Trendy ve vzdělávání 2011 A NOTACE

Transkript

1 OLOMOUC 2011

2 KATEDRA TECHNICKÉ A INFORMAČNÍ VÝCHOVY PEDAGOGICKÉ FAKULTY UP V OLOMOUCI STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA STROJNICKÁ V OLOMOUCI ČESKÁ ASOCIACE DISTANČNÍHO UNIVERZITNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ V BRNĚ OLOMOUC 2011

3 A NOTACE Sborník obsahuje příspěvky účastníků devátého ročníku mezinárodní vědecko-odborné konference Trendy ve vzdělávání 2011, konané pod záštitou rektora Univerzity Palackého v Olomouci prof. RNDr. Miroslava Mašláně, CSc. a děkanky Pedagogické fakulty UP prof. PaedDr. Libuše Ludíkové, CSc., ve dnech června 2011 na Pedagogické fakultě Univerzity Palackého v Olomouci. Jednání konference, po plenárních přednáškách pozvaných přednášejících, probíhalo paralelně ve 3 sekcích. 1. Sekce. 2. Sekce Informační a komunikační technologie a didaktika ICT. 3. Sekce E-learning a jeho evaluace. Sekce "E-learning a jeho evaluace" byla podpořena GAČR v rámci řešení projektu č. P407/11/1306 Evaluace vzdělávacích materiálů určených pro distanční vzdělávání a e-learning, řešitel: PhDr. Milan Klement, Ph.D. Odbornou a vědeckou úroveň průběhu konference garantoval mezinárodní vědecký výbor konference: Doc. PhDr. Miroslav Chráska, Ph.D., Univerzita Palackého, Olomouc, ČR Doc. Ing. Čestmír Serafín, Dr. Ing-Paed. IGIP, Univerzita Palackého, Olomouc, ČR PhDr. Milan Klement, Ph.D., Univerzita Palackého, Olomouc, ČR Mgr. Martin Havelka, Ph.D., Univerzita Palackého, Olomouc, ČR odborní garanti konference Doz. Dr. habil. Christa Dietrich, Martin-Luther-Universität, Halle, SRN Prof. Ing. Rozmarín Dubovská, DrSc., Univerzita Hradec Králové, ČR Doc. Mgr. Jiří Dvorský, Ph.D., Univerzita Palackého, Olomouc, ČR Prof. dr hab. Waldemar Furmanek, Uniwersytet Rzeszowski, Rzeszów, RP Prof. RNDr. Miroslav Hrabovský, DrSc., Moravská vysoká škola Olomouc, ČR Prof. PhDr. Miroslav Chráska, CSc., Univerzita Palackého, Olomouc, ČR RNDr. Jiří Keprt, DrSc., Univerzita Palackého, Olomouc, ČR Doc. PaedDr. Jiří Kropáč, CSc., Univerzita Palackého, Olomouc, ČR Doc. Ing. Jan Lojda, CSc. MBA, předseda České asociace distančního universitního vzdělávání, Brno, ČR Prof. PaedDr. Libuše Ludíková, CSc., Univerzita Palackého, Olomouc, ČR Doc. PaedDr. Jozef Pavelka, PhD., Prešovská univerzita, Prešov, SR Prof. Ing. Otakar Sláma, DrSc., Univerzita Palackého, Olomouc, ČR Prof. Ing. Ján Stoffa, DrSc., emeritní profesor, Univerzita Palackého, Olomouc, Prof. Ing. Veronika Stoffová, CSc., Univerzita Palackého, Olomouc, ČR Ing. Martina Zahnášová, ředitelka Střední průmyslové školy strojnické, Olomouc, ČR Editoři: Martin Havelka, Miroslav Chráska ml., Milan Klement Za původnost a správnost jednotlivých příspěvků odpovídají jejich autoři. Příspěvky neprošly redakční a jazykovou úpravou. Jednotlivé příspěvky byly lektorovány samostatně (oponenti jsou uvedeni na konci příspěvků). Sborník jako celek oponovali Prof. Ing. Otakar Sláma, DrSc. a RNDr. Jiří Keprt, DrSc.

4 Přednáška pozvaného přednášejícího ROZVOJOVÉ TRENDY DISTANČNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ REALIZOVANÉHO FORMOU E-LEARNINGU KLEMENT Milan, ČR Resumé Příspěvek se zabývá identifikací a popisem nejdůležitějších rozvojových trendů v oblasti distančního vzdělávání realizovaného formou e-learningu. Mimo často zdůrazňované technologické a technické rozvojové trendy se článek zabývá i často opomíjenými pedagogicky orientovanými trendy, vycházejícími z aplikace konstruktivistické teorie učení. Klíčová slova: distanční vzdělávání, e-learning, LMS systém, virtuální realita, výuková simulace, konstruktivismus, strategie učení, výukové cíle. DEVELOPMENT TRENDS OF DISTANCE LEARNING REALIZED IN THE FORM OF E-LEARNING Abstract The paper deals with the identification and the description of the key development trends in the field of distance learning in the form of e-learning. Besides the frequently emphasized technological and technical development trends, the article deals with often neglected education- oriented trends, based on the application of constructivist learning theory. Key words: distance learning, e-learning, LMS system, virtual reality, education simulation, constructivism, learning strategies, educational goals. Úvod Distanční vzdělávání realizované formou e-learningu se během několika let, poprvé byl pojem oficiálně použit v roce 1999 (1), stalo nezbytnou součástí kombinovaných, ale i prezenčních studijních programů akreditovaných a realizovaných na českých vysokých školách. Je nutné si klást otázku, proč k tomuto jevu tak masově dochází? Je e-learning skutečně vždy tou nejlepší cestou k ucelenému akademickému vzdělávání? Jakou roli hraje rozvoj pedagogiky a psychologie v celém procesu? Co ovlivňuje kvalitu takto realizovaného vzdělávání apod. Tyto podmínky a problémy s nimi spojené můžeme uvést v následujících bodech, které jsou zároveň základními okruhy problémů, kterými je tato problematika determinována. - E-learning jako logické vyústění uplatňovaní konstruktivistických teorií v oblasti distančního vzdělávání a odraz těchto teorií v oblasti hypermediálního vzdělávání. - Rozvoj distančního vzdělávání formou e-learningu prostřednictvím teorií učení jakožto prostředku pro uplatňování větší šíře strategií učení, a tím efektivnějšího dosahování výukových cílů. - Role multimediality, interaktivity a simulace ve vzdělávání formou e-learningu a odraz tohoto rozvoje v konstrukci a tvorbě vzdělávacího obsahu prezentovaného elektronickými studijními oporami. - Vliv elektronického učebního prostředí v podobě LMS systémů (zkratka z anglického Learning Management System) na celý proces vzdělávání formou e-learningu (zkratka z anglického electronic learning)., jako odraz požadavků technologických a konstruktivistických teorií. 3

