Embedded Engineering Learning Platform (E2LP)
מחקר בנושא הוראת הנדסת מחשבים כולל פיתוח יישום והערכה של ערכת ניסויים חדשנית
במימון האיחוד האירופי
הקדמה
הקדמה
בשנים 2014-2016 השתתפתי במחקר גדול וחדשני לפיתוח ערכת ניסויים בהנדסת מחשבים, במימון האיחוד האירופי. במחקר השתתפו תשע קבוצות מאוניברסיטאות וחברות פיתוח הנדסי מצרפת, גרמניה, ספרד, פולין, סרביה, קרואטיה וישראל. מטרת המחקר הייתה פיתוח, יישום והערכה של ערכת ניסויים משולבת בהנדסת מחשבים בהתבסס על רכיב (FPGA (Field-Programmable Gate Array ותכנות בשפת VHDL.
בשנים 2014-2016 השתתפתי במחקר גדול וחדשני לפיתוח ערכת ניסויים בהנדסת מחשבים, במימון האיחוד האירופי. במחקר השתתפו תשע קבוצות מאוניברסיטאות וחברות פיתוח הנדסי מצרפת, גרמניה, ספרד, פולין, סרביה, קרואטיה וישראל. מטרת המחקר הייתה פיתוח, יישום והערכה של ערכת ניסויים משולבת בהנדסת מחשבים בהתבסס על רכיב (FPGA (Field-Programmable Gate Array ותכנות בשפת VHDL.
פיתוח מערכת E2LP נועד לענות על הצרכים של התעשייה, מצד אחד, ולימודי הנדסה באוניברסיטאות מצד שני. הרעיון המרכזי היה שסטודנט יוכל לבצע את כל הניסויים בקורסים לתואר בהנדסת מחשבים באמצעות ערכה ניידת שניתן ללמוד בעזרתה במעבדה באוניברסיטה או בבית.
פיתוח מערכת E2LP נועד לענות על הצרכים של התעשייה, מצד אחד, ולימודי הנדסה באוניברסיטאות מצד שני. הרעיון המרכזי היה שסטודנט יוכל לבצע את כל הניסויים בקורסים לתואר בהנדסת מחשבים באמצעות ערכה ניידת שניתן ללמוד בעזרתה במעבדה באוניברסיטה או בבית.
מבנה ערכת E2LP
מבנה ערכת E2LP
באיור 1 רואים שהערכה מתבססת על רכיב FPGA ששמו Spartan 6 של חברת Xilinx ומעבד ARM של חברת Philips. הערכה כוללת מגוון חיבורים של אותות כניסה כגון USB ו- Ethernet ואותות יציאה כגון HDMI ו- VGA. באיור 2 רואים את המערכת הבנויה, מחוברת למסך מחשב. במסגרת המחקר פותחו 68 ניסויים ברמת קושי הולכת וגדלה, בנושאים כגון עיבוד אותות ספרתיים ורשתות תקשורת.
באיור 1 רואים שהערכה מתבססת על רכיב FPGA ששמו Spartan 6 של חברת Xilinx ומעבד ARM של חברת Philips. הערכה כוללת מגוון חיבורים של אותות כניסה כגון USB ו- Ethernet ואותות יציאה כגון HDMI ו- VGA. באיור 2 רואים את המערכת הבנויה, מחוברת למסך מחשב. במסגרת המחקר פותחו 68 ניסויים ברמת קושי הולכת וגדלה, בנושאים כגון עיבוד אותות ספרתיים ורשתות תקשורת.
איור 1: תרשים לבנים של מערכת E2LP
איור 1: תרשים לבנים של מערכת E2LP
איור 2: מערכת E2LP לביצוע ניסויים בהנדסת מחשבים
איור 2: מערכת E2LP לביצוע ניסויים בהנדסת מחשבים
מחקר הערכה
מחקר הערכה
צוות המחקר באוניברסיטת בן גוריון בראשותי, היה אחראי על ביצוע הערכה בפרויקט במדינות בהן סטודנטים למדו בעזרת ערכת E2LP. ההערכה התבססה על המסגרת הקונספטואלית של "הכוונה עצמית בלמידה" (Self-Regulated Learning) הכוללת שלושה מרכיבים:
צוות המחקר באוניברסיטת בן גוריון בראשותי, היה אחראי על ביצוע הערכה בפרויקט במדינות בהן סטודנטים למדו בעזרת ערכת E2LP. ההערכה התבססה על המסגרת הקונספטואלית של "הכוונה עצמית בלמידה" (Self-Regulated Learning) הכוללת שלושה מרכיבים:
- קוגניציה - הבנה, פתרון בעיות, יצירתיות
- מטא-קוגניציה - מודעות ללמידה, תכנון למידה, רפלקציה
- מוטיבציה - עניין, תועלת, תפיסת מסוגלות עצמית
צבי אזיה, עוזר מחקר, ביקר בשיעורי מעבדה באוניברסיטאות בסרביה, קרואטיה וגרמניה לצורך תצפיות, ראיונות עם סטודנטים ומרצים אודות שימוש במערכת E2LP. אירנה ליברמן, עוזרת מחקר, בצעה הערכה של השימוש במערכת במהלך הלימוד על ידי קבוצת סטודנטים לתואר שני (n=6) בהנדסת מכונות באוניברסיטת בן גוריון בנגב, שלמדו את הנושא כקורס העשרה (בחירה), ובקרב קבוצת סטודנטים להנדסת אלקטרוניקה (n=19) כשלמדו קורס בסיסי בתכנון מערכות ספרתיות במכללה להנדסה בבאר שבע. סטודנטים באוניברסיטאות בעיר זגרב בקרואטיה ובעיר נובי סאד בסרביה ענו על שאלוני משוב לאחר שלמדו קורסים כגון תכנון מערכות ספרתיות וארכיטקטורה של מחשבים. בסך הכל התקבלו 226 תשובות לשאלונים.
