LabsLand は、オンラインで利用できる実際の研究所のグローバル ネットワークです。学生 (学校、大学、生涯学習プラットフォーム) は、ラップトップ、タブレット、または電話を使用して、インターネット経由で実際のラボにアクセスできます。

ラボは、リアルタイム (Arduino、FPGA...) で、世界中の複数の大学にあります。特定の分野 (物理学、生物学、化学) では、ラボは LabsLand Ultraconcurrent ラボであるため、大学はラボで実行できることの考えられるすべての組み合わせ (場合によっては数千) を記録し、対話型の方法で利用できるようにしています。

どのような場合でも、ラボは常に実際にあり (シミュレーションではなく)、Web 経由で利用できます (ハードウェアを入手したり、発送などの手続きをする必要はありません)。

次のビデオで、一般的なユーザー セッションがどのように機能するかを確認してください。

3D プリンター ラボでは、温度や向きなど、いくつかの異なる 3D プリンティング設定から選択し、プリンティング プロセスとその結果をさまざまな角度から観察できます。再生速度を制御して、実際に行うよりも速く実験できるようになります。また、Ultimaker Cura プロジェクト ファイルをダウンロードしてさらに実験することもできます。

直列および/または並列に接続されたいくつかの電球を実験して、交流 (AC) がどのように機能するかを学びます。必要なスイッチを開いたり閉じたりすると、作成した回路の各電球の光の強さへの影響を確認できます。

概要

水酸化ナトリウム滴定剤を使用して酸塩基滴定を実行し、未知の酢酸溶液の濃度を決定します。このラボでは、ビュレットのメニスカスを扱う視覚的測定を重視しており、2 つの異なる構成をサポートしています。 

1 つ目は電位差測定アプローチです。デジタル pH センサーにアクセスでき、それを使用して未知の溶液が中和された時期を判断できます。 

2 つ目は比色分析アプローチです。デジタル pH センサーを使用せずに、フェノールフタレイン指示薬の存在による色の変化を利用できます。

 

酸塩基滴定

滴定は、検体として知られる未知の濃度のサンプルによって消費される既知の濃度の反応物 (標準液として用いる) の量の測定に基づく容積測定法です。

滴定は、ビュレットを使用して分析物に滴定剤を添加することによって行われ、滴定剤と分析物が化学量論的に等量になります。これは「当量点」として知られており、理論上の値です。

この点の実験的推定は、「終点」として知られる近似によって得られます。これは物理的な変化によって決まります。その場合、溶液の色の変化は、指示薬（特定の pH 範囲で色が変わる物質）を添加した後に起こります。

酸塩基滴定では、pH 8.4 付近で淡いピンク色になるフェノールフタレイン指示薬を使用します。この値は、最も一般的な酸塩基滴定の当量点に非常に近くなります。

あるいは、電位差測定構成では、デジタル pH センサーを使用して「当量点」を決定することもできます。

 

比色法と電位差法によるアプローチ

比色分析のアプローチは、フェノールフタレイン指示薬によってもたらされる色の変化に依存します。電位差測定アプローチは、代わりにデジタル センサーによって測定される pH 上昇に依存します。このバージョンのラボでは、アプローチごとに 1 つずつ、2 つの異なる構成が利用可能です。比色構成では、生徒にはデジタル pH センサーが見えない場合があります。

 

酸塩基滴定 II ラボとの違い

このバージョンのラボ (酸塩基滴定 II) では、未知の酢酸溶液の酸塩基滴定を実行できます。ラボの他のバージョン (酸塩基滴定 I を参照) では、代わりにクエン酸溶液の酸塩基滴定を実行できます。

このバージョンのラボでは、ビュレット内のメニスカスを適切に読み取るなど、視覚的なビュレット測定に重点が置かれています。ラボのもう 1 つのバージョン (酸塩基滴定 I を参照) では、これは強調されておらず、代わりに計算に重点が置かれています。

また、このバージョンでは、2 つの異なる構成から選択できます。1 つは電位差アプローチ、もう 1 つは比色アプローチです。比色分析アプローチの構成には、pH センサーが示されていません。ラボの他のバージョン (酸塩基滴定 I を参照) では、単一の構成があり、センサーは常に表示されます。

概要

水酸化ナトリウム滴定剤を使用して酸塩基滴定を実行し、未知の塩酸溶液の濃度を決定します。このラボでは、ビュレットのメニスカスを扱う視覚的測定を重視しており、2 つの異なる構成をサポートしています。 

1 つ目は電位差測定アプローチです。デジタル pH センサーにアクセスでき、それを使用して未知の溶液が中和された時期を判断できます。 

2 つ目は比色分析アプローチです。デジタル pH センサーを使用せずに、フェノールフタレイン指示薬の存在による色の変化を利用できます。

 

酸塩基滴定

滴定は、検体として知られる未知の濃度のサンプルによって消費される既知の濃度の反応物 (標準液として用いる) の量の測定に基づく容積測定法です。

滴定は、ビュレットを使用して分析物に滴定剤を添加することによって行われ、滴定剤と分析物が化学量論的に等量になります。これは「当量点」として知られており、理論上の値です。

この点の実験的推定は、「終点」として知られる近似によって得られます。これは物理的な変化によって決まります。その場合、溶液の色の変化は、指示薬（特定の pH 範囲で色が変わる物質）を添加した後に起こります。

酸塩基滴定では、pH 8.4 付近で淡いピンク色になるフェノールフタレイン指示薬を使用します。この値は、最も一般的な酸塩基滴定の当量点に非常に近くなります。

あるいは、電位差測定構成では、デジタル pH センサーを使用して「当量点」を決定することもできます。

 

比色法と電位差法によるアプローチ

比色分析のアプローチは、フェノールフタレイン指示薬によってもたらされる色の変化に依存します。電位差測定アプローチは、代わりにデジタル センサーによって測定される pH 上昇に依存します。このバージョンのラボでは、アプローチごとに 1 つずつ、2 つの異なる構成が利用可能です。比色構成では、生徒にはデジタル pH センサーが見えない場合があります。

 

他の滴定ラボとの違い

このバージョンのラボ (酸塩基滴定 II) では、未知の塩酸溶液の酸塩基滴定を実行できます。ラボの他のバージョンでは、代わりにクエン酸溶液の酸塩基滴定 (酸塩基滴定 I) や酢酸の酸塩基滴定 (酸塩基滴定 II) を実行できます。

このバージョンのラボ (酸塩基滴定 III) と酸塩基滴定 II はどちらも、ビュレット内のメニスカスを適切に読み取るなど、視覚的なビュレット測定に重点を置いています。ラボのもう 1 つのバージョン (酸塩基滴定 I を参照) では、これは強調されておらず、代わりに計算に重点が置かれています。

また、これらのバージョンでは、電位差アプローチと比色アプローチの 2 つの異なる構成から選択できます。比色分析アプローチの構成には、pH センサーが示されていません。他のバージョンのラボ (酸塩基滴定 I を参照) では、単一の構成があり、センサーは常に表示されます。

概要

水酸化ナトリウム滴定剤を使用して酸塩基滴定を実行し、未知のクエン酸溶液の濃度を決定します。デジタル pH センサーが常に利用可能であり、未知の溶液にはフェノールフタレイン指示薬が適用されているため、電位差分析と比色分析の両方のアプローチを使用できます。リアルタイムグラフも利用可能です。

 

酸塩基滴定

滴定は、検体として知られる未知の濃度のサンプルによって消費される既知の濃度の反応物 (標準液として用いる) の量の測定に基づく容積測定法です。

滴定は、ビュレットを使用して分析物に滴定剤を添加することによって行われ、滴定剤と分析物が化学量論的に等量になります。これは「当量点」として知られており、理論上の値です。

この点の実験的推定は、「終点」として知られる近似によって得られます。これは物理的な変化によって決まります。その場合、溶液の色の変化は、指示薬（特定の pH 範囲で色が変わる物質）を添加した後に起こります。

酸塩基滴定では、pH 8.4 付近で淡いピンク色になるフェノールフタレイン指示薬を使用します。この値は、最も一般的な酸塩基滴定の当量点に非常に近くなります。

 

比色分析アプローチと電位差分析アプローチ

比色分析のアプローチは、フェノールフタレイン指示薬によってもたらされる色の変化に依存します。電位差測定アプローチは、代わりにデジタル センサーによって測定される pH 上昇に依存します。このバージョンの酸塩基滴定ラボでは、両方のアプローチを使用できます。デジタル センサーは常に利用可能であり、隠すことはできません。