5 Přednáška pozvaného přednášejícího Návaznost na klasické i nové pedagogické teorie i s přesahem do didaktických zásad je pro celý proces distančního vzdělávání realizovaného formou e-learningu nezbytná, a proto jim je potřeba věnovat patřičnou pozornost. Domníváme se totiž, že na základě jejich studia a popisu uplatnění v praxi může zpětně dojít k obohacení pedagogické teorie, a to nejen v oblasti elektronického vzdělávání. 1 Identifikace skupin rozvojových trendů Jedním ze způsobů realizace distančních forem výuky je e-learning, e-twinning či blended learning, které jsou specifické především využitím elektronických distančních studijních textů, označovaných také jako elektronické studijní opory (2). Pro efektivní využití těchto forem výuky je nutné využívat nejen sofistikované LMS systémy, ale také vhodné výukové texty obsahující celou řadu prvků, které studium činí zajímavějším a efektivnějším. Proto se do popředí zájmu pedagogů domácích i zahraničních dostávají otázky, které vymezují nejen obsah elektronických studijních opor, ale také jejich strukturu či použití moderních způsobů prezentace učiva, jako jsou multimédia či virtuální realita. Dále jsou stále aktuálnější otázky směřující k možnostem implementace e-learningu do edukačního procesu firem či školských zařízení. 2 Technicky orientované rozvojové trendy Z tohoto pohledu je možné identifikovat několik rozvojových trendů, které vycházejí především z technických možností dnešních informačních a komunikačních technologií. Tyto možnosti se natolik zlepšily, a to jak po stránce kvalitativní, tak i kvantitativní, že je v současné době možné implementovat technologie, které před několika lety byly buď finančně či personálně tak náročné, že bylo velmi nesnadné je využívat v běžné praxi. Tyto technicky orientované trendy v distančním vzdělávání je možné pozorovat ve třech samostatných oblastech. - Plná elektronizace distančního vzdělávání. Distanční vzdělávání v tradiční podobě, založené na některých technicky překonaných přenosových či prezentačních médiích, je dnes plně nahrazováno LMS systémy a Internetem, a tudíž je distanční vzdělávání realizováno převážně formou e-learningu. - Využití interaktivních výukových prvků ve formě simulací reálných dějů či postupů. Tyto prvky multimediálního charakteru se stále více uplatňují na úkor statické obrazové informace (obrázky, grafy apod.), protože jsou jedním z velmi efektivních motivačních, názorných e-learningových nástrojů. Umožňují průběžné či závěrečné interaktivní ověřování výkladů a výuky pomocí simulátorů v mnoha oborech lidské činnosti. Hry a simulace umožňují lidem, aby se mohli učit a vzdělávat prostřednictvím hraní, přičemž na prvním místě je naučit a až na druhém pobavit. - Využití virtuální reality jakožto učebního prostředí, které může i v domácím prostředí navozovat atmosféru a klima vzdělávací instituce. Virtuální realita, nebo také virtuální prostředí, je technologie umožňující uživateli interreagovat se simulovaným prostředím (3). Technologie virtuální reality vytvářejí iluzi skutečného nebo fiktivního světa. V dnešní době již existuje několik desítek virtuálních světů, jejichž obyvateli je několik desítek milionů lidí, a existují dokonce i virtuální univerzity jakožto instituce poskytující vzdělávání distanční formou. 4

6 Přednáška pozvaného přednášejícího Tyto technologické trendy jsou výsledkem mohutné exploze informačních a komunikačních technologií a jsou logickým vyústěním postupného přibližování těchto technologií co nejširší skupině uživatelů. 3 Pedagogicky orientované rozvojové trendy Další skupinou rozvojových trendů, které je možné v současné době vypozorovat, je cílevědomá aplikace některých prvků konstruktivistických teorií, například v podobě rozšiřování strategií učení či v podobě efektivnějšího dosahování stanovených výukových cílů, a to nejen v kognitivní, ale i psychomotorické a afektivní oblasti (4). Opět se pokusíme jednotlivé trendy blíže specifikovat. - Aplikace širšího spektra strategií učení. Klasické pojetí distančního vzdělávání úzce souvisí s teorií programovaného učení. Programované učení je vyučovací metoda založená na řízení učební činnosti žáků, která vychází z behaviorismu a neobehaviorismu a ze základního vzorce S-R (stimul-reakce), který zde má podobu U-Z (učení-zpevnění). Strategie učení jsou ale odrazem myšlenek konstruktivismu, přičemž smyslem výuky není pouze předání jediné pravdy, jak tomu je u transmisivní pedagogiky, ale mnohem podstatnějším úkolem, před kterým vzdělávání stojí, je vybavit adresáta tohoto vzdělávání schopností orientovat se v záplavě poznatků a naučit se je správně využívat. Tyto učební strategie v současnosti nabývají na významu a výpočetní technika již má nástroje, jak tyto činnosti podporovat. - Efektivní dosahování výukových cílů je založeno na skutečnosti, že realizace klasického distančního vzdělávání byla založena na přenosových médiích, která neumožňovala využívat některé efektivní prvky uplatnění názornosti, ale také jen velmi obtížně umožňovala dosahování afektivních a psychomotorických cílů vzdělávání. Tuto skutečnost potvrzují i samotní uznávaní odborníci na distanční vzdělávání (3), (4), (5) kteří často konstatují, že pomocí tištěných distančních studijních materiálů je zpravidla možné dosahovat pouze kognitivních cílů vzdělávání. Tyto vývojové trendy předpokládají existenci technických prostředků, které umožní nejen aplikaci těchto prvků do vzdělávání, ale také nástroje pro posuzování kvality či efektivity takto obohaceného vzdělávacího procesu. Je nutné si položit zásadní otázky, které z výše uvedených trendů jsou pouhým odrazem doby, a reagují tudíž na některé vnější vlivy, které vlastní průběh a výsledky vzdělávání neovlivňují, a které z výše uvedených trendů jsou postaveny na skutečné potřebě rozvoje distančního vzdělávání jak co do kvality, tak do efektivity. Závěr V jednotlivých fázích svého vývoje distanční vzdělávání odráželo teorie učení dané doby, programované učení bylo odrazem behaviorismu, technologické teorie byly odrazem kognitivismu. Konstruktivistické teorie se v oblasti distančního vzdělávání realizovaného formou e-learningu odrážejí především v soudobé hypermedialitě a interaktivitě. Tyto teorie byly srovnávány nejen s obecnými principy distančního vzdělávání, ale také s reálnými možnostmi využití informačních a komunikačních technologií. Na základě této komparace je možné přistoupit k rozpracování základních principů distančního vzdělávání, které je v případě realizace formou e-learningu nutné rozšířit o nový princip interaktivity, jakožto předpokladu pro efektivní učení studentů a jako prostředku pro dosahování většího spektra učebních cílů. Jeho zajišťování je dnes možné na základě využití 5

