Multiple Representations of Learning in Dynamics and Control: Exploring the Synergy of Low-Cost Portable Lab Equipment, Virtual Labs, and AI within Student Learning Activities

动力学和控制中学习的多重表示:探索低成本便携式实验室设备、虚拟实验室和人工智能在学生学习活动中的协同作用

基本信息

项目摘要

This project aims to serve the national interest by developing dynamics and control learning packages with four open-source components to improve engineering education. Engineering students taking dynamics, vibrations, and control theory courses often struggle to acquire a deep understanding of complex engineering concepts due to the highly mathematical nature of the content, lack of prior knowledge, and limited teaching tools. This Engaged Student Learning Level 2 project intends to develop learning packages to offer multiple representations of knowledge that can help students bridge theory with practice, develop problem-solving skills, and gain a comprehensive understanding of vibrations and control theory in a practical context. This project has the potential to produce advancements in understanding of student learning by exploring what ways these multiple representations are most effective for faculty and students.The proposed learning packages include four main components: (1) 3D printed lab equipment designs; (2) virtual simulations; (3) virtual assistant-based AI support; and (4) guided learning activities. The project team plans to explore three research questions: (1) To what degree can learning packages enhance student learning capabilities around dynamics and controls within the context of carefully designed AI-assisted learning experiences using hands-on equipment and virtual simulations? (2) Why do potential users choose to use one or more parts of the dynamics and control learning package? (3) Which element or combinations of elements in the dynamics and controls learning package are most beneficial for its users? This project aligns with NSF’s vision to remove barriers to participation in STEM, and with its goal of empowering STEM learners while creating new knowledge about the learning process. The NSF IUSE: EDU Program supports research and development projects to improve the effectiveness of STEM education for all students. Through the Engaged Student Learning track, the program supports the creation, exploration, and implementation of promising practices and tools.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目旨在通过开发四个开源组件来改善工程教育的动态和控制学习包来为国家利益提供服务。工程专业的学生接受动态,振动和控制理论课程,通常由于内容的高度数学性质,缺乏先验知识和有限的教学工具而难以深入了解复杂的工程概念。这个敬业的学生学习级别2项目旨在开发学习包,以提供多种了解的了解,这些表示可以帮助学生通过实践,发展问题的技能桥接理论,并在实践背景下对振动和控制理论有全面的理解。该项目有可能通过探索这些多种表示对教师和学生最有效的方式来理解学生学习的进步。拟议的学习包包括四个主要组成部分:(1)3D印刷实验室设备设计; (2)虚拟模拟; (3)基于虚拟助理的AI支持; (4)指导学习活动。项目团队计划探讨三个研究问题:(1)在哪个程度上可以在多大程度上增强学生学习能力,围绕精心设计的AI辅助学习经验,使用动手设备和虚拟仿真来增强学生的学习能力? (2)为什么潜在用户选择使用动力学和控制学习包的一个或多个部分? (3)动态和控制学习包中哪些元素或组合对其用户最有益?该项目与NSF的愿景保持一致,即消除参与STEM的障碍,并旨在为STEM学习者提供能力,同时创建有关学习过程的新知识。 NSF IUSE:EDU计划支持研发项目,以提高所有学生STEM教育的有效性。通过参与的学生学习轨道,该计划支持了承诺实践和工具的创建,探索和实施。该奖项反映了NSF的法定任务,并使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响评估审查标准,被认为是珍贵的支持。

项目成果

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