 

酸塩基滴定 II ラボとの違い

このバージョンのラボ (酸塩基滴定 I) では、未知のクエン酸溶液の酸塩基滴定を実行できます。ラボの他のバージョン (酸塩基滴定 II を参照) では、代わりに酢酸溶液の酸塩基滴定を実行できます。 

このバージョンのラボでは計算に重点を置いていますが、学習目標に視覚的なビュレット測定は含まれていません。ラボのもう 1 つのバージョン (酸塩基滴定 II を参照) では視覚的な測定に重点が置かれており、学生はビュレットのメニスカスを正しく読み取る方法を学ばなければなりません。

また、このバージョンでは、比色分析アプローチと電位差分析アプローチの両方に使用できる単一のエクスペリエンスがあります。ラボのもう 1 つのバージョン (酸塩基滴定 II を参照) では 2 つの異なる構成が利用可能で、そのうちの 1 つはデジタル センサーが隠されているため、学生は色の変化のみに頼ることができます。

浮力、アルキメデスの原理、および類似の物理法則を実験で確かめます。関連する測定を行い、実験を実施し、結論を導くために比較的高度な計算を開始します。

浮力ラボのアドバンスト バージョンの実験では通常、より多くのデータ (液面センサーや物体重量センサーからのデータなど) が表示され、提案されたアクティビティにはさまざまな難易度の数値計算が含まれます。

アルキメデスの原理を実験で確かめます。液体の中でさまざまな材質、サイズ、重さのボールを上げ下げし、何が起こるかを観察してください。沈むのか浮くのか？なぜ？それらの重量、押しのけられた液体の体積、または浮力を決定できますか?実験を観察し、センサーから提供される値を使用して、これらの質問に答えてみてください。

このラボでは、本物の Arduino Uno ボードをプログラムできます。また、Arduino スターター キットに含まれることが多いものと同様の、いくつかの入出力周辺機器も含まれています。 

これらの周辺機器には、LED、スイッチ、ボタン、OLED ディスプレイ、サーボ モーターなどが含まれます。

このラボでは、本物の Arduino Uno ボードをプログラムできます。また、Arduino スターター キットに含まれることが多いものと同様の、いくつかの入出力周辺機器も含まれています。 

これらの周辺機器には、LED、スイッチ、ボタン、OLED ディスプレイ、サーボ モーターなどが含まれます。

Arduino ロボット ラボでは、実際のロボットを使って実験を行うことができます。 Arduino を直接プログラミングしてロボットのロジックを定義し、プログラムをロボットにアップロードして、ウェブカメラを通じてロボットの動作を確認します。ロボットに壁を避けさせたり、ラインをたどるレースで競争させたり、その他の種類の運動をさせることができます。Scratch のようなビジュアル プログラミング言語を使用したい場合は、弊社の Arduinoビジュアルロボットラボ！

Arduino ロボット ラボでは、実際のロボットを使って実験を行うことができます。ブロックベースの言語 (Blockly) を使用してロボットのロジックを定義し、プログラムをロボットにアップロードして、ウェブカメラを通じてロボットの動作を確認します。ロボットに壁を避けさせたり、ラインをたどるレースで競争させたり、その他の種類の運動をさせることができます。コードを使用して学習したい場合は、 コードバージョン。 

オンライン IDE を使用して、アセンブリ言語を使用して Atmel ATmega328P マイクロコントローラーをプログラムします。 ATmega328p は Arduino UNO で使用されており、実際にプログラムできるボードです。 LED、ポテンショメータ、サーボモーターなど、さまざまな周辺機器が付属しています。

ハードウェアは Arduino Board ラボと共有されているため、そこで可能なアクティビティはここでも可能です。さらに、C ソース コードをアセンブリと組み合わせることができます。当然のことながら、このバージョンのラボはアセンブリを指向しており、Arduino ラボの他のバージョンよりも使用が複雑であり、マイクロプロセッサ、コンピューターアーキテクチャ、およびアセンブリのコースを指向しています。

このラボでは、デジタルエレクトロニクスの基礎を学びます。

真理値表を設計して記入することによって組み合わせシステムを設計し、ブール代数を使用し、カルノー・ベイッチ (KV または VK) マップを作成し、実際のリモートハードウェア (インテル FPGA) で作成したシステムを試すことができます。

概要

ボイルの法則のラボでは、学生が周囲温度および一定温度での気体の圧力と体積の関係を決定できます。学生は 2 つの異なる容量のシリンジから選択し、容量を減らすときのガスの圧力を測定できます。実験は等温線の形でグラフ分析に反映されます。このようにして、ボイルの法則を検証し、実践的かつわかりやすい方法で気体の挙動について学ぶことができます。

 

ボイルの法則

ボイルの法則は、一定の温度では、気体の体積は圧力に反比例すると述べています。これは、ガスの圧力が増加すると体積が減少し、その逆も同様であることを意味します。ボイルの法則は数学的に次のように表現できます。

V ∝ 1/P

ここで、V はガスの体積、P はガスの圧力です。

ボイルの法則のラボでは、学生がこの法則を実践し、実験の状況で検証することができます。さまざまな時点でガスの体積と圧力を測定することで、圧力に基づいてガスの体積がどのように変化するかを示す等温線グラフをグラフできます。等温線グラフがボイルの法則に適合する場合、学習者はその法則を実験的に検証したことになります。

このような実験を行うことは、ガスの挙動やさまざまな変数の関係について学ぶ優れた方法です。さらに、学生にとって実践的な実験は、単に教科書で法律について読むよりも親しみやすく、記憶に残るものになります。等温線グラフはガスの挙動を明確に視覚化し、ボイルの法則の予測が満たされているかどうかを検証します。

 

中等教育および大学教育への応用

ボイルの法則のラボは通常、高校レベルの科学コースと大学レベルの化学コースに適用されます。高校レベルでは、このラボは、気体の圧力や体積などの化学や物理学の基本概念を学ぶ理科コースに応用できます。大学では、ボイルの法則のラボを、ガスとその挙動の研究をさらに掘り下げる、より高度な化学コースに適用できます。

 

目的

ボイルの法則のラボは、それが適用される教育レベルに応じて、さまざまな教育目標を持つことができます。高校レベルと大学レベルの両方でボイルの法則ラボが設定できる目標の例をいくつか示します。

高校レベルでは:

• 学生はボイルの法則と気体物理学におけるその重要性を理解します。
• 学生は実験と観察のスキルを練習します。
• 学生はデータ分析と表現スキルを開発します。
• 生徒は気体の温度、圧力、体積の関係を理解します。

大学レベルでは:

• 学生はボイルの法則と気体物理学におけるその重要性について知っています。
• 学生はラボで実験および観察のスキルを実証します。
• 学生は気体物理学の理論的概念を実際の状況に適用します。
• 学生は科学的文脈におけるデータ分析と表現のスキルを開発します。
• 生徒は、さまざまな状況で気体の温度、圧力、体積がどのように関係するかを理解します。

概要

このラボの設定では、学生は、互いにほぼ同じ大きさの種子が入っている密閉室内の二酸化炭素濃度を測定できます。学生は、さまざまな実験条件から選択できます。種子はあらかじめ蒸留水または室温 (24 ± 1)℃の酢酸溶液に浸しておいたもの、または浸していない種子 (活性化していない) です。

 

このラボのバージョン

このバージョンのラボでは、グラフが含まれておらず、学生がデータをダウンロードすることもできないため、従来の実地実験と同様の方法で、学生はセンサーの読み取り値からデータを収集し、グラフを描くか、独自のスプレッドシートを作成して分析して結論を導き出す必要があります。

ラボの別のバージョン (グラフ付き細胞呼吸) があり、各実験の最後にグラフが表示され、学生はデータをスプレッドシートにダウンロードできます。

 

植物の呼吸による二酸化炭素の放出

細胞呼吸はすべての細胞によって実行される重要な機能の 1 つであり、これを通じてさまざまな有機化合物が分解され、他のプロセスに必要なエネルギーが放出されます。

巨視的レベルでのガス交換は、細胞内で起こるエネルギー変換プロセスの証拠です。酸素が存在すると、細胞呼吸の副産物として二酸化炭素が放出されます。この二酸化炭素の排出は、生物の代謝と生態系におけるその影響を理解するために不可欠です。

 

