通過(guò)手機(jī)，筆記本電腦或平板電腦遠(yuǎn)程連接NI ELVIS III的能力不僅適用于遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)，也適用于所有提供充滿活力的實(shí)踐內(nèi)容，希望為他們學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作提供最大化的靈活性
- Dr. Tim Drysdale, The Open University

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)面臨著什么挑戰(zhàn)？
作為遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)，開(kāi)放大學(xué)需要給在遠(yuǎn)程登錄的工程本科生提供真正的工程硬件，而且是具有情感聯(lián)系的接口，使得學(xué)生可以通過(guò)實(shí)際操作進(jìn)行學(xué)習(xí)。我們承諾學(xué)生可以隨時(shí)隨地使用智能手機(jī)、平板電腦或計(jì)算機(jī)上的現(xiàn)有接口就可以登錄學(xué)習(xí)頁(yè)面，而不用下載任何自定義軟件。

NI ELVIS能為學(xué)校提供什么樣的創(chuàng)新思路？
使用NI ELVIS平臺(tái)，我們創(chuàng)建一個(gè)用于托管實(shí)驗(yàn)的全自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室。我們利用近乎即時(shí)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)A / V連接（webRTC）來(lái)實(shí)現(xiàn)即視感存在感，用于數(shù)據(jù)和控制的websockets以及用于家用設(shè)備的自定義HTML5接口。 這使學(xué)生能夠使用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器與遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。
The Open University的成功案例引起了工程教育界的廣泛關(guān)注，我們請(qǐng)來(lái) The Open University 的兩位重磅嘉賓——Dr. Tim Drysdale和Prof. Nicholas Braithwaite分享關(guān)于遠(yuǎn)程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)

院校教育與實(shí)際工程如何接軌？
你會(huì)認(rèn)為做工程類的遠(yuǎn)程教育非常挑戰(zhàn) – 是的，你是對(duì)的。但是，所有類型的工科學(xué)生在畢業(yè)后進(jìn)入工作，都將面臨國(guó)際化的團(tuán)隊(duì)，他們和團(tuán)隊(duì)成員以及使用的設(shè)備都有可能不在同一個(gè)地點(diǎn)、甚至不在同一個(gè)時(shí)區(qū)。在一些極端情況下，例如在深海里或遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)系中、或者更為普遍但同樣重要的是，在我們繁華都市的地下基礎(chǔ)設(shè)施中，工程師可能永遠(yuǎn)不會(huì)與那些位于遠(yuǎn)處的傳感器、執(zhí)行器和工具進(jìn)行“物理地”交互。

從一開(kāi)始就培訓(xùn)學(xué)生通過(guò)遠(yuǎn)距離使用設(shè)備來(lái)探索工程世界，這甚至可能是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。但是，首先，教學(xué)者必須使教學(xué)流程運(yùn)行順暢，保證學(xué)生可以遠(yuǎn)程參與學(xué)習(xí)而不會(huì)因挫折而放棄。開(kāi)放大學(xué)耗資580萬(wàn)英鎊的OpenSTEM實(shí)驗(yàn)室正在應(yīng)對(duì)工程課程的這一挑戰(zhàn)。


圖1：學(xué)生使用手機(jī)，平板電腦，筆記本電腦或臺(tái)式機(jī)上的HTML5接口遠(yuǎn)程接入實(shí)驗(yàn)

開(kāi)放大學(xué)由Royal Charter于1969年建立，是英國(guó)領(lǐng)先的、具備靈活性和創(chuàng)新性的技術(shù)增強(qiáng)型學(xué)習(xí)大學(xué)。 它為世界各地的學(xué)生提供了學(xué)習(xí)資源。 開(kāi)放大學(xué)最初被設(shè)想為“空中大學(xué)”，利用電視向整個(gè)國(guó)家播放講座。 從那時(shí)起，教學(xué)模式一直緊跟技術(shù)發(fā)展演進(jìn)，尋找最佳教學(xué)方法。 它將人作為教學(xué)互動(dòng)的中心，幫助學(xué)生克服距離和其他障礙。 開(kāi)放大學(xué)已經(jīng)幫助超過(guò)200萬(wàn)被校園教育拒絕的學(xué)生接受教育。

在工程教育環(huán)境中使用最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是證明開(kāi)放大學(xué)處于行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位的另一個(gè)重要例子，因?yàn)樗从沉耸澜绺鞯毓こ套鳂I(yè)中最重大的變化之一：工程師通常必須在相當(dāng)遠(yuǎn)距離的地方運(yùn)行他們的裝備。