7 Přednáška pozvaného přednášejícího učebních simulací či virtuální reality. Tento princip umožňuje dlouhodobý rozvoj distančního vzdělávání uskutečňovaného formou e-learningu, a to na základě důsledného uplatňování nových poznatků v oblasti pedagogiky i psychologie. Interaktivita je důležitým faktorem efektivity a úrovně výsledků distančního vzdělávání realizovaného formou e-learningu, a to nejen z pohledu teoretického rozvoje, ale především z pohledu praxe a potřeb adresátů tohoto typu vzdělávání. Princip interaktivity v tomto inovovaném pojetí zahrnuje nejen složku komunikační, ale klade důraz na složku manipulace studenta s učivem, které je prezentováno pomocí moderních učebních simulací či virtuální reality. Uplatnění tohoto principu, významného opět pro distanční vzdělávání realizované formou e-learningu, umožňuje dosahovat širšího spektra výukových cílů, a to nejen v kognitivní oblasti, ale především v oblasti afektivní a psychomotorické. Literatura 1. DVOŘÁKOVÁ, M., KLISZ, M., NEUMEISTER, P., OPLETALOVÁ, A., STUPKOVÁ, V., TECHLOVÁ, P. Problematika finančních a jiných zdrojů nejen v sociální sféře. 1. vyd., Olomouc: HANEX, s. ISBN KLEMENT, M., CHRÁSKA, M. Vymezení kritérií evaluace elektronických distančních opor. In: Media4u Magazine Praha EU: Sv. 1, č. 2, s ISSN KOPECKÝ, K. Distanční multimediální studijní materiály ('distanční opory') [online] [vid. 4. září 2010]. Dostupné z: 4. MAREŠOVÁ, H. E-learning v multiuživatelském virtuálním prostředí. In: Journal of Technology and Information Education. 2009, Olomouc EU: Univerzita Palackého, Ročník 1, Číslo 1, s ISSN X (print). ISSN (online). Dostupné z: 5. KLEMENT, M., DOSTÁL, J. E-learning a jeho uplatnění na PdF UP Olomouc. In: Journal of Technology and Information Education. 2010, Olomouc EU: Univerzita Palackého, Ročník 2, Číslo 1, s ISSN X (print). ISSN (online). Dostupné z: Lektoroval: doc. PaedDr. Jiří Kropáč, CSc. Kontaktní adresa: Milan Klement, PhDr. Ph.D., Katedra technické a informační výchovy, Pedagogická fakulta UP, Žižkovo nám. 5, Olomouc, ČR, tel , milan.klement@upol.cz Článek vznikl za podpory GAČR v rámci řešení projektu č. P407/11/1306 ( Evaluace vzdělávacích materiálů určených pro distanční vzdělávání a e-learning, řešitel: PhDr. Milan Klement, Ph.D.). 6

8 Přednáška pozvaného přednášejícího NOVÉ TRENDY V TRADIČNÍCH, VZDÁLENÝCH A VIRTUÁLNÍCH LABARATOŘÍCH LUSTIG František, ČR Resumé Příspěvek přináší ukázku integrace tradiční, vzdálené a virtuální laboratoře jako nový trend v laboratorní technice. V příspěvku předvedeme propojení experimentálních metod v tradičních, vzdálených a virtuálních laboratořích na konkrétním učivu volných, tlumených a buzených kmitů. Reálné hands on experimenty s PC budou se systémem ISES (1), (2), (3), vzdálené experimenty budou vystavěné na softwarové stavebnicí ISES WEB Control (4). Nosnou myšlenkou tohoto příspěvku bude nové bude pojetí virtuálních experimentů, které mají export a import dat. Experimentální data z reálných experimentů, ze vzdálených experimentů a z virtuálních experimentů (ze simulací) lze vzájemně porovnávat, fitovat aj. Takovéto integrované pojetí tradiční a e-learningové výuky s podporou vzdálených a virtuálních laboratoří nazýváme Integrovaný e-learning (5). Klíčová slova: reálné experimenty, vzdálené experimenty, virtuální experimenty, počítačem podporované měřicí systémy, e-learning. NEW TRENDS IN TRADITIONAL, REMOTE AND VIRTUAL PHYSICS LABS Abstract The paper introduces the integration of three ICT and computer oriented laboratories, namely traditional computer based laboratory, remote real laboratory across the Internet and virtual laboratory. We present the system composed of the system ISES (Intelligent School Experimental Systém) (1), (2), (3), remote real experiments across the Internet with software ISES WEB Control kit (4) and example of a virtual laboratory simulations with the import and export data! This system of laboratories served for our experimental studies in the direction of Integrated e-learning (5). Key words: real experiments, remote experiments, virtual experiments, computer-aided measuring systems, e-learning. Úvod Jednou z cest upřednostňujících experiment je využívání počítačem podporovaných měřicích systémů, vzdálených a virtuálních laboratoří ve výuce. Ano, uvedli jsme i virtuální laboratoře, které nemusí být již jen alternativní, ale spolu s reálnými laboratořemi hands on a s reálnými vzdálenými laboratořemi mohou výuku přírodních věd doslova umocňovat. 1 Tradiční hands on laboratoře Začneme na úrovni počítačem podporovaných laboratoří. Laboratoře bez počítače mají také jistě své kouzlo, ale my zkusíme vzít klasické pomůcky a zkusíme je pomocí počítače zatraktivnit, dát jim novou přidanou hodnotu. Školy jsou často vybaveny měřicími systémy ISES, Vernier, Pasco, IP Coach aj. Pro učebnové laboratoře jsou vhodné systémy ISES (1) až (3), které jsou kompaktní, měřicí moduly jsou pevně spojené s měřicí konzolí, vzhledem k robusnosti systému zůstává systém ISES stabilně připojený k počítači. Do tradičních hands on laboratoří lze zahrnout též mobilní laboratoře. Alokovány mohou být jak ve školních 7

