Úvod a přílohy

Koncepce počítačem podporovaných laboratorních prací

Laboratorní práce podle této příručky se měří na Gymnáziu Pardubice v pracovně fyziky. Učebna je vybavena jedenácti studentskými a jedním učitelským počítačem. Byla vybavena v roce 1999 a počítače v té době patřily k dobrému standardu: CELERON 360 MHz, RAM 80 MB, HDD 3 GB, síťová karta, vzájemné propojení. Proti nežádoucím zásahům studentů jsou chráněny systémem SODAT. V každém počítači je karta ISES standard, měřicím programem je ISES-WIN. Pro každé pracoviště jsou k dispozici měřicí moduly, které se zasouvají do základního panelu. Parametry počítačů jsou pro fyzikální měření plně postačující i dnes.

Každé laboratorní práci je vyhrazena samostatná část v prosklené uzamykatelné skříni. Pro každou pracovní skupinu jsou zde pomůcky a písemný návod odpovídající této příručce. Studenti pochopitelně nemají k dispozici výsledky úloh. Vypracovaný protokol (ručně nebo počítačově zpracovaný) odevzdává každý student zpravidla do týdne od data měření úlohy. V učebně je k dispozici i tiskárna a na počítačích je nainstalován Word a Excel.

Měření laboratorních prací pomocí počítačem podporovaných prostředků jako jsou měřící systémy, vyhodnocovací programy, ale i standardní „office“ programy přinášejí do laboratorních úloh efektivitu, objektivitu, přesnost, pečlivost aj. Student na počítači nejenom měří a zpracovává experiment, ale často i vypracovává protokol.

Se systémem ISES se studenti seznamují při demonstračních pokusech, frontálních a laboratorních pracích. Například ve 3. ročníku čtyřletého studia měří na počítačích všechny třídy úlohy z elektřiny a magnetismu (jsou popsány v předchozí příručce: LABORATORNÍ PRÁCE K UČEBNICI ELEKTŘINA A MAGNETISMUS MĚŘENÉ SOUPRAVOU ISES, obsahující 13 úloh).

Úlohy této příručky jsou určeny pro další ročníky, tentokrát i víceletého gymnázia. Všechny úlohy lze naměřit během jedné vyučovací hodiny. Na úvod je vhodné provést ukázku měření na jednom počítači a pak již studenti postupují podle napsaných návodů. Učitel je jen rádcem a koordinátorem.

 

Tvorba pomůcek

Souprava ISES obsahuje ovládací panel, do kterého se zasouvá řada modulů k měření fyzikálních veličin. Pomůcky k měření laboratorních prací je však třeba získat z jiných sad pomůcek nebo je vyrobit. Dále je uveden přehled pomůcek k jednotlivým úlohám, jenž umožní jejich opatření nebo výrobu.

1. Kulička na nakloněné rovině

Je třeba získat dostatečně velké homogenní kuličky. Osvědčily se ocelové kuličky o průměru 28 mm ze starých vyřazených ložisek. Nakloněná rovina má délku přibližně 60 cm a jedná se o železný profil tvaru , který výborně vede kuličku. V dolní části je prostrčena tyčka, na kterou se připevní optická závora. Další části jsou dřevěné se zatlučenými hřebíky umožňující nastavení sklonu.

Paprsek IR záření musí být nastaven co nejblíže ke středu kuličky valící se přes optickou závoru. Učitel by si měl předem určit, v jaké poloze je kulička, když se paprsek právě přeruší, a v jaké poloze je, když se opět obnoví. Vzdálenost mezi těmito polohami označíme studentům jako průměr kuličky. V našem případě tato hodnota vychází 26 mm, zatímco průměr kuličky měřený posuvným měřítkem je 28 mm. Tento jev je zapříčiněn především nenulovou šířkou paprsku i detektoru. Je vhodné, aby kulička po průchodu optickou závorou vypadávala na měkkou podložku, na níž se zastaví.

2. Volný pád

Těleso tvaru hřebene s 10 zuby je vyrobeno z tuhé plastické hmoty černé barvy. Šířka zubu i mezera mezi zuby je 1,0 cm. Při výrobě je třeba se snažit o maximální přesnost. Optická závora je upevněna v běžném stojanu. Na místo, kam padá hřeben, dáme měkkou podložku. Jako zátěž je použit hokejový puk se zavrtaným železným očkem, na němž je ještě očko z provázku. Tímto očkem se zátěž navléká na spodní zub hřebenu. Snažíme se vypouštět hřeben tak, aby při pádu zůstávaly zuby vodorovně.

