PASCO Scientific: posun od „naměř a pochop“ k „přetvoř a uchop“

PASCO Capstone v2

Americký výrobce senzorů a vybavení pro školní experimenty PASCO Scientific vydává novou verzi svých analytických softwarů, PASCO Capstone a SPARKvue. Níže si stručně uvedeme, co novinky obsahují. Nejde jen o pár kosmetických změn. Nové verze naznačují významný posun v tom, jak můžeme chápat výuku STEAM pomocí školního měřicího systému!

Statistika aktuálního prodeje školních pomůcek PASCO Scientific poukazuje na zajímavou skutečnost, že v českých zemích je software Capstone stále poněkud ve stínu svého „slabšího“ brášky, software SPARKvue. Čeští uživatelé senzorů PASCO tak zjevně dávají přednost jednoduchosti a přehlednosti v ovládání před tím, co software s daty senzorů (a nejen s nimi) může umět. Přitom právě Capstone v sobě slučuje funkce, pro které byste si jinak museli nainstalovat více programů (např. videoanalýzu, analýzu zvuku z mikrofonu počítače či vykreslování matematických rovnic). Tyto funkce však obsahovaly již verze starší, proto se jimi nyní zabývat nebudeme. Zaměříme se na oblasti, které jsou v Capstone 2 skutečně nové.

zpět na začátek

1. Capstone 2.0 – Změny evoluční

Začněme tím nejtypičtějším – sběrem a vyhodnocováním dat ze