کانزاس ایالت با پیشرفت فیبر نوری، آموزش الکترونیک را ارتقا می‌دهد

آزمایشگاه‌های فیزیک سنتی اغلب دانشجویان را به تأیید نظریه‌های تثبیت‌شده از طریق آزمایش‌های تکراری محدود می‌کنند. این رویکرد فضای کمی برای به‌کارگیری دانش در چالش‌های مهندسی دنیای واقعی باقی می‌گذارد. دوره اندازه‌گیری‌ها و ابزار دقیق فیزیکی (PMI) دانشگاه ایالتی کانزاس با دگرگون کردن نحوه آموزش الکترونیک و ابزار دقیق، این شکاف را برطرف می‌کند.

دوره PMI، الکترونیک، ابزار دقیق و برنامه‌نویسی LabVIEW را در آزمایش‌های عملی ادغام می‌کند که چالش‌های اندازه‌گیری واقعی را حل می‌کند. یک پروژه برجسته شامل اندازه‌گیری سرعت نور از طریق کابل‌های فیبر نوری است—نمایشی که رویکرد نوآورانه این برنامه را در بر می‌گیرد.

در این آزمایش، دانش‌آموزان از بردهای توسعه NI ELVIS برای تولید سیگنال‌های موج مربعی که دیودهای لیزری را هدایت می‌کنند، استفاده می‌کنند. این تنظیمات شامل موارد زیر است:

• یک دیود لیزری اولیه که پالس‌های نور را از طریق 2 کیلومتر فیبر درجه مخابراتی ساطع می‌کند
• دو فوتودیود که پالس‌های اولیه و منتقل‌شده را تشخیص می‌دهند
• اندازه‌گیری‌های زمان‌بندی دقیق بین رویدادهای تشخیص

با استفاده از نرم‌افزار LabVIEW با نرخ نمونه‌برداری 1.25 MS/s، دانش‌آموزان میانگین اختلاف زمانی 10.16 میکروثانیه را بین سیگنال‌های فوتودیود ثبت کردند. اندازه‌گیری‌های موازی با اسیلوسکوپ Tektronix TDS 210، 10.05 میکروثانیه را نشان داد که این روش را تأیید می‌کند. این اندازه‌گیری‌ها سرعت نور محاسبه‌شده 2.054 × 10 ⁸ متر بر ثانیه را از طریق فیبر نشان داد که با ضریب شکست 1.4606 مطابقت دارد—که با استانداردهای صنعت سازگار است.

آزمایش فیبر نوری نمونه‌ای از نتایج یادگیری چند بعدی این دوره است:

• برنامه‌نویسی پیشرفته LabVIEW برای جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌ها
• طراحی مدار روی بردهای نمونه‌سازی NI ELVIS
• ارزیابی آماری عدم قطعیت اندازه‌گیری
• کاوش روش‌های زمان‌بندی از جمله ماشه‌های اشمیت و تایمرهای شمارنده

برنامه درسی PMI با تحقیقات جدید در حال توسعه، به تکامل خود ادامه می‌دهد:

• مطالعات اثر فوتوالکتریک
• پیاده‌سازی‌های آزمایش فرانک-هرتز
• کاربردهای طیف‌سنجی اشعه ایکس
• تکنیک‌های جذب اشباع
• اندازه‌گیری‌های اثر مئس‌باور

این پروژه‌ها با هدف پل زدن بین فیزیک نظری و طراحی ابزار دقیق عملی، دانش‌آموزان را برای چالش‌های مهندسی پیچیده آماده می‌کنند. پیشرفت‌های آینده شامل فناوری‌های جمع‌آوری داده‌های اضافی، از جمله مدارهای نمونه‌برداری و نگهداری و سیستم‌های زمان‌بندی پیشرفته خواهد بود.

این دانشگاه مطالعات طولی را برای ارزیابی اثربخشی این برنامه در دستیابی به اهداف یادگیری خود آغاز کرده است. این تحقیق، بهبودهای مستمر در ساختار و روش‌های ارائه برنامه درسی را اطلاع‌رسانی می‌کند و از همسویی با الزامات صنعت اطمینان حاصل می‌کند.

با ترکیب تئوری دقیق با توسعه ابزار دقیق عملی، دوره PMI دانشگاه ایالتی کانزاس یک الگوی جدید برای آموزش مهندسی ایجاد می‌کند—الگویی که دانش‌آموزان را هم به مهارت فنی و هم به ذهنیت حل مسئله مورد نیاز در زمینه‌های فناوری مدرن مجهز می‌کند.