它的重要性還因?yàn)楫?dāng)教育者尋求新方法與當(dāng)代各個(gè)學(xué)科的學(xué)生接觸的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，這些出生在移動(dòng)電話時(shí)代的人們希望在幾秒鐘之內(nèi)就可以從瀏覽器中獲得他們想要的任何東西，電影、書(shū)籍、雜貨、學(xué)習(xí)資源。
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開(kāi)放工程實(shí)驗(yàn)室為“工程實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)網(wǎng)”提供了有效的裝備
開(kāi)放工程實(shí)驗(yàn)室（OpenEngineering Lab，簡(jiǎn)稱OEL）團(tuán)隊(duì)采用的創(chuàng)新方法是通過(guò)用工程儀器替換視頻通話中的一方來(lái)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)溝通。 通過(guò)這種方法，無(wú)論學(xué)生是在美國(guó)用移動(dòng)電話還是在歐洲用筆記本電腦，他們都可以隨時(shí)連接參與操作課程，他們的鍵盤/觸摸屏操作與存在在這個(gè)星球上某個(gè)地方的儀器和工具上觀察到的響應(yīng)之間沒(méi)有明顯的延遲，這就為“工程實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)網(wǎng)”提供了有效的裝備。

通過(guò)OEL，我們的學(xué)生可以遠(yuǎn)程直接連接到眾多預(yù)配置的工程工作站中的一個(gè)（就像傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室）。 每個(gè)工作站都基于NI ELVIS教學(xué)平臺(tái)，將幾個(gè)最重要的工業(yè)級(jí)儀器（如示波器，函數(shù)發(fā)生器，萬(wàn)用表和邏輯分析儀）組合成一個(gè)單一、直觀的設(shè)備。

此外，NI ELVIS可與可更換實(shí)驗(yàn)板結(jié)合使用，用于不同學(xué)科的教學(xué)，例如電路，控制和通信。 在整個(gè)工程課程中，我們的學(xué)生與六個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行交互，其中兩個(gè)是商業(yè)上可用的：
QNET旋轉(zhuǎn)倒立擺板 - 專為閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)，可幫助學(xué)生直觀地與倒立擺進(jìn)行遠(yuǎn)程互動(dòng)。
QNET機(jī)電一體化執(zhí)行器板 - 學(xué)生使用該板來(lái)學(xué)習(xí)常見(jiàn)電機(jī)的基本原理。

另外四個(gè)實(shí)驗(yàn)是在內(nèi)部設(shè)計(jì)和建造的：
光和應(yīng)變傳感器 - 學(xué)生控制光和應(yīng)變傳感器（旋轉(zhuǎn)鼓，彎曲光束）的物理環(huán)境，并配置傳感器接口電路以了解靈敏度和噪聲。
傅立葉變換 - 具有不同長(zhǎng)度的插槽的旋轉(zhuǎn)磁盤允許學(xué)生聽(tīng)到電機(jī)速度改變引起的頻率變化，并觀察插槽長(zhǎng)度對(duì)放置在插槽下方的光傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的頻率成分的影響。
數(shù)字電路 - 74系列CMOS芯片通過(guò)虛擬交換結(jié)構(gòu)連接，學(xué)生可以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)組合和順序邏輯，同時(shí)觀察到每個(gè)引腳上的邏輯狀態(tài)。
測(cè)距傳感器 - 紅外和超聲波距離傳感器掃描偽隨機(jī)物理場(chǎng)景，向?qū)W生介紹自動(dòng)駕駛汽車在監(jiān)測(cè)到危險(xiǎn)時(shí)面臨的挑戰(zhàn)。

接下來(lái)，我們計(jì)劃再委托兩套商業(yè)板：
Emona DATEx電通信板 - 學(xué)生可以通過(guò)組合標(biāo)準(zhǔn)功能塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可傳輸信號(hào)，來(lái)探索數(shù)字通信系統(tǒng)。
Emona SIGEx信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)板 - 學(xué)生可以配置電路操作信號(hào)如用于理解傳感器數(shù)據(jù)或控制機(jī)械輸出信號(hào)

這些實(shí)驗(yàn)為我們的學(xué)生提供了對(duì)傳感、處理和驅(qū)動(dòng)的啟發(fā)性理解。 通過(guò)結(jié)合現(xiàn)代工程的這三大支柱，即使是學(xué)生們最狂熱的想象也可以有可操作的方式。


 圖片2：在我們電子課程中使用的實(shí)驗(yàn)包括(a) Quanser倒立擺，(b) 光和應(yīng)變傳感器，(c) 傅立葉變換，(d) 數(shù)字電路，(e) 測(cè)距傳感器，以及(f) 電機(jī)執(zhí)行器

OEL成績(jī)斐然
迄今為止的結(jié)果令人印象深刻。在我們運(yùn)作的第一年，學(xué)生可以從超過(guò)200,000個(gè)完全檢查過(guò)的實(shí)驗(yàn)課程中選擇適合他們的時(shí)間操作。 第一個(gè)使用該實(shí)驗(yàn)室的課程有121名電子工程專業(yè)學(xué)生，他們使用了600多個(gè)課程。 我們還為工作人員和公眾提供了額外的數(shù)百次會(huì)議。 這說(shuō)明了系統(tǒng)具有處理極大學(xué)生群體的能力以及在線托管實(shí)驗(yàn)所需要的可用時(shí)間的增加。

