LABKO - nariši in poizkusi

LABKO - draw and try

J. Štrucl, SERŠ Maribor, Smetanova 6, 2000 Maribor, Slovenija

Tel: (386) 62-227 220 Fax: (386) 62-224 098 E-mail: joze.strucl@guest.arnes.si

Povzetek - Opisali bomo svoje aktivnosti pri uvajanju računalnika v pouk predmetov, kjer učenci spoznavajo osnovne zakonitosti elektrotehnike. Z računalnikom lahko pripravimo zanimiva dodatna gradiva, ki učencem omogočajo poglobljeno spoznavanje učne snovi. Učenci lahko snov utrjujejo samostojno. Ves čas je mogoče izvajati poizkuse. Od gradiv, ki so na voljo učencem zahtevamo, da so enostavna za uporabo.

Prikazali bomo kako je mogoče uporabljati računalniška orodja, ki smo jih razvili. Naša orodja omogočajo pripravo HTML strani v katere dodajamo programčke napisane v programskem jeziku Java. Ti programčki predstavljajo okolje znotraj katerega lahko učenci eksperimentirajo z enosmernimi električnimi vezji. To je snov, ki jo spoznavajo pri predmetih kot je fizika in osnove elektrotehnike.

Abstract - In our work we're going to describe our activities at introducing a computer into the teaching of school subjects such as electrical engineering. Materials presented by the computer can be used as useful additional exercises; at the same time they enable the students to get a deeper insight into the matter. Students can work on the stuff independently and there's always a possibility of making experiments. At the same time it is important that the materials presented to the students are easy to use.

We're going to show the use of computer tools we have developed ourselves. These tools enable the preparation of HTML materials which are equipped with the applets written in Java. These applets enables the students to experiment with DC circuits which are discussed at the subjects such as physics and electrical engineering.

Ključne besede: simulacija, enosmerna električna vezja, poučevanje, elektrotehnika, programček, računalnik,
svetovni splet, poizkus

Keywords: simulation, DC circuits, teaching, electrical engineering, applet, computer, Internet, experiment

I. UVOD

Za podporo pouka osnov elektrotehnike smo razvili sodobno zasnovan program za simulacijo enosmernih električnih vezij na Internetu.

Glavna pobuda za naše delo so bile ideje, ki smo jih povzeli iz osnovnih smernic projekta CoLoS [1]. Nekatere zanimive rešitve iz tega projekta so opisane v [2] in [3].

Programski jezik Java nam omogoča vključitev simualcijskega programa v same spletne strani. Na ta način dobimo rešitev, ki jo je mogoče uporabljati od koder koli brez predhodnega zamudnega nalaganja programske opreme. Za uporabo v šolskem okolju je to velika prednost.

Druga prednost je neposredna vpetost simulacijskega orodja v HTML spletne vsebine. To omogoča mnoge zanimive načine uporabe. Snov, ki je opisana v tekstu, v simulacijskem okolju "oživi" in pritegne pozornost učenca.

II. UPORABA SIMULACIJSKIH ORODIJ PRI POUKU ELEKTROTEHNIKE

A. Trenutno stanje

Začnimo z enostavnim vprašanjem. Ali imamo na voljo orodja za računalniško simulacijo pri pouku elektrotehnike? Odgovor je nedvomno: "Da imamo jih. Vendar …". Potem navedemo razloge zakaj obstoječih orodij ne uporabljamo.

Kaj nas moti? Nekatera orodja so predraga, druga zahtevajo zmogljivejše računalnike, kot so naši, tretjih ne poznamo.

Seveda je kar nekaj orodij, ki so primerna za uporabo v šoli. Učenci in učitelji jih uporabljamo. Naše mnenje je, da bi jih lahko uporabljali še v večjem obsegu.

B. Aktivnosti v šolskem okolju

V šolskem okolju poteka precej različnih aktivnosti, ki učitelja podpirajo pri računalniški podpori pouka. Pohvala gre šolskemu ministrstvu, ki skrbi za posodabljanje strojne opreme. Zagotavlja tudi licenčno programsko opremo in organizacijo izobraževanj za učitelje.

Del takšnih aktivnosti s tudi projekti Ro, ki spodbujajo ustvarjalnost na šolah. V teh projektih nastajajo različna gradiva, ki jih učitelji lahko vključujejo v podporo pouka.

