CC BY
29
ИННОВАЦИИ № 5 (103), 2007
Физический эксперимент
через Интернет?
В. В. Ахмедьянов,
инженер-программист-электронщик, научно-техническая лаборатория филиала Санкт-Петербургского государственного инженерно-экономического университета в г. Пскове
В статье рассмотрена инновация, относящаяся к приоритетному национальному проекту «Образование» и касающаяся использования информационных технологий в процессе обучения. В частности, описана аппаратно-программная среда (АПС) «\ntelcon», обеспечивающая доступ через Интернет к физическим и технологическим установкам в реальном масштабе времени.
The article studies the innovations in the national educational project. One of which is application of info-technologies in the educational process. The article deals with the «Intelcon» — programme, providing the on-line excess to the physical and technological installations.
В нашей стране идет модернизация системы образования всех уровней. Одна из главных целей модернизации заключается в расширении возможностей социализации школьников, учащихся профессиональных лицеев, студентов средних и высших учебных заведений, в обеспечении преемственности между общим и профессиональным образованием, в более эффективной подготовке выпускников школы к освоению программ высшего профессионального образования.
Первым важным конкретным шагом на пути модернизации явилась президентская программа компьютеризации школ, в соответствии с которой в школах России были установлены современные персональные компьютеры (ПК). К настоящему времени практически каждая средняя общеобразовательная школа и профессиональный лицей имеют как минимум один компьютерный класс, включающий в среднем 10 ПК.
Следующий важный шаг по модернизации образования делается в настоящее время в рамках
приоритетного национального проекта «Образование».
Этот шаг заключается в подключении школ к Интернет по скоростным каналам, что существенно расширит возможность использования информационных технологий в учебном процессе. В частности, появляется возможность обеспечения доступа через Интернет к современным учебным физическим и технологическим установкам при минимальных финансовых затратах со стороны государства. Покажем это на примере физического и технологического образования.
Как известно, главная задача использования информационных технологий в учебном физическом эксперименте состоит в том, чтобы оперативно передать в вычислительную среду информацию, снимаемую с датчиков измерений, и в реальном масштабе времени обеспечить последующую обработку этой информации. Решение данной задачи современными средствами информационных технологий предполагает:
12
Образование — национальный приоритет
ИННОВАЦИОННАЯ РОССИЯ
> автоматический перевод значений физических величин, снимаемых с датчиков измерений, из аналоговой формы в цифровую,
> автоматическую передачу цифровой информации в вычислительную среду,
> автоматическое накопление и обработку принятой информации с целью последующей ее выдачи пользователю либо с целью формирования информации управления.
Рассмотрим организацию и функционирование аппаратно-программной среды (АПС) «Intelcon», осуществляющей решение вышеизложенной задачи в Интернет-варианте. АПС «Intelcon» строится по следующей структурной схеме (рис. 1).
АПС обеспечивает:
1. Автоматическое снятие данных с работающей физической или технологической установки; передачу этих данных по «короткому» (маломощному) радиоканалу в персональный компьютер (ПК) с последующим выходом в Интернет для передачи снятых данных от передающей к приемной стороне в реальном масштабе времени.
2. Отображение принятой информации на мониторах (экранах) принимающей стороны либо в варианте виртуального осциллографа (т. е. в графической форме), либо в форме массива данных, которые могут конвертироваться в популярную электронную таблицу MS Еxcel и обрабатываться ее инструментарием. Отметим, что и в первом и во втором случае осуществляется сохранение и просмотр информации средствами графического интерфейса пользователя ОС Windows.
3. Возможность передачи управляющей информации от персонального компьютера по «короткому» (маломощному) радиоканалу на объект управления, которым может быть физическая или технологическая установка (в том числе и движущаяся). Это свойство АПС позволяет использовать ее в управляемом физическом эксперименте.
В декабре 2006 года в профессиональном лицее №15 г. Пскова и в средней общеобразовательной школе поселка городского типа Пыталово (Псковская область) прошли открытые уроки по физике. Неординарность их состояла в том, что учащиеся в реальном времени через Интернет снимали информацию с работающих физических установок, находящихся в научно-технической лаборатории филиала Санкт-Петербургского государственного инженерно-экономического университета. В открытых уроках задействовались две установки. Одна установка обеспечивала прецизионное измерение времени падения стального шарика. Другая установка, представляющая собой математический маятник с бифиляр-ным подвесом, обеспечивала измерение полуперио-дов колебаний. Первая установка позволяет определить ускорение свободного падения g по следующей формуле:
g=2h/t2,
где h — высота падения шарика, м; t — время падения, с.
Вторая установка позволяет определить ускорение свободного падения g по такой формуле: g=п2l/t2,
Рис. 1. Структурная схема АПС «Intelcon»
где l — длина маятника, м; t — полупериод колебания маятника, с.
