[论文解读] A Robotic Telescope For University-Level Distance Teaching

U. Kolb, Marcus Brodeur+2 more|Open Research Online (The Open University)|Jun 8, 2018

Experimental Learning in Engineering参考文献 11被引用 4

一句话总结

本文介绍了将PIRATE机器人望远镜部署于特内里费岛，作为开放大学远程教学本科生的实地天文学实验实验室。结果表明，稳定的互联网连接、真实的数据显示、小组协作以及情境意识显著提升了虚拟实验科学教育中学生的参与度和学习成效。

ABSTRACT

We present aspects of the deployment of a remotely operable telescope for teaching practical science to distance learning undergraduate students. We briefly describe the technical realization of the facility, PIRATE, in Mallorca and elaborate on how it is embedded in the Open University curriculum. The PIRATE teaching activities were studied as part of a wider research project into the importance of realism, sociability and meta-functionality for the effectiveness of virtual and remote laboratories in teaching practical science. We find that students accept virtual experiments (e.g. a telescope simulator) when they deliver genuine, 'messy' data, clarify how they differ from a realistic portrayal, and are flagged as training tools. A robotic telescope is accepted in place of on-site practical work when realistic activities are included, the internet connection is stable, and when there is at least one live video feed. The robotic telescope activity should include group work and facilitate social modes of learning. Virtual experiments, though normally considered as asynchronous tools, should also include social interaction. To improve student engagement and learning outcomes a greater situational awareness for the robotic telescope setting should be devised. We conclude this report with a short account of the current status of PIRATE after its relocation from Mallorca to Tenerife, and its integration into the OpenScience Observatories.

研究动机与目标

• 开发并部署一台可远程操作的机器人望远镜，用于大学水平的远程观测天文学教学。
• 评估机器人望远镜在为远程学习者复现真实实验科学体验方面的有效性。
• 识别提升虚拟实验中学生参与度和学习成效的关键因素，如真实性、社交性及技术可靠性。
• 评估PIRATE在开放大学课程体系中的整合情况，及其在大规模支持实验科学教育中的作用。
• 探索从马略卡岛试点设施向特内里费岛全面运行、升级后的天文台的转型过程，以实现更广泛的教育应用。

提出的方法

• 在特内里费岛特易德天文台部署一台17英寸PlaneWave CDK17机器人望远镜，配备4096²像素相机和f/6.8焦比。
• 实施ABOT控制软件，支持实时基于网络的操作以及自主队列调度观测。
• 将PIRATE整合入开放大学自然科学荣誉理学士课程（天文学与行星科学方向），开展每场4小时的远程观测课程。
• 组织以小组为单位的远程观测活动，每组4至5名学生，模拟协作性科学实践。
• 使用宽带和窄带滤光片（BVR、Hα、SII、OIII）进行多色测光及星团的天体物理分析。
• 将设施从马略卡岛迁至特内里费岛，包括新建4.5米掀盖式圆顶，并升级硬件与软件。

实验结果

研究问题

• RQ1 与现场实验或模拟实验相比，远程学习学生如何看待机器人望远镜观测的真实性及其教育价值？
• RQ2 在大学天文学教育中，机器人望远镜有效替代或补充现场实验工作所需的技术与教学条件是什么？
• RQ3 在远程观测活动中，小组协作如何影响学生在虚拟实验环境中的参与度和学习成效？
• RQ4 与预先收集或模拟的数据相比，实时获取‘真实’观测挑战下的数据在多大程度上能提升学习效果？
• RQ5 情境意识（如实时视频流和即时反馈）在提升远程实验体验的感知真实性和有效性方面发挥什么作用？

主要发现

• 当虚拟实验产生真实且‘不整洁’的数据，并明确标识为训练工具而非最终考核时，学生能够接受此类实验。
• 当机器人望远镜提供逼真的观测活动、稳定的互联网连接以及至少一个实时视频流时，学生会接受其作为现场实验的替代方案。
• 小组协作与社交互动显著提升了远程实验环境中的学生参与度和学习成效。
• 即使是在异步进行的虚拟实验中，嵌入社交互动也能有效提升学习效果。
• 技术稳定性与稳定的互联网连接至关重要；频繁的技术故障会削弱学生的信心，即使真实世界中的失败本可带来潜在的学习价值。
• 将PIRATE迁至特内里费岛并升级硬件与软件（ABOT系统、4.5米圆顶、17英寸望远镜）后，已构建出一个稳健且可扩展的平台，为未来课程整合与科研应用奠定基础。