Návrh a realizace vzdálené online laboratoře pro výuku ve fyzice

Michal Křelina

Bakalářská práce

Anotace:

Tato bakalářská práce se zabývá tématikou vzdálených online laboratoří ve vzdělávání. Cílem této bakalářské práce je shrnout základní fakta o vzdálených online laboratořích a jejich aplikaci ve výuce, udělat krátký přehled o dostupných českých vzdálených online laboratoří a hlavním cílem pak je návrh a stavba vlastní vzdálené online laboratoře, kde jsem se zvlášť zaměřil na možné způsoby práce s danou vzdálenou laboratoří. Realizovaná vzdálená online laboratoř se zabývá měřením voltampérové charakteristiky LED diod a přibližného určení Planckovy konstanty. Hardwarově je tato vzdálená laboratoř postavena na experimentální USB desce K8055, která plní funkce voltmetru, ampérmetru a~regulovatelného zdroje napětí a je ovládána pomocí počítače. Softwarově je řešení založeno na Linuxové platformě a technologiích AJAX a PHP5. Významnou součástí je online Python interpretr Skulpt, používaný pro pokročilý způsob řešení úlohy. Tento experiment lze řešit dvěma způsoby. Prvním je ovládání přes klasické ovládací prvky, jako jsou tlačítka, radio boxy aj., jak je běžné v současných vzdálených online laboratořích. Druhý způsob řešení je mnohem komplexnější a zahrnuje vytvoření vlastního řízení celého experimentu na softwarové úrovni. Tento způsob řešení klade na uživatele větší nároky v~pochopení konkrétního zapojení, principů A/D převodníků, znalosti programování aj. Tento typ úlohy je vhodný především pro studenty vyšších ročníků SOŠ se zaměřením na elektrotechniku a ICT a vysokoškolských studentů technických škol, kteří mohou navrhovat a stavět vlastní zařízení nebo experimenty. V takovém případě studenti musejí nejprve pochopit význam a základní fyzikální či jinou podstatu, následně se do hloubky seznámit s konkrétním fungováním, jeho řízením a pak jsou sami schopni takové zařízení nebo experiment sami navrhnout a postavit. Prezentovaný druhý způsob řešení úlohy v kombinaci s prvním může sloužit jako pokročilá vzdělávací pomůcka, která studentům více přiblíží problematiku s minimálními náklady.

Abstract:

This Bachelor's degree project deals with online remote laboratories. The objectives of this work are to summarize basic facts about remote labs and their application in education; to make short overview of available Czech remote labs and the main goal is design and implement of own remote laboratory with a~particular focus on different ways of working with the remote lab. Designed remote lab deals with measurement of volt-ampere characteristics of LED diodes and determination of approximate Planck constant. Hardware solution is based on the experimental USB board K8055 which performs functions of voltmeter, ammeter and regulated voltage source. Software solution is based on the Linux platform, AJAX and PHP5 technology. An important part is online Python interpreter Skulpt used for advance way of task solution. The user can solve this experiment by two different ways. First is controlling the experiment by standard control features such as buttons, radio boxes etc. as is usual in contemporary remote online labs. Second way is more complex and includes creation of control system for the experiment at software level. It requires understanding of specific circuits, principles of A/D converter, programming knowledge etc. This type of task is suitable for technical and ICT high school and university students who could design and construct own devices or experiments in future. For this, firstly, they must understand the sense and the main principles; then became acquainted with concrete solution and with its controlling; and then they are able to design and construct own device or experiment. The presented ways of dealing of experiment can serve such as advanced education tool which make students closer the issues with minimal cost.

Klíčová slova

vzdálená online laboratoř, voltampérová charakteristika diod, řízení experimentu

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 30. 4. 2014

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 6. 2014

České vysoké učení technické v Praze

Masarykův ústav vyšších studií

Bakalářský studijní program / obor:
Specializace v pedagogice / Učitelství odborných předmětů