“我們的一位學(xué)生說(shuō)：“我發(fā)現(xiàn)OEL是一種將“動(dòng)手”的維度添加到模塊的絕佳方式。 通過(guò)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供硬件包是非常困難的。 OEL是一個(gè)很好的解決方案。 我發(fā)現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)都很有啟發(fā)性; 他們?cè)黾恿宋覍?duì)優(yōu)秀課程材料的理解。 它還提供了安全的環(huán)境。 此外，即使我在Barbados休假，實(shí)驗(yàn)室仍然允許我繼續(xù)使用該模塊 - 真正提供全球接入，好東西！”

在撰寫(xiě)本文時(shí)，我們提供了45個(gè)連網(wǎng)的工作站，有六種不同類型的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)組合每隔幾個(gè)月就會(huì)發(fā)生變化，以適應(yīng)課程材料的重點(diǎn)，這使得管理實(shí)驗(yàn)室成為一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，OEL可以在任何時(shí)候同時(shí)進(jìn)行198個(gè)實(shí)驗(yàn)，以及每周進(jìn)行的變更。

您不會(huì)想要手工完成這樣的任務(wù)。為了滿足我們當(dāng)前和未來(lái)的需求，OEL團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)自動(dòng)化管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)每小時(shí)更換密碼，在可接受的參數(shù)范圍內(nèi)檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備功能，并將學(xué)生連接到正確的設(shè)備，無(wú)論他們是單獨(dú)操作還是組團(tuán)操作。

這個(gè)任務(wù)的邏輯比一般的小說(shuō)需要更多的代碼！能成功運(yùn)行的原因之一是NI ELVIS工作站堅(jiān)如磐石的性能，支撐著每個(gè)實(shí)驗(yàn)，并提供了物理世界與websockets和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包世界之間的聯(lián)系。


圖片3，實(shí)驗(yàn)設(shè)備位于機(jī)架中，相比于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)3D空間提高利用率。

開(kāi)放大學(xué)的OpenSTEM實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)和OEL項(xiàng)目成功獲得了以下獎(jiǎng)項(xiàng)：2017年杰出數(shù)字創(chuàng)新獎(jiǎng)，泰晤士高等教育領(lǐng)導(dǎo)和管理獎(jiǎng)之一; 2018年衛(wèi)報(bào)卓越教學(xué)獎(jiǎng)和2018年全球在線實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)獎(jiǎng)

下一代NI ELVIS生態(tài)系統(tǒng)更加豐富
NI ELVIS III的推出，包括了許多“互聯(lián)網(wǎng)”功能，這是一個(gè)及時(shí)的發(fā)展。 從手機(jī)，筆記本電腦或平板電腦遠(yuǎn)程連接到NI ELVIS III的能力不僅適用于遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)，而且適用于任何具有蓬勃發(fā)展的實(shí)踐內(nèi)容的高校，他們希望為學(xué)生提供團(tuán)隊(duì)工作最大的靈活性，而無(wú)論那個(gè)時(shí)候小組成員身處何處。

如果他們都在房間里，那么他們可以同時(shí)在NI ELVIS板的不同部分上工作。 如果小組成員從其他地方訪問(wèn)設(shè)備，那么NI ELVIS III可以減輕這樣做的難度。

豐富的NI ELVIS生態(tài)系統(tǒng)得到了進(jìn)一步增強(qiáng)，可以自動(dòng)識(shí)別連接的電路板，無(wú)需外部電源，兩者都有助于管理靈活的實(shí)驗(yàn)室?；贔PGA的硬件系統(tǒng)還降低了需要硬件定時(shí)執(zhí)行器和傳感器的定制實(shí)驗(yàn)板卡的復(fù)雜性，因?yàn)樗鼈兛梢灾苯訌腘I ELVIS III驅(qū)動(dòng)。 這些發(fā)展必將促進(jìn)工程教育的持續(xù)發(fā)展和加強(qiáng)，無(wú)論是面對(duì)面還是遠(yuǎn)程的教學(xué)。

學(xué)生們想要隨時(shí)都能做實(shí)驗(yàn)，想在一個(gè)瀏覽器中就能完成，工程教育者能否忽略這些可能性？如果能通過(guò)其他的方式，提高實(shí)驗(yàn)室之外的利用率，或者提供能夠模擬極端惡劣環(huán)境的實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)提高實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性。此外，即使在講座開(kāi)始前五分鐘更改了房間分配，實(shí)驗(yàn)也可以直接從演講廳接入使用，這不僅僅是偶然的便利。因此，基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信世界的創(chuàng)新，通過(guò)提供更真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境并將其置于工程實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)網(wǎng)的先鋒，為學(xué)生帶來(lái)了益處。