Eden izmed zanimivih mednarodnih projektov je tudi CoLoS [1]. V okviru tega projekta dela v Sloveniji več skupin. Vsako leto je organizirana poletna šola CoLoS za srednješolske učitelje in dijake. Na tak način se seznanjamo z novostmi, ki jih lahko koristno uporabimo.

Tečaj programskega jezika Java na eni izmed poletnih šol CoLoS je posredni krivec za idejo za nastanek našega simulacijskega programa.

C. Simulacijsko orodje za enosmerna vezja

Navdušenje nad Javo in idejo CoLoS-a za nazoren in enostaven prikaz procesov v naravi je vzpodbudilo idejo(željo) za razvoj orodja za simulacijo enosmernih vezij.

Glavna cilja sta bila zagotoviti simulacijo vezij znotraj HTML strani (spletnih vsebin) in podpora slovenskemu jeziku.

Zaželjeno je, da je simulacijsko orodje, čim bolj podobno dejanskim (realnim) pripomočkom, ki jih učenec uporablja pri eksperimentalnem (praktičnem) delu s pravimi elementi v šoli.

III. PROGRAM LABKO

A. Osnovne predpostavke

Učenci pogosto nimajo dosti izkušenj z uporabo računalnika. Zato mora biti takšno orodje enostavno za uporabo. Zahteva po nazornosti je neposredno povezana s smislom uporabe takšnega orodja. Učencu bi radi prikazali obnašanje v sistemu, ki ga šele spoznava.

Zahteve lahko strnemo v naslednje stavke. Risanje vezij mora biti enostavno. Prikaz vrednosti v vezju mora biti nazoren. Uporabniški vmesnik naj bo enostaven.

B. Gradniki

Osnovno idejo za grafično zasnovo programa smo povzeli po demonstracijskih ploščah, ki se uporabljajo v šolah. Imamo podlago v katero vtikamo pripravljene elemente. Vsi elementi so prilagojeni na enak raster.

V našem programu so vsi gradniki enako veliki kvadrati, ki jih polagamo na podlago, ki je razdeljena na vnaprej določena mesta za kvadrate. Podlaga in elementi na njej so vidni na sliki 1.

Elementi, ki jih lahko narišemo so naslednji: baterija, upor, povezava, vogal in vozlišče. Vsak element lahko s preslednico(SPACE) obrnemo v eno izmed štirih orientacij: levo, gor, desno, dol. Izkaže se, da lahko na tak način narišemo poljubno vezavo.

Bateriji in uporu lahko nastavimo naziv in vrednost. Elemente lahko tudi brišemo s praznim elementom - radirko.

Slika 1. Primer enosmernega vezja v našem okolju

 

Dodali smo še elementa V-meter in A-meter za prikaz vrednosti v vezju.

S temi elementi lahko narišemo poljubno vezje in ga takoj "zaženemo" in preverimo vrednosti tokov in napetosti. Dobili smo takojšen odziv za učenca. Naše orodje glede te lastnosti prav nič ne zaostaja za ostalimi profesionalnimi orodji. Hkrati pa je čas za osvojitev potrebnega znanja(veščin), da narišemo vezje in ga "vklopimo" zelo kratek.

C. Priprava nalog

Za pripravo nalog smo razvili posebno vrsto programa - aplikacijo, ki omogoča tudi spravljanje narisanih vezij. Ta verzija je namenjena učitelju za pripravo nalog, ki jih kasneje vključuje v svoje spletne strani. Aplikacija podpira vse funkcije, ki jih ima applet.

D. Uporaba applet-a

Pripravljene naloge - vezja lahko preko applet-a vstavljamo v HTML strani. Applet z WEB strežnika naloži vezje, ki mu ga določimo s parametrom.

Učenec lahko vezje v applet-u opazuje, ga spreminja in ga vklopi oziroma opazuje rezultate simulacije. Med simulacijo lahko spreminja vrednosti posameznih elementov in opazuje spremembe v vrednostih, ki jih izmerimo.

Učenec je pri svojem delu voden s tekstom, ki je sestavni del spletne strani na kateri se applet nahaja.

Na naslovu http://www2.arnes.si/~sspjstru/labko/ je primer gradiva, ki je podprto z našim orodjem.