9 Přednáška pozvaného přednášejícího laboratořích, ale hlavní uplatnění neleznou v terénu, mimo školní laboratoř. Umožní měření v situacích, které studenti/žáci znají z běžného života, ale jevy si nedovedou převést do fyziky, do chemie, do biologie. Zástupci mobilní technologie jsou systémy Vernier, Pasco aj. 2 Vzdálené laboratoře Vzdálená laboratoř je reálná laboratoř s reálnými experimenty, ale přístup do této vzdálené laboratoře je umožněn komukoliv, kdykoliv a odkudkoliv pouze prostřednictvím internetového připojení, pouze prostřednictvím volně dostupných prohlížečů typu Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera, aj. Vzdálené laboratoře se dají využít jako soubor experimentů, laboratorních úloh pro studenty nebo též jako databáze experimentů pro vyučující, přednášející, kteří mohou požadovaný experiment zařadit bez přípravy v libovolný čas do své výuky, přednášky aj. Studenti mohou na vzdálených laboratorních úlohách zkoušet badatelským způsobem jak se experiment chová, jaké závislosti lze odhalit, či ověřit, aj. Vzdálená úloha ovšem může být připravena jako standardní laboratorní cvičení, kdy student měří, ukládá si data, která lze přenést Internetem do jeho počítače, a nakonec student data vyhodnotí, vynese grafy, vyplní tabulky, ověří závislosti aj. V praxi je odzkoušeno, že takto lze odevzdávat písemné referáty z úloh, které jsou umístěny na internetu. Vyzkoušejte např. vzdálené experimenty v naši laboratoři (úlohy: non stop monitorování počasí včetně non stop sledování přirozené radioaktivity, úlohy s pružinou - tlumenou, s budící silou aj., úlohy na ohyb na štěrbině, úlohy na indukci, fotoefekt, solární energii, řízení výšky vodní hladiny aj.). Často jsou naše vzdálené experimenty využívány vyučujícími při výuce, přednášce na zpestření výuky zajímavým, či typickým experimentem, který na daném místě nelze předvést. Vzdálené experimenty mají i rezervační systém, takže je lze rezervovat na jméno a heslo na daný čas výuky aj. Vzdálené laboratoře stále přibývají jak ve světě (přehled je v našich jiných publikacích), tak v Česku (Praha: MFF-UK, Brno: PedF ), i na Slovensku (Trnava: PedF, ) aj. Výzva - vytvořme síť vzdálených laboratoří na různých školách, propojme různé experimenty do jednoho českého/eu rozcestníku. Typickým a vlastně jediným systémem pro tvorbu volných (všem ihned dostupných) vzdálených úloh je systém ISES a jeho softwarový stavebnicový modul ISES WEB Control (4), který umožní jednoduše stavebnicově sestavit libovolný vzdálený experiment i neprogramátorům. (Pozn.: Někdy se též využívá systém LabVIEW, který též umožňuje tvorbu vzdálených úloh, ale k práci vyžaduje doinstalování rozsáhlého balíku LabVIEW RunTime Engine, který je sice volně dostupný, ale instalaci lze provádět jenom s administrátorskými právy, takže využití LabVIEW je trochu komplikovanější. Nehledě na to, že tvůrce musí umět programovat). Vzdálené experimenty lze jenom používat např. na našich stránkách nebo je lze aktivně tvořit. Není to o nic složitější než tvorba obyčejných HLML stránek. Vzdálené experimenty se systémem ISES a ISES WEB Control se jenom poskládají z hotových velmi flexibilních komponent (appletů). Důležité je, že vzdálené laboratorní úlohy poskytují experimentální data, která si může uživatel stáhnout přes clipboard (schránku) do svého počítače a dál je zpracovávat např. v EXCELu, aj., či např. ve virtuálních simulacích, viz dále. Více o vzdálených experimentech na Systémy Pasco ani Vernier ani Phywe podporu vzdálených experimentů nemají. Přidáme ještě ukázku nového aktuálního vzdáleného experimentu, kterým je sledování přirozeného radioaktivního pozadí. Jedná se o nejnovější vzdálené laboratoře typu RemLabNet, kdy stejný experiment provozujeme na různých místech (propojených sítí). Naše 8

10 Přednáška pozvaného přednášejícího konkrétní ukázka je sledování přirozeného radioaktivního pozadí na různých místech ČR (pracovní varianta je na adrese ). Sledujeme přirozenou radioaktivitu v minutových, hodinových a celodenních intervalech. Non stop každých 10 s pomocí Geigerova Müllerova čítače měříme a ukládáme počet částic gama a beta, které prolétnou GM čítačem. Informace jsou on-line přístupné na výše uvedené WWW stránce. Data je možné vybírat za zvolený časový úsek a stahovat si je do svých počítačů a aplikací. Je to soubor hardwareových náhodných dat, které vypovídají o hodnotách radioaktivního pozadí, (které je hojně sledované např. nyní v čase japonské katastrofy tsunami a poškození jaderné elektrárny Fukušima), ale tato data lze efektivně využít i k ověření Poissonova rozdělení radioaktivního záření. Obr. 1. Minutové, hodinové a celodenní záznamy a Poissonovo rozdělení četností přirozeného radioaktivního záření, výstupy z 3 Virtuální laboratoře Poslední typ laboratoře, který je v našem výčtu laboratoří, jsou virtuální laboratoře. Virtuální experimenty, virtuální laboratoře jsou simulace, virtuální modely, aplety, flash animace aj. Jsou to tedy programy dostupné z lokálních umístění na počítači, případně spustitelné programy z Internetu. Apletů, animací, flashí je na Internetu nepřeberné množství, ale jako zajímavé zdroje se jeví např. (jednodušší aplety), či (velice povedené, někdy i složité aplety, opravdu unikátní simulace). S těmito simulacemi lze provádět i virtuální experimenty, které v laboratoři prostě provádět nemůžeme (třeba změna gravitace, zkoumání mikro a makro prostoru, práce s nebezpečnými látkami, situacemi aj. V těchto virtuálních laboratořích se dá také zajímavě experimentovat, modelovat, ověřovat. Stávající simulace ve světě i u nás neumožňují práci s daty, pouze si zkoušíme na grafických výstupech, resp. animacích změny vstupních dat aj. Poslední novinkou v simulacích jsou simulace s exportem a importem dat (!) Takové simulace vytvořili autoři F. Lustig a B. Bardiovský v softwareovém kitu ISES Sim Lab (6). Je to až s podivem, že se dosud neobjevily tyto varianty apletů a simulací. Zřejmě nebylo potřeba komparovat reálná data a simulovaná data. Práci s takovýmto apletem představíme na virtuálním experimentu Kmity na pružině (kmity volné, tlumené a vynucené). Zdařilá animace kmitů na pružině umožňuje interaktivní změnu mnoha parametrů v tomto experimentu lze nastavovat hmotnost, tuhost, délku pružiny, dále lze nastavit vnější parametry jako je tlumení, budící síla. Dále lze nastavit tíhové 9