種子の吸水と活性化

種子による吸水（吸水膨潤）は、種子の代謝を活性化し、休眠を打破して種子の発芽を準備するために不可欠なプロセスです。この現象は、種子を水や水溶液に一定時間浸す（蒸留水や酢酸に浸すなど）ことによって起こります。吸収の期間と条件は種子の代謝活性化に直接影響し、これは細胞呼吸プロセス中の二酸化炭素放出速度に反映されます。代謝率は種と選択された吸収条件によって異なります。

 

実験とセットアップ

実験装置には二酸化炭素ガスセンサーと密閉室が装備されています。学生は、以前に詳細に説明された 3 つの種子の活性化実験条件から選択するオプションがあります。

すべての実験では、同じ種の同様のサイズの種子が使用されるため、結果の比較が容易になります。

 

学習目標

• 管理された実験の開発と生物学的プロセスに関連するデータの解釈を通じて科学的取り組みを理解します。
• さまざまな実験条件下での二酸化炭素の放出を細胞呼吸に関連付け、生物の構造階層を区別します。
• 細胞呼吸が生物の本質的な特徴であることを特定し、それに伴うエネルギー変換の重要性を理解します。

概要

このラボの設定では、学生は、互いにほぼ同じ大きさの種子が入っている密閉室内の二酸化炭素濃度を測定できます。学生は、さまざまな実験条件から選択できます。種子はあらかじめ蒸留水または室温 (24 ± 1)℃の酢酸溶液に浸しておいたもの、または浸していない種子 (活性化していない) です。

 

このラボのバージョン

このバージョンのラボでは、各実験の最後にグラフが表示され、学生はデータをスプレッドシートにダウンロードできます。これにより、学生は自分でデータを収集してグラフする必要がなく、結果を分析できます。

ラボの代替バージョン (細胞呼吸) が存在しますが、グラフとデータは利用できません。そうすることで、結果を分析して適切な結論に達するために、従来の実践的なラボで行う方法と同様に、学生は離散センサーの読み取り値からデータを自分で収集してグラフする必要があります。

 

植物の呼吸による二酸化炭素の放出

細胞呼吸はすべての細胞によって実行される重要な機能の 1 つであり、これを通じてさまざまな有機化合物が分解され、他のプロセスに必要なエネルギーが放出されます。

巨視的レベルでのガス交換は、細胞内で起こるエネルギー変換プロセスの証拠です。酸素が存在すると、細胞呼吸の副産物として二酸化炭素が放出されます。この二酸化炭素の排出は、生物の代謝と生態系におけるその影響を理解するために不可欠です。

 

種子の吸水と活性化

種子による吸水（吸水膨潤）は、種子の代謝を活性化し、休眠を打破して種子の発芽を準備するために不可欠なプロセスです。この現象は、種子を水や水溶液に一定時間浸す（蒸留水や酢酸に浸すなど）ことによって起こります。吸収の期間と条件は種子の代謝活性化に直接影響し、これは細胞呼吸プロセス中の二酸化炭素放出速度に反映されます。代謝率は種と選択された吸収条件によって異なります。

 

実験とセットアップ

実験装置には二酸化炭素ガスセンサーと密閉室が装備されています。学生は、以前に詳細に説明された 3 つの種子の活性化実験条件から選択するオプションがあります。

すべての実験では、同じ種の同様のサイズの種子が使用されるため、結果の比較が容易になります。

 

学習目標

• 管理された実験の開発と生物学的プロセスに関連するデータの解釈を通じて科学的取り組みを理解します。
• さまざまな実験条件下での二酸化炭素の放出を細胞呼吸に関連付け、生物の構造階層を区別します。
• 細胞呼吸が生物の本質的な特徴であることを特定し、それに伴うエネルギー変換の重要性を理解します。

遠心ポンプは、流体を輸送するために多くの分野で使用されています。その回転エネルギーは通常、エンジンまたは電気モーターから得られます。 

このラボでは、複数のバルブを介して構成できる回路内に設置されたポンプにアクセスして制御することができます。バルブは直列または並列構成で構成できます。特定の構成では、キャビテーションの影響を観察することも可能です。

運動量保存則とは、外力が働かない物体系では各物体の運動量の合計が一定に保たれるという物理法則です。

このリモートラボでは、2 台の台車を弾性衝突または非弾性衝突させ、台車の質量などの実験条件を変えることができます。衝突の前後で全運動量が保存されるかを実験で確かめられます。

概要

デジタル トレーナー ラボは、デジタル ロジック、真理値表、ブール代数を学び始める学生を対象に設計されています。

アクティビティ中に、生徒は一連の単純な真理値表を実装するインテル FPGA を見ます。学生は FPGA デバイスを操作して、スイッチを介してシステムへの入力を変更し、LED を介して出力を観察できます。課題は、FPGA がそれぞれの場合にどの論理演算子を実装するかを決定することです (例: AND、NAND...)。

 

さらに詳しく

このアクティビティは比較的シンプルで簡単ですが、同時に生徒の興味を引くように設計されています。ゲームのようなスタイルで設計されており、実際のハードウェア (FPGA) に基づいています。そうすることで、デジタル ロジックを導入して理解するのに役立つだけでなく、学生が業界で使用されているのと同じ種類の FPGA デバイスと表面的な方法で対話して、その知識の将来の用途を理解し始めることができます。

FPGA デバイスとの対話は、学生がプログラミングする必要がないため、複雑さを増すことはありません。彼らはすでにブラック ボックス ロジックを実装しています (これがまさにアクティビティのポイントです)。

このラボはもともと、インテル コーポレーションが自社のセミナーで、インテル DE1-SoC、インテル DE2-115、またはその他のタイプの FPGA を使用して、実践的およびリモートの両方で頻繁に実施している活動を拠点としています。

概要

アナログ回路を実験するためのラボです。インタラクティブな画面で、プロトタイピングボード上の部品を配線し、ファンクションジェネレーターや電源を接続・設定できます。回路を設計した後は、マルチメーターやオシロスコープで測定できます。回路はリレーによって実際に構成され、実信号を実機で測定します。シミュレーションではありません。オームの法則、キルヒホッフの法則、部品の特性評価、計測器、回路方式など、アナログ電子工学の学習に活用できます。

 

操作方法と計測器

LabsLand エレクトロニクスラボは、従来のアナログ電子工学ラボを模したインタラクティブな画面で操作します。プロトタイピングボード、ファンクションジェネレーター、電源、マルチメーター、オシロスコープを操作でき、回路に組み込む部品トレイも利用できます。

中心となるのはプロトタイピングボードです。画面上部のトレイから部品をボードにドラッグし、右上のツールバーから選択した配線で接続します。部品や配線は自由に追加、移動、削除できます。

設計済みの回路を読み込んだり保存したりすることもできます。アクティビティに応じて複雑な回路を出発点にしたり、回路を保存して後で再利用したり、最後に提出したりできます。

プロトタイピングボードの側面には、回路を各計測器に接続するコネクターがあります。たとえば左上の「DC 電源」コネクターには +5V、GND、-5V と表示され、回路を電源に接続します。

計測器を表示・設定するには、画面下部のメニューから選択します。たとえば「DC 電源」を選ぶと電源を操作でき、その設定が回路と測定に直接反映されます。

回路を正しく設計・構築して計測器を設定したら、右下の「測定を実行」ボタンを押します。しばらくすると計測器に結果が表示されます。回路に誤りがある場合や、安全上の理由または未対応の構成によって回路を構築できない場合は、エラーメッセージが表示されます。

測定時には、測定を行う実機のリアルタイム写真が画面の下に表示されます。測定中、回路はリレーによって物理的に構成され、インジケーター LED で状態を確認できる場合があります。

 

回路カタログ

LabsLand エレクトロニクスラボの重要な特徴は、シミュレーションではないことです。回路はリレーで実際に構成され、抵抗器、ダイオード、コンデンサーなどの実部品と実機の計測器を使用します。そのため現実的で強力なラボである一方、物理的な制約もあります。

使用する部品はラボに物理的に搭載されている必要があります。利用できる部品は部品トレイで確認できます。同じ種類の部品を複数使う場合は、必要な個数が搭載されている必要があります。また安全のため、短絡や部品の許容電力を超える回路、安全性が確認されていない回路は構築できません。

授業用アクティビティを設計してラボを実践的に活用できるよう、回路カタログの使用を推奨しています。LabsLand 回路カタログには、安全に構築・使用でき、さまざまな授業で役立つ多数の回路を掲載しています。

