App 开发器用作教学工具

Nandita Roche 2016年 5月 19日

充分提高学习效率,同时使学生保持学习热情,这是教授们希望在所有课程中实现的共同目标。 在以物理和工程学为基础的课程领域,仿真 App 通过简化方式向学生介绍复杂概念,从而帮助教授实现这一目标。以下,让我们来看看大学教授们在课堂中使用 App 的一些创新方式。

App 开发器:一个工具,多种用途

任何一种仿真研究都必须考虑到复杂的理论和物理场,才能获得准确逼真的结果。仿真 App 的独特之处在于,能将这些元素组合到复杂的底层模型中,仅向用户呈现友好的界面。这一功能使没有仿真专业知识的人设置自己的数值测试,并在此过程中增强他们对各种科学方法的理解。

在大学中,仿真 App 正成为向学生介绍艰深概念、提高他们建模能力的强大工具。而且,随着学生们继续深入研究,教授可以利用 App 开发器的灵活性在 App 设计中融入更多的复杂性,以进一步提升他们的学习能力。

管式反应器仿真 App 的用户界面。
我们 App 库中的 管式反应器 App 提供了一个示例,阐述了教师如何简化向学生教授数学建模概念这一过程。

所以,你或许会好奇,教授们如何将 App 融入到自己的课程中呢?让我们来看两个案例。

探索仿真 App 在课堂中的作用

增强学生对 MEMS 设计的了解

2015 年,印度孟买大学推出 MEMS 技术作为课程中的一门新课,将课堂理论与实验室的上机操作体验结合起来。和全世界的众多教育工作者一样,这所大学的教授认为,学生在课程初期就理解科学方法的基本原理非常重要。然而,学生这时往往还不具备独立建立数值模型的能力。他们首先需要投入大量时间学习仿真软件以及掌握使用方法,然后才可以进行自己的测试。为了应对这一挑战,教授们运用了 COMSOL Multiphysics 的 App 开发器,开发出了一组能更清晰阐释复杂理念的 App。

这些 App 简单易用,学生能够更迅速地掌握各个科学概念背后的理论。每个 App 内附注解,将底层理论阐述得更为清晰,并能访问众多设计参数,以展示在参数修改时了解设备性能的变化。

“学生无须学习软件即可使用 App,这为他们提供了一个快速理解底层原理的捷径。”来自 DJ Sanghvi 理工学院的教授 Darshana Sankhe 如是说。“它解放了学生,让他们能更专注于手边课题的其他方面。”

App 本身涵盖了一系列 MEMS 技术。以吸湿膨胀引起的 MEMS 压力传感器漂移 App 为例,它向学生展示了 MEMS 设备如何对潮湿环境作出反应。同时,热膨胀 App 提供了 MEMS 材料及其属性的概述,同时演示了热执行器的工作原理。下方的截图是针对课程创建的其他几个 App。

压电剪切驱动梁 App 的截图。
压阻式压力传感器 App 的 一个示例。

孟买大学的教授使用的基于 MEMS 的 App。左:压电剪切驱动梁 App。右:压阻式压力传感器 App。

将这些 App 融入到课程设计中不仅惠及学生而且有利于教授。来自 Bharat 工程学院电子与通信系的系主任兼教授 Chetana Sangar 表达了自己的见解:“这些 App 不仅帮助了学生,还帮助我们教授为这门新课程做好准备。我们开发好的 App 非常好用,我已经推荐给了其他学院的同事们。

解释科学方法的更便捷途径

来自荷兰埃因霍芬理工大学的教授们也认为尽早教授学生科学方法的原理相当重要。而他们面临的挑战是,学生尚不具备独立解决现实中传热问题所需的知识和技能。由此,针对第一年关于构建物理场的科学方法课程,该大学的教授们在寻求一个简化的学习过程并提供上机练习。而最终他们找到的是构建 App

该 App 本身基于一个三维加热实验,其中分析了三种确定聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 热导率的不同方法,并找出最准确的方法。仿真研究的重点是由发泡聚苯乙烯制成的箱子,它的顶部固定了一片 PMMA 板。根据傅立叶热传导定律这一研究方法,安装一个热通量传感器以确定片材的热导率。

通过使用仿真 App,学生能够在早期就执行数据分析,模拟输出传感器数据,包括从温度到热通量。这些数据随后用于计算样品的热传导系数(目标参数),用来与输入值作对比。通过这种方式,学生顺利地了解了如何验证仿真和数据分析方法。此外,他们还能通过虚拟测试获得许多技巧和知识,包括如何改进传感器的预期回应并在实际的实验中应用。

一个三维加热仿真 App,这是将 App 开发器用作教学工具的一个示例。
三维加热仿真 App 由荷兰埃因霍芬理工大学的教授设计。

Jos van Schijndel 是该所大学的助理教授,他指出这一 App 帮助学生更快地理解关键概念,同时上机操作还激发了学生的热情和兴趣:“学生们更热衷于从仿真入手,因为在学习初期他们就可以很直观地得到仿真结果。这会激发他们的好奇心,去了解更多隐藏在底层模型背后的知识。”

利用 App 开发器优化教学方法

通过设计,仿真 App 将复杂的理论和物理场隐藏起来,使用户看到友好的可定制的界面。仿真 App 优化了各行业的工作流程设计,现在教授们也将其用于提高教学效率。开发 App 时,教授可以调整设计,使之完全满足特定课程的需求,从内含的物理场到整体的复杂度,都可以量身定制。由此开发出的 App 即是一种交互式的学习工具,与特定学生群体的需求紧密相关,且随学生技能的提高其本身也在不断发展。

有关设计和部署仿真 App 的更多资源


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