11 Přednáška pozvaného přednášejícího zrychlení (pružina kmitá na Zemi, na Měsíci, na Saturnu aj.). Uvědomme si, že takovou změnu tíhového zrychlení v reálné laboratoři nelze provést. Ve virtuální laboratoři je to snadné. A student překvapivě např. zjistí že doba kmitů je stejná na Zemi i na jiných planetách. A nyní to nejzajímavější a nejnovější. Simulační prostředí disponuje datovým exportem a importem. Data z grafických výstupů je možno exportovat přes clipboard, či přes datový soubor do Vašeho počítače. Data již zpracováváte požadovaným způsobem. Ale ještě větším komfortem je import dat např. ze vzdáleného experimentu nebo z reálného lokálního experimentu. Tato data jsou na grafickém pozadí simulace a Vy nastavením základních parametrů a variací dalších parametrů hledáte shodu reálného vzdáleného, či lokálního experimentu s modelovaným simulovaným virtuálním experimentem. Simulační prostředí autorů má též jednoduchý soubor nástrojů jako měřítko, či stopky a lze tak provádět měření, tak jako s reálnou pružinou měří se výchylka, měří doba kmitů. Dále můžeme měnit amplitudu a frekvenci budící síly. Takto lze studovat problematiku rezonance, fázových posuvů, energetických přeměn. V simulačním prostředí jsou k dispozici grafické výstupy základních veličin experimentu, včetně složitějších grafických výstupů, např. energií. Takovýto aplet vizualizuje na grafech situace, které si lze z popisu jevu a ze základních fyzikálních rovnic obtížně představovat. A zde ho máme téměř jako hru. Objevitelským, badatelským přístupem se blížíme k postupu vědců, kteří nejdříve studují jev, stanovují hypotézy, provádějí ověřující měření, vyhodnocují data a nakonec vyslovují nové závislosti, zákonitosti, objevy. Ano, téměř vždy od experimentu k teorii a nikoliv od teorie k experimentu, jak tomu je často na školách. Obr. 2. Virtuální laboratorní prostředí ISES Sim Lab s experimentem Kmity na pružině. Tato simulace má import dat např. ze vzdáleného experimentu a umožňuje porovnání, fitování reálných experimentálních dat ze vzdáleného experimentu a teoretických dat ze simulace. 10

12 Přednáška pozvaného přednášejícího 4 Integrace tří typů laboratoří tradiční laboratoř + vzdálená laboratoř + virtuální laboratoř Jak by to mohlo proběhnout ve výuce? Představme si, že probíráte kmity na pružině volné, tlumené, buzené aj. prostě vše, co se kolem kmitů na pružině dá vyložit. Zatím jsme pouze představili tři typy laboratoří tradiční, vzdálené a virtuální. Každý typ vyjmenované laboratoře má svůj nepopiratelný přínos. Ale my bychom chtěli ještě dále. Zkusme jeden objekt, jeden problém zkoumat všemi typy laboratorních prací. Nechť si studenti sami zvolí typ laboratorního postupu. Nechť se třída rozdělí na skupinky, které tentýž problém řeší tradičně, vzdáleně, či virtuálně. Reálně experimentujeme s pružinou klidně i bez počítače, jenom se stopkami a měřítkem. Bez problémů zjistíme periodu kmitů, amplitudu kmitů, případně i tuhost pružiny, tlumení aj. Pokud vše budeme provádět na lokálním počítači s měřicím systémem, budeme mít k dispozici i časový záznam harmonických, a třeba i tlumených kmitů, případně i buzených kmitů (měřicí systém může budit závaží na pružině např. harmonickou elektrickou/elektromagnetickou silou. Počítač vše zaznamená a na studentovi je rozbor grafického záznamu. Závěrem se dopracuje k rovnicím harmonického, případně tlumeného, případně buzeného pohybu tělesa na pružině. Tolik nám dá reálný lokální experiment. Pokud nemáme k dispozici reálný experiment, můžeme zvolit reálný vzdálený experiment. A i přes internet si zaexperimentujeme. Máme k dispozici on-line záběry z kamery, máme možnost interaktivního ovládání parametrů experimentu. Opět naměříme, data si klidně přeneseme přes Internet do svého počítače a experiment vyhodnotíme. A nebo máme možnost se studenty úlohu odzkoušet přímo ve vyučovací hodině, resp. zadat domácí úlohu k procvičení vlastností kmitavého pohybu. Nechť studenti změří tuhost pružiny na internetu (adresu experimentu studentům samozřejmě oznámíme), nechť určí periodu kmitů, nechť určí rezonanční frekvenci, nechť studují fázovou charakteristiku výchylky a budící síly. Plno úkolů, které studenti budou rádi řešit, protože je to na Internetu (!), ověřeno vlastní praktickou výukou. No a třetí skupinka experimentuje virtuálně. A určitě to není nezajímavé. Zkouší pracovat s virtuální pružinou obdobně jako s reálnou pružinou. Ale má možnost měnit gravitaci, odpor prostředí, má k dispozici hned několik pružin s libovolnou tuhostí, různá závaží. Pokud student přistoupí na tuto virtuální realitu, tak má evidentně flexibilnější experiment. Studenti této skupiny pravděpodobně přinesou nejhodnotnější data a závěry. ANO chybí jim sice ta realita pružiny, ale tu jim nechceme odepřít. Své výsledky budou konfrontovat se skupinou, která měla fyzickou pružinu. Ve virtuální simulaci,např. Kmity na pružině lze nejenom virtuálně experimentovat, ale v novém typu simulací s importem dat lze porovnávat, fitovat data z lokálního, či vzdáleného experimentu a simulovaná data. Studenti ve všech třech typech laboratoří experiment posuzují jak kvalitativně, tak hlavně kvantitativně. Kontrolovatelným výstupem nechť jsou jejich data. Poté si vzájemně poreferují o svých výsledcích a pokusí se naměřená data vzájemně konfrontovat, vzájemně předávat a porovnávat.. Data, ať již naměřená reálně, vzdáleně, či simulované můžeme zpracovávat např. i v EXCELu, či optimálně v simulačním prostředí, viz výše popsaná simulace Kmity na pružině. Studijní materiály jsou v knižní podobě učebnice, v elektronické podobě studenti si sami dohledávání informace na Internetu, přičemž dbají na validitu internetových zdrojů, případně jsou studenti vedeni interaktivními návody aj. Studenti pracují samostatně, až individuálně, ale později při společné diskuzi se učí kolektivní kolaboraci, což je také jeden z cílů výuky v laboratoři, na který se trochu pozapomíná. 11

