Dit werk beschrijft een online experimenteersysteem dat gevisualiseerde experimenten biedt, waaronder de visualisatie van theorieën, concepten en formules, het visualiseren van het experimentele proces met driedimensionale (3D) virtuele testopstellingen en het visualiseren van het besturings- en bewakingssysteem met behulp van widgets zoals kaarten en camera's.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Interactief en gevisualiseerd online experimenteersysteem voor technisch onderwijs en onderzoek
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Experimenteren is cruciaal in het technisch onderwijs. Dit werk onderzoekt gevisualiseerde experimenten in online laboratoria voor lesgeven en leren en ook onderzoek. Interactieve en visualiserende functies, waaronder theoriegestuurde algoritme-implementatie, webgebaseerd algoritmeontwerp, aanpasbare monitoringinterface en driedimensionale (3D) virtuele testopstellingen worden besproken. Om de kenmerken en functionaliteiten van de voorgestelde laboratoria te illustreren, worden drie voorbeelden gegeven, waaronder de eerste-orde systeemverkenning met behulp van een circuitgebaseerd systeem met elektrische elementen, webgebaseerd besturingsalgoritmeontwerp voor virtuele en externe experimenten. Met behulp van door de gebruiker ontworpen besturingsalgoritmen kunnen niet alleen simulaties worden uitgevoerd, maar kunnen ook realtime experimenten worden uitgevoerd zodra de ontworpen besturingsalgoritmen zijn gecompileerd in uitvoerbare besturingsalgoritmen. Het voorgestelde online laboratorium biedt ook een aanpasbare monitoringinterface, waarmee gebruikers hun gebruikersinterface kunnen aanpassen met behulp van de meegeleverde widgets zoals het tekstvak, de grafiek, 3D en de camerawidget. Docenten kunnen het systeem gebruiken voor online demonstratie in de klas, studenten voor experimenten na de les en onderzoekers om controlestrategieën te verifiëren.
Inleiding
Laboratoria zijn vitale infrastructuur voor onderzoek en onderwijs. Wanneer conventionele laboratoria niet beschikbaar en/of toegankelijk zijn vanwege verschillende oorzaken, bijvoorbeeld onbetaalbare aankoop- en onderhoudskosten, veiligheidsoverwegingen en crises zoals de coronavirusziekte 2019 (COVID-19) pandemie, kunnen online laboratoria alternatieven bieden1,2,3. Net als conventionele laboratoria is er aanzienlijke vooruitgang geboekt, zoals interactieve functies4 en aanpasbare experimenten5 in de online laboratoria. Voor e....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
In dit werk worden drie afzonderlijke gevisualiseerde voorbeelden gegeven om onderwijs en leren en onderzoek te verbeteren, die toegankelijk zijn via het Networked Control System Laboratory (NCSLab https://www.powersim.whu.edu.cn/react).
1. Voorbeeld 1: Eerste-ordesysteem met behulp van circuitgebaseerd experimenteerprotocol
- Toegang tot het NCSLab-systeem.
- Open een reguliere webbrowser en voer de URL https://www.powersim.whu.edu.cn/react in.
- Klik op de knop Experiment starten aan de linkerkant van de hoofdpagina om in te loggen op het systeem. Gebruikersnaam: whutest; wa....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Het voorgestelde laboratoriumsysteem is gebruikt in verschillende discipelen aan de Universiteit van Wuhan, zoals de Automation, Power and Energy Engineering, Mechanical Engineering en andere universiteiten, zoals Henan Agricultural University6.
Docenten / studenten / onderzoekers krijgen grote flexibiliteit om het systeem te verkennen met behulp van verschillende virtuele en / of fysieke testopstellingen, hun besturingsalgoritmen te definiëren en hun monitoringinterfac.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Het gepresenteerde protocol beschrijft een hybride online laboratoriumsysteem dat fysieke testopstellingen integreert voor experimenten op afstand en 3D virtuele testopstellingen voor virtuele experimenten. Er zijn verschillende blokbibliotheken beschikbaar voor het ontwerpproces van het algoritme, zoals de elektrische elementen voor circuitgebaseerd ontwerp. Gebruikers met een besturingsachtergrond kunnen zich concentreren op leren zonder programmeervaardigheden. Het juiste ontwerp van een besturingsalgoritme dat kan wo.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China onder Grant 62103308, Grant 62173255, Grant 62073247 en Grant 61773144.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Fan snelheidsregelsysteem | / | / | Gemaakt door ons team |
| https://www.powersim.whu.edu.cn/react | Gemaakt door ons team |
Referenties
- 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....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
