elektronicznej edukacji inŝynierów

Transkrypt

1

2 POLSKIE TOWARZYSTWO NAUKOWE EDUKACJI INTERNETOWEJ Seminarium Środowiskowe 22 października 2009 Laboratorium wirtualne - fundament elektronicznej edukacji inŝynierów Remigiusz J. Rak POLITECHNIKA WARSZAWSKA Ośrodek Kształcenia na Odległość

3 Laboratorium wirtualne Plan prezentacji: Wstęp Technologia informacyjna - postęp e-kształcenie Rozwój zasobów tradycyjnych Laboratorium wirtualne Symulacja eksperymentu Projektowanie zdalne Zdalny dostęp do laboratorium rzeczywistego Podsumowanie 3

4 Unia Europejska: wytyczne Deklaracja Lizbońska:. Europe will need to invest more in its young people, education, research and innovation To give to all citizens the same opportunities of improving his/her degree of instruction and to promote the institution of a life-long long learning system 4

5 Unia Europejska: działania Komisja Europejska ustanowiła: European Training Foundation (ETF) the mission is to assist partner Countries in developing quality education and training systems and in putting them into practice. Projekty realizowane w ramach ETF: TEMPUS, SEE, MEDA, EECA, etc. which take place in the partner Countries to facilitate the reform of vocational education and training and employment systems. 5

6 Unia Europejska - efekty Due to the wide political and social transformation (in EE countries) there is increasing need for new teaching approaches similar to European old countries. e-learning seems to be the best way to reach these objectives as it removes the physical, geographical and cultural barriers to the education and enables the learners in choosing their own learning path and time. 6

7 Motto: Personally, I am always ready to learn, although I do not always like being taught Winston Churchill 7

8 Technologia informacyjna - postęp Technologia Efekty Kształcenie Komputer - moc obliczeniowa, rozmiary Sieć komputerowa - szybkość, dostęp Sieci bezprzewodowe GSM GPS Ochrona, prywatność UŜytkownicy zawsze w sieci on-line Źródła informacji i inne zasoby zawsze on-line Media cyfrowe wszechobecne Strumieniowanie mediów Bogate multimedia Dostępne animacje, symulacje Systemy wbudowane Mikroserwery WWW Powszechne i wszechobecne nauczanie Nauczanie mobilne Kształcenie kooperatywne Kształcenie przez całe Ŝycie Globalne źródła wiedzy Obiekty uczące wielokrotnego uŝycia Wszystkie obiekty zawsze w sieci (on-line) Społeczeństwo wiedzy E - kształcenie 8

9 e-kształcenie Proces nabywania kompetencji z uŝyciem szerokiego zestawu technologii informatycznych i środków przekazu multimedialnego. Leksykon e-nauczania

10 Postępy e-kształcenia Dostęp do Internetu standardem w pracy i w domu, Treści edukacyjne multimedialne i interakcyjne, Łatwy dostęp do bogatych platform edukacyjnych, DuŜa róŝnorodność i wysoka jakość narzędzi e- kształcenia, Poprawa jakości obsługi platform w sensie administracyjnym, Uwzględnianie standardów w opracowaniu obiektów uczących daje ich pełną kompatybilność i moŝliwość wielokrotnego uŝycia, e-kształcenie coraz bardziej atrakcyjne!

11 Rozwój narzędzi e-kształcenia Pisanie, mówienie: 50%-80% + Projektowanie: 50%-75% Słuchanie: 40%-70% Oglądanie: 40%-50% 1996 Czytanie - poziom przyswajania: 20-40% 11

12 Rozwój narzędzi e-kształcenia 2008 Czytanie, oglądanie, słuchanie, pisanie, mówienie, + Eksperyment - działanie Poziom przyswajania: 75%-95%