13 Přednáška pozvaného přednášejícího Závěr A nyní ještě otázka? A kde je učitel? Učitel je součást všech řešitelských týmů, učitel nekáže od tabule, učitel není expertem, chodící encyklopedií, je zprostředkovatelem procesu učení. Učitel studenty táhne a ne tlačí, učí je klást správné odpovědi, učí je vzájemné kolaboraci, učitel se individuálně věnuje jak nadaným studentům, tak i studentům, kteří potřebují pomoc atd.. A to je plno důvodů, proč je učitel ve výuce nezastupitelný. V tomto příspěvku jsme integrovali různé typy laboratoří. Integraci předmětů fyziky, chemie a biologie v jeden celek přírodních věd nechť je předmětem dalších příspěvků a diskuzí. Závěrem bychom rádi shrnuli, že právě toto vzájemné propojení hand made, vzdáleného a virtuálního experimentování je tou novou přidanou hodnotou v laboratorní práci studentů, na kterou jsme chtěli v tomto příspěvku poukázat. Literatura 1. LUSTIG F. Computer based system ISES SCHAUER F. LUSTIG F. OZVOLDOVA M. ISES - Internet School Experimental System for Computer-Based Laboratories in Physics, in Innovations 2009 (USA). World Innovations in Engineering Education and Research. ineer Special Volume chapter 10. pages ISBN SCHAUER F. LUSTIG F. DVOŘÁK J. OŽVOLDOVÁ. M. Easy to build remote laboratory with data transfer using ISES Internet School Experimental System ISES. Eur. J. Phys LUSTIG F. DVOŘÁK J. ISES WEB Control, software kit for simple creation of remote experiments for ISES. ISES Rem Lab. Teaching tools co. PC-IN/OUT. addr. U Druhé Baterie Prague 6. Czech Rep F. SCHAUER, M. OZVOLDOVA AND F. LUSTIG: Integrated e-learning - New Strategy of Cognition of Real World in Teaching Physics, in Innovations 2009 (USA), World Innovations in Engineering Education and Research, ineer Special Volume 2009, chapter 11, pages , ISBN LUSTIG F. BARDIOVSKÝ V. Kmity na pružině. Simulační prostředí ISES Sim Lab, Teaching tools co. PC-IN/OUT. adr. U Druhé Baterie Praha 6. Czech Rep Lektoroval: Ing. Bronislav Balek Kontaktní adresa: František Lustig, doc. RNDr., CSc. Kabinet obecné výuky fyziky, Matematicko-Fyzikální fakulta UK Praha, Ke Karlovu 3, Praha 2, ČR, tel , farntisek.lustig@mff.cuni.cz 12

14 POZNÁMKA K VYUŽITIU NORMY GRADIENTU ABAS Marcel, SR Resumé V prípade že gradient funkcie je v nejakom bode nenulový vektor, tak tento vektor určuje smer najväčšieho prírastku funkcie v tomto bode. V príspevku ukážeme, ako sa dá tento smer určiť aj v prípade že gradient je nulový vektor a to iba s pomocou vedomostí ktoré už študenti pri výučbe skalárnych a vektorových polí získali. Kľúčové slová: gradient, norma vektora, smer najväčšieho prírastku. A NOTE ABOUT THE NORM OF GRADIENT Abstract If the gradient of a function is non-zero in a point, it can be interpreted as the direction in which the function changes most quickly. In this contribution we show that there is a possibility to establish the direction even if the gradient is zero and that this can be done with knowledge which students have it their stage of study. Key words: gradient, norm of vector, the direction of the maximum rate of change. 1 Úvod Nech je daná funkcia f ( x, y) dvoch premenných a nech A = [ a x, a y ] je nejaký bod ležiaci v definičnom obore tejto funkcie. Nech funkcia f ( x, y) má v nejakom okolí bodu A parciálne derivácie podľa oboch premenných a nech l = ( l x, l y ) je nejaký nenulový vektor umiestnený v bode A. Potom číslo df ( ax, a y ) f ( ax, a y ) f ( a, ) 0 x a y 0 = l x + l y (1) dl x y sa nazýva derivácia funkcie f v bode A smere vektora l 0 0 0, pričom l = ( l x, l y ) je jednotkový vektor v smere vektora l 0 l, čiže l =. Rovnica (1) sa dá prepísať do tvaru l df ( ax, a y ) f ( ax, a y ) f ( ax, a y ) 0 =, ( l 0 x, l y ) dl x y (2) f ( x, y) f ( x, y) f ( x, y) f ( x, y) pričom, = i + j je gradient funkcie f a označujeme ho x y x y grad ( f ). Využitím definície skalárneho súčinu vektorov, zistíme, že ak v bode A platí grad ( f A ) 0, tak gradient určuje smer najväčšieho prírastku funkcie v tomto bode. že ( ) 13

15 2 Určenie smeru najväčšieho prírastku pomocou gradientu 2 2 Príklad: Vypočítajte smer najväčšieho prírastku funkcie f ( x, y) = x + 4y v bode 1 A = [1;0] a v bode B = [ 0; ] 2. Riešenie: Vieme, že ak je gradient danej funkcie v bodoch A a B nenulový, bude rovný práve smeru najväčšieho prírastku funkcie f ( x, y) v týchto bodoch. f ( x, y) f ( x, y) Počítajme: = 2x a = 8y. Platí teda, že grad ( f ( A) ) = 2i = ( 2;0) 0 x y 2 2 a grad ( f ( B) ) = 4 j = ( 0;4) 0. Smer najväčšieho prírastku funkcie f ( x, y) = x + 4y v bode 1 = [1;0] ;0 = 0; 0 ;4. A je teda vektor ( 2 ) a v bode B [ ] je to vektor ( ) Funkcia 2 2 = x 4 2 je veľmi jednoduchá ak ju prepíšeme do tvaru f ( x, y) + y 2 2 x y f ( x, y) = + vidíme, že sa jedná o eliptický paraboloid s vrcholom v bode [ 0;0;0] ( ) Body A '= [ 1;0;1 ] a = [ 0; ;1] B ' sa teda nachádzajú na tomto elipsoide vo výške 1. V oboch 2 prípadoch ležia gradienty (smery najväčšieho prírastku funkcie) na polpriamkach s počiatkom v bode [ 0;0] - smer grad ( f ( A) ) je totožný so smerom vektora [ 0;0] [ 1;0 ] a smer 1 f B 0;0 0;. grad ( ( )) je totožný so smerom vektora [ ] [ ] 3 Určenie smeru najväčšieho prírastku pomocou normy gradientu Príklad: Vypočítajte smer najväčšieho prírastku funkcie C = [0;0]. 2 f ( x, y) + y 2 2 = x 4 v bode = a preto Riešenie: Z predchádzajúceho príkladu vieme že grad ( f ( x, y) ) 2xi + 8yj v bode C = [ 0;0] platí že grad ( f ( C) ) = ( 0;0) = 0. To znamená že gradient teraz nemôžeme interpretovať ako smer najväčšieho prírastku funkcie a tento smer teda musíme určiť inak. Môžeme postupovať pomocou nasledovnej úvahy. Nech C ( ε, α) [ c x + ε cosα; c + ε sinα], ε > 0, α 0; 2π ) sú body z okolia bodu C - sú to body = y na kružnici o polomere ε > 0 so stredom v bode C. Ľahko zistíme, že pre ε > 0 je grad ( f ( C( ε, α ))) = 2ε cosαi + 8ε sinαj nenulový. Ako ale zistiť, pre ktorý uhol α bude tento vektor maximálny? Zostrojíme funkciu g ( ε,α ) (ktorá bude samozrejme závisieť aj od funkcie f a od polohy bodu C ), ako normu gradientu funkcie f v bode (bodoch) C ( ε,α ). Je zrejmé že pre pevné ε > 0 bude smer najväčšieho prírastku funkcie totožný s uhlom α pre g ε,α nadobúda lokálny extrém (maximum). V našom prípade ktorý funkcia ( ) g( ε, α ) = 4ε cos α + 64ε sin α = 2ε cos α + 16sin α = 2ε 1+ 15sin α g( ε, α ) 1 30sinα cosα funkcia ( ε,α ). Pretože = 2ε g bude pre pevné ε > 0 nadobúdať lokálne α sin α π 3π maximum pre α = a α = (pre α = 0 a α = π nadobúda funkcia lokálne minimum). 2 2 Ak sa teraz ε bude blížiť k nule vidíme, že smer najväčšieho prírastku funkcie 2 2 f ( x, y) x + 4y = 0;0 ;1 0; 1. Keďže vieme, že = v bode C [ ] budú vektory ( 0 ) a ( ) 14

