Laboratório didático virtual sobre comunicações por fibra óptica

Abstract

The emergence of the pandemic imposed the transition to a remote paradigm on educational institutions. The new teaching environment motivated the search for solutions that would preserve pedagogical quality. Technological laboratories are an example of a teaching environment that is difficult to replace, as they provide students with the opportunity to test their knowledge in practice and gain experience in handling laboratory equipment, as well as good safety practices and conducting experiments.One studied solution is the creation of virtual laboratories. A virtual laboratory is a computer programme that simulates laboratory equipment and provides an interface for using the simulations. Studies have quantified considerable pedagogical gains also in the use of this solution as a preparation for the use of physical laboratories and as a study tool.This dissertation exposes the development process of a virtual didactic laboratory about fibre optic communications. The teacher and the student can use the laboratory by means of a graphical interface that tries to replicate the characteristics of the real laboratory equipment. The development is divided into distinct objects, which are the graphical interface and the simulations. A signal generator with digital and sinusoidal modulation, a LASER, an LED, optical fibres of different lengths, a photodetector and an oscilloscope were simulated.The simulated laboratory equipment is used in the discipline of Optoelectronic Instrumentation of the Physics Department and includes a kit developed by OptoSci (OptoSci Ltd, Glasgow, Scotland, UK) and an oscilloscope. The kit was developed for teaching purposes and includes a manual of experiments to be performed. The main requirement that the virtual laboratory had to fulfil was to make it possible to perform these experiments.

O surgimento da pandemia impôs às instituições de ensino a transição para um paradigma de ensino à distância. O novo ambiente de lecionação motivou a procura de soluções que permitissem preservar a qualidade pedagógica. Laboratórios tecnológicos são um exemplo de um ambiente de lecionação difícil de substituir, por proporcionarem aos alunos a oportunidade de testar os conhecimentos na prática e adquirir experiência na manipulação do equipamento laboratorial, bem como as boas práticas de segurança e de condução de experiências.Uma solução estudada é a criação de laboratórios virtuais. O laboratório virtual é um programa de computador que simula o equipamento laboratorial e oferece uma interface para utilização das simulações. Estudos quantificaram ganhos pedagógicos consideráveis também no recurso a esta solução como preparação para a utilização dos laboratórios físicos e como ferramenta de estudo.A presente dissertação expõe o processo de desenvolvimento de um laboratório virtual didático sobre comunicações por fibra ótica. O professor e o aluno podem utilizar o laboratório por meio de uma interface gráfica que tenta replicar as características do equipamento laboratorial real. O desenvolvimento divide-se em objetos distintos, que são a interface gráfica e as simulações. Foram simulados um gerador de sinais com modulação digital e sinusoidal, um LASER, um LED, fibras óticas de diferentes comprimentos, um fotodetetor e um osciloscópio.O equipamento laboratorial simulado é utilizado na disciplina de Instrumentação Optoeletrónica do Departamento de Física e inclui um kit desenvolvido pela OptoSci (OptoSci Ltd, Glasgow, Scotland, UK) e um osciloscópio. O kit foi desenvolvido com o propósito didático e inclui um manual de experiências a realizar. O principal requisito que o laboratório virtual teve de cumprir foi o de possibilitar a realização dessas experiências.