13 Poziom przyswajania WYSOKI Rozwój narzędzi e-kształcenia D Z I A Ł A N I E projektowanie zdalne wirtualne laboratorium MÓWIENIE, PISANIE SŁUCHANIE OGLĄDANIE interaktywne lekcje wideokonferencje kursy multimedialne (audio, video, animacje) multimedialne podręczniki elektroniczne wykłady na DVD OGLĄDANIE statyczne kursy (on-line) *.pdf prezentacje *.ppt (on-line) CZYTA -NIE poczta elektroniczna tekstowe podręczniki elektroniczne czasopisma elektroniczne NISKI NISKI WYSOKI Poziom aktywności w działaniu 13

14 e-kształcenie w zakresie politechnicznym Dla naukowców i inŝynierów kluczowa faza kształcenia to: E K S P E R Y M E N T usprawnia transfer praktycznej wiedzy od nauczyciela do ucznia Wymóg w zakresie kształcenia inŝynierów: Eksperymenty z uŝyciem rzeczywistej aparatury, w warunkach moŝliwie bliskich rzeczywistym, z moŝliwością nauki na błędach. 14

15 e-kształcenie w zakresie techniki pomiarowej Powołano: Zespół roboczy (Working Group): e-tools for Education in Instrumentation & Measurement pod nadzorem: IEEE Instrumentation and Measurement Society, Technical Committee TC-23 Education in Instrumentation and Measurement Strona internetowa Zespołu: 15

16 IEEE Instrumentation and Measurement Society Technical Committee TC-23 Education in Instrumentation and Measurement Working Group on "e-tools for Education in Instrumentation & Measurement " The IEEE TC-23 working group on e-tool for education on I&M serves as a forum for users, developers, and researchers with interest for e-tools, under the IEEE Instrumentation and Measurement Society, Technical Committee - 23 for Education in Instrumentation and Measurement. The working group is a meeting point for all those interested toall aspects of this subject: information about available tools, novel research approaches, innovation, quality, realization, requirements for the development, aspects connected to the interoperability of the different e-tools, and sharing educational experience. It is actually a network of members interested to the use of e-tools for educational practice related to I&M. Its main goal is the development of technical knowledge and exchange of information between all partners concerning the e-tools. Such research networks will encourage interaction betweendifferent disciplines, the combination of different technologies, the transfer of techniques from one scientific domain to another, the dissemination of results. The members of the working group on e-tool for education on I&M are collaborating towards: disseminating information by means of appropriate networks linking groups; organize periodical meetings on the above mentioned topics; support from the scientific point of view the publication of books, notes, and so on; encourage research teams to work together on high quality joint research projects; participate in international activities dealing with, e-tool for Education on I&M evaluation methodologies, their architectures and standardization; set up special interest groups to address the activities of international bodies dealing with issues of interest of the Working Group. The activities The Working Group was founded in 2004 during a meeting of the TC-23 Technical Committee on Education for I&M at the IMTC/04 conference. Among the issues that need to be examined are: the experience of the e-tools users in the education on instrumentation and measurement at different levels, different degree courses or life-long learning, and also other new and interesting aspects. With the aim to provide a forum where people and labs actively involved in the development and/or use of e-tools present their achievements, the Special Session "Virtual Labs for Education in Instrumentation and Measurement", is organized at the IMTC/05 with the collaboration of the Education for Instrumentation & Measurement (TC-23), and the Virtual Systems in Measurements (TC-15). All the information about the activities of the WG is available on the web site: All interesting people are invited to visit the web site and /or to contact one of the following: Prof. Domenico Grimaldi, co-ordinator of the WG, grimaldi@deis.unical.it Prof. Sergio Rapuano, secretary of the WG, rapuano@unisannio.it Prof. Theodore Laopoulos, Chairman of TC-23 on Education, laopoulos@physics.auth.gr 16

17 e-kształcenie w zakresie politechnicznym Główne przesłanki wprowadzania nowych technik do organizacji laboratoriów: Obowiązujące tendencje w ramach EU; Wysoki koszt aparatury badawczej; Wysoki koszt zarządzania laboratorium; Trudności w odnawianiu personelu technicznego; Rosnąca liczba studentów. Koszty kształcenia!!! 17