16 funkcia ( x y) f, je vlastne eliptický paraboloid v ktorého rezových rovinách z = k vznikajú elipsy s kratšou poloosou ležiacou na osi O y, výsledok bol očakávaný. 4 Záver V článku sme si ukázali, ako je možné, pomocou pomerne elementárnych úvah a vedomostí ktoré študenti na ich stupni štúdia majú, vypočítať smer najväčšieho prírastku funkcie aj v prípade že to pomocou bežnej metódy nie je možné. Literatúra [1] Kluvánek I., Mišík L., Švec M.: Matematika pre štúdium technických vied, I. diel, 2. prepracované vydanie, Bratislava, SVTL, 1965 [1] Kluvánek I., Mišík L., Švec M.: Matematika pre štúdium technických vied, II. diel, 2. prepracované vydanie, Bratislava, SVTL, 1965 Lektoroval: RNDr. Soňa Pavlíková, CSc. Kontaktná adresa: Marcel Abas, RNDr. PhD., Department of Mathematics, Institute of Applied Informatics, Automation and Mathematics, Faculty of Materials Science and Technology in Trnava, Slovak University of Technology Bratislava, Hajdóczyho 1, Trnava tel.: , abas@stuba.sk 15

17 BIOFYZIKÁLNÍ EXPERIMENTY SE SYSTÉMEM ISES ANEB SNÍMÁNÍ BIOSIGNÁLŮ LIDSKÉHO TĚLA BALEK Bronislav, ČR Resumé Inteligentní školní experimentální systém (ISES) je počítačový systém, který lze využít mimo jiné i v biofyzice ke snímání a zpracování biologických signálů lidského těla. Klíčová slova: biofyzika, experimenty, ISES, biosignál, lidské tělo. BIOPHYSICAL EXPERIMENTS WITH ISES SYSTEM SCANNING (MEASUREMENT) OF BIOLOGICAL SIGNALS OF HUMAN BODY Abstract Inteligent School Experimental System (ISES) is computer system which also we can use in biophysics for scanning and procesing of biological signals of human body. Key words: biophysics, experiments, ISES, biosignal, human body. Úvod Počítačový Inteligentní školní experimentální systém ISES lze experimentálně využít v předmětech jako je: fyzika, chemie, biologie, biofyzika, fyziologie, elektrotechnika, elektronika, měření, automatizace. Biofyzikální experimenty se systémem ISES se zabývají počítačovým snímáním a zpracováním biologických signálů biosignálů, které mají fyzikální podstatu. Biosignály mohou být elektrické generované nervovými a svalovými buňkami např. EKG (elektrokardiogram) elektrická aktivita srdce, EEG (elektroencefalogram) elektrická aktivita mozku, EMG (elektromyogram) elektrická aktivita svalů atd., nebo neelektrické např. krevní tlak, pulsní periferní vlna, srdeční ozvy, dechová křivka, koncentrace kyslíku a kysličníku uhličitého v dýchacích plynech, teplota, infuse atd. V přednášce a prezentaci budou popsány a předvedeny některé biofyzikální experimenty: EKG a pulsová vlna, dechová křivka, krevní tlak, infuse, srdeční ozvy, EMG - elektrická aktivita svalů, EOG - elektrické napětí mezi rohovkou a sítnicí oka atd. 1 Měření EKG a pulsu (Obr. 1.) Elektrické impulsy vycházející ze sinusového uzlíku (Pace Maker) srdce se šíří pomocí elektrické převodní soustavy srdeční do celé svaloviny srdce a vně, pomocí EKG elektrod, můžeme tento aktivní elektrický projev srdeční tkáně snímat jako elektrokardiogram (EKG). Nejvyšší vlna EKG QRS komplex pak vybudí vypuzení krve z levé srdeční komory v době systoly. Tato pulsová tlaková vlna se přes aortu šíří krevním řečištěm do jednotlivých částí našeho těla až k periferii a tedy i do konečků prstů. Změny objemu periferie (např. konečků prstů) v závislosti na naplnění tkání krví při srdeční revoluci (pulsní periferní vlně) se nazývají pletysmografie. Tyto změny se snímají fotoelektrickým snímačem pulsu. Z EKG nebo pulsové vlny lze odvodit srdeční (tepovou) frekvenci. Grafy EKG a pulsové periferní vlny jsou na obr

18 Obr. 1. Grafy EKG a pulsové vlny Obr. 2. Respirogram 2 RESPIROGRAM (Obr. 2.) ISESem lze také snímat a zobrazit respirační-dechovou křivku (respirogram) a z ní lze, pomocí odečtu frekvence, odvodit dechovou (respirační) frekvenci. Pro měření je použit tlakový modul a speciální přípravek s aerodynamickým odporem, který klade průtoku vdechovaného a vydechovaného vzduchu aerodynamický odpor. Odbočka na vstupu přípravku měří průběh náporového tlaku před překážkou v době inspiria (vdechu) a expiria (výdechu). Tato tlaková křivka přibližně reprezentuje dechovou křivku. Naměřená křivka (respirogram) je na obr MĚŘENÍ TEPENNÉHO KREVNÍHO TLAKU (Obr. 3.) Tepenný krevní tlak lze měřit neinvazivně několika způsoby. Osobní automatické tlakoměry využívají převážně oscilometrické metody. Ta spočívá v tom, že pažní manžeta se nafoukne na totální okluzy až pažní tepnou neteče žádná krev a tedy i snímač pulsu neindikuje pulsovou vlnu (viz.obr. 3. první křivka). Pozvolna se vypouští vzduch z manžety a sledují se oscilace (pulsace) na tlakové křivce (obr.3. druhá křivka). První oscilaci (viz.obr. 3. první pulsová křivka) odpovídá systolický (horní) tlak, poslední pulsaci odpovídá diastolický (dolní tlak) viz. obr. 3. dolní tlaková křivka. Obr. 3. Grafy pulsové vlny a tlaku v manžetě Obr. 4. Graf kapkování infuse 17

