LINUX pri pouku fizike / Teaching Physics by LINUX
dr. Renato LUKAČ, Gimnazija Murska Sobota, Šolsko naselje 12, SI- 9000 Murska Sobota
E-mail: Renato@s-gms.ms.edus.si
Povzetek
Operacijski sistem LINUX je že nekaj let ultimativna rešitev za šolske strežnike. S prijaznimi grafičnimi okolji in pisarniškimi paketi si utira pot tudi med povprečne uporabnike, saj je večina programske opreme brezplačna. S primeri uporabe pri pouku fizike bomo pokazali njegovo primernost tudi v naših šolah. Odlikuje ga namreč bogat nabor raznovrstnih aplikacij.
Abstract
The operating system LINUX is for a few years the ultimate solution for school servers. With user friendly graphical interfaces and office applications it is even easier to use for the average user, because most software is free. With examples of usage at teaching physics we will show that it is appropriate also for our schools. It is important that there is a very big number of different applications.
Ključne besede
Linux, aplikacije, fizika
Key words
Linux, Applications, Physics
Fizika in računalništvo se pogosto dopolnjujeta in vzajemno podpirata pri razvoju, zato ni presenetljivo dejstvo, da fiziki pogosto uporabljamo, tako pri raziskovalnem kot pri pedagoškem delu, računalnik. Čeprav se njegovi uporabi ne more izogniti skoraj noben padagog, pa ga fiziki uporabljamo na najbolj svojevrsten način. Poleg pripomočka za urejanje besedil in risanje, je računalnik pogosto uporabljen tudi za krmiljenje poskusov, zajemanje in obdelavo meritev, simulacije itd.
Prevlada računalnikov tipa PC in uvajanje Interneta sta v zadnjem desetletju pustila pečat tudi pri pouku fizike v naših srednjih šolah. V raziskovalni sferi je računalniška oprema na bistveno višji ravni, zato kljubuje operacijski sistem UNIX dominanci Microsoft Windows, medtem ko v šolah temu žal ni tako. Operacijski sistem LINUX spreminja to neljubo stanje že zdaj, še več inovacij pa si lahko obetamo v prihodnje. Pojavlja se v mnogih distribucijah, katere so večinoma brezplačne. Odlikuje ga zelo bogat spekter aplikacij, pri čemer je zelo pomembno, da se širi krog brezplačnih pisarniških paketov, ki v kombinaciji z vse prijaznejšimi grafičnimi okolji zagotavlja širitev kroga uporabnikov (1). Omenimo še, da je LINUX idealna rešitev za šolske strežnike, tako za lokalne potrebe kot za Internet (2). Omejili se bomo na nekaj primerov uporabe LINUX-a pri pouku fizike, vendar le ti ne bodo specifični, kar pomeni možnost uporabe tudi pri drugih predmetih.
Navadno dobimo rezultate meritev v obliki tekstovne datoteke, katero potem obdelamo. Kako torej obdelamo kup cifer in črk v pregleden graf, katerega potem lahko vstavimo kot sliko v dokument? Dober programer si zlahka napiše kodo, katera mu izlušči bistvene podatke in jih po potrebi pretvori v obliko primerno za nadaljno uporabo. Na voljo je tudi niz koristnih ukazov, ki omogočajo manipulacije z besedilom brez programiranja. Samo brskanje po datoteki nam omogočajo ukazi less, more in cat. Iz izpisov lahko s pomočjo grep izluščimo samo vrstice z določeno vsebino. Ta ukaz je koristen tudi ko iščemo datoteko z določeno vsebino. V datoteko, kjer imamo rezultate meritev ali simulacij, navadno zapišemo tudi nastavitve, ki so do rezultatov vodile in komentarje, kar potem ovira orodja za risanje pri izdelavi grafov. Ukaz head nam omogoča izpis poljubnega števila vrstic z začetka datoteke, tail pa s konca. Tako lahko tekstovno datoteko poljubno obrežemo. Izpis lahko po potrebi z > ali >> preusmerimo s konzole v datoteko. Ko smo porezali nezaželjene vrstice z začetka ali konca datoteke, se mogoče pojavi potreba po delu s stolpci. Na voljo imamo awk, s katerim lahko izluščimo le določene stolpce, zamenjamo njihov vrstni red, nastavimo nove formate vrstic itd. Če je še potreba po zamenjavi kakih znakov znotraj določene vrstice po določenih kriterijih, je sed ta prava izbira. Iz zapisanega sledi, da imamo za pretvorbo zajetih rezultatov v prikladno obliko močna orodja, s katerimi se lahko izognemo napakam in si delo bistveno pohitrimo brez programiranja.