カタログ掲載回路を基に授業を設計することで、安全性、部品の在庫、構築可能性などの理由で任意の回路が利用できない問題を避けられます。

カタログは https://labsland.com/pub/docs/experiments/hive/en/index.html からアクセスでき、目次にも掲載されています。

カタログには、次の回路のセクションがあります。

• 抵抗器
• ダイオード
• RC 回路
• RLC 回路
• オペアンプ
• トランジスター

カタログは継続的に拡充しています。追加を希望する回路があれば、お問い合わせください。追加を保証することはできませんが、今後の改訂に向けて検討します。

 

内部動作

LabsLand エレクトロニクスラボは、世界各地の教育機関に設置された複数の「Hive」で構成され、回路と測定を提供するクラスターとして動作します。

設計中の回路は、「測定」ボタンを押すまで物理的には構築されません。ボタンを押すと分散ノードの一つが割り当てられ、回路を構築して測定し、結果を返します。測定したノードは、画面に表示されるリアルタイム写真で確認できます。測定ごとに異なるノードへ割り当てられる場合があるため、複数回測定すると最後の測定画像やプロバイダーが変わることがあります。

各ノードは、複数の計測器と、リレーや回路部品を搭載した LabsLand 設計のボードを収めた装置です。「Hive Node Reference Documentation」には、ノードの内部動作と各内部ボードの役割が詳しく記載されています。

ノードを設置する教育機関は、必要に応じて新しい回路を追加し、カスタマイズできます。詳細はマニュアルに記載されています。

 

機器

このラボの機器（前述のノード）は LabsLand が設計しており、教育機関への導入用として販売しています。機器を購入して施設内に設置すると、それを使った研究や回路の作成・カスタマイズが可能になります。

ハードウェアの購入方法については、https://labsland.com/en/hardware をご覧ください。

 

中等教育・大学教育での活用

LabsLand エレクトロニクスラボは、中等教育と大学教育の双方で活用できる教育リソースです。

アナログ電子工学の基礎を安全かつインタラクティブに学べます。学生は実回路を使った実験を通じてオームの法則やキルヒホッフの法則などを学び、電気・電子工学に欠かせないオシロスコープやマルチメーターの操作も体験できます。

授業で扱った概念の定着や発展、オペアンプやトランジスターなどの複雑な部品の実験、解析やシミュレーションに向けた独自回路の設計に利用できます。

土壌の酸性度は、pH 低下を促進するさまざまなプロセスによって発生する可能性があります。これらのプロセスは自然に、または人間の行為によって発生します。土壌の酸性度の主な原因は、土壌溶液中の水素イオン (H+) とアルミニウム イオン (Al+3) に関連しています。交換可能な酸性度は、塩化カリウム (KCl) などの中性塩溶液を使用して測定されます。土壌のコロイド部分に保持されている酸イオン (アルミニウムとヒドロニウム) は、置換イオン (K+) の存在下で土壌溶液に入ります。 その後、その溶液をフェノールフタレインを指示薬として中和反応の終点に達する正確な濃度の水酸化ナトリウム溶液で滴定します。

概要

Multi-Phase Flowloop ラボでは、現実のシナリオで生産チューブ内で発生する多相システムの流れパターンを視覚化する実験を実行できます。水の流量とチューブ自体の角度を変化させることで、選択した値に応じてさまざまな流れのパターンや「切れ込み」が形成される様子を観察できます。

 

さらに詳しく

多相システムはさまざまな産業シナリオで見られますが、石油およびガス産業も例外ではありません。生産チューブ内の流れパターンの予測と決定は、生産自体の最適化に直接関係するため、非常に重要です。

貯留層で見つかった炭化水素、水、堆積物、ガスの混合物は、地表への輸送中にさまざまな挙動を示します。このような挙動を予測することで、最終処理施設への輸送を成功させるためのポンプ機械やパイプラインの設定を適切に選択するための理解を深めることができます。 マルチフェーズ フローループ テスト ユニットは、さらなる調査のために、マルチフェーズ システムが実際にどのように動作するかをより正確に予測するのに役立ちます。これにより、ユーザーは以下をよりよく理解し、視覚化できるようになります。 さまざまな生産速度と混合比率の下で多相輸送がどのように反応するか。

 

 

• 試験セクションは、長さ 6m、内径 0.04m の透明な直線プレキシガラス パイプライン (1) です。
• このパイプは油圧スクリュージャッキ (2) と炭素鋼のビームによって支えられており、システムは水平地面レベルから最大90度の角度まで傾けることができます。
• メインタンク (4) に接続されたステンレス鋼の遠心ポンプ (3) がシステムに水を供給します。電磁誘導流量計を搭載しており、ポンプの回転数により水流量を任意の値に調整できます。
• さまざまな相流パターンを開発するために、空気-水ミキサー (5) を介して空気を水流に注入できます。
• 水タンクの上部に取り付けられたホッパー (6) は、固形沈殿物である別の相を供給するために機能します。
• プレキシグラスパイプラインに取り付けられた高速カメラ (7) が流れを記録します。

Multi-Phase Flowloop ラボでは、現実のシナリオで生産チューブ内で発生する多相システムの流れパターンを視覚化する実験を実行できます。水の流量とチューブ自体の角度を変化させることで、選択した値に応じてさまざまな流れパターンまたは「切断」の形成を理解できます。

本物のFPGAを使ってハードウェア設計を学ぼう！

このラボでは、VHDL または Verilog の 2 つのハードウェア設計言語を使用してプログラミングする方法を学び、利用可能な複数のボードの 1 つでコードをテストすることができます。すべての FPGA には、10 個の LED、6 個の 7 セグメント ディスプレイ、複数のクロックなどの一連のコンポーネントがすでに配置されています。さらに、10 個の仮想スイッチと 4 個の仮想ボタンにアクセスでき、これらを設計で使用したり、実際のハードウェアを操作するときに表示されます。

コードを合成するたびに、特定のボード（Terasic DE2-115 や Terasic DE1-SoC など）に割り当てられ、利用可能なボードの 1 つにコードを送信して、スイッチのオンとオフを切り替えたり、ボタンを押したりして、デザインがどのように動作するかを確認できるようになります。各ボードは異なる大学に設置されており、利用時に設置先を確認できます。

このラボでは、コンピュータ、タブレット、電話にソフトウェアやハードウェアをインストールする必要はありません。

概要

このリモートラボでは、質量や材質の異なる物体を選び、電気スイッチで落下させます。受信装置が落下時間を測定するため、重力加速度を求めたり、重力とエネルギー保存に関する実験を行ったりできます。難易度の異なる活動に利用でき、学校から大学まで幅広い授業に適しています。

自由落下

自由落下とは、物体が重力だけを受けて落下する運動です。既知の高さから物体を落とし、地面に達するまでの時間を測ることで、重力加速度を実験的に求められます。質量、形状、密度の異なる物体を比較すれば、空気抵抗などが測定結果に及ぼす影響も考察できます。

得られたデータから、スカイダイバーや人工衛星など、現実の運動を考えることもできます。測定、データ分析、モデルとの比較を一連の活動として行えるため、運動、重力、エネルギー保存を学ぶ導入実験として活用できます。

授業での活用

中学校・高等学校の理科や物理、大学の初等力学などで利用できます。力、運動、エネルギー、運動量を扱う授業に加え、実験計画やデータ分析の学習にも適しています。

主な学習目標

学校および大学での自由落下実験には、次のような学習目標があります。

1. 自由落下運動と重力加速度の関係を理解する。
2. 高さと落下時間を測定し、データから重力加速度を求める。
3. 物体の質量、形状、密度が測定結果に与える影響を比較する。
4. 変数を制御して実験を計画し、実施する。
5. 専門的な装置を使ってデータを収集し、分析する。
6. 測定結果から結論を導き、現実の運動を予測する。
7. 実験を通して批判的思考と問題解決の力を養う。
8. 科学的探究と技術の役割を理解する。

ゲイ・リュサックの法則により、気体の挙動を研究できるようになり、物理学や化学でよく研究されます。ガスの圧力と温度を関連付けますが、体積や量などの他のパラメーターは一定のままです。

ゲイ・リュサックの法則を検証するにはさまざまな方法があります。この実験では、一定量のガスについて、圧力が温度に正比例することを検証します。

Terasic DE1-SoC を使用して FPGA によるハードウェア設計を学びましょう!

