縱觀歷史，留下痕跡的不僅是偉大的思想家，還有他們所使用的工具。伽利略的望遠鏡、古騰堡的印刷機和網際網路都改變了各自的領域。
當阿基米德說「給我一個支點，我可以撬動地球」時，他向我們展示了使用正確工具的重要性。如今，在工程教育和科技領域，Quanser 平台就像阿基米德的槓桿一樣，為大學提供了完整的方案，有助於研究、教學、專案導向的學習和社群拓展。
著名研究員 Tolga Kaya 博士在聖心大學（Sacred Heart University）使用了正確的工具，迅速建立了高品質的電子與計算機工程（ECE）專題。儘管他沒有機器人或控制系統的直接背景，憑藉創造力和熱情，他制定了一個創新的計畫。
Kaya 博士利用 Quanser 平台開發了一個 ECE 項目，該項目充滿了實作活動、專案參與和最新技術。這個項目不僅僅是學習，它還激發了年輕人對 STEM 的興趣，幫助社群，並使學生為真正的工程挑戰做好準備。
1. 高品質 ECE 專題的挑戰和獨特性
在 ECE 領域啟動高科技計畫總是面臨諸多挑戰和獨特情況。大型專案成本高昂，需要投入大量心力和明智決策。讓我們聽聽 Tolga Kaya 博士的經歷：
「2016 年，我在聖心大學領導並開發電子與計算機工程專案。將傳統與創新聯繫起來是一項既令人興奮又具挑戰性的任務。
我們的目標是創建一個既能教授工程基本原理，又能跟上快速變化技術的項目——這個項目可以在全國數百個具有多年經驗的項目中脫穎而出。
從一開始，我們就知道以專案為基礎的實踐學習必須成為我們課程的核心。我們的目標是創造一個讓學生將理論知識與實務技能結合的環境，這意味著建立一個軟體和硬體仔細整合的平台。
我們一直在為聖心大學的工程項目開發課程，該大學的計算機科學有著悠久的歷史。因此，C 語言是第一個用於實踐的語言。但隨著我們課程的發展，我們引入了 Python 作為新興工程師的基礎語言。
然而，MATLAB 已成為我們課程的基石。在這裡，計算演算法、嵌入式系統、訊號、音訊和視訊處理從概念轉化為有形技能。
為了建立我們的實驗室平台，我們整合了 Elegoo 智慧機器人汽車套件和無人機，也廣泛使用了 Arduino 和 Raspberry Pi。然後我們面臨一個問題：是開發自己的平台還是採用現有的平台？我們需要一個能讓我們開發專案並與 MATLAB 和 Python 無縫協作的平台。
就在那時，我們發現了 Quanser。2018 年，我在 ECEDHA 會議上看到他們的設置，立即被吸引。熟悉 Quanser 的主要設備對我們來說非常幸運——它來得正是時候。」
主要挑戰和獨特需求：
連結傳統與創新：創建一個項目，在教授基本原理的同時與時俱進。
實踐、基於專案的學習：將實踐技能與理論知識結合。
課程發展：以 C、Python 為基礎語言，以 MATLAB 為核心。
建構實驗室平台：在開發內部平台或採用已建立的平台之間做出決定。
無縫整合：確保所選平台與 MATLAB 和 Python 等現有工具良好配合。
2. 採用控制系統方法的實驗室解決方案
肯尼索州立大學(Kennesaw State University) 機械工程系教授 Ayse Tekes 在“YOUser Webinar | Reinforcing Student Learning of Control Theory Using Quanser Servo and QUBE.”中展示了這張富有洞見的圖表，它透過回饋控制類比捕捉了採用和利用實驗室設備的各個方面，突顯了這個過程的動態本質。
採用新的解決方案需要仔細準備、測試、創建詳細的講義以及根據學生的需求和目標進行持續客製化。這簡單嗎？是的，但確實需要時間、資源、經驗和內部專業知識來不斷衡量和完善結果，以達到預期的結果。這些元素可能不易用於新程式。那麼，為什麼要冒著失去寶貴時間和競爭優勢的風險而重新發明輪子呢？
讓我們看看 Quanser 和聖心大學如何透過回饋循環合作來客製化他們的程序，創建一個可用於課程、專案、外展和研究的統包解決方案。
2.1 解決方案與實驗室
數據收集與設定：「我們收集了自動駕駛汽車研究工作室 (AVRS)，其中包括 4 台 QDrones、4 台 QBot 和 2 台 Aeros，以及數位孿生和綜合課程。該軟體包包括教學內容、研究實例和基於專案的學習材料。Quanser 的 Arman 和 Arian 幫助我們設置一切，我們的野心是將所有實驗班聚集在同一個空間。」
擴展：「在 Quanser 的指導下，我們建立了 AVRS 實驗室，而這只是開始。我們繼續將自動駕駛汽車工作室添加到我們蓬勃發展的智慧城市項目中。」
綜合實驗室：「我們的綜合實驗室現在並排設有 Aero、QBot、QDrone 和 QCar，毗鄰我們的教室。雖然有點密集，但這種接近是創造力的搖籃。將我們專案的所有元素集中在一個動態空間中，這確實是一件了不起的事情。我們還獲得了 Quanser 的課程、研究材料、專案和範例。」
2.2 回饋循環與調整
Quanser 提供的講師、教材和評估樣本就像實驗室採用的控制系統方法中的控制器和感測器。 Tolga 博士解釋了他們如何在 Quanser 的幫助下根據學生成績和課程要求量身定制和調整實驗室解決方案，以達到預期結果。
