Laboratoria WEB 2.03.0

Szkolne Internetowe Laboratorium Fizyki

Autor prezentacji: Jacek Bzdak

Nasze projekty

• ILF czyli Internetowe Laboratorium Fizyki jest to zakończony projekt, w którym udostępniliśmy 6 eksperymentów. Grupą docelową ILF są studenci.
  
• SILF czyli Szkolne Internetowe Laboratorium Fizyki jest projektem będącym we wczesnej fazie rozwoju, w którym, na razie, wdrażamy 5 eksperymenów (docelowo tych eksperymentów będzie 13). 
• SILF jest w fazie intensywnie rozwijanego prototypu.
  

Dlaczego zdalne laboratorium?

Zdalne laboratorium

• Nie zawsze szkoła ma warunki do stworzenia laboratorium
• Rzadko stać szkołę na zakup sprzętu koniecznego do przeprowadzenia bardziej skomplikowanych doświadczeń (np. Efektu Comptona)
• Szczególnie trudny może być problem posiadania źródeł promieniotwórczych.
  

Nie takie zdalne

• Prowadzimy eksperymenty z układami, które pozwalają użytkownikom samodzielnie składać układy elektryczne
• Użytkownik może dowolnie łączyć udostępnione mu elementy.
• Może popełnić takie same błędy, jak student łączy je przewodami.
  
• Kto wie co będzie możliwe za pięć lat...
  

Kompetencje informatyczne

• Uczniowie (różnymi drogami) zdobywają dobre kompetencje informatyczne
• Warto z tych kompetencji korzystać również na innych przedmiotach;
  

Podstawy

• Operator - osoba, która może wprowadzać zmiany do układu pomiarowego.
  
• Obserwator - osoba, która nie może wprowadzać zmian do układu pomiarowego, ale może go obserwować oraz ma dostęp do wyników
• W przypadku wykorzystania Laboratorium podczas lekcji, operatorem może być nauczyciel, a uczniowie mogą obserwować doświadczenie na swoich urządzeniach.

Przebieg eksperymentu

1. Użytkownicy zapoznają się z instrukcją doświadczenia.
   
2. Operator rezerwuje doświadczenie na określony czas.
   
3. W trakcie rezerwacji loguje się do eksperymentu.
4. Ustawia nastawy pomiarowe.
5. Zbiera wyniki.
   
6. Punkty 3-4 powtarza wielokrotnie.
7. Użytkownicy opracowują dane.
   

Przez cały czas:

1. Kamera pozwala na podgląd układu pomiarowego.
2. Może chatować z innymi uczestnikami doświadczenia.

Lista eksperymentów w ILF

• Zjawisko fotoelektryczne (w wersji dla uczniów będzie również w SILF)
• Rezonans elektryczny (układ RLC)
• Licznik Geigera-Müllera
• Promieniowanie Röntgena
• Zjawisko Francka-Hertza
• Zjawisko Comptona

SILF

Badanie oslabienia promieniowania Gamma

Układ pomiarowy

Promieniowanie Gamma

Wynik w SILF

Sila odsrodkowa

Dopasowanie

Cialo doskonale czarne

• Pozwala empirycznie zbadać rozkład Plancka
• Zjawisko, które stanowi podstawę mechaniki kwantowej, nie możliwe do wyjaśnienia na gruncie mechaniki klasycznej.
  
• Źródłem światła jest żarówka
• Jej temperaturą może sterować student

Schemat ideowy

Oczekiwane wyniki

Wyniki

Eksperymenty SILF

• Ciało doskonale czarne
• Osłabienie promieniowania gamma przy przechodzeniu przez materię
• Badanie charakterystyki licznika Geigera-Mullera
• Efekt fotoelektryczny (w przygotowaniu)
  
• Wahadło Maxwella (w przygotowaniu)
• Efekt Dopplera (w przygotowaniu)
• Badanie siły odśrodkowej 
• Charakterystyka diody
  
• Prawo Ohma
  
• Łączenie oporników równoległe i szeregowe
  
• Interferencja mikrofal – interferometr Michelsona – stosunkowo łatwo zrobic
• Elektrownia Jądrowa 
  
• Efekt Halla

Pólprodukty

• Realizujemy również program dodatkowego przedmiotu "Informatyka w Fizyce"
  
• Między innymi opracowaliśmy instrukcje przeprowadzania symulacji fizycznych za pomocą arkusza kalkulacyjnego Excel.
  
• Przykładowo uczniowie mogą wymodelować rzut ukośny, lub mapę nieba.
  

Technologie w SILF

Laboratoryjny "buzzword"

Jedyną rzeczą, której użytkownik potrzebuje jest nowoczesna przeglądarka internetowa.

• Główna zmiana między ILF a SILF to: przejście całkowicie na technologie webowe. 
• Korzystanie ze standardu HTML5
• Jest to ważne również dla nauczyciela: by korzystać z SILF nie musi on instalować żadnego oprogramowania (poza nowoczesną przeglądarką)

HTML5

• Jest to standard czyli:
  
• Wieloplatformowość -- nie wszyscy mają Windowsa!
• Znacznie wydłuży to czas życia SILF

HTML5

• HTML5 oznacza łatwą integrację z sieciami społecznościowymi (logowanie przez Facebooka i inne)
• Komputer to teraz nie tylko PC, ale też laptop, tablet, telefon komórkowy, telewizor, zegarek, okulary...
• Jedyną technologią, która działa wszędzie tam jest HTML5 oznacza, że obsługujemy je wszystkie
  

WEB 2.0

• Stosowanie WEB 2.0.
  
• Sieci społecznościowe
• Single page-application
  
• Adaptujący się interfejs

Architektura SILF

Wykorzystanie otwartych technologii

• Do przesyłania komunikatów między eksperymentem a jego uczestnikami wykorzystujemy protokół XMPP.
• XMPP jest protokołem za pomocą, którego działa np. czat Facebooka.
  
• Dzięki temu mogliśmy wykorzystać wiele gotowych narzędzi. 

Dlaczego warto?

Korzystając z (S)ILF nauczyciel:

• Pokazuje to, co jest najważniejsze w Fizyce:
• Eksperyment
• Metodę empiryczną
• Pokazuje ważne (historyczne) eksperymenty i zjawiska: ciało doskonale czarne, efekt fotoelektryczny itp.
  
• Daje dostęp do doświadczeń i sprzętu, którego w szkole nie ma i często nie będzie (źródła, dobry tor spektrometryczny).
  
• Może zainspirować ucznia:
  
• "Takie rzeczy będziesz robić jak pójdziesz na Polibudę"
  

Dlaczego warto

• (S)ILF pozwała łatwo przeprowadzić lekcję dotyczącą
  ważnych doświadczeń
• (S)ILF pozwala zaciekawić dobrych uczniów 
• ILF jest celowany dla studentów, ale nadaje się również dla uczniów na kołach zainteresowań.
  
• Planujemy udostępnić scenariusze lekcji związane z SILF.
  

Linki:

• bzdak@poczta.if.pw.edu.pl
• Ta prezentacja: http://slid.es/jbzdak/
  
• ILF (dojrzałe 6 eksperymentów): http://ilf.edu.pl/
  
• SILF (prototyp): http://ilf.fizyka.pw.edu.pl/