Moku:Go应用于俄勒冈州立大学“自动化未来”教学

介绍

俄勒冈州立大学( OSU ), 俄勒冈州最大的公立大学, 提供了一个名为 OSU Ecampus 的100%在线学位课程。这个领先的在线教学正在飞速发展, 欢迎更多的学生加入并增加所提供的学位种类。在自动化未来( ENG 100 )这门面向科学、技术、工程和数学( STEM )专业学生的完全在线入门工程课程, OSU 教授 Jason Clark 使用Moku:Go 向每批110名学生介绍了在电子和计算机工程中关键主题以及对社会的巨大影响。

Moku:Go是Liquid Instruments第一款面向工程教学和通用工业量身定制的软件定义仪器解决方案。软件定义的功能使得 Moku:Go 提供了10种以上的不同仪器用于电子通信实验室。

配合多仪器并行模式( MiM ), 用户可以配对组合仪器以无损互连的方式同时运行。并且还支持 Moku云编译( MCC ), 是一种创建和部署数字信号处理算法的托管服务(图1)。借助MCC, 用户可以使用自己擅长的工具(如MATLAB和Simulink)设计算法, 然后部署到Moku:Go上, 和其他的软件定义仪器实时运行。

图1：Moku:Go云编译示例

面临挑战

如今, 工科学生在接受高等教育时面临着复杂的挑战。虽然商业技术在飞速发展, 但大学课程通常滞后。随着课堂转向远程教学, 学生们经常会面临使用已经存在了十几年的工具。在 OSU-俄勒冈州立大学, Clark 教授希望通过让学生在教育初期使用下一代工具来解决这些挑战, 并且支持100%远程的方式。在 ENG 100 中, 大部分学生从这儿开始他们第一门大学的工程课程。有些人还没有选择工程学科, 所以这门课程能否激发他们对于技术的兴趣很重要。

由于如此多的学生远程共享设备, 用一个放满传统台式仪器的实验室会导致不必要的混乱和困难。而且大部分学生此前从未使用过这类工具, 试图尝试用远程教学学习传统设备的按键和仪表盘可能是一项艰巨的任务。此外, 一些学生也没有编程、设计或者测试的经验, 所以他们需要能在10周的一个周期内能快速并易于掌握的工具。课程的目标是激发学生对工程主题的兴趣, 而不是用难以使用的工具和困难的项目来拖慢他们的脚步。跨学科小组需要一种高效的方式能够远程地去学习、测试和探索, 包括在传统实验室之外设计和测试原型机的方法。

解决方案

为了在短时间内向学生介绍重要的工程课题和工具, Clark 教授使用 Moku:Go 对他的课程计划进行了现代化改造。借助单个设备中的10种以上集成的仪器、远程连接和高度直观的用户界面, 学生们可以使用Moku:Go快速获得各种仪器的宝贵经验、轻松协作并快速地探索高级课题。

使用5台 Moku:Go, 学生小组在规划时间内共享设备。他们通过简便地数据分享和直观的仪器框图显示界面协同工作。通过这种方式, 学生不仅能够测量, 也能够追踪被测信号。Clark 教授每周会围绕当下提供新的设计提示, 让学生熟悉全套嵌入式仪器, 有效地为未来课程作业做好准备, 同时集思广益解决现实问题。

首先, 他们研究了 Moku:Go 上的示波器、波形发生器和锁相放大器。使用 MiM, 学生们可以一次性同时运行两个仪器功能, 以进一步分析和测试它们的原理。随着课程进展和学生快速学习掌握入门简介课题后, Clark 教授还可以介绍通常为研究生水平的学生保留的进阶概念。使用Simulink 和 Comsol 配合 Moku:Go, 学生们导入原理和传感器设计, 使用MCC来编写自定义程序, 释放他们的创造力。没有编程经验的学生们则在 Simulink 中设计原理图并使用 MCC 将他们的设计和 Moku:Go 联系起来。

图1：在Moku:Go多仪器并行中配置云编译和示波器

“Moku可以变成你希望它成为的样子 - 不单单是它拥有的和替代的标准测试仪器, 也可以是你在 Simulink 中绘制的原理图”, Clark教授说, “你的 Moku 可以是任意东西, 这是一个非常强大的概念。”具有近乎无限可能性和较低的工程准入门槛, 学生们甚至可以在家中通过一台设备进行设计、原型机制作、测试和调整。”

结果

借助 Moku:Go, 学生们在大一期间学习和拓展新想法并轻松攻克高级概念, 每周探索一个新主题。在其中一次探索过程中, 学生们使用 Simulink 和 Moku:Go 仪器创建了一个传感器, 用于测量轨道上物体的向心加速度。学生们确定物体需要旋转多快才能达到9.8m/s^2的加速度。使用 Moku:Go 以及其他软件定义的工具, 学生们提前数年克服了现实世界中的问题。

学生们离开课堂时仍然对工程学感到兴奋, 充满新的想法并准备使用他们学到的工具来解决社会问题。计算机科学专业的学生热衷将MCC用于人工智能等应用, 而机械工程专业的学生则集思广益, 想出了用Moku:Go PID 控制器用于机器人应用。随着上一阶段学生在 ENG 100 中的成功, Clark 教授计划进一步改进课程并利用 Moku:Go 在下一阶段教授新的学生群体。Moku:Go集多种功能于一台设备且提供一致的操作体验，从而加速了学生学习过程，让学生在更短的时间内学习更多的知识内容。作为一种经济高效, 占地面积小的工具, Moku:Go取代了对杂乱的教育实验室工作台的需求。

“当Moku的指标一样好、价格实惠并且轻便,为什么还要花那么多钱采购独立设备呢?” Clark教授说。

随着学生们完成余下的工程教学, 他们使用 Moku:Go 在“自动化未来”教学中拓展的技术和理念有助于塑造下一代技术突破。