Zastosowanie multimediów w projekcie FiPS

Daniel Roth, Frank Schweickert, Martin Menzel, Hans J. Jodl

FiPS, Wydział Fizyki, Uniwersytet w Kaiserslautern, Niemcy

http://www-fips.physik.uni-kl.de

Projekt FiPS

FiPS (Früheinstieg ins Physikstudium - Wczesne Wprowadzenie do Fizyki) to projekt badawczy poświęcony kształceniu na odległość, prowadzony przez Wydział Fizyki Uniwersytetu w Kaiserslautern.  Jego celem jest wykazanie, że dzięki nowym środkom oferowanym przez techniki informacyjne studenci mogą zaliczyć eksternistycznie podstawowy kurs fizyki.  Początki projektu sięgają roku 1997, oficjalnie FiPS rozpoczął działalność rok później.  Projekt na stałe wejdzie do programu studiów w roku 2001.

Aby osiągnąć postawione cele, w projekcie FiPS wykorzystuje się przewodniki oparte na Internecie, wspomagane ćwiczeniami wzbogaconymi o elementy multimedialne, takie jak cyfrowe filmy wideo, physlet-y (specjalny rodzaj apletów Javy), czy też interaktywne eksperymenty ekranowe.

Każdego roku do 100 eksternistów przechodzi w ramach FiPS-u dwa pierwsze semestry kursu fizyki.  Na większości spośród tych studentów ciążą zobowiązania wobec wojska lub służby publicznej.  W tym czasie projekty kształcenia na odległość, takie jak FiPS, są dla nich w praktyce jedynym sposobem na studiowanie fizyki.

Multimedia w projekcie FiPS

W projekcie FiPS wykorzystuje się następujące rodzaje mediów: przewodniki oparte o sieć World Wide Web, tradycyjne podręczniki, hipertekstowe podręczniki w sieci WWW, animacje i symulacje realizowane przy pomocy apletów Javy i physlet-ów, interaktywne eksperymenty ekranowe oraz cyfrowe filmy wideo.
Przewodniki

W tradycyjnych projektach kształcenia na odległość zazwyczaj wyposaża się studentów w przewodniki, które mają im pomóc w poruszaniu się po literaturze.  W projekcie FiPS przewodniki te nie są drukowane, lecz zamieszczane w sieci World Wide Web.  Dzięki temu możliwe jest nie tylko prowadzenie studentów przez podręczniki, ale też wskazanie im odnośnych materiałów oraz ćwiczeń, mających na celu wzmocnienie efektów nauczania.

Takie przewodniki są publikowane raz w tygodniu, ich autorem jest wykładowca odpowiedzialny za dany kurs.  Jeśli student nie ma dostępu do Internetu (np. podczas ćwiczeń na poligonie), może otrzymać drukowaną kopię przewodnika.

Tradycyjne podręczniki

Projekt FiPS oparty jest na sprawdzonych, tradycyjnych podręcznikach ,,Experimentalphysik 1'' i ,,Experimentalphysik 2'' autorstwa prof. Demtröder'a, opublikowanych w wydawnictwie Springer.  Z tych samych podręczników korzystają także studenci stacjonarni.

Od dziesięcioleci do przedstawiania skomplikowanych zależności w książkach używano rysunków.  Rysunki wcale nie były najlepszym środkiem do tego celu, ale autorzy po prostu nie dysponowali niczym innym.  Obecnie mamy wiele nowych środków, za pomocą których można przedstawiać złożone relacje.  Rysunki można ożywić, współzależności potrafimy nie tylko animować, ale również symulować.  Techniki, dzięki którym łatwo można osiągnąć ten cel, to zaawansowane aplety Javy, cyfrowe filmy wideo i interaktywne eksperymenty ekranowe.

Wszystkie te nowe rodzaje mediów chcemy stosować w projekcie FiPS nie tylko do ilustrowania skomplikowanych wzajemnych związków, ale też po to, aby w miarę możliwości zrekompensować brak pokazów, które wykonuje się na regularnych, kursowych wykładach.  Do przedstawiania złożonych relacji znakomicie nadają się aplety Javy i physlet-y, natomiast cyfrowe filmy wideo, a zwłaszcza interaktywne eksperymenty ekranowe, bardzo dobrze zastępują rzeczywiste pokazy.

Aplety Javy i physlet-y

Aplety Javy to niewielkie programy napisane w języku Java, które łatwo można łączyć ze stronami HTML w sieci World Wide Web.  Java jest potężnym, obiektowym i sieciowo zorientowanym językiem programowania, który ułatwia realizację dowolnych projektów - od prostych animacji po w pełni interaktywne symulacje, korzystające z dostępu do baz danych.

Physlet-y to specjalny rodzaj apletów Javy, wymyślony przez prof. Wolfganga Christiana (Davidson College, USA).  Są to bardzo elestyczne aplety Javy, które za pośrednictwem JavaScript-u mogą być dołączone przez wykładowców do stron HTML.  Oznacza to, że możliwe jest stworzenie prostych animacji lub wyrafinowanych, interaktywnych symulacji bez znajomości Javy ani innych technik programistycznych.  W gruncie rzeczy, physlet dotyczący danego problemu można stworzyć w ciągu paru minut czy godzin.
 

