Implementácia inovatívnych didaktických prostriedkov do vzdelávania v oblasti automatického riadenia a mechatroniky

Basic informations

Thematic area: komisia č. 2 pre nové technológie, metódy a formy vo vzdelávaní

Project name (Slovak): Implementácia inovatívnych didaktických prostriedkov do vzdelávania v oblasti automatického riadenia a mechatroniky

Project name (English): Implementation of innovative didactic tools in control engineering and mechatronics education

Start of project: 2024

End of project: 2026

Condition of project: Financovaný/riešený

Project number: 027STU-4/2024

Project leader: doc. Ing. Martin Gulan, PhD.

University: Slovenská technická univerzita v Bratislave

Department: Strojnícka fakulta

Project annotation in Slovak language

Teória automatického riadenia, neraz označená ako "Fyzika 21. stroročia", sa stáva čoraz dôležitejšou v rôznych akademických oblastiach. Pre mnohých študentov však môže predstavovať pochopenie danej problematiky značnú výzvu, najmä ak sa vyučuje pomocou tradičných, prevažne teoreticky orientovaných učebných osnov. Aj keď praktické skúsenosti sú pri výučbe náročných konceptov zvyčajne prospešné, pri implementácii v oblasti automatického riadenia môžu byť kontraproduktívne, ak študenti nie sú dostatočne pripravení alebo koncepty nie sú náležite demonštrované. Pre vývoj moderných učebných osnov je preto potrebné integrovať didaktické prostriedky a metódy, ktoré pomôžu zefektívniť proces vyučovania a učenia sa, a motivovať študentov v získavaní vedomostí a rozvoji zručností. Naviac význam miniatúrnych a lacných experimentálnych prístrojov, ktoré študenti môžu používať samostatne aj v domácom prostredí sa vo veľkej miere prejavil v nedávnej krízovej situácii spôsobenej globálnou pandémiou koronavírusu. Tejto výzve sme sa venovali posledné štyri roky v rámci našej open-source hardvérovej a softvérovej iniciatívy s názvom AutomationShield, ktorá sa zameriava na návrh miniaturizovaných experimentálnych prístrojov, ktoré v kombinácii s programátorským rozhraním, príkladmi a štandardizovanou prototypizačnou platformou mikroradičovej techniky Arduino predstavujú unikátnu novinku vo výučbe teórie riadenia, automatizácie a mechatroniky. Úspešne sme vyvinuli sériu funkčných prototypov implementujúcich rôzne mechatronické experimenty, ktoré zaznamenali veľký záujem zo strany medzinárodnej komunity v oblasti výučby automatického riadenia a mechatroniky. Cieľom tejto grantovej žiadosti je plne integrovať tieto zariadenia do vyučovacieho a učebného procesu, a to nielen v triedach, ale aj v domácom prostredí študentov ako tzv. vreckové laboratóriá. Za týmto účelom okrem pokračujúceho vývoja a replikácie týchto zariadení vytvoríme potrebné vyučovacie a učebné materiály, ako napríklad inštruktážne príklady v rôznych programovacích rozhrania, dedikované prezentácie pre praktické cvičenia, online pracovné zošity, návody, YouTube video tutoriály, a pod. – všetko zverejnené v zmysle open-source filozofie. Celá metodika bude zapracovaná do pedagogického procesu viacerých relevantných predmetov, pričom budeme zbierať a analyzovať spätnú väzbu od študentov ako i pedagógov. V konečnom dôsledku je našim cieľom ju integrovať do učebných osnov v súlade s nadchádzajúcim akreditáciou študijných programov.

Project annotation in English language

Theory of automatic control, once described as the "Physics of the 21st century", is becoming increasingly relevant in various academic fields. However, it can be a challenging topic for many students, especially when introduced to it using the traditional theory-oriented teaching curricula. While hands-on experience is usually beneficial in teaching difficult concepts, implementing it for control theory can be counterproductive if students are not adequately prepared or concepts not appropriately demonstrated. To develop an effective and modern control theory curriculum, it is necessary to integrate didactic tools and methods that can be used to improve learning and motivate students in their knowledge acquisition and skills development. In addition, the importance of miniature and inexpensive experimental devices that students can use independently and at home has been elevated during the recent crisis caused by the global COVID-19 pandemic. For the last four years we have been addressing this challenge within our open hardware and software initiative called AutomationShield, which is focused on designing miniaturized experimental devices that – when combined with an application programming interface, didactic examples and standard microcontroller boards – represent an entirely novel way to teach control engineering, automation and mechatronics. We have successfully developed a set of functional prototypes implementing various mechatronic experiments which have attracted a lot of interest from the worldwide control education community. The main aim of this grant proposal is now to fully integrate these devices in the teaching-learning process both in classrooms and at students' homes as take-home pocket laboratories. To this end, besides a continued development and replication of these devices, we will create the necessary teaching and learning resources, such as instructional examples in various application programming interfaces, presentations tailored for hands-on exercises, online worksheets, guidelines, YouTube video tutorials, etc. – all of it published under the open-source paradigm. The entire methodology will be incorporated into the pedagogical process of several relevant courses, while collecting and analyzing the feedback from both students and educators. Ultimately, we aim to incorporate it into the course syllabi in line with the forthcoming accreditation of the study programmes.

Financial grant of MŠVVandŠ SR within KEGA

	Financial grant of MŠVVandŠ SR within KEGA	Capital expenditures in €
Drawn in year 2024	16 332,00	0,00