طراحی و اجرای درس جدید مجازی «آزمایشگاه شبیه‌سازی در الکترومغناطیس»

دانشجویان مقطع کارشناسی رشته‌های مهندسی، در کنار یادگیری کیفی مطالب نظری، می‌بایست مهارت‌های عملی، طراحی و کاربردی مورد نیاز را کسب کنند، تا آنها را برای ورود به بازار کار و یا ادامه تحصیل آماده سازد. در شاخه مخابرات مایکروویو و فوتونیک رشته مهندسی برق، تا کنون آزمایشگاه‌های مایکروویو، آنتن و اپتیک، دانشجویان را با جنبه‌های عملی، افزاره‌ها و دستگاه‌های اندازه‌گیری این حوزه آشنا کرده است. در دو دهه اخیر و با پیشرفت شگرف توانایی رایانه‌ها، نرم‌افزارهای شبیه‌سازی این حوزه کاربرد وسیعی هم در صنعت و هم در پژوهش‌های دانشگاهی پیدا کرده‌اند و به ابزارهایی جدایی‌ناپذیر از مراحل تحلیل و طراحی و پژوهش تبدیل شده‌اند. به دلایل تاریخی و همچنین پیچیدگی‌های محتوا در این شاخه، استفاده از این نرم‌افزارها در دوره کارشناسی معمولاً آموزش داده نمی‌شود، و اغلب مهندسان، پس از ورود به بازار کار و یا در مقاطع تحصیلات تکمیلی، بر حسب نیاز برای اولین‌بار این نرم‌افزارها را تجربه می‌کنند. در نتیجه، امروزه در دوره کارشناسی، جای آزمایشگاهی که نحوه صحیح استفاده از این نرم‌افزارها را به دانشجویان آموزش دهد، بسیار خالی است. در این راستا در نیمسال اول 00-1399 در دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی شریف، برای اولین‌بار درس نوینی با نام آزمایشگاه شبیه‌سازی در الکترومغناطیس طراحی و ارائه شد. بررسی تعداد زیادی از برنامه‌های آموزش مهندسی برق دانشگاه‌های داخل و خارج از کشور، مشخص ساخت که طراحی و اجرای آزمایشگاه شبیه‌سازی در الکترومغناطیس، در قالب یک درس رسمی مقطع کارشناسی، اقدامی نوین در آموزش مهندسی برق است. هدف این درس‌آموزش نحوۀ صحیح شبیه‌سازی، با استفاده از سه نرم‌افزار معروف و کاربردی شاخه مایکروویو و فوتونیک بوده است که بتواند اکثر جنبه‌های این حوزه را پوشش دهد. در این مقاله دلایل پیدایش و ایده اصلی درس، ساختار و نحوه ارائه آن، به همراه چالش‌ها و دستاوردهای این تجربه جدید، مورد بحث قرار گرفته است. در کنار مزایای پرکردن این خلا آموزشی در برنامه کارشناسی مهندسی برق، ارائه این آزمایشگاه فرصت بسیار مغتنمی را جهت ایجاد انگیزه و علاقه به این شاخه در دانشجویان، آماده‌سازی آنها برای بازار کار و یا ادامه تحصیل و امکان مجازی‌سازی این آزمایشگاه (به‌خصوص در دوران شیوع همه‌گیری کووید-19)، ایجاد کرد.

design and teaching of a new virtual laboratory course: “computer simulations in electromagnetics”

undergraduate engineering students must acquire practical skills alongside learning theory to better prepare them for their career. in the last two decades, simulation softwares in electromagnetics have become widespread in both industry and academia. but these softwares are not usually taught in electrical engineering (ee) programs, thus leaving a gap in skills of graduates when entering the job market or graduate school. in the first semester of 20202021, a new course entitled “computer simulations in electromagnetics” was designed and offered in the school of ee of sharif university of technology which was a new step on a national and international level. the course objective was to teach the correct methods of simulation using three widespread softwares in the field of microwave and photonics, which cover most aspects of this field. in this paper, we discuss the main ideas behind the creation of this course, its syllabus, presentation method, as well as challenges and achievements in this effort. in addition to filling the educational gap in ee programs, this laboratory increases student interest and motivation, better prepares students for future, and allows for a virtual laboratory (especially in periods such as the covid 19 pandemic).