18 e-kształcenie w zakresie politechnicznym Remedium: LABORATORIUM WIRTUALNE: Projektowanie zdalne, Symulacja eksperymentu, Zdalny dostęp do laboratorium rzeczywistego 18

19 Zdalny dostęp do laboratorium - chronologia 1. Przyrząd wirtualny; 2. Przyrząd wirtualny sprzęgnięty z lokalną siecią komputerową; 3. System rozproszony w sieci komputerowej; 4. Zdalny dostęp do laboratorium. 19

20 Wirtualny przyrząd pomiarowy - Definicja Przyrząd wirtualny - to rodzaj inteligentnego przyrządu pomiarowego powstałego w wyniku sprzęŝenia pewnego sprzętu nowej generacji z mikrokomputerem osobistym i przyjaznym dla uŝytkownika oprogramowaniem, które umoŝliwia uŝytkownikowi współpracę z mikrokomputerem na zasadach takich jakby obsługiwał tradycyjny przyrząd pomiarowy. 20

21 Aplet Javy: Oscyloskop 21

22 Aplet Javy: Generator Pole odczytu częstotliwości Ustawienie zakresu częstotliwości Wybór funkcji Pole odczytu amplitudy Płynna regulacja częstotliwości 6 Ustawienie symetrii (wypełnienia) Płynna regulacja Płynna regulacja składowej 7stałej amplitudy 8 22

23 Flash 23

24 Flash 24

25 25

26 Zestaw przyrządów wirtualnych : aplikacja Windows LabWindows/CVI 26

27 Systemy pomiarowe w lokalnej sieci komputerowej SERWER ETHERNET TCP/IP HUB KONCENTRATOR IEC-625 RS

28 Systemy pomiarowe w sieci globalnej - Internet SERWER ZARZĄDZAJĄCY Przyrząd pomiarowy z RS-232 RS232 Serwer WWW Laboratorium komputerowe Serwer pomiarowy Przyrządy z wbudowanymi mikroserwerami WWW Przyrządy pomiarowe z GPIB 28

29 Laboratorium Wirtualne - definicja Heterogeniczne, rozproszone środowisko umoŝliwiające zdalny dostęp do programowych i sprzętowych zasobów laboratorium w sposób ciągły zarówno w sensie miejsca jak i czasu. 29

30 Zdalne Laboratorium - modele Model Synchroniczny (poziom 0) Obserwacja (bierna) pracy nauczyciela (laboranta) wykonującego eksperyment; Zdalna wizualizacja przebiegu eksperymentu (poziom 1) Obserwacja działania automatycznego systemu; Zdalna kontrola eksperymentu (poziom 2) Zdalne sterowanie przebiegiem eksperymentu; Zdalne projektowanie WP Zdalne projektowanie WP (poziom 3) Projektowanie i uruchamianie własnego WPP (LabVIEW) i jego implementacja w zdalnym laboratorium 30

31 Zdalne Laboratorium - zarządzanie Laboratorium zdalne musi odpowiadać wymogom standardów kształcenia na odległość!!! Musi więc zawierać cechy kompletnego Systemu Zarządzania Kształceniem Learning Management System (LMS) 31

32 System Zarządzania Kształceniem Learning Management System (LMS) ZłoŜone narzędzie programowe do wspomagania e-kształcenia, sterujące dystrybucją zasobów systemu kształcenia. Zawiera elementy administrowania przebiegiem procesu e-kształcenia, ewidencji studentów, kontroli ich uprawnień oraz postępów w nauce. Do zadań LMS naleŝy takŝe ochrona zasobów, a najnowsze wersje są wyposaŝone w fukcje kontroli spójności merytorycznej gromadzonych i dystrybuowanych treści. Standaryzacja: AICC IMS - ADL (SCORM) IEEE (LOM) 32

