Method Article

Interaktywny i zwizualizowany system eksperymentów online dla edukacji i badań inżynierskich

DOI:

10.3791/63342

November 24th, 2021

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca opisuje system eksperymentów online, który zapewnia wizualizację eksperymentów, w tym wizualizację teorii, koncepcji i formuł, wizualizację procesu eksperymentalnego za pomocą trójwymiarowych (3D) wirtualnych stanowisk testowych oraz wizualizację systemu kontroli i monitorowania za pomocą widżetów, takich jak wykresy i kamery.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Eksperymentowanie jest kluczowe w edukacji inżynierskiej. W tej pracy bada się wizualizowane eksperymenty w laboratoriach internetowych do nauczania i uczenia się, a także badań. Omówiono funkcje interaktywne i wizualizacyjne, w tym implementację algorytmów sterowanych teorią, projektowanie algorytmów w sieci Web, konfigurowalny interfejs monitorowania oraz trójwymiarowe (3D) wirtualne stanowiska testowe. Aby zilustrować cechy i funkcjonalności proponowanych laboratoriów, podano trzy przykłady, w tym eksplorację systemu pierwszego rzędu przy użyciu systemu opartego na obwodach z elementami elektrycznymi, projektowanie algorytmów sterowania opartego na sieci Web do wirtualnych i zdalnych eksperymentów. Korzystając z zaprojektowanych przez użytkownika algorytmów sterowania, można nie tylko przeprowadzać symulacje, ale także przeprowadzać eksperymenty w czasie rzeczywistym po skompilowaniu zaprojektowanych algorytmów sterowania w wykonywalne algorytmy sterowania. Proponowane laboratorium online zapewnia również konfigurowalny interfejs monitorowania, za pomocą którego użytkownicy mogą dostosować swój interfejs użytkownika za pomocą dostarczonych widżetów, takich jak pole tekstowe, wykres, widżet 3D i widżet kamery. Nauczyciele mogą używać systemu do demonstracji online w klasie, uczniowie do eksperymentowania po zajęciach, a badacze do weryfikacji strategii kontroli.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Laboratoria są niezbędną infrastrukturą dla badań i edukacji. Gdy konwencjonalne laboratoria nie są dostępne i/lub nie są dostępne z różnych powodów, na przykład zbyt przystępnych kosztów zakupów i konserwacji, względów bezpieczeństwa i sytuacji kryzysowych, takich jak pandemia choroby koronawirusowej 2019 (COVID-19), laboratoria internetowe mogą oferować alternatywy1,2,3. Podobnie jak w przypadku konwencjonalnych laboratoriów, w laboratoriach online osiągnięto znaczny postęp, taki jak interaktywne funkcje4 i konfigurowalne eksperymenty

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tej pracy przedstawiono trzy oddzielne wizualizacje przykładów usprawniające nauczanie, uczenie się i badania, do których można uzyskać dostęp za pośrednictwem Laboratorium Sieciowego Systemu Kontroli (NCSLab https://www.powersim.whu.edu.cn/react).

1. Przykład 1: System pierwszego rzędu wykorzystujący protokół eksperymentowania oparty na obwodach

  1. Uzyskaj dostęp do systemu NCSLab.
    1. Otwórz popularną przeglądarkę internetową i wprowadź adres URL https://www.powersim.whu.edu.cn/react.
    2. Kliknij przycisk Rozpocznij eksperyment po lewej stronie strony głównej, aby zalogo....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Proponowany system laboratoryjny był używany w kilku różnych szkołach na Uniwersytecie Wuhan, takich jak Automatyka, Energetyka i Inżynieria Energetyczna, Inżynieria Mechaniczna oraz na innych uniwersytetach, takich jak Uniwersytet Rolniczy Henan6.

Nauczyciele/studenci/badacze mają zapewnioną dużą elastyczność w eksplorowaniu systemu za pomocą różnych wirtualnych i/lub fizycznych stanowisk testowych, definiowaniu swoich algorytmów sterowania i dostosowywaniu interfejsu .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Prezentowany protokół opisuje hybrydowy system laboratoryjny online, który integruje fizyczne stanowiska testowe do zdalnych eksperymentów oraz wirtualne stanowiska testowe 3D do wirtualnych eksperymentów. W procesie projektowania algorytmów dostępnych jest kilka różnych bibliotek bloków, takich jak elementy elektryczne do projektowania opartego na obwodach. Użytkownicy ze środowisk kontrolnych mogą skupić się na nauce bez umiejętności programowania. Należy zastanowić się nad odpowiednim zaprojektowaniem algorytmu sterow.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin w ramach Grantu 62103308, Grantu 62173255, Grantu 62073247 i Grantu 61773144.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
System kontroli prędkości wentylatora//Wykonane przez nasz zespół
https://www.powersim.whu.edu.cn/reactWykonane przez nasz zespół

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Online LaboratoryVisualized ExperimentationRemote ExperimentationWeb Based Algorithm DesignControl Algorithm ImplementationCustomizable Monitoring InterfaceThree Dimensional Virtual LabReal Time ExperimentationPID Control AlgorithmEngineering Education

Related Articles