东北大学的高科技工具和玩具实验室教导新生像工程师一样思考

挑战

开发计算机编程和工程概念教学的实际应用程序

解决方案

建立使用测试和测量仪器和MathWorks产品在实验室动手环境,解决了地下成像问题s manbetx 845

结果

  • 实际工程经验
  • 一个单一、高效的软件环境
  • 正学生的反馈

“我们选择了MATLAB作为编程环境与接口测试和测量仪器的电脑,因为它使教授介绍简单的编程和工程概念,容易观察,连续的步骤。”

史蒂芬·麦克奈特博士,东北大学
学生和教授在波士顿东北大学成像技术HTT&TL地下形状。

美国东北大学高科技工具与玩具实验室(HTT&TL)的教师们通过对测试和测量仪器的亲身体验来教授新生编程和工程概念。该实验室由美国东北大学(Northeastern University)教授斯蒂芬•麦克奈特(Stephen McKnight)和吉利德•塔德莫尔(Gilead Tadmor)以及斯沃斯莫尔学院(Swarthmore College)教授卡尔•埃弗巴克(E. Carr Everback)创建,使用的是MATLAB®,数据采集工具箱™和仪器控制工具箱™作为平台,进行实验和分析结果。该实验室是必需的大一工科工程问题解决和计算的基础。

McKnight说:“这个实验室为编程概念提供了很好的介绍,而这些概念对于初学者来说常常是很麻烦的。”“我们利用MATLAB作为编程环境,提供动手学习的机会,提高学生的成功能力。”

挑战

新生以不同的能力和兴趣进入工程专业。虽然有些人已经设计了自己的网站,并完成了C或c++课程,但其他人几乎不了解目录结构和文件操作。

创建满足所有学生的需求,教室项目是困难的。教师往往选择容易学习,但平淡的问题,如数字排序,或例子,如流体摩擦,依赖于数学和物理学的先进理论。这种做法的结果教训是初学者太硬或太容易了更先进的学生。

麦克奈特、塔德莫尔和埃弗巴赫试图开发一门课程,以激励和挑战学生的任何背景和经验。

解决方案

教授们开发了一个工程实验室,利用计算机与测试和测量仪器相结合来构建模拟商业子系统的系统,如全球定位系统传感器、地面穿透雷达和数码相机。

他们意识到,实验室将是一个宝贵的教学工具,让学生接触真正的工程挑战。实验室工作站配备了通用接口总线(GPIB)测试和测量设备,声学和超声波传感器,以及步进电机控制的执行器。这个仪器由安捷伦管组成®可编程万用表,电源,函数发生器和连接到一个GPIB控制器卡数字示波器,和一个国家仪器I / O板的PC。

选择MATLAB作为编程环境是因为它是一个标准。“这对解决问题很有帮助,对可视化和绘图也很有用,”麦克奈特说。MATLAB对学生来说也很容易操作,他们不需要编写程序来使用它。最后,它在大多数分析任务上都优于C语言。”

数据采集​​工具箱控制和使用工业标准的A / d和d / A板和仪器控制工具箱使仪器的控制命令进行通信,以通过GPIB,串行,USB或以太网连接来发送。笔记McKnight的,“使用MathWorks产品,所述的覆盖优点”,“是,学生可以在相s manbetx 845同的环境中,用他们使用的用于信号处理,计算,图形,和可视化的相同语法进行仪器控制和数据采集功能。”

该课程的课程设置是基于模块,建立在整个学期的基础上。学生测量空气和水中的声速,控制步进电机和x-y定位器,并通过超声波反射成像地下物体。他们首先编写一些程序,指导计算机使电动机产生物理运动——提供即时的、有益的反馈。

第二个项目是对一个视频图像进行色彩分析,将彩色乒乓球放入装有步进电机的旋转管中。

50至100工程系大一的学生,每年参加工程解决问题和计算过程的HTT和TL格式。正如他们在学习过程中,他们不断开发和利用MathWorks的技巧等课程,如电磁场,学生使用的HTT和TL的课程,控制学习步进电机和MATLAB的应用相同的技能大三工程课程天线角度。

马萨诸塞州的三所社区学院正在将东北大学的实验室课程纳入他们自己的工程课程。

结果

  • 实际工程经验。“学生体验真实世界的实验室效果,如噪音,采样文物和阈值技术,”麦克奈特说。“他们的做法与协调理论实际数据和测量数据推断简单的数学模型。他们被要求这样想通过做实验的精度和测量时间之间的权衡现实的工程师。”

  • 一个单一、高效的软件环境。学生使用单一的软件环境来控制实验中使用的仪器和分析数据。这避免了将结果保存到文件中,然后将文件读入MATLAB进行分析的多步骤过程。

  • 正学生的反馈。从学生的反馈在使用过程中一直非常积极。韦斯顿福特,机械工程专业谁了当然,说:“我喜欢用MATLAB与实验室硬件一起展示我们的实验是如何与现实世界的问题和我们的专业。使用MATLAB的两大优势在于它的强大,它很容易学习。”

世界上有1300所大学提供校园范围内的MATLAB和Simulink,东北大学是其中之一。万博1manbetx有了校园范围的许可证,研究人员、教师和学生可以访问一个通用的产品配置,在最新版本中,可以在任何地方使用——在教室、在家里、在实验室或在现场。s manbetx 845