全面支援：「這並不是一帆風順的。Arman 和 Arian 離開後，我們就碰壁了——我們的專業知識也跟著他們走了，突然間，他們所闡明的一切在我、教師和學生之間都變成了困惑的表情。我們的學生剛開始接觸 MATLAB，Simulink 對我來說是一個遙遠的記憶，我已經 20 年沒有接觸過了。我們缺乏通常由高年級學生提供的經驗和動力——我們什麼都沒有。我們是一群新手，正在努力充分發揮新系統的潛力。
進階諮詢：「Quanser 的支援不僅僅是技術指導；他們確實在各方面幫助了我們。在我們的培訓課程中，他們的表現超出了一般範圍。他們就像我們團隊的老師、學術助理和顧問。」
客製化培訓：「在這次會議上，來自 Quanser 的 Arman、Gilbert 和 John 為 Michael 和 Caitlin 提供了地面機器人測繪和定位方面的幫助。我們意識到我們需要的不僅僅是快速修復，因此我們再次聯繫 Quanser 進行深入的故障排除和技術諮詢。」
研討會和認證：「我們知道我們的本科生需要額外的幫助和培訓才能使用 Quanser 系統。因此，Quanser 挺身而出，為我們設計並舉辦了 10 個培訓研討會，為我們提供了卓越的支援！這催生了一個好主意：我們已經與大學的 Credly 建立了牢固的合作夥伴關係，因此我們與 Quanser 合作設計了三個證書。這些證書不僅僅是為了學習；學生還可以將其添加到自己的簡歷和 LinkedIn 個人資料中，展示寶貴的技能。在 Quanser 的幫助下，我們也將這些證書整合到我們的學習管理系統中！」
3. 每個專案都尋求結果
3.1 學生發表自動系統與 AI 應用論文
「我們的學生參與總整課程，通常能夠發表國際論文：
我們使用 Quanser 系統創建了一個總整課程，旨在與公司合作。兩名電腦工程系學生加布里埃爾和伊利亞承擔了一個涉及飛行器的專案。
他們對 QDrone 進行編程，使其能夠識別 April 標籤並準確降落在目標地點。他們就這個計畫寫了一篇論文，並在國際會議上發表，這對學生和我們來說都是一項令人興奮的成就和一次美妙的經歷。
我們現在已經組建了研究團隊，最初專注於地面機器人。隨著他們的進步，把注意力轉移到自動駕駛汽車研究上，利用 QDrone，並最終轉向 QCar 和智慧城市應用。團隊從無人機開始，逐步建立更複雜的項目。」
3.2 在 Quanser 系統為學生開發實作和專案基礎學習平台
「大二學生被邀請加入 Quanser 研究團隊，他們首先熟悉 Quanser 系統、生態系統和軟體。他們從簡單的項目開始，利用他們所獲得的知識和證書。」
「在大三，學生必須在春季學期選修一門名為『工程定向研究』的課程。他們課程的核心部分涉及使用 Quanser 系統進行研究，其中可能包括圖像處理、繪圖和本地化，或添加更多感測器和電子設備，具體取決於他們的興趣和項目需求。」
「到了大四，學生們就會參與總整課程，運用他們在使用 Quanser 平台時獲得的所有技能和知識。」
4. 建議的 Quanser 進程：從基礎到精通
對於考慮採用 Quanser 產品的大學和專題，我想根據我們的經驗分享一些建議。如果我重新開始使用 Quanser 系統，我應對挑戰的方法將會完全不同。
首先，我會從一開始就組建一個專門的團隊，確保成員從一開始就接受 Quanser 的適當培訓和研討會。在深入研究大型系統的複雜性之前，了解 Simulink 的基礎知識以及 Quanser 的即時軟體 QUARC 的工作原理至關重要。
我建議從 Quanser Aero 開始。我們最初從 QDrone 開始，雖然它很先進，但它給我們帶來了大量的通訊協定和網路問題。 Aero 更簡單，並且提供了對工作原理的深入的基礎理解。
一旦對 Aero 有了紮實的掌握，我就會建議轉向地面機器人，例如 QBot，它在 2D 系統上運作。這種進展以更易於管理、交錯的方式建立信心和理解。下一步將是從那裡過渡到 QDrone 的 3D 系統，最後過渡到 QCar 和智慧城市組件。
它是對知識進行分層，一步一步地進行，而不是試圖直接跳到最複雜的方面。這種循序漸進的學習過程可以幫助防止不知所措，並確保在科技的每個階段打下堅實的基礎。
5. 結論
Quanser 平台在聖心大學開發現代且有競爭力的 ECE 專案方面改變了遊戲規則。 Tolga Kaya 博士的策略規劃和對先進工具的使用創建了一種基於專案的實踐學習方法，豐富了學生的教育經驗，並為他們應對現實世界的工程挑戰做好了準備。
這趟旅程凸顯了正確的教育工具的變革力量，類似於伽利略的望遠鏡和古騰堡的印刷機等歷史創新。
想了解更多訊息，我們邀請您收聽由 Tolga Kaya 博士主持的 YOUser 網路研討會。我們也鼓勵您的專案採用類似的工程平台，並在 Quanser 的支持下，基於控制系統方法開發自己的專案。
本文轉載自 Quanser 原廠網站，作者 Morteza Mohammadi
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