33 Laboratorium wirtualne LMS 33

34 Laboratorium wirtualne 34

40 Zdalne wirtualne praca w sieci Inny sposób zdalnego dostępu: DataSocket,.NetRemoting WebServices Za pośrednictwem przeglądarki WWW uŝytkownik uzyskuje dostęp do zasobów laboratorium i z uŝyciem myszy moŝe sterować przebiegiem eksperymentu 40

41 POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektrotechniki Teoretycznej i Systemów Informacyjno-Pomiarowych Laboratorium Systemów Pomiarowych Ćwiczenie laboratoryjne: Pomiar charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych wzmacniaczy 41

42 Pomiar charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych wzmacniaczy GENERATOR AFG 5101 WE > WY MULTIMETR DM5120 GENERATOR AFG-5101 MULTIMETR DM

43 WIRTUALNY PRZYRZĄD POMIAROWY - pomiar charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych wzmacniaczy GENERATOR AFG-5101 MULTIMETR DM-5120 GENERATOR AFG 5101 WE > WY MULTIMETR DM5120 IEC

44 GENERATOR MULTIMETR KONTROLER Pomiar charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych wzmacniaczy 44

45 Pomiar charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych wzmacniaczy Architektura klient-serwer : Serwer systemu: Aplikacja MS Windows napisana w środowisku Labwindows/CVI, (wirtualny przyrząd pomiarowy umieszczony na serwerze pomiarowym). Klient systemu: Aplikacja MS Windows napisana w środowisku LabWindows/CVI - realizacja zdalnego dostępu za pośrednictwem technologii DataSocket. 45

46 Pomiar charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych wzmacniaczy 46

47 Aplikacja serwera AFG 5101/DM

48 Aplikacja klienta Multimetr DM

49 Aplikacja klienta Generator AFG

50 Aplikacja klienta: analizator charakterystyk amplitudowych ANALIZATOR CHARAKTERYSTYK AMPLITUDOWYCH WZMACNIACZY 50

51 ANALIZATOR CHARAKTERYSTYK AMPLITUDOWYCH WZMACNIACZY

52 Propozycje ćwiczeń laboratoryjnych realizowanych w ramach Ośrodka Kształcenia na Odległość Politechniki Warszawskiej Zadanie 5 Tworzenie i modernizacja programów studiów, podręczników Zadanie 5 Tworzenie i modernizacja programów studiów, podręczników multimedialnych i zdalnych laboratoriów na studiach oferowanych w formie kształcenia na odległość, dla projektu Program Rozwojowy Politechniki Warszawskiej finansowanego z Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki (w trakcie realizacji )

53 Stany przejściowe w obwodach RLC Obwody rezonansowe RLC Badanie przetworników A/C i C/A

54 Badanie filtrów Badanie parametrów wzmacniacza elektroakustycznego Analiza sygnałów Projektowanie wirtualnych przyrządów pomiarowych w LabVIEW

55 Badanie charakterystyk diody półprzewodnikowej i tranzystora bipolarnego Badanie charakterystyk stałoprądowych tranzystora MOS Badanie charakterystyk wzmacniacza operacyjnego Badanie parametrów wzmacniacza telekomunikacyjnego EDFA Badanie parametrów spektralnych nadajników telekomunikacyjnych

56 Propagacja fal w linii długiej Rezonatory i filtry mikrofalowe Wzmacniacze mikrofalowe Przemiana częstotliwości Światłowód i jego charakterystyki Analogowe łącze światłowodowe

57 Sterowanie robotem mobilnym Sterowanie robotem przemysłowym Minimalizacja funkcji kombinacyjnych Zasady konstrukcji bramek kombinacyjnych CMOS

58 Podsumowanie W zakresie projektowania laboratoriów wirtualnych - indywidualnie mamy duŝe osiągnięcia, W celu zbudowania sieci laboratoriów - mamy jeszcze wiele do zrobienia, Jesteśmy zmuszeni do działań zespołowych i solidarnych zgodnie z ideą wirtualnego laboratorium.

59 Dziękuję za uwagę