このラボでは、2 つのハードウェア設計言語 VHDL または Verilog を使用してプログラミングする方法を学び、実際の Terasic DE1-SoC FPGA でコードをテストすることができます。 FPGA には、10 個の赤色 LED、6 個の 7 セグメント ディスプレイ、複数のクロックなど、一連のコンポーネントがすでに配置されています。さらに、10 個の仮想スイッチと 4 個の仮想ボタンにアクセスでき、これらを設計で使用したり、実際のハードウェアを操作するときに表示されます。スイッチをオンまたはオフにしたり、ボタンを押したりして、設計の動作を確認できます。各ボードは異なる大学に設置されており、利用時に設置先を確認できます。

このラボでは、コンピュータ、タブレット、電話にソフトウェアやハードウェアをインストールする必要はありません。

Terasic DE1-SoC を使用して FPGA によるハードウェア設計を学びましょう!

このラボでは、2 つのハードウェア設計言語 VHDL または Verilog を使用してプログラミングする方法を学び、実際の Terasic DE1-SoC FPGA でコードをテストすることができます。 FPGA には、10 個の赤色 LED、6 個の 7 セグメント ディスプレイ、複数のクロックなど、一連のコンポーネントがすでに配置されています。さらに、10 個の仮想スイッチと 4 個の仮想ボタンにアクセスでき、これらを設計で使用したり、実際のハードウェアを操作するときに表示されます。スイッチをオンまたはオフにしたり、ボタンを押したりして、設計の動作を確認できます。各ボードは異なる大学に設置されており、利用時に設置先を確認できます。

このラボでは、コンピュータ、タブレット、電話にソフトウェアやハードウェアをインストールする必要はありません。

Terasic DE2-115 FPGA を使ってハードウェア設計を学びましょう！

このラボでは、VHDL または Verilog の 2 つのハードウェア設計言語を使用してプログラミングする方法を学び、実際の Terasic DE2-115 FPGA でコードをテストすることができます。 FPGA には、18 個の赤色 LED、9 個の緑色 LED、8 個の 7 セグメント ディスプレイ、複数のクロックなど、一連のコンポーネントがすでに配置されています。さらに、18 個の仮想スイッチと 4 個の仮想ボタンにアクセスでき、設計で使用でき、実際のハードウェアを操作するときに表示されます。スイッチをオンまたはオフにしたり、ボタンを押したりして、設計の動作を確認できます。各ボードは異なる大学に設置されており、利用時に設置先を確認できます。

このラボでは、コンピュータ、タブレット、電話にソフトウェアやハードウェアをインストールする必要はありません。

Terasic DE2-115 FPGA を使ってハードウェア設計を学びましょう！

このラボでは、VHDL または Verilog の 2 つのハードウェア設計言語を使用してプログラミングする方法を学び、実際の Terasic DE2-115 FPGA でコードをテストすることができます。 FPGA には、LED、7 セグメント ディスプレイ、複数のクロックなどの一連のコンポーネントがすでに配置されています。さらに、18 個の仮想スイッチと 4 個の仮想ボタンにアクセスでき、設計で使用でき、実際のハードウェアを操作するときに表示されます。スイッチをオンまたはオフにしたり、ボタンを押したりして、設計の動作を確認できます。各ボードは異なる大学に設置されており、利用時に設置先を確認できます。

このラボでは、コンピュータ、タブレット、電話にソフトウェアやハードウェアをインストールする必要はありません。

このリモートラボを通じて、傾斜面または自由落下で移動するボールの挙動を観察および分析できるシステムでニュートンの第 2 法則を実験することができます。分析するパラメータは、落下中のボールの時間、速度、加速度です。傾斜角度はユーザーが設定可能で、90 度に達すると自由落下のシナリオを体験できます。ボールが傾斜面を移動しながら転がるか、それとも傾斜面を下るだけで移動するかを確認します。それは定義されたものに依存しますか 傾き？テストしてみよう！

この機器では、建築空間や利用中の空間の照明条件をリアルタイムで測定し、その結果に基づいて改善案を検討できます。

専門的な用途での機器の使い方を詳しく学べます。

概要

このラボでは、強度を調整できる直線導体に定常電流を流す磁場実験を容易にします。可動ホールセンサーは、さまざまな距離で磁場の大きさを測定します。このバージョンのラボでは、学生が手動でデータを記録します。

 

ラボのバージョン

このバージョンのラボにはグラフは含まれておらず、学生によるデータのダウンロードは許可されていません。代わりに、学生は従来の実践的な実験と同様に、センサーの読み取り値と導体までの距離からデータを収集する必要があります。これにより、独自のグラフを作成したり、データ分析や結論を導き出すためのカスタム スプレッドシートを作成したりすることができます。

ラボの別のバージョン (グラフ付き磁場) があり、各実験の最後にグラフが提供され、学生はデータをスプレッドシートにダウンロードできます。このバージョンは、実験中に収集されたデータに直接アクセスしたい学生にとって特に便利です。

 

磁場

移動する荷電粒子は周囲に磁場を生成する能力があり、他の移動する荷電粒子と相互作用する可能性があります。これに関連して、電流が流れる導体はその周囲に磁場を生成します。この物理現象は、電気モーターやさまざまな電子機器など、私たちの日常生活で見られる多くの技術進歩の基礎となっています。

 

可能性のある実験

当社のラボの構成では、数多くの実験を実行できます。ユーザーは、磁場の強さがそれを生成する電流によってどのように変化するかを観察できます。彼らは、変化する磁場と誘導電流の間の関係を視覚化して、電磁誘導の基本原理を調査することができます。導体からのセンサーの距離を調整することで、磁場と距離の関係を実験的に検証し、磁界の強さと距離の複雑な関係を詳しく調べることができます。

 

学習目標

このラボでは、次の学習目標をカバーできます。

• 磁場の概念と、磁場の生成と測定の方法を理解します。

• 磁場の強さとそれを生成する電流の関係を認識します。

• 電磁誘導の原理を理解しましょう。

• 磁場の逆二乗則を理解し、検証します。

• 物理学の文脈におけるデータ収集、分析、解釈のスキルを開発します。

• 物理原理と現実世界への応用についての理解を深めます。

概要

このラボでは、強度を調整できる直線導体に定常電流を流す磁場実験を容易にします。可動ホールセンサーは、さまざまな距離で磁場の大きさを測定します。このバージョンのラボでは、学生にデータを含むグラフが表示され、それをダウンロードしてさらに処理することができます。

 

ラボのバージョン

このバージョンのラボでは、各実験の最後にグラフが表示され、学生はデータをスプレッドシートにダウンロードできます。これにより、学生は自分でデータを収集してグラフする必要がなく、結果を分析できます。

ラボの代替バージョン (Magnetic Field) が存在しますが、グラフとデータは利用できません。そうすることで、結果を分析して適切な結論に達するために、従来の実践的なラボで行う方法と同様に、学生は離散センサーの読み取り値からデータを自分で収集してグラフする必要があります。

 

磁場

移動する荷電粒子は周囲に磁場を生成する能力があり、他の移動する荷電粒子と相互作用する可能性があります。これに関連して、電流が流れる導体はその周囲に磁場を生成します。この物理現象は、電気モーターやさまざまな電子機器など、私たちの日常生活で見られる多くの技術進歩の基礎となっています。

 

可能性のある実験

当社のラボの構成では、数多くの実験を実行できます。ユーザーは、磁場の強さがそれを生成する電流によってどのように変化するかを観察できます。彼らは、変化する磁場と誘導電流の間の関係を視覚化して、電磁誘導の基本原理を調査することができます。導体からのセンサーの距離を調整することで、磁場と距離の関係を実験的に検証し、磁界の強さと距離の複雑な関係を詳しく調べることができます。

 

学習目標

このラボでは、次の学習目標をカバーできます。

• 管理された実験の開発と、物理現象に関連するデータの収集と解釈を通じて、科学的取り組みのプロセスを理解します。

• 電流を磁場の源として認識します。

• 特定の方向の磁場の値と直線導体を流れる電流の強さとの関係を求めます。

• 特定の方向の磁場の値と導体までの距離との関係を求めます。

材料試験リモートラボでは、世界中のどこからでも、さまざまな処理や試験条件における材料の挙動と特性を調べられます。実材料と実機の試験装置を使い、材料科学の概念を実験を通して学びます。

 

材料と処理

次の材料から選択できます。

• 鋼
• アルミニウム
• 銅
• チタン

材料ごとに熱処理や表面処理など複数の処理条件を選び、材料特性への影響を比較できます。

 