Naše orodje trenutno z učenci poizkusno uporabljamo. Hkrati izvajamo aktivnosti za uporabo v širšem šolskem okolju.

E. Drugačne možnosti uporabe

Orodje, ki smo ga razvili ponuja raznolike možnosti za nadaljnji razvoj. Poglejmo si nekatere možnosti na področju uporabe.

Ena oblika uporabe je uporaba appleta za predstavitev vnaprej pripravljenih električnih vezij, ki jih ni mogoče spreminjati. Uporabimo jih za podajanje snovi, in jih opremimo s tekstom, ki jih opisuje.

Če onemogočimo možnost zagona simulacije, lahko od učenca zahtevamo, da vnese neznane vrednosti, ki jih je sam izračunal. Vnesene vrednosti lahko preverimo in ga takoj obvestimo, o uspešnosti rešitve (pravilnosti).

Z opisanim želimo nakazati množico mogočih razširitev obstoječega simulacijskega orodja. Zatrdimo lahko, da smo našli nov odgovor na vprašanje, ki smo si ga postavili na začetku: " Ali imamo na voljo orodja za računalniško simulacijo pri pouku elektrotehnike?" Seveda jih imamo, nekatera lahko vključujemo v svoje spletne (HTML) sestavke in podpirajo interaktivno delo učenca.

IV. ZAKLJUČEK

Z zagotovitvijo interaktivne uporabe v spletu, smo dosegli svoj osnovni cilj: imeti sodobno orodje, enostavno za uporabo. Upamo lahko, da bo orodje kot tako pritegnilo učenca, k aktivnemu in poglobljenemu spoznavanju učne snovi.

Trdimo lahko, da je risanje vezij v našem okolju zares enostavno. Prikaz vrednosti v vezju je enako nazoren, kot v drugih podobnih programih.

Poglavitni prednosti našega orodja sta možnost eksperimentiranja s poljubnim vezjem in trenuten odziv na vnesene spremembe.

Naše orodje ima tudi vse prednosti, ki jih nudi Internet.

ZAHVALA

Profesor Saša Divjak, FRI Ljubljana, je zelo aktiven pri širjenju jezika Java in idej CoLoS-a v šolsko okolje. Njegov zgled in podpora nam je zelo pomagala pri naših dejavnostih z okoljem Labko.

LITERATURA

[1] New Network-Based Media in Education, Proceedings of the International CoLoS Conference, [editor D. Zazula], Maribor, Slovenia, 1998.

[2] A. M. Close, Y. Rzhanov and H. M. Conner, "Bringing understanding to electrical signals through computer representation and display", Proceedings of the International CoLoS Conference, Maribor, Slovenia, p. 116, 1998.

[3] J.M. Zamarro, M. Celdran, E. Martin and F.Esquembre, "Electric charged particle in electric and magnetic fields", Proceedings of the International CoLoS Conference, Maribor, Slovenia, p. 195, 1998.

Kratka predstavitev avtorja

Jože Štrucl je bil rojen 11.03.1963 v Mariboru. Osnovno šolo je obiskoval v Mariboru, kjer je nadaljeval šolanje na srednji elektro-računalniški šoli. Na Tehniški fakulteti je končal študij elektrotehnike, smer računalništvo. Zaposlen je bil v industriji, Tehniški fakulteti Maribor in sedaj na SERŠ Maribor.

Zanimajo ga področja elektrotehnike, elektronike, mikroračunalnikov in razvoja ter načrtovanja programske opreme. Za področje razvoja programske opreme je dokončal specialistični študij na zavodu CEFRIEL, Politecnico di Milano pri profesorju Carlu Ghezziju.

Jože Štrucl was born on 11 March 1963 in Maribor. After finishing the primary school he attended the Secondary School for Electrical Engineering and Computing. He finished his studies of electrical engineering and computing at the Technical Faculty of the University of Maribor. For some time he was employed in industry and at the Technical Faculty. Now he's a teacher of technical subject at the Secondary School for Electrical Engineering and Computing in Maribor.

He's interested in the fields of engineering science like electrotechnics, electronics and software engineering. He has finished the specialization for software engineering at CEFRIEL, Politecnico di Milano under guidance of Professor Carlo Ghezzi.