UVOD
U nasim skolama racunari se trenutno koriste uglavnom u nastavi
informatike. Naravno, nove tehnologije pruzaju daleko vise, ali nazalost
te mogucnosti nisu iskoriscene u nastavi. Jedna od oblasti primene racunara
je akvizicija (prikupljanje) podataka o procesu koji se analizira. Primena
racunara za akviziciju podataka i kontrolu procesa je nesto sasvim uobicajeno
u industriji i nauci. Do sada nije bilo moguce koristiti racunare na ovaj
nacin u nastavi iz vise razloga. Profesionalna oprema za akviziciju je
relativno skupa, potrebna je obuka nastavnog osoblja za koriscenje takve
opreme, ucenici nemaju potrebno predznanje i oprema nije prilagodjena upotrebi
u nastavi.
U ovom trenutku je situacija, bar sto se tice nastave fizike bitno drugacija.
Razvijen je namenski hardver (modul za akviziciju u formatu standardne
PC-XT kartice), sistemski i aplikativni softver i mehanicki deo opreme
na kome su montirani odgovarajuci senzori. Ove komponente grade novo nastavno
sredstvo kojim je moguce znatno kvalitetnije realizovati sve laboratorijske
vezbe i demonstracione oglede iz fizike u prvom razredu gimanzije. Motivacija
autora za izradu ovakvog nastavog sredstva bila je zelja za usavrsavanjem
nastave fizike u nasim skolama uvodjenjem racunara u nastavni proces i
to na takav nacin koji omogucuje prelazak sa tradicionalne na aktivnu nastavu.
Polazna ideja bila je spajanje mogucnosti savremene tehnologije sa naucnim
saznanjima o uslovima uspesnog ucenja, a sve to u cilju unapredjenja nastave
fizike.
Realizacijom prve faze projekta "Primena racunara
u nastavi fizike" Matematicke gimnazije iz Beograda konstruisano je novo
nastavno sredstvo kojim se osavremenjuje i bitno poboljsava izvodjenje
laboratorijskih vezbi iz fizike u srednjim skolama. Novim nastavnim sredstvom
je omoguceno koriscenje racunara tokom samog procesa merenja odgovarajucih
fizickih velicina i tokom procesa obrade i prikaza rezultata merenja.
Oprema koja omogucuje upotrebu racunara na ovakav nacin sastoji se iz tri
medjusobno povezane komponente:
1.
programske (sistemski i aplikativni softver);
2.
hardverske (modul za akviziciju podataka u formatu standardne XT kartice);
3.
mehanickog dela opreme.
EKSPERIMENT KONTROLISAN
RACUNAROM
Upotreba racunara u eksperimentima je nesto sasvim uobicajeno
u bilo kojoj prirodnoj nauci. Principijelna sema takvog eksperimenta je
data na slici:
Uloga
senzora je da vrednosti nekih neelektricnih fizickih velicina (svetlosni
fluks, temperatura, pritisak ...) pretvore u elektricne (napon, jacina
struje ...). Takvi signali se dalje vode do interfejsa koji omogucuje njihovo
pretvaranje u digitalne signale razumljive racunaru. Interfejs se sastoji
iz A/D i D/A konvertora koji pretvaraju analogne signale iz spoljasnje
sredine u digitalne (A/D konvertor), odnosno D/A konvertor pretvara digitalne
signale iz racunara u analogne. Uloga racunara je da memorise i obradi
dobijene signale iz spoljasnjosti a zatim ih prikaze u pogodnom obliku.
Na ovaj nacin je moguce tokom casa izvesti sasvim nove eksperimente koji
se odvijaju jako brzo ili jako sporo. Standardne eksperimente je moguce
izvesti na nov, zanimljiviji nacin. Rezultati merenja su precizniji
i eksperiment je moguce ponoviti mnogo vise puta u toku jednog casa. Posto
nije bilo opreme koja bi u potpunosti zadovoljavala zahteve nastave razvijen
je sistem koji je takve specificne zahteve u potpunosti zadovoljio.
PRINCIP RADA
Binarna azbuka racunara sastoji se samo od dva slova, nule i jedinice.
Logickoj jedinici odgovara napon od 5V, a logickoj nuli napon od 0V. U
toku eksperimenta gde se vreme meri pomocu racunara potrebno je na ulaz
u racunar dovesti signale koji odgovaraju logickoj nuli ili logickoj jedinici.
Takvi signali bi oznacavali pocetak ili kraj merenja vremenskog intervala.
Meri se vreme potrebno da telo predje rastojanje izmedju dva senzora. Naravno,
signale dobijene sa senzora je potrebno prvo pojacati, a zatim ih prevesti
u digitalni oblik (5V ili 0V). Prolazak tela pored izmedju diode i fototranzistora
prekida snop infracrvenog zracenja. Takvu promenu registruje fototranzistor,
napon na njegovom kolektoru se menja a ta promena napona se posebnim elektronskim
sklopom pretvara u signal napona 5V. Takav naponski impuls daje signal
racunaru da pocne sa merenjem vremena. Startuje se tajmer iz sistemskog
dela softvera. Signal za zaustavljanje tajmera dobija se kad telo prodje
pored narednog para emisione diode i fototranzistora. Signal koji je zaustavio
merenje prvog intervala je istovremeno signal za pocetak merenja drugog
vremenskog intervala. Izmerena vrednost se smesta u memoriju racunara i
proces traje na slican nacin sve do prolaska tela pored zadnjeg opto para.
Na osnovu izmerenih vrednosti koje se iz memorije prosledjuju do aplikativnog
dela softvera popunjavaju se odgovarajuce tabele i crtaju potrebni grafici.
Na
grafiku je prikazana promena napona na ulazu u racunar tokom kretanja tela
po strmoj ravni na kojoj je montirano 8 foto senzora na rastojanju od 15cm.
Prvi impuls je dobijen pri prolasku tela pored prvog senzora. Impuls je
oznacio pocetak merenja prvog vremenskog intervala t1. Drugi impuls je
dobijen prolaskom tela pored drugog senzora. Oznacava kraj merenja intervala
t1i pocetak merenja intervala t2.