実施できる試験

材料と処理を選択した後、次の業界標準の試験を実施できます。

• 引張試験：引張荷重に対する強度と延性を評価します。
• 切欠き衝撃試験：材料の靱性と耐衝撃性を測定します。
• 硬さ試験：変形や傷に対する抵抗を測定します。
• 金属組織観察：結晶粒径や相の分布など、材料内部の組織を分析します。

 

教育上の利点

複数の学習者が同時に実験でき、材料科学や材料工学の授業に組み込めます。幅広い材料と試験方法を比較しながら、現代の材料工学に必要な測定・分析の技能を身に付けられます。

高度な機能と幅広い材料の選択肢により、現代の材料工学に必要な技能と知識を学べます。

顕微鏡ラボでは、基本的な顕微鏡技術を使用してさまざまなサンプルを調査できます。焦点の調整、照明の管理、ズーム レベルを制御するためのレンズの交換など、顕微鏡の操作方法を学びます。さまざまな動植物の組織サンプルを観察し、顕微鏡の基本的な機能を実際に体験して、顕微鏡の仕組みについての理解を深めます。このバージョンのラボには準備フェーズが含まれていますが、これはオプションであり、スキップできます。

顕微鏡ラボでは、基本的な顕微鏡技術を使用してさまざまなサンプルを調査できます。焦点の調整、照明の管理、ズーム レベルを制御するためのレンズの交換など、顕微鏡の操作方法を学びます。さまざまな動植物の組織サンプルを観察し、顕微鏡の基本的な機能を実際に体験して、顕微鏡の仕組みについての理解を深めます。このバージョンの顕微鏡ラボでは、顕微鏡自体を制御する前に、サンプルを正常に準備することが必須です。

このリモートラボを通じて、両凸、両凹、または凸レンズを通過する 2 つの光線で何が起こるかを実験できます。いつでもレンズを制御できます。

開度や回転数などの基本パラメータを変更して実験し、出力を観察し、発電して測定します。

この実験では、荷重の初期角度を制御し、実際の単純な振り子での動作を確認できます。この実験では、特定のミリ秒、速度、振動長などに応じて振り子の動作を分析するために使用できる実際のデータのセットが提供されます。振り子に重りを取り付けることもできます。

プラナリアは、神経系に対するさまざまな物質の影響を研究するために使用できる扁形動物です。このリモートラボでは、プラナリア虫を配置する溶液を選択できます。溶液は水性であり、さまざまな興奮性または抑制性の物質がさまざまな濃度で溶解されています。

このバージョンのプラナリアラボには、プラナリアがラインを横切った回数をカウントする (活動レベルを推定するため) 学生が使用できる手動集計カウンターがあります。

プラナリアは、神経系に対するさまざまな物質の影響を研究するために使用できる扁形動物です。このリモートラボでは、プラナリア虫を配置する溶液を選択できます。溶液は水性であり、さまざまな興奮性または抑制性の物質がさまざまな濃度で溶解されています。

このバージョンのプラナリアラボでは、プラナリア虫がラインを横切った回数が自動的にカウントされます。

プラナリアは、神経系に対するさまざまな物質の影響を研究するために使用できる扁形動物です。このリモートラボでは、プラナリア虫を配置する溶液を選択できます。溶液は水性であり、さまざまな興奮性または抑制性の物質がさまざまな濃度で溶解されています。

このバージョンのラボでは、物質の名前は表示されません。したがって、課題は、それぞれの未知の物質中のプラナリアの活性レベルを測定することによって、どの物質がどの物質であるかを決定することである可能性があります。

概要

学校や大学向けのこの装置には、検出された粒子衝突の数を測定できるガイガーカウンターが含まれています。ユーザーは、さまざまな放射線源の中から選択できるだけでなく、放射線源とプローブの間に置く吸収体も選択できます。さらに、ユーザーが変更できるその他のパラメーターとしては、距離と測定回数があります。これにより、幅広い実験と学習が可能になります。

 

放射能

放射能は、原子核が粒子と放射線を放出することによってエネルギーを失うプロセスです。これは、特定の元素で自然に発生することも、核反応を利用して人工的に発生することもあります。学校や大学の物理学の文脈では、放射能を研究することで、物質の基本的な性質や物理法則についての貴重な洞察が得られます。

この分野でよく行われる実験の 1 つは、ガイガー カウンターを使用した放射能の測定です。この機器は放射線源からの粒子の放出を検出できるため、生徒は放射線の基本原理と物質に対する放射線の影響を理解できます。放射線源の種類、放射線源と検出器間の距離、両者の間に配置される吸収材の種類を変えることで、学生は幅広い現象を調査し、基礎となる原理をより深く理解することができます。

放射能の研究は、その教育的価値に加えて、医療、エネルギー生産、環境保護などの分野でも実用的です。放射能は、それ自体が興味深いだけでなく実社会で幅広く応用されているため、学生が学ぶべき重要なテーマです。

 

放射能の実世界への応用

放射能の最も一般的な用途の 1 つは医療の分野です。放射性同位体は、医師が体内を観察して病気を診断できるようにする PET や SPECT スキャンなどの医療画像技術で使用されます。放射性同位元素は、放射線療法などのがん治療にも使用され、がん細胞を殺すために使用されます。

放射能は石油やガスの探査などの産業でも使用され、岩石層の浸透性や岩石層を通る流体の流れを測定するために使用されます。放射性同位体は、煙感知器や発光時計や計器の製造にも使用されます。

全体として、放射能は医療、産業、さらには日常の消費者製品などの分野で幅広い用途があります。これは物理学やその他の科学における重要な研究分野であり続けており、新しい技術の開発に伴ってその用途は拡大し続けています。

 

学校や大学での放射能実験

放射能実験でガイガーカウンターを使用すると、幅広い実験と学習が可能になります。放射線源と吸収体を変えることにより、生徒は検出された粒子衝突に対するさまざまな放射線源や材料の影響を観察できます。これは、生徒が放射能の特性やさまざまな粒子の挙動を理解するのに役立ちます。

さらに、放出された粒子が吸収されるかどうかを観察し、放射線の種類を特定する実験も行えます。線源とプローブの間にさまざまな吸収体を配置することで、学生は放出された粒子の特性を判断し、放射能についてより深く理解できるようになります。

最後に、放射線放出の幾何学的形状の決定を伴う実験は、ガイガーカウンターを使用して行うこともできます。さまざまな距離で検出された粒子の衝突を注意深く測定することで、学生は放射能の空間分布についての洞察を得ることができます。これは、学生が放射能の基本原理と現実世界でのその応用を理解するのに役立ちます。

 

潜在的な学習目標

このラボで実施するアクティビティの学習目標は次のとおりです。

1. 放射性物質の放出の性質と挙動を理解します。
2. さまざまな物質に対する放射線の影響を測定する実験を実施します。
3. 放射線源から放出される放射線の種類を特定します。
4. 放射線の安全性と取り扱いの原則を理解します。
5. 医療、産業、研究などの分野における放射能の応用を調査します。
6. ガイガーカウンターの原理と放射能の測定におけるその使用法を理解します。
7. 放射能の概念の歴史的発展とその発見を理解します。
8. 放射性物質の使用の倫理的影響を探ります。

ローリング カー ラボでは、小型車をスロープから転落させて、基本的な運動学を学ぶことができます。これにより、直線的な加速運動が発生します。内蔵タイマーを使用して、車が転倒するまでの時間を自分で測定できます。あるいは、各実験が終了した後、ソフトウェアは所要時間を通知します。

スネルの法則 (屈折の法則) は、水、ガラス、空気などの 2 つの異なる等方性媒体間の境界を通過する光またはその他の波を指す場合に、入射角と屈折角の関係を記述するために使用される式です。

このラボでは、この法則を使用してさまざまな材料の屈折率を見つけるために、いくつかのレンズを実験できます。

このバージョンのラボでは、学生は正方形のグリッドを使用して自分で測定する必要があります。屈折角は与えられていません。ラボの別のバージョンも利用でき、そこでは結果として得られる屈折角を使用して検証ステージを利用できます。そのバージョンについては、「検証付きスネルの法則」を参照してください。

スネルの法則 (屈折の法則) は、水、ガラス、空気などの 2 つの異なる等方性媒体間の境界を通過する光またはその他の波を指す場合に、入射角と屈折角の関係を記述するために使用される式です。このラボでは、この法則を使用してさまざまな材料の屈折率を見つけるために、いくつかのレンズを実験できます。このバージョンのラボでは、学生は正方形のグリッドを使用して自分で測定する必要があります。屈折角は与えられていません。別のラボの代替バージョンでは、結果として得られる屈折角を使用した検証ステージが利用可能です。そのバージョンについては、「検証付きスネルの法則」を参照してください。

