加拿大卡加立大學：運用混合式學習，打造雄心勃勃的控制系統課程

透過 Quanser 解決方案實現高效的工程教育

面臨挑戰

2021年秋季，卡加立大學 (University of Calgary) 電機工程系博士生 Rachael L' Orsa (現為德國馬克斯·普朗克智慧系統研究所博士後研究員)面臨了一項新挑戰。她受命教授機械工程系四年級的「控制系統」課程（ENME 585），該課程向學生介紹廣泛的主題，包括物理系統建模、穩定性分析與 PID 控制。

解決方案

L' Orsa 在研究領域使用 Quanser 的硬體與軟體已超過十年，是一位資深使用者，因此將 Quanser 的解決方案應用在 ENME 585 課程中是極為自然且輕鬆的選擇。L' Orsa 表示：「我使用過的設備從 15 美元的 Arduino 到最尖端的研究設備，但我可以自信地說，Quanser 生態系統，從 QUARC 即時控制軟體到硬體，以及他們提供的數位孿生 (Digital Twins) 技術，是目前為止學習與應用控制、機電整合及機器人原理最完整且直覺的平台。這一切都能完美運作。」此外，她補充道：「Quanser 與眾不同之處在於隨產品附帶的預製課程大綱，以及卓越的客戶支援。」

儘管現場參與的學生具備使用 Quanser 實體設備的優勢，但 L' Orsa 也希望為遠距學習的學生提供同樣具備意義且真實的實驗體驗。卡加立大學因此採用了 Quanser Interactive Labs (QLabs)，這是一個具備可擴展性的平台，透過與虛擬硬體的互動，提供可信、符合學術需求且高擬真度的實驗體驗。

動手做實驗是每門工程課程的核心，您是否能透過 QLabs 為學生提供具意義的實驗體驗？

雖然大多數學生是在實體設備上進行實驗，但虛擬實驗仍提供給遠距學生，或是在指定實驗時段內未能完成現場實驗的學生使用。L' Orsa 對於 QLabs 評價如下：「我認為 QLabs 對我們來說非常有價值，特別是我們採用了結合遠距與現場學生的混合教學模式。如果沒有 QLabs，我真的不知道該如何處理實驗課。」然而，儘管 QLabs 提供了具意義的實驗體驗，但在執行上確實需要更多的努力與協調，因為校方當時缺乏足夠的助教或實驗講師資源，難以同時提供現場與同步引導的遠距實驗。因此，遠距學生在遇到實驗或軟體平台問題時，無法立即獲得解答，特別是當時許多學生對 MATLAB® 和 Simulink® 仍不熟悉。

校外學生是否能遠距連線使用實體實驗室？

遠距實驗室雖然很有價值，但並未針對此課程進行設置，因為要為身處不同時區的學生配置連線權限具有挑戰性。此外，部分實驗需要人員在場協助。為了讓遠距學生能體驗實體硬體的真實性能特性，課程提供了實體實驗的測量數據（例如 Quanser 耦合水罐系統）。此舉旨在強調，雖然 QLabs 提供了高擬真的 Quanser 系統模型，但實際硬體會因為現實世界的影響（如額外的非線性動力學和感測器雜訊）而表現得略有不同。

在疫情結束後，您是否計劃繼續同時提供現場與遠距實驗？

L' Orsa 表示，若不需要同時提供同一套實驗的現場與遠距版本會更理想。她最希望採用的混合模式是：「在作業中使用數位孿生並在課堂上展示給學生，讓他們在進入實驗室之前，就有機會熟悉設備、軟體和控制設計。」這將使實驗室時間更有效率，並幫助學生更好地理解概念。

QUANSER 技術支援

L' Orsa 提到，她曾在使用其他機器人與機電整合平台時感到困擾，主因是缺乏客戶支援，特別是當產品實際表現與廣告不符時。她表示 Quanser 的「客戶服務與技術支援絕對是世界級的」，並對 Quanser 團隊的響應速度與專業知識感到非常滿意。

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