19 4 INFUSE (Obr. 4.) Infuse v medicíně je léčba nemocných infusními roztoky vpravovanými do žil nebo tepen. Infusí se může např. zvyšovat krevní tlak nemocnému, dodávat nemocnému potřebné medikamenty vstříknuté do infusního roztoku ve vaku, po určitý časový interval nebo dodávat intravenosní (nitrožilní) výživu. Kapkování infusí lze snímat optickou závorou, zobrazit na obrazovce a akusticky indikovat pomocí reproduktoru. Protože 20 kapek odpovídá 1ml roztoku lze podle počtu kapek určit jaký objem infuse nemocný dostane za určitý časový interval. Na obrázku 4. je graf kapkování infuse. 5 FKG FONOKARDIOGRAM (SRDEČNÍ OZVY) (Obr. 5.) Proudění krve, její narážení na chlopně i stěny srdce, otevírání a zavírání srdečních chlopní vyvolává specifické kmity ve frekvenčním pásmu Hz. Tyto kmity (ozvy) lze registrovat fonokardiografem nebo si je lékař přímo zesiluje fonendoskopem (stetoskopem) přičemž usiluje o nalezení místa s maximální intenzitou zvuku. Zkušený kardiolog dokáže poslechem určit zúžení nebo nedostatečnost mitrální (síňokomorové) nebo aortální chlopně, zúžení plicnice apod. Při jedné srdeční revoluci (jednom vypuzení krve z levé komory a její plnění) vznikají 4 srdeční ozvy, přičemž slyšitelné fonendoskopem jsou první dvě. Grafický záznam srdečních ozev se nazývá fonokardiogram (FKG). První ozva, systolická, je současná se systolou (vytlačování krve z komory), je hlubší, delší a hlasitější. Druhá ozva diastolická, spadá do začátku diastoly (plnění komory krví) a je kratší. Grafy pulsové křivky a fonokardiogramu (FKG) jsou na obr. 5. Obr. 5. Grafy pulsové vlny a srdečních ozev Obr. 6. Grafy EKG FKG pulsové vlny 6 EKG FKG PULSOVÁ VLNA (Obr. 6. ) Kombinací předchozích měření vzniknou grafy experimentu EKG (elektrokardiogram), FKG (fonokardiogram-srdeční ozvy) a pulsové periferní vlny. Grafy toho experimentu EKG-FKG- Pulsové vlny jsou na obr ELEKTROMYOGRAFIE MĚŘENÍ EMG EMG-elektromyogram představuje elektrickou aktivitu svalových vláken. Napěťový rozsah těchto biosignálů je (0,05-5)mV a frekvenční rozsah je (2-500)Hz. Při stahu svalových vláken vzniká elektrický signál, který má charakter impulsu s dobou trvání (3-15)ms a opakovací frekvencí (6-30)Hz. Pro snímání EMG používáme plošné elektrody a speciální biozesilovač 18

20 8 ELEKTROOKULOGRAFIE MĚŘENÍ EOG EOG-elektrookulogram je záznam změn elektrického napětí vyvolaných spontánním nebo řízeným pohybem oka. Oko se chová jako dipól, přičemž na rohovce je kladný náboj a na sítnici náboj záporný. Napěťový rozsah EOG je 10μV -3,5mV a frekvenční rozsah je (0-100)Hz. Pro snímání EOG používáme plošné elektrody a speciální biozesilovač. Závěr ISES je univerzální otevřený měřící, zobrazovací a vyhodnocovací systém hodící se pro výuku v předmětech vyjmenovaných v úvodu. V tomto příspěvku byl využit ISES pro Biofyzikální experimenty snímání biosignálů z lidského organismu. Množství funkcí lidského organismu bylo inspirací pro uplatnění v technice. Z principů smyslových orgánů vychází řada snímačů a převodníků v různých technických oborech. Přenosy signálů od lidských čidel do centrální nervové soustavy jsou uskutečňovány iontovou vodivostí v elektrolytech tedy vodivostí II. řádu a na nervová vlákna se pohlíží jako na dlouhá elektrická vedení. Zpracování elektrických signálů centrální nervovou soustavou (mozek a mícha) je činěno multiprocesorově. Celé tyto uzavřené zpětnovazební systémy udržují lidský organismus v rovnováze. Biofyzika a fyziologie se vyučuje na lékařských fakultách. Na středních školách na gymnáziích začíná zájem o tuto oblast a může připravovat prakticky studenty, zajímající se o biofyzikální experimenty, o vstup na lékařské fakulty. Na středních odborných školách na principech smyslových orgánů, vedení vzruchů a procesorovém zpracování mohou studenti lépe pochopit principy snímání, zpracování a vyhodnocení signálů. Není vyloučeno, že časem bude zájem o tuto oblast i na základních školách. Literatura 1. HRUBÝ, L., HÉDL R., HOLČÍK, J. BIONIKA (Návody do laboratorních cvičení). Skripta. ÚBMI VUT Brno stran 49, ISBN ČIHÁK, J. Biofyzikální snímače, sondy a elektrody. Skripta. PF Univerzity Palackého Olomouc 1985, 139 s. 3. HUSÁK M. a kol.: SENZORY V LÉKAŘSTVÍ (Návody k laboratorním cvičením). Skripta. FBI ČVUT Praha 2008, 163 s. ISBN HOZMAN, J. a kol. PRAKTIKA Z BIOMEDICÍNSKÉ A KLINICKÉ TECHNIKY. Skripta. FBI ČVUT Praha 2008, stran 154, ISBN ROZMAN, J. a kol.: ELEKTRONICKÉ PŘÍSTROJE V LÉKAŘSTVÍ, ACADEMIA, Praha 2006, stran 406, ISBN Mentar & PC-IN/OUT: Uživatelská příručka programu ISESWIN32i (pracovní verze ), stran 76 Lektoroval: Prof. Ing. Otakar Sláma, DrSc. Kontaktní adresa: Bronislav Balek, Ing, Slunečná 33, Ivančice, Tel , bbalek@seznam.cz 19