不需要鲜奶油:教授使用树莓派 Boards to Revamp Lab

It happens to 最好的——蝙蝠侠、蜘蛛侠、超人. The reboot. Thanks to Dr. Jennifer Bastiaan, 机械工程副教授, 和克里斯蒂·布林克·布劳威尔, 机械工程实践教授, 动态系统控制实验室(MECH-431)也加入了这个俱乐部.

“我们试图在教授核心概念的同时让它变得有趣，”巴斯蒂安说. “我们知道学生们的想法，因为我们就是他们.”

Brinker browwer于2001年和2003年在凯特琳大学获得机械工程学士学位和硕士学位, respectively. 巴斯蒂安是凯特林1997级的一员. Together, 他们正在使用卓越教学和学习中心(CETL)特雷尔教学创新补助金来支付升级这两个实验室的材料.

“以前的实验室都是严格以电脑为基础的. 这是动手，使用树莓派平台，”巴斯蒂安说.  

In the revamped course, 学生将完成作业，包括物理测量和分析声压信号，以及使用树莓派计算平台对产品进行逆向工程. 之前的课程更侧重于基于模拟的项目.

Now, 学生们将编写各种模拟代码，并在期末机器人竞赛中展示他们的设计. 课堂上使用的树莓派拥有4g内存和博通的四核处理器. 巴斯蒂安说，它与智能手机的功能类似，但不如笔记本电脑强大.  

放弃模拟工作还解决了另外两个问题:成本和学术不诚实. 课程中以前的硬件需要更换，预计将花费15万美元. In the new course setup, motors are $6 each; a Raspberry Pi is $55. 新的硬件套件包括一个树莓派板, 带触控板的无线键盘, 一个10英寸的触摸屏显示器, 用于扩展功能的AUTO pHAT子板, 一个带编码器的直流电机和一个相机模块等等.

布林克·布劳维尔说:“许多学生家里都有同样的东西，他们正在摆弄这些东西。. “它将工业界使用的复杂软件与有趣的玩具结合起来，做有趣的事情.”

In addition, 教师们现在有更多的自由来改变每学期的作业, 减少重复旧材料和过时材料的机会.

“It was very dry, 无聊，没有什么实验, 动手学习和硬件,巴斯蒂安谈到之前的球场布局时说.

Brinker Brouwer agreed.

“机械工程师喜欢制造东西，也喜欢破坏东西，”她说. “他们想要插手. 当他们看到应用程序对他们自己设计的输入做出物理响应时，他们正在学习的材料就会真正产生共鸣.”

Brinker browwer在流感大流行期间想到了运动改变的想法. 她的祖母住在养老院，不能有访客. Brinker browwer找到了一种方法，让她的家人通过一个Lovebox与祖母交流. 

A Lovebox is a small, 木制盒子，外面有一颗心，可以通过应用程序接收短信. 只要收到短信，它的心就会转. 然后，她的祖母可以将心形朝相反的方向旋转，以发送回家庭表情符号.

Like most engineers, 布林克·布劳维尔对盒子的结构很好奇, so she took it apart. 她发现制作它并不需要花太多的时间——一个小的直流电机驱动塑料心脏的旋转，一个LCD屏幕显示信息.

“I thought, “我们如何让学生在课堂上建立一些东西，收集有意义的数据，就像他们在现实世界中所做的那样??’” Brinker Brouwer said.

During the Spring Term, 学生们就是这样做的，他们用牛头犬代替心做了自己的盒子, 他们用MATLAB和Simulink软件编码的树莓派对Lovebox进行了逆向工程.

“逆向工程在行业中是一件非常重要的事情，可以了解竞争对手的产品以及它们的运作原理,” Bastiaan said. “这是为今后的工作做准备. 当我在工业界工作时，我们会买整辆车，然后把它们一块一块地拆下来. 其他公司会为这些信息付费，以了解竞争对手的产品.”

In addition, 学生们正在使用树莓派板和USB麦克风来收集声压数据, 对其进行筛选，并将其与专业数据采集系统收集的数据进行比较. 学生们还使用树莓派与MathWorks编程工作流在一种模式下创建和调试程序代码，并在另一种模式下实现调试代码. 他们用工作流程进行了实验，用树莓派板上的闪烁灯进行练习，并旋转连接到AUTO pHAT的直流电机.

24岁的Jonathan Eby很喜欢实施讲座的概念.

“这种实践经验提供了了解分析密集型课程的实践方面的机会,” he said.

23岁的马修·格雷弗(Matthew Graver)表示同意.

“我非常享受使用新技术为实验室编程的能力, 这些设备让我更容易直观地理解我在做什么，以及这些数据如何符合我们的实验室目标,” he said. “特别是树莓派设备的使用，非常有用，而且很有教育意义.”

23岁的安吉尔·纳贾尔(Angel Najjar)说，她无法想象没有新的硬件套件就能学习这些概念.

“看到你的代码运行是一回事, 但能亲眼看到它运转发动机, solve problems, etc. 让我对我们正在做的事情及其目的有了具体的了解。.

Eby说他会把这个实验室推荐给其他学生.

“这不仅是机械工程学位所必需的, 但这是一次愉快的学习经历,” he said.

Graver added, “这个实验室在给你更多的编程经验方面做得很好, 学生可以学习如何使用不同的技术来编程不同的功能. 更加熟悉MATLAB和树莓派设备是这门课的亮点之一，我知道这将使我在未来受益.”

纳贾尔也会推荐这门课.

“我想我学到了很多，”她说. “我喜欢这种亲力亲为的感觉，而且我对自己的编程能力更有信心了.”

看起来评论已经出来了，学生们喜欢这个重启.