スネルの法則 (屈折の法則) は、水、ガラス、空気などの 2 つの異なる等方性媒体間の境界を通過する光またはその他の波を指す場合に、入射角と屈折角の関係を記述するために使用される式です。このラボでは、この法則を使用してさまざまな材料の屈折率を見つけるために、いくつかのレンズを実験できます。このバージョンのラボには、学生が特定の実験設定の測定値を使用して解決策を確認できる検証段階があります。 学生が解決策を参照できない場合は、代わりにラボの代替「スネルの法則」バージョンを参照してください (検証なし)。

スネルの法則 (屈折の法則) は、水、ガラス、空気などの 2 つの異なる等方性媒体間の境界を通過する光またはその他の波を指す場合に、入射角と屈折角の関係を記述するために使用される式です。

このラボでは、この法則を使用してさまざまな材料の屈折率を見つけるために、いくつかのレンズを実験できます。

このバージョンのラボには、学生が特定の実験設定の測定値を使用して解決策を確認できる検証段階があります。学生が解決策を参照できない場合は、代わりにラボの代替「スネルの法則」バージョンを参照してください (検証なし)。

この機器では、音響的な快適性や、さまざまな職業活動に関連する許容限度を評価するための値をリアルタイムで取得できます。

専門的な用途での機器の使い方を詳しく学べます。

建築空間の快適性を確保するうえで、音響条件は重要です。このラボでは、騒音の測定器として PEAKTECH 8500 騒音計を使用します。

このコンパクトな機器は屋内外で柔軟に使用でき、部屋、空間、職場にあるさまざまな音源の音響条件をすぐに把握できます。

用意されたシナリオを通して、騒音源、測定器の位置、各音の周波数によって空間内の音響的挙動がどのように変わるかを観察します。

測定結果に基づいて、エネルギー監査における改善策を検討できます。

このウルトラコンカレントラボは、コスタリカ国立大学 (Universidad Nacional de Costa Rica) の応用医用物理学棟にある放射線計測ラボに設置された LEYBOLD ブランドの装置を使用した X 線分光法に関する実験実習に基づいています。

このアセンブリは、金 (Au) 陽極を備えた X 線管と、プリアンプで構成されたシンチレーション検出器、および検出器によって行われた測定値からの情報をソフトウェアで処理できるデジタイザーで構成されています。

このテストの目的は、放射線機器に関する基本的な概念とそのパラメーターの変化が産業および医療用途でどのように使用されるかに加えて、管内で生成される X 線ビームのスペクトルの実験的計算を通じて放射線源のビームの特性を評価することです。

このラボでは、スプリングを移動する距離を制御し、スプリングが解放された後の動作を確認および測定できます。この実験では、距離、時間、その他の変数に応じたバネの動作を分析するために使用できる実際のデータのセットが提供されます。

概要

STM32 ラボでは、ユーザーが ST WB55RG Nucleo ボードをリモートでプログラムおよび制御できるようにします。このバージョンのラボでは、完全なウェブベースの C/C++ オンライン IDE を使用してプログラムされています。これには、スイッチ、ボタン、ポテンショメータ、センサー、LCD スクリーン、サーボ モーターなどのさまざまな入出力周辺機器が含まれます。このラボは、低消費電力モードの研究に使用できます。組み込みシステム、マイクロコントローラー プログラミング、モノのインターネット (IoT) などのコースでの使用に適しています。

 

実験用ハードウェアと周辺機器

LabsLand の STM32 リモートラボでは、ユーザーは ST Nucleo WB55RG ボードと、LED、RGB LED、スイッチ、OLED ディスプレイ、サーボ モーターなどのさまざまな入出力周辺機器をプログラムおよび制御できます。このラボでは、スリープ、低電力実行、低電力スリープ、ストップ 0、ストップ 1、ストップ 2、スタンバイ、シャットダウンなどのさまざまな低電力モードもサポートしています。これらのモードは、STM32 ボードのパフォーマンスと機能に対するエネルギー消費の影響を調査するために使用できます。

 

オンライン IDE

このラボは、C/C++ を使用して STM32 ボードをプログラミングするために、オンラインの統合開発環境 (IDE) を通じて使用されます。 LabsLand によって開発されたこの IDE は完全なウェブベースで使いやすく、教育目的に適しており効果的です。オンライン IDE を使用すると、学生はインターネット接続のある任意のコンピュータからコードを作成、コンパイルし、STM32 ボードにアップロードできます。オンライン IDE には、さまざまな機能とツールも含まれています。

 

開始コード

従来のワークフローでは、LabsLand の STM32 リモートラボを利用する学生は、まず STM32CubeMX を使用して、ハードウェアとそのプロジェクトと互換性のある基本プロジェクトを生成します。このプロセスを容易にするために、LabsLand はそのようなプロジェクトを事前に生成し、開始点としてユーザーが利用できるようにしました。このプロジェクトは、ハードウェアと直接互換性があるように設計されており、教育目的の一般的な開始点として役立ちます。

STM32 リモートラボは内部的にこのテンプレート プロジェクトに依存しており、ユーザーはこのテンプレート プロジェクトをダウンロードして、その構成を調べることができます。テンプレートを変更したい場合や、STM32CubeMX を使用して独自のプロジェクトを生成したい場合は、それを行うことができます。この場合、オンライン IDE を含まない別バージョンのラボを利用する方が適している場合があります。この別バージョンでは、ユーザーは標準ベンダーまたは業界ツールチェーンを使用して STM32 ボードをプログラムし、バイナリでコンパイルされたファイルをラボにアップロードできます。

 

対象となるコース

LabsLand による STM32 リモートラボは、次のような幅広いコースに適用できる多用途プラットフォームです。

• マイクロコントローラーの概要
• モノのインターネット (IoT)
• 低電力コンピューティング
• センサーインターフェース
• 組み込みシステム
• コンピュータのアーキテクチャ

これらのコースには、STM32 ボードのプログラミング、さまざまなセンサーや周辺機器とのインターフェース、マイクロコントローラーベースのシステムと IoT の原理の学習が含まれる場合があります。 STM32 リモートラボは、これらの分野での実践的な学習と実験に必要なハードウェアおよびソフトウェア ツールを提供します。

 

このラボの他のバージョン

このバージョンでは、教育用途向けに設計された使いやすい LabsLand のオンライン C/C++ IDE でボードをプログラムします。

別バージョンの「STM32 Nucleo - IDE なし」では、業界標準のツールチェーン、オフライン IDE、Mbed などの高機能なオンライン IDE を利用できます。コンパイル済みバイナリファイルを直接アップロードしてボードをプログラムします。

 

REMOCLEC プロジェクト

このラボは REMOCLEC プロジェクトの一環として開発されています。LabsLand が主導する REMOCLEC コンソーシアムは、デウスト大学とPlegma Labsによって構成されています。REMOCLEC は、欧州連合の Horizon 2020 研究およびイノベーション プログラムによって資金提供されている Smart4All European プロジェクトによって資金提供されています。

概要

STM32 ラボでは、ユーザーが ST WB55RG Nucleo ボードをリモートでプログラムおよび制御できるようにします。このバージョンのラボでは、ユーザーはコンパイル済みのバイナリ ファイルをアップロードしてボードにプログラムできるため、業界標準のオフライン ツールを含むあらゆる種類のツールチェーンを使用できます。このラボには、スイッチ、ボタン、ポテンショメータ、センサー、LCD スクリーン、サーボ モーターなどのさまざまな入出力周辺機器が含まれています。低消費電力モードを研究するために使用できます。組み込みシステム、マイクロコントローラープログラミング、モノのインターネット (IoT) などのコースに適しています。

 

実験用ハードウェアと周辺機器

LabsLand の STM32 リモートラボでは、ユーザーは ST Nucleo WB55RG ボードと、LED、RGB LED、スイッチ、OLED ディスプレイ、サーボ モーターなどのさまざまな入出力周辺機器をプログラムおよび制御できます。このラボでは、スリープ、低電力実行、低電力スリープ、ストップ 0、ストップ 1、ストップ 2、スタンバイ、シャットダウンなどのさまざまな低電力モードもサポートしています。これらのモードは、STM32 ボードのパフォーマンスと機能に対するエネルギー消費の影響を調査するために使用できます。