Dawniej: Obecnie:
jeden, nowy aplet Javy dla każdego nowego problemu
  • drogie, kosztowne rozwiązanie
  • wolne tworzenie oprogramowania przez programistów
  • wiele różnych apletów dotyczących tego samego problemu
  • złe współdziałanie z innymi programami
  • brak standardowego interfejsu użytkownika
    		•  jeden physlet dla wielu problemów
    • za darmo do celów niekomercyjnych
    • szybkie tworzenie przez nie-programistów
    • wiele różnych skryptów do jednego physlet-u
    • współdziałanie pomiędzy physlet-ami
    • standardowy interfejs użytkownika

    Cyfrowe filmy wideo

    Nagrania wideo od dawna wykorzystywane są w nauczaniu fizyki do dokumentacji eksperymentów bądź w celach ilustracyjnych.  Cyfrowy zapis wideo na CD-ROMach i serwery wideo w Internecie dają zupełnie nowe możliwości, np. wyszukiwanie rozdziałów i doskonałej jakości zdjęcia z zatrzymanych klatek.  Rychłe przejście na technikę DVD przyniesie dalszy postęp: oglądanie eksperymentu z różnych punktów widzenia, liczne podpisy łącznie z objaśniającymi szkicami, dokumentacja eksperymentów, osobna ścieżka danych z uzupełniającymi wiadomościami i interaktywnymi physlet-ami.
     

    Dawniej: Obecnie:
    zapis wideo na taśmie VHS
    • niska rozdzielczość
    • słaba kontrola i powolny dostęp
    • zła jakość zdjęć z zatrzymanych klatek
    		 zapis wideo na CD- lub DVD-ROMie
    • wysoka rozdzielczość
    • pełna kontrola i szybki dostęp
    • wysoka rozdzielczość zdjęć z zatrzymanych klatek
    • ścieżki danych z dodatkowym, interaktywnym materiałem
    • różne punkty widzenia, wiele podpisów, wielojęzyczność

    Interaktywne eksperymenty ekranowe

    Interaktywne eksperymenty ekranowe to fotorealistyczne reprodukcje rzeczywistych doświadczeń, wymyślone przez dra Jürgena Kirsteina (IFPL, Politechnika Berlińska, Niemcy).  Aby przygotować interaktywny eksperyment ekranowy, łączy się serię klatek wideo z każdego etapu eksperymentu w taki sposób, aby student mógł odtworzyć jego przebieg przy pomocy komputerowej myszki.

    W tym przykładzie kolejne klatki, połączone w interaktywny eksperyment ekranowy, uazują filtr poaryzacyjny obrócony pod różnymi kątami.  Student, za pomocą myszki, może w obie strony ,,obracać'' filtr polaryzacyjny.

    Przy użyciu do tworzenia eksperymentów ekranowych oprogramowania Macromedia Director, można uzyskać reprodukcje bardziej złożonych eksperymentów.  Technika ta umożliwia też wprowadzanie obszarów wrażliwych na kliknięcie myszy i dodatkowych opisów:

    Wnioski

    Należy podkreślić, że stosowanie elementów multimedialnych nie powinno być traktowane jako cel sam w sobie, a jedynie w kontekście danego ćwiczenia.  Dlatego przed użyciem jakichkolwiek multimediów należy ustalić, jakie cele zamierzamy osiągnąć i na jakie pytania chcemy uzyskać odpowiedź.  Dzięki temu możliwe jest eksternistyczne zaliczenie podstawowego kursu fizyki.  Około 50 proc. studentów FiPS-u, rozsianych po całych Niemczech (i nie tylko), pomyślnie ukończyło kurs; między 5 a 10 proc. podjęło następnie dzienne studia w Kaiserslautern.

    Obecnie projekt FiPS działa, a nowy sposób studiowania fizyki został zaakceptowany przez samych studiujących.  Pomysł został już przeniesiony do innych wydziałów, swój własny projekt kształcenia na odległość, oparty na ideach rozwiniętych w ramach FIPS-u, będzie wprowadzał wydział elektryczny.  Część pracy wykonywanej w ramach projektu FiPS jest też poświęcona na zbadanie, na ile użycie multimediów może poprawić wydajność kursów laboratoryjnych.

    Kolejną istotną cechą FiPS-u, której nie rozważaliśmy w tym artykule, jest zastosowanie nowych technik komunikacyjnych, np. internetowych audio- i wideokonferencji, poczty elektronicznej czy grup dyskusyjnych. Techniki te są niezbędne do zapewnienia łączności między studentami oraz między studentem a wykładowcą.

    Tłumaczenie: Maciej Piętka

    Bibliografia, linki

    Physlet-y: Interaktywne eksperymenty ekranowe:
    Dodatkowo do artykułu dołączony jest zestaw przykładowych physlet-ów do nauczania podstaw elektrostatyki.