Ko imamo primerno obliko rezultatov, jih želimo predstaviti v obliki grafov. Med drugim imamo na razpolago zelo dober paket gnuplot. Podatke pripravimo v tekstovni datoteki, kjer vsaka vrstica predstavlja eno točko. Ukaze lahko podajamo neposredno, še bolj priročno pa je delo s skriptami, saj ob morebitni spremembi podatkov ali ponovni obdelavi ne rabimo ponovno vnašati vseh ukazov, ampak enostavno naložimo skripto, jo popravimo, spet naložimo itd. Na voljo imamo niz raznovrstnih 2D in 3D grafov. Seveda ne manjka možnost prikaza napake in nastavitve formata izhodne datoteke – slike. Po potrebi lahko graf – sliko obdelamo: spremenimo velikost, obrežemo, menjamo podlago, menjamo format, dodamo filter... Pri tem je že prava legenda paket xv, zelo bogat razpon možnosti pa ima tudi program convert iz paketa Image Magick. Pri fiziki se pogosto izkaže potreba po risanju skice ali diagrama. Za risanje t.i. pixel slik bo nezahtevni uporabnik posegel po Xpaint-u, medtem ko bo večina uporabila Gimp, ki bi naj bil že v marsičem prehitel svojega komercialnega vzornika, Photoshop. Za vektorsko grafiko je zakon Xfig, le nekoliko špartanski grafični vmesnik ni najbolj primeren za začetnika in zahteva od uporabnika prilagoditev.
Če želimo grafe vključiti v dokument z besedilom, lahko uporabimo katerega od sodobnih brezplačnih paketov, recimo Star Office, ki ponuja celotni pisarniški nabor aplikacij. Pravi UNIX guruji bodo uporabili LaTeX v kombinaciji z ispell, xdvi, dvips, gv in gs. S šumniki pri omenjeni kombinaciji ni nobenih težav, tudi slovenski črkovalnik je na razpolago.
Za programerje je LINUX prava izbira, saj so orodja za programiranje paradna disciplina LINUX-a. Tako je samoumevno, da imamo med drugim naložen GNU-jev C in C++, ki se sicer skrivata pod imenom gcc in g++ (3). Na tem mestu ne bomo naštevali množice programskih jezikov, kateri so podprti, pač pa omenimo njihovo uporabno vrednost pri pouku fizike, saj so ključ tako programov za krmiljenje poskusov, kot za zajemanje meritev iz samih poskusov. Ne smemo pozabiti simulacij, ki nam priskočijo na pomoč, kadar so poskusi predragi, prenevarni ali kadar enostavno z njimi povečamo razumevanje fizike. Na žalost še vedno pogrešamo nekatere že uveljavljene izdelke, po drugi strani pa se pojavlja mnogo enakovrednih, če že ne boljših simulacij v Javi, za katere lahko uporabimo appletviewer iz standarnega paketa za Javo podjetja SUN ali pa jih spremljamo kar preko mreže s priljubljenim brkljalnikom. Še več: sam sistem je kot nalašč za strežnike, tudi spletnih strani, zato lahko kar iz kabineta ponudite kolegom svoje simulacije, navodila za poskuse, skice, rezultate meritev, preizkuse znanja… Obisk spletne strani Gamelan (4) vas bo prepričal o moči Jave in njenih neštetih možnostih uporabe pri pouku.
Nakazali smo nekaj zelo splošnih možnosti uporabe ukazov in aplikacij operacijskega sistema LINUX. Pri samih ukazih nismo navajali konkretne sintakse, niti se nismo lotili konkretnega problema, da ne bi zašli v preveč hekersko ali preveč fizikalno smer. Za poznavalce sistema je to bil le bežen sprehod skozi dobro znane aplikacije. Če ste vajeni plačevati licence za operacijski sistem, oziroma vam jih šola brez težav plača, potem boste samo skomignili z rameni ob prebiranju, če pa vam ni vseeno za porabljeni denar, se čimprej lotite uporabe LINUX-a, saj je vsa v prispevku omenjena programska oprema brezplačna in večinoma del standardnih distribucij. Pa še nekaj: pri uporabi vam ne bo treba neštetokrat resetirati vašega računalnika.
LITERATURA:
1. R.Lukač: LINUX na šolskih delovnih postajah; Zbornik MIRK'99
2. R.Lukač: Je Linux primeren kot strežnik za potrebe šol?; Zbornik MIRK'98
4. http://www.gamelan.com/javaprogramming/applets/
Avtor
Renato Lukač je diplomiral leta 1992 v Ljubljani iz fizike, tehnična smer. Na Dunaju je januarja 2000 doktoriral z disertacijo o računalniških simulacijah tekočih kristalov na molekularnem nivoju. Devet let je poučeval na Gimnaziji Murska Sobota predmeta fizika in informatika. Posebno skrb namenja uvajanju Unix-u v srednjo šolo. Je asistent Pedagoške fakultete Maribor. Začasno je na postdoktorskem delu na Univerzi Warwick v Veliki Britaniji.
Author
Renato Lukač finished his studies in physics in Ljubljana, 1992 and his Ph.D. in Vienna on computer simulation of liquid crystals at the molecular level, January 2000. He has been teaching physics and infomatics for nine years at Gimnazija Murska Sobota. His speciality is involving Unix in high schools. He is assistant at Faculty of Pedagogics, University of Maribor. He is temporarily on a post-doc position at the University of Warwick, UK.