Internetový laboratorní park FRANTIŠEK LUSTIG KVOV, Matematicko-fyzikální fakulta UK, Praha Internetový laboratorní park přináší technologii sdílení laboratorních prostředků. Umožňuje internetový přístup nejenom k hotovým vzdáleným laboratorním úlohám, ale i volný přístup do technologie základu vlastní vzdálené úlohy. Uživatel si k tomuto základnímu technologickému zapojení a řízení experimentu vytvoří nadstavbu vlastní laboratorní úlohy. A poté ji využívá jako svou vlastní původní úlohu, jenom laboratorní pomůcky jsou sdíleny po internetu. Úvod Klasické laboratoře jsou v přírodních vědách jednou z nejpřínosnějších forem výuky. Cesta od klasické hand made laboratoře k počítačem podporované laboratoři je již za námi a mnohé experimenty si nedovedeme si představit bez počítačového snímání dat a řízení. Připomeneme zde např. systém ISES a jeho postupný rozvoj v internetové školní experimentální studio ises [1], [2], [3], [4]. Vzdálené laboratoře jsou poměrně nové laboratorní objekty. Nadšení je veliké, ale udržovat non stop provoz takové laboratoře je náročné ani ne tak na stroje, ale na lidi. Naše vzdálené laboratoře na MFF-UK Praha popsané např. v [11], či volně přístupné na http://www.ises.info jsou vystavěny na softwarové stavebnici ISES WEB Control [5]. Vzdálené laboratorní úlohy poskytují experimentální data, která si může uživatel stáhnout přes clipboard do svého počítače a dál je zpracovávat např. v EXCELu, aj., či např. ve virtuálních simulacích, viz níže. Na rozcestníku http://www.ises.info jsou nyní provozovány vzdálené úlohy: Řízení výšky vodní hladiny Meteorologická stanice na MFF-UK Praha Elektromagnetická indukce Volné a vynucené kmity na pružině Ohyb světla na štěrbině Přeměna solární energie Heisenbergův princip neurčitosti 100
Obr. 1: Ukázka z rozcestníku vzdálených laboratoří na MFF-UK Praha http://www.ises.info. Úlohy byly podrobně popsané česky v [6] a v [11] anglicky. Výše popsané experimenty jsou přístupné 24 hodin denně, již 6 let. Dosud se připojilo přes 15 000 uživatelů, je vedena statistika přístupů. Za poslední půlrok se zvýšil počet přístupů o 5 000 (!). Úlohy např. zpracovávali studenti ze Slovenska jako svá praktika, máme proveden i malý pedagogický experiment s velmi pozitivními ohlasy studentů, viz [9]. Kromě přístupových statistik máme rozpracovanou metodiku, která sleduje, jaké úkony uživatelé provádějí. Nejcennější přístupy jsou od uživatelů, kteří si z naměřených úloh stahují data, která mohou dále zpracovávat. Přístupy jsou i v sobotu, v neděli, o prázdninách, ve dne i v noci. Máme přístupy i z velmi exotických krajin (Mexiko, Čína, Japonsko, Ghana, Indie, Kanada, samozřejmě EU, nejvíce Slovensko a Polsko). Řízení výšky vodní hladiny Celkový počet přístupů na jednotlivé úlohy od 2004 do února 2008 Meteorologická stanice na MFF-UK Praha Elektromagnettická indukce Volné a vynucené kmity na pružině Přeměna solární energie Ohyb světla na štěrbině, Heisenberg 3573 2401 2748 1282 1515 862 12 381 Tab. 1.: Počet zaznamenaných přístupů na jednotlivé vzdálené úlohy k únoru 2008 Virtuální laboratoře s aplety, simulacemi a modely jsou prudce se rozvíjející technologií v přírodních vědách. Zřejmě snadná a pouze programátorská práce přivedla na svět tisíce apletů, flash, aj. Známé jsou aplety z dílny Watera Fendta [8]. Prozatím asi nejdokonalejší aplety jsou volně na WWW stránkách Physics Education Techno- Σ 101
logy [7]. S universálním stavebnicovým modelovacím prostředím na bázi Java apletů přichází Easy Java Simulations (http://www.um.es/fem/ejs/). Naše ukázka simulace nové generace [9], která umožňuje datové vstupy a vstupy, je na obr. 2. Obr. 2: Ukázka flash apletu Kmity na pružině s datovým importem a exportem a interaktivními vstupy jako je tuhost pružiny, hmotnost závaží, tlumení, gravitace aj. Tato flash Kmity na pružině simuluje volné i vynucené kmity na pružině včetně tlumení i gravitačního pole. Umožňuje flexibilní změnu všech parametrů, ale má i datový výstup a datový vstup (!), který umožňuje importovat data např. ze vzdáleného experimentu (http://www.ises.info laboratorní úloha Volné a vynucené kmity na pružině). Ve flashi je umožněno fitování reálného vzdáleného a virtuálního experimentu, což je velkým přínosem pro fyzikální experimenty. Takovéto integrované pojetí laboratoří klasických, vzdálených a virtuálních a nová forma výuky integrovaný e-learning byly popsány v [9], [10]. Internetový laboratorní park V době sdílených diskových kapacit, počítačů, gridů, počítačových farem aj. nás napadla myšlenka technologického parku nikoliv se stroji