Процесс снятия информации с установок и передачи ее в Интернет обеспечивался аппаратно-программной средой «Intelcon». В результате работы «Intelcon» от действующей физической установки на ПК учеников поступали снимаемые данные. Кроме того, для обеспечения эффекта реального общения между передающей и принимающей сторонами параллельно с программой «Intelcon» работала программа Skype. Через эту программу передавалось видеоизображение работающей физической установки и велось все речевое общение. Видеоинформация отображалась на ПК учителя и выводилась на большой экран. Таким образом, ученики видели на большом экране работающую физическую установку, а на своих мониторах — снимаемые с установки данные, поступающие в реальном времени. В частности, при снятии данных с первой установки на мониторах учеников средней общеобразовательной школы поселка городского типа Пыталово (Псковская область) в окне программы «Intelcon» по мере проведения эксперимента последовательно шло заполнение данными табл. 1.
После конвертирования данных из программы «Intelcon» в MS Excel и обработки в ней принятых данных была получены следующие результаты (табл. 2):
В техническом плане аппаратно-программная среда «Intelcon» дает возможность решения учебных задач по управлению через Интернет сложными техническими объектами: некоторыми станками, движущимися объектами, физическими установками. Так,
Таблица 1
№ Время, мс Высота, м
1 554,420 1,5
2 554,248 1,5
3 554,174 1,5
4 554,234 1,5
5 554,093 1,5
6 639,531 2,0
7 639,510 2,0
8 639,653 2,0
9 639,719 2,0
10 639,316 2,0
Образование — национальный приоритет
ІЗ
ИННОВАЦИИ № 5 (103), 2007
ИННОВАЦИИ № 5 (103), 2007
ИННОВАЦИОННАЯ РОССИЯ
Таблица 2
в ближайшее время разработчики планируют создание графического интерфейса для задания программы работы прецизионного координатно-сверлильного станка, управляемого от ПК. Программу его работы можно будет передавать через Интернет и, следовательно, управлять посредством Интернет работой станка. Очевидно, что постановка и решение в процессе обучения задач подобной направленности имеет большое практическое значение для подготовки специалистов современного уровня: рабочих, инженеров, исследователей.
Проведенные уроки привлекли большое внимание педагогов Псковской области. По единодушному мнению тех, кто присутствовал на открытых уро-
ках, представленная аппаратно-программная среда «<Шєішп» позволяет перейти на новую более высокую ступень информатизации образования и автоматизацию физического и технологического эксперимента. Почему? Потому, что занятия, проводимые с реальными установками через Интернет, можно сделать информационно насыщенными. На таких занятиях со сложными наукоемкими установками, удается интегрировать знания фундаментальных естественных наук (математики, нескольких разделов физики, технологии, информатики), придав им современную практическую направленность.
Проведенные уроки дают основание сделать и такой вывод: если иметь на область хотя бы один меж-школьный центр, оснащенный самыми современными физическими и технологическими установками, то через Интернет можно обеспечить доступ к его ресурсам всем школам области. Во многих случаях станет необязательным в каждой школе содержать дорогостоящую лабораторную базу (по крайней мере, в части физического и технологического эксперимента) и высококвалифицированный обслуживающий технический персонал. В то же время в таком центре можно поддерживать материально-техническую базу «в ногу со временем» и знакомить с ней не только учителей, но и учащихся. Такой центр может служить хорошей экспериментальной площадкой, ориентиром в системе естественно-научного образования, являющегося важнейшей предпосылкой экономического развития государства.
ТАЛОН ПОДПИСКИ ЖУРНАЛА
«ИННОВАЦИИ»
Подписка в редакции — это получение журнала сразу после тиража. Подписка на 2007 год (12 номеров) 6000 руб. 00 коп. (Шесть тысяч рублей), в том числе НДС — 545руб. 45 коп.
Название организации _ Фамилия, имя, отчество .
Должность_________________________
Почтовый адрес (адрес доставки).
Просим высылать нам журнал «Инновации» в количестве
Нами уплачена сумма __________________________________
Платежное поручение №____________ от _________________
. экземпляров.
200
Банковские реквизиты редакции :
ОАО «ТРАНСФЕР», ИНН 7813002328, КПП 781301001 р/с 40702810727000001308 в Приморском филиале ОАО «Банк Санкт-Петербург», г. Санкт-Петербург»,
к/с 30101810900000000790, БИК 044030790
Дата заполнения талона подписки.
Подпись.
Подписка на год, а также полугодие оформляется с любого месяца.
Заполненный талон подписки мы принимаем по факсу: (812) 234-09-18 Контактное лицо: А. Б. Каминская..
По каталогу «Агентство “РОСПЕЧАТЬ”» ГАЗЕТЫ. ЖУРНАЛЫ-2007 (Москва) подписка принимается на общих основаниях.
Подписной индекс: 38498.
«ИННОВАЦИИ»
ТАЛОН ПОДПИСКИ ЖУРНАЛА
14
Образование — национальный приоритет