 

バイナリファイルのアップロード

STM32 ラボのこのバージョンでは、ユーザーはコンパイル済みバイナリ ファイルをアップロードしてボードにプログラムすることができます。 .bin、.axf、.hex、.elf など、さまざまな特定の形式がサポートされています。すべての STM32 ツールチェーンと IDE はこれらの形式のいずれかを生成するため、ラボはあらゆる種類のワークフローと互換性があります。

学生は、従来のツール (STM32CubeMX など) またはデスクトップベースの IDE およびツールチェーン (Keil、STM32CubeIDE、GCC-ARM ツールチェーンを備えた Eclipse など) を利用できます。

 

ハードウェアの配置と開始テンプレート

学生はSTM32CubeMXProgrammerを自由に使用できます。このプロセスを容易にするために、LabsLand はそのようなプロジェクトを事前に生成し、開始点としてユーザーが利用できるようにしました。このプロジェクトはハードウェアと直接互換性があるように設計されており、一般的な開始点として適しています。自由に変更できます。

また、リモートハードウェアの接続方法を説明するガイドや仕様も複数あるため、学生はその情報を利用して独自の STM32CubeMX 構成を最初から構築することもできます。

 

対象となるコース

LabsLand による STM32 リモートラボは、次のような幅広いコースに適用できる多用途プラットフォームです。

• マイクロコントローラーの概要
• モノのインターネット (IoT)
• 低電力コンピューティング
• センサーインターフェース
• 組み込みシステム
• コンピュータのアーキテクチャ

これらのコースには、STM32 ボードのプログラミング、さまざまなセンサーや周辺機器とのインターフェース、マイクロコントローラーベースのシステムと IoT の原理の学習が含まれる場合があります。 STM32 リモートラボは、これらの分野での実践的な学習と実験に必要なハードウェアおよびソフトウェア ツールを提供します。

 

このラボの他のバージョン

この「STM32 Nucleo - IDE なし」バージョンでは、学生がコンパイル済みバイナリファイルをアップロードします。業界標準のツールチェーン、オフライン IDE、Mbed などの高機能なオンライン IDE を含む、あらゆるツールチェーンを利用できます。 

別バージョンでは、教育用途向けに設計された使いやすい LabsLand のオンライン C/C++ IDE でボードをプログラムします。このバージョンほど高機能ではありませんが、端末にソフトウェアをインストールせず数秒で使い始められるため、入門的なアクティビティに適しています。

 

REMOCLEC プロジェクト

このラボは REMOCLEC プロジェクトの一環として開発されています。LabsLand が主導する REMOCLEC コンソーシアムは、デウスト大学とPlegma Labsによって構成されています。REMOCLEC は、欧州連合の Horizon 2020 研究およびイノベーション プログラムによって資金提供されている Smart4All European プロジェクトによって資金提供されています。

このラボでは、テクスチャーアナライザー (テクスチャーメーター) を使用して、果物や野菜の成熟プロセスに関連するレオロジー特性を決定することができます。この実験器具を使って、生鮮食品や加工食品、工業製品の食感を分析することができます。さまざまな物理パラメータの測定が可能になります。

テクスチャ プロファイル分析 (TPA) は、官能評価に基づいて欠陥を検出して除去します。さらに、科学、技術、食品などの研究方法や学習にも活用されています。

テクスチャ分析装置のロボット アームは、分析に必要な力を加えます。ロボットアームは、必要な分析に応じて穿刺プローブまたは圧迫プローブと結合されます。プラットフォームはサンプルを保持し、選択した果物または野菜とプローブの相互作用をサポートします。このようにして、分析信号が得られます。信号は時間に依存する力として表現されます。こうすることで、グラフィックをさまざまな成熟状態と関連付け、影響を与える化学変化について結論付けることができます。 収穫後の果物や野菜。

このリモートラボでは、学生は銅、真鍮、アルミニウムの 3 つの異なる素材から選択できます。次に、選択した材料に熱を加え、その結果生じる熱膨張を観察します。このインタラクティブなラボでは、学生が熱膨張の原理をリアルタイムで探索できるため、さまざまな材料が熱にどのように反応するかについての理解が深まります。正確な制御と詳細な測定を備えたこのラボは、どこからでもアクセスできる実践的な学習体験を提供し、材料科学と材料科学についてのより深い洞察を促進します。 熱力学。

この機器では、表面温度をリアルタイムで測定し、建物の施工上の問題や設備の機能上の問題を検出できます。

専門的な用途での機器の使い方を詳しく学べます。

HTI HANDHELD 35200 サーモグラフィーカメラによる測定を体験してください。

このコンパクトな機器を使うと、建築部材、窓、機器などの表面温度を測定し、熱的な状態をすぐに把握できます。

用意されたシナリオを通して、建物の熱的挙動が分析結果に及ぼす影響を観察し、エネルギー監査における改善策を検討します。

このリモートラボを通じて、顕微鏡の観察下でサンプルを制御できます。利用可能なサンプルにより、葉の 6 つの異なるサンプルを分析し、異なる色素と色合いを比較することができます。

浮力、体積、密度の概念に慣れ始めてください。複雑な数値計算をしなくても、密度の異なるさまざまな物体を試してみて、なぜそれらが浮くのか浮かないのかを直感的に理解できます。

ニュートンのゆりかごは、一連の揺れる球体を使用して運動量とエネルギーの保存を実証する装置です。

「水の加熱および冷却曲線」のラボでは、学生がさまざまな強度で水を加熱または冷却し、温度を継続的に測定できます。したがって、結果の温度-時間曲線を使用してグラフを作成し、エネルギーの伝達と物質の状態変化に関する結論を得ることができます。

概要

このラボでは、Nios V システムを搭載した FPGAcademy DE1-SoC コンピューターを実行している実際の Terasic DE1-SoC ボードにリモート アクセスすることができます。 FPGA ビットストリームは LabsLand によって修正されるため、学生は Nios V RISC-V ソフトコア プロセッサ用の ELF プログラムを構築またはアップロードし、ライブ ボードで結果を観察することに集中します。

ラボの利用方法

• DE1-SoC 用の Nios V: 既存の ELF プログラムをアップロードし、固定された Nios V システム上で実行します。
• DE1-SoC 用 Nios VC IDE: CodeIDE に C コードを記述し、Nios V ELF をビルドして、ボードにアップロードします。
• DE1-SoC 用の Nios V アセンブリ IDE: CodeIDE に RISC-V アセンブリを書き込み、Nios V ELF を構築して、ボードにアップロードします。

コースやアクティビティに最適

このラボは、組み込みシステム、RISC-V アセンブリ、組み込み C、メモリ マップド I/O、GPIO プログラミング、JTAG UART 出力、および FPGA ハードウェア上のソフトコア プロセッサ ワークフローの入門および中級アクティビティに役立ちます。一般的な演習には、JTAG UART を介したメッセージの出力、スイッチ入力の読み取り、LED の駆動、C 実装とアセンブリ実装の比較、教員が提供する ELF バイナリのアップロードなどが含まれます。

ハードウェアと固定システム

物理ターゲットは、Intel/Altera Cyclone V SoC FPGA を搭載した Terasic DE1-SoC ボードです。 LabsLand は、生徒 ELF がロードされる前に、Nios V ビットストリームを使用して FPGAcademy DE1-SoC コンピューターでボードをプログラムします。この MVP では、学生は FPGA ファブリックを変更したり、これらのエントリからカスタム SOF をアップロードしたりしません。提供された Nios V システム上でファームウェアを実行します。

スイッチとLEDのマッピング

画面上のコントロールにはラベルが付けられています NSW0 を通して NSW9。これらは、固定 FPGAcademy システムによって使用される GPIO/JP1 入力パスにマップされた論理 Nios V スイッチです。スターター プログラムとデモ プログラムはミラーリングされます NSW0..NSW9 に LEDR0..LEDR9, そのため、学生は実際のボードカメラでプログラムを確認できます。 NSW の名前は、この Nios V システムが汎用の HDL モード スイッチ ラベルとは異なるリモート コントロール マッピングを使用しているため、意図的に付けられています。

参考文献

プロセッサ システム、メモリ マップ、および I/O の詳細については、 Nios V リファレンスを備えた FPGAcademy DE1-SoC コンピューター。ラボのドキュメント パネルには、各セッション内からのこのリファレンスもリンクされています。