a zařízeními, ale s laboratorními úlohami a s internetovým přístupem! Při tvorbě vzdálených úloh jsme zjistili, že nad jednou úlohou může být vybudováno více úloh, úlohy mají společnou řídící WWW stránku. Dále jsme brouzdáním po internetu objevili, že se jsou naše úlohy v rozcestnících mnoha škol. Rovněž jsme si uvědomili, že naše texty úloh, úkoly aj. nemusí vyhovovat všem školám, úrovním škol, jazykovým mutacím aj. A tak nás napadla myšlenka dát k dispozici volný internetový přístup nejenom k celým hotovým laboratorním úlohám (včetně textu, metodiky aj.), ale umožnit i volný přístup jen do samotného technologického základu vlastní vzdálené úlohy. A tak vznikl zárodek e-technologického parku se vzdálenými laboratorními úlohami. Jak si vůbec představit takový e-technologický park se vzdálenými laboratorními úlohami? To je 102
jako když vás postaví k laboratorním stolům, kde jsou kompletně sestavené nějaké laboratorní úlohy. A vy jste postaveni před úkol vytvořit pro tato hotová zapojení a řízení vlastní laboratorní úlohy (text, úkoly, metodiku aj.). Např. pro střední školu vznikne jednodušší varianta, pro vysokou školu budou úkoly náročnější. Konkrétní adresy pro samostatné řídící WWW stránky v našem e-technologickém parku: Water level kontrol: http://kdt-14.karlov.mff.cuni.cz/en/mereni.html Meteorological station in Prague: http://kdt-16.karlov.mff.cuni.cz/en/mereni.html Electromagnetic induction: http://kdt-20.karlov.mff.cuni.cz/ovladani_2_en.html Natural and driven oscillations: http://kdt-17.karlov.mff.cuni.cz/pruzina_en.html Difraction on microobjects: http://kdt-13.karlov.mff.cuni.cz/sterbina_en.html Solar energy conversion: http://kdt-4.karlov.mff.cuni.cz/vacharakteristika_2_en.html Heisenberg uncertainty principle: http://kdt-13.karlov.mff.cuni.cz/heisenbergcontrol_en.html 103
Obr. 3: Ukázky ze čtyř vzdálených laboratorních úloh. Jedná se vždy jenom o jednu WWW stránku, kde je celý technologický základ (řízení nad sestavenou vzdálenou laboratorní úlohou). Nad touto stránkou si může uživatel vybudovat svoji vlastní laboratorní úlohu. Experiment (tuto nabízenou stránku) si volně zapůjčí na internetu. Závěr Na internetu je volně přístupný kompletní hardware a software (WWW řízení) několika klasických laboratorních úloh. Přímou adresu má uživatel vypsanou výše, případně si ji snadno dohledá z rozcestníku http://www.ises.info s kompletními laboratorními úlohami. Tímto autor tohoto příspěvku, vlastník WWW stránek a spoluautor těchto vzdálených experimentů dává souhlas k libovolnému využívání základního zapojení a WWW řízení. Nechťsi uživatel k tomuto základnímu zapojení a WWW řízení laboratorní úlohy vytvoří vlastní text, úkoly aj. A poté nechť ji využívá jako svou vlastní původní úlohu. Jenom pomůcky bude mít sdílené, či zapůjčené, po internetu! 104
Tento příspěvek vznikl za podpory Rozvojového projektu MŠMT 2008. Literatura [1] LUSTIG, F. Computer based system ISES, poslední aktualizace 24.2. 2008, [cit. 2008-05-30]. Dostupné z WWW: <http://www.ises.info>. [2] SCHAUER, F., KUŘITKA, I., LUSTIG, F. Creative Laboratory Experiments for Basic Physics Using Computer Data Collection and Evaluation Exemplified on the Intelligent School Experimental System (ISES), in Innovations 2006 (USA), World Innovations in Engineering Education and Research, ineer Special Volume 2006 pp. 305-312, ISBN 0-9741252-5-3, 2006. [3] LUSTIG, F., LUSTIOVÁ, Z., VLÁŠEK, P. ISES - příručka k soupravě Školní experimentální systém, Učební pomůcky PC-IN/OUT, Praha, 1992, 107 s. [4] LUSTIG, F. Internetové laboratorní studio, in sborník POŠKOLE 2001, Praha, 127-132, 2001. [5] LUSTIG, F., DVORAK, J. ISES WEB Control, software kit for simple creation of remote experiments for ISES, Teaching tools co. PC-IN/OUT, fl@plk.mff.cuni.cz, 2003. [6] LUSTIG, F., SCHAUER, F., OŽVOLDOVÁ, M. Rozcestník Remote laboratory, poslední aktualizace 24.2. 2008, [cit. 2008-05-30]. Dostupné z WWW:<http://www.ises.info>. [7] PHYSICS EDUCATION TECHNOLOGY, [cit. 2008-05-30]. Dostupné z WWW: <http://phet.colorado.edu/web-pages/index.html>. [8] FENDT, W. Last modification: December 2, 2005, [cit. 2008-05-30]. Dostupné z WWW: <http://www.walter-fendt.de/ph14cz/generator_cz.htm>. [9] LUSTIG, F., DEKAR, M., SCHAUER, F. Kmity na pružině, Macromedia Flash 8, připraveno k publikaci, 2008. [10] SCHAUER, F., OŽVOLDOVÁ, M., LUSTIG, F. Real remote physics experiments across Internet inherent part of Integrated e-learning, ijoe 4, Issue 1, February (2008) 53, 2008. [11] 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. 29, 753-765, 2008. 105