3. Vrtule

Vrtule i motorek byly zakoupeny v modelářských potřebách. Motorek je určen pro stejnosměrné napětí 12 V. Vrtule by měla být velká se širokými listy a je nalepena na ose motorku. Při testování za chodu se může ukázat, že se motorek příliš zahřívá. Vrtuli je třeba zkrátit, čímž se zvýší otáčky a motorek tolik nehřeje. Protože se vrtule může otáčet na obě strany, zvolíme takový směr, aby hnala vzduch na motorek a tím jej ochlazovala. Motorek je usazen v kroužku (plastová trubka na vodu), k němuž se připojuje rukojeť pomocí elektrikářské svorkovnice. Tím je umožněna rychlá výměna rukojeti za závěsný drát pro měření tažné síly. Uprostřed závěsného drátu je provrtaná elektrikářská svorkovnice, kterou se prostrčí drát jako osa O. Proti vibracím se osvědčila korková zátka navlečná na osu, která omezuje pohyb po ose.

Popis systému ISES

Souprava ISES pro měření a řízení experimentů ve fyzice, chemii a biologii je nabízena ve třech variantách. Nejrozšířenější je tzv. ISES - Základní souprava. V poslední době si náročnější zákazníci častěji volí soupravu ISES - Professional v provedení ISA a ISES Professional v provedení PCI. Možná pro podmínky základní školy by vyhovovala i souprava ISES – COM, která má pouze vstupní kanály. (pozn.: souprava ISES - COM se od roku 2001 nevyrábí).

Soupravu ISES je možno nainstalovat na počítač typu 286 až Pentium, stačí mu i pouze disketová jednotka (platí pouze pro verzi DOS programu). V poslední době si již musíme dát pozor, aby počítač měl alespoň jeden volný slot ISA (novinkou roku 2001 je též ADDA karta pro sběrnici PCI). Samozřejmě na lepších počítačích je provozování soupravy ISES daleko příjemnější. Souprava ISES vám okamžitě vytvoří z Vašeho počítače osciloskop, multimetr, XY zapisovač, multifunkční generátor - (výstupní napětí - sinus, obdélník, pila, rozmítač aj.).

Souprava se skládá z elektronické desky (ADDA převodník), která se nainstaluje do Vašeho počítače, z ovládacího panelu, kde se provádí propojení s experimentem a ze sady modulů, což jsou vlastně samostatné přístroje jako např. voltmetr, ampérmetr, siloměr, teploměr, snímač polohy, tlakoměr, mikrofon, měřič kapacit, manometr, relé, reproduktor, ohmetr, měřič kapacit, sonar, pH metr, konduktometr, snímač EKG, snímač srdečního tepu, atd.

Základní programové vybavení je ISES-DOS verze 3.50. (pozn.: lze ho samozřejmě spouštět z plochy Windows jako DOS aplikaci). Program ISES–WIN je určen pro platformu WINDOWS 3.1 až WIN 98. Novinkou rolu 2005 bude ISES-WIN pro nové WIN 2000, ME, NT, XP.

Soupravu doplňuje manuál s popisem 50 experimentů, které si můžete sami podle podrobných návodů ověřit. Další sbírka experimentů je z chemie (50 experimentů). Třetí sbírka je dalších 50 experimentů z fyziky. Novinkou roku 2002 byla sbírka laboratorních úloh (I) z elektřiny a magnetismu, poslední v řadě je tato sbírka laboratorních úloh (II) z fyziky.

Soupravy ISES jsou nejrozšířenější v naší republice. Pracují na 450 školách. Instalace jsou většinou na středních školách a vysokých školách. V poslední době se zvyšuje počet instalací na základních školách. Většina instalací je po jedné „demonstrační“ soupravě ve třídě. Avšak stále více se objevují i vícenásobné instalace ve třídě pro „frontální práci“- např. v Praze (gymnázium Nad Štolou a gymnázium Jana Nerudy), Brně, Pardubicích (gymnázium Dašická a SPŠE), Poděbradech, Vyškově, Liberci, Brandýse nad Labem, Kyjově aj. V Praze na gymnáziu Nad Štolou a na gymnáziu v Pardubicích je laboratoř, kde je 12 souprav ISES v jedné třídě, v Brně na gymnáziu M. Lercha je 10 souprav v Kyjově 7 souprav ISES Professional. Pro uživatele souprav je pořádán každoročně seminář, kde se učitelé proškolují a kde si vzájemně sdělují své zkušenosti.

Ovládání soupravy vlastně nevyžaduje téměř žádné počítačové dovednosti. Uživatel jenom spustí program ISES a potom se již pohybuje v experimentálním prostředí velmi podobném klasickému experimentování. Počítač zde slouží jako zobrazovač, paměťové médium, jako nástroj s dalšími zpracovatelskými funkcemi (aproximace, derivace, integrace , aj.).

Program ISES-WIN kromě standardního měření a zpracování podporuje komunikaci s internetem. Experimenty i laboratorní úlohy lze pohodlně stahovat do svého počítače z internetu (viz http://www.ises.info). Pro podporu systému ISES jsme spustili WWW stránky http://www.ises.info. Naleznete zde i mnoho experimentů nejenom textově popsaných, ale i včetně naměřených experimentálních hodnot. Pokud máte hardware ISES, můžete svůj experiment porovnat se stáhnutým.

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014