות תלת-ממדיות (תלת-ממדיות), והדמיה של מערכת הבקרה והניטור באמצעות ווידג'טים כגון תרשימים ומצלמות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מערכת ניסויים מקוונת אינטראקטיבית ומודמית לחינוך ומחקר הנדסי
במאמר זה
סיכום
תקציר
ניסויים חיוניים בחינוך הנדסי. עבודה זו בוחנת ניסויים חזותיים במעבדות מקוונות להוראה ולמידה וגם למחקר. תכונות אינטראקטיביות ומדמיות, כולל יישום אלגוריתם מונחה תיאוריה, עיצוב אלגוריתמים מבוסס אינטרנט, ממשק ניטור הניתן להתאמה אישית ואסדות בדיקה וירטואליות תלת-ממדיות (תלת-ממדיות) נדונות. כדי להמחיש את התכונות והפונקציונליות של המעבדות המוצעות, מסופקות שלוש דוגמאות, כולל חקר המערכת מסדר ראשון באמצעות מערכת מבוססת מעגלים עם אלמנטים חשמליים, תכנון אלגוריתם בקרה מבוסס אינטרנט לניסויים וירטואליים ומרוחקים. באמצעות אלגוריתמי בקרה שתוכננו על ידי המשתמש, לא רק שניתן לבצע סימולציות, אלא שניתן לערוך ניסויים בזמן אמת גם לאחר שאלגוריתמי הבקרה המעוצבים הידור לאלגוריתמי בקרת הפעלה. המעבדה המקוונת המוצעת מספקת גם ממשק ניטור הניתן להתאמה אישית, שבאמצעותו משתמשים יכולים להתאים אישית את ממשק המשתמש שלהם באמצעות ווידג'טים שסופקו כגון תיבת הטקסט, התרשים, התלת-ממד ווידג'ט של המצלמה. מורים יכולים להשתמש במערכת להדגמה מקוונת בכיתה, לתלמידים לניסויים לאחר השיעור ולחוקרים כדי לאמת אסטרטגיות בקרה.
מבוא
מעבדות הן תשתית חיונית למחקר וחינוך. כאשר מעבדות קונבנציונליות אינן זמינות ו/או נגישות מסיבות שונות, למשל, רכישות בלתי ניתנות להפרדה ועלות תחזוקה, שיקולי בטיחות ומשברים כגון מגפת הקורונה 2019 (COVID-19), מעבדות מקוונות יכולות להציע חלופות 1,2,3. כמו מעבדות קונבנציונליות, התקדמות משמעותית כגון תכונות אינטראקטיביות4 וניסויים הניתנים להתאמה אישית5 הושגו במעבדות המקוונות. לפני מגפת COVID-19 ובמהלכה, מעבדות מקוונות מספקות שירותים ניסיוניים למשתמשים ברחבי העולם 6,7.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
בעבודה זו, שלוש דוגמאות חזותיות נפרדות מסופקות כדי לשפר את ההוראה ואת הלמידה והמחקר, אשר ניתן לגשת באמצעות המעבדה מערכת בקרה ברשת (NCSLab https://www.powersim.whu.edu.cn/react).
1. דוגמה 1: מערכת מסדר ראשון באמצעות פרוטוקול ניסויים מבוסס מעגלים
- גש למערכת NCSLab.
- פתח דפדפן אינטרנט רגיל והזן את כתובת ה- URL https://www.powersim.whu.edu.cn/react.
- לחץ על לחצן התחל ניסוי בצד הימני של הדף הראשי כדי להיכנס למערכת. שם משתמש: whutest; סיסמה: whutest.
הערה: שלב זה מתאים גם לשתי דוגמאות אחרות (דוגמה 2 ודוגמה 3). - הזן את WHULab ברשימת תת-המעבדה בצד שמאל....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
מערכת המעבדה המוצעת שימשה במספר תלמידים שונים באוניברסיטת ווהאן, כגון אוטומציה, הנדסת חשמל ואנרגיה, הנדסת מכונות ואוניברסיטאות אחרות, כגון האוניברסיטה החקלאית הנאן6.
מורים/תלמידים/חוקרים מקבלים גמישות רבה לחקור את המערכת באמצעות אסדות בדיקה וירטואליות ו/או פיזיות שונות, להגדיר את אלגוריתמי הבקרה שלהם ולהתאים אישית את ממשק הניטור שלהם; לכן, משתמשים ברמות שונות יכולים להפיק תועלת מהמערכת המוצעת. הניסויים החזותיים שמספקת הגישה המוצעת יכולים לשפר באופן פוטנציאלי את הבנת התי.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
הפרוטוקול המוצג מתאר מערכת מעבדה מקוונת היברידית המשלבת אסדות בדיקה פיזיות לניסויים מרחוק ואסדות בדיקה וירטואליות תלת-ממדיות לניסויים וירטואליים. מספר ספריות בלוקים שונות מסופקות עבור תהליך תכנון האלגוריתם, כגון האלמנטים החשמליים לעיצוב מבוסס מעגלים. משתמשים מרקע שליטה יכולים להתמקד בלמידה ללא כישורי תכנות. יש לשקול את התכנון הנכון של אלגוריתם בקרה שניתן להחיל על אסדת בדיקה מתאימה. כמו כן, מאתגר לתכנן בקר שיבטיח ביצועי שליטה טובים (בהתחשב במדד ביצועי הבקרה, כולל הוצאה מופרזת, זמן יישוב ושגיאה קבועה) לפני החלתו על אסדת הב.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין מה לחשוף.
תודות
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין תחת גרנט 62103308, גרנט 62173255, גרנט 62073247 וגרנט 61773144.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מערכת בקרת מהירות מאוורר | / | / | תוצרת הצוות שלנו |
| https://www.powersim.whu.edu.cn/react | תוצרת הצוות שלנו |
מקורות
- De Jong, T., Linn, M. C., Zacharia, Z. C. Physical and virtual laboratories in science and engineering education. Science. 340 (6130), 305-308 (2013).
- Galan, D., et al. Safe experimentation in optical levitation of charged droplets usi....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
