Questo lavoro descrive un sistema di sperimentazione online che fornisce esperimenti visualizzati, tra cui la visualizzazione di teorie, concetti e formule, la visualizzazione del processo sperimentale con banchi di prova virtuali tridimensionali (3D) e la visualizzazione del sistema di controllo e monitoraggio utilizzando widget come grafici e telecamere.
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Articolo metodologico
Sistema di sperimentazione online interattivo e visualizzato per l'istruzione e la ricerca ingegneristica
In questo articolo
Sommario
Abstract
La sperimentazione è fondamentale nella formazione ingegneristica. Questo lavoro esplora esperimenti visualizzati in laboratori online per l'insegnamento e l'apprendimento e anche la ricerca. Vengono discusse le funzionalità interattive e di visualizzazione, tra cui l'implementazione di algoritmi guidati dalla teoria, la progettazione di algoritmi basati sul Web, l'interfaccia di monitoraggio personalizzabile e i banchi di test virtuali tridimensionali (3D). Per illustrare le caratteristiche e le funzionalità dei laboratori proposti, vengono forniti tre esempi, tra cui l'esplorazione del sistema di primo ordine utilizzando un sistema basato su circuito con elementi elettrici, la progettazione di algoritmi di controllo basati sul web per la sperimentazione virtuale e remota. Utilizzando algoritmi di controllo progettati dall'utente, non solo è possibile condurre simulazioni, ma anche esperimenti in tempo reale una volta che gli algoritmi di controllo progettati sono stati compilati in algoritmi di controllo eseguibili. Il laboratorio online proposto fornisce anche un'interfaccia di monitoraggio personalizzabile, con la quale gli utenti possono personalizzare la propria interfaccia utente utilizzando widget forniti come la casella di testo, il grafico, il 3D e il widget della fotocamera. Gli insegnanti possono utilizzare il sistema per la dimostrazione online in classe, gli studenti per la sperimentazione dopo le lezioni e i ricercatori per verificare le strategie di controllo.
Introduzione
I laboratori sono un'infrastruttura vitale per la ricerca e l'istruzione. Quando i laboratori convenzionali non sono disponibili e/o accessibili a causa di cause diverse, ad esempio acquisti inaccessibili e costi di manutenzione, considerazioni sulla sicurezza e crisi come la pandemia di coronavirus 2019 (COVID-19), i laboratori online possono offrire alternative1,2,3. Come i laboratori convenzionali, nei laboratori online sono stati compiuti progressi significativi come le funzionalità interattive4 e gli esperimenti personalizzabili5....
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Protocollo
In questo lavoro, vengono forniti tre esempi visualizzati separati per migliorare l'insegnamento, l'apprendimento e la ricerca, a cui è possibile accedere tramite il Networked Control System Laboratory (NCSLab https://www.powersim.whu.edu.cn/react).
1. Esempio 1: sistema di primo ordine che utilizza il protocollo di sperimentazione basato su circuito
- Accedere al sistema NCSLab.
- Apri un browser Web tradizionale e inserisci l'URL https://www.powersim.whu.edu.cn/react.
- Fai clic sul pulsante Avvia esperimento sul lato sinistro della pagina principale per accedere al sistema.....
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Risultati
Il sistema di laboratorio proposto è stato utilizzato in diversi discepoli dell'Università di Wuhan, come l'automazione, l'ingegneria energetica ed energetica, l'ingegneria meccanica e altre università, come l'Università agraria di Henan6.
Agli insegnanti / studenti / ricercatori viene fornita una grande flessibilità per esplorare il sistema utilizzando diversi banchi di test virtuali e / o fisici, definire i loro algoritmi di controllo e personalizzare la loro interfac.......
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Discussione
Il protocollo presentato descrive un sistema di laboratorio online ibrido che integra banchi di prova fisici per la sperimentazione remota e banchi di prova virtuali 3D per la sperimentazione virtuale. Per il processo di progettazione dell'algoritmo sono disponibili diverse librerie di blocchi, come gli elementi elettrici per la progettazione basata su circuiti. Gli utenti provenienti da ambienti di controllo possono concentrarsi sull'apprendimento senza competenze di programmazione. Dovrebbe essere presa in considerazio.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China nell'ambito di Grant 62103308, Grant 62173255, Grant 62073247 e Grant 61773144.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Sistema di controllo della velocità della ventola | / | / | Realizzato dal nostro team |
| https://www.powersim.whu.edu.cn/react | Realizzato dal nostro team |
Riferimenti
- 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....
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Ristampe e permessi