צבי אזיה, עוזר מחקר, ביקר בשיעורי מעבדה באוניברסיטאות בסרביה, קרואטיה וגרמניה לצורך תצפיות, ראיונות עם סטודנטים ומרצים אודות שימוש במערכת E2LP. אירנה ליברמן, עוזרת מחקר, בצעה הערכה של השימוש במערכת במהלך הלימוד על ידי קבוצת סטודנטים לתואר שני (n=6) בהנדסת מכונות באוניברסיטת בן גוריון בנגב, שלמדו את הנושא כקורס העשרה (בחירה), ובקרב קבוצת סטודנטים להנדסת אלקטרוניקה (n=19) כשלמדו קורס בסיסי בתכנון מערכות ספרתיות במכללה להנדסה בבאר שבע. סטודנטים באוניברסיטאות בעיר זגרב בקרואטיה ובעיר נובי סאד בסרביה ענו על שאלוני משוב לאחר שלמדו קורסים כגון תכנון מערכות ספרתיות וארכיטקטורה של מחשבים. בסך הכל התקבלו 226 תשובות לשאלונים.
איור 3: תשובות סטודנטים בזאגרב (קרואטייה) ונובי סאד (סרבייה) לשאלון משוב על הקורסים בהנדסת מחשבים שלמדו בעזרת ערכת n=226) E2LP)
איור 3: תשובות סטודנטים בזאגרב (קרואטייה) ונובי סאד (סרבייה) לשאלון משוב על הקורסים בהנדסת מחשבים שלמדו בעזרת ערכת n=226) E2LP)
פילוג התשובות: אנו עוסקים בתרגילים בסיסיים - 71%; אנו עוסקים בפתרון בעיות בהיקף מצומצם - 61.7%; אנו עוסקים בפרויקטים מאתגרים - 31.1%; אנו נתקלים בקשיים - 44.2%; אנו עובדים בצוותים - 3.3%; אנו מפתחים יצירתיות - 36.2%. ממצאים אלו מראים כי הקורסים ששנלמדו בעזרת ערכת E2LP לא היו קשים מידי לסטונדטים ויש מקום להוסיף לקורס משימות מאתגרות ולטפח עבודת צוות בכתה. יש לציין כי פרויקט E2LP כלל פיתוחים נוספים כגון שימוש ב- "מציאות רבודה" (Augmented Reality) ו- "מעבדה מרחוק" (Remote lab) בלימודי הנדסת מחשבים, שאינם מוצגים כאן.
פילוג התשובות: אנו עוסקים בתרגילים בסיסיים - 71%; אנו עוסקים בפתרון בעיות בהיקף מצומצם - 61.7%; אנו עוסקים בפרויקטים מאתגרים - 31.1%; אנו נתקלים בקשיים - 44.2%; אנו עובדים בצוותים - 3.3%; אנו מפתחים יצירתיות - 36.2%. ממצאים אלו מראים כי הקורסים ששנלמדו בעזרת ערכת E2LP לא היו קשים מידי לסטונדטים ויש מקום להוסיף לקורס משימות מאתגרות ולטפח עבודת צוות בכתה. יש לציין כי פרויקט E2LP כלל פיתוחים נוספים כגון שימוש ב- "מציאות רבודה" (Augmented Reality) ו- "מעבדה מרחוק" (Remote lab) בלימודי הנדסת מחשבים, שאינם מוצגים כאן.
מסקנות
מסקנות
הדוגמה המוצגת כאן מהווה דוגמה לשיתוף פעולה בין תשע אוניברסיטאות וחברות הנדסיות משבע ארצות שונות מאירופה וישראל, בתחום ההנדסה והחינוך ההנדסי. עבודה זאת מהווה גם דוגמה לפרויקט כולל פיתוח, יישום והערכה של ערכה חדשנית ללימוד הנדסת מחשבים ברמה אונברסיטאית.
הדוגמה המוצגת כאן מהווה דוגמה לשיתוף פעולה בין תשע אוניברסיטאות וחברות הנדסיות משבע ארצות שונות מאירופה וישראל, בתחום ההנדסה והחינוך ההנדסי. עבודה זאת מהווה גם דוגמה לפרויקט כולל פיתוח, יישום והערכה של ערכה חדשנית ללימוד הנדסת מחשבים ברמה אונברסיטאית.
The research leading to these results has received funding from the European Union’s Seventh Framework Program (FP7/2007-2013) under grant agreement no 317882
The research leading to these results has received funding from the European Union’s Seventh Framework Program (FP7/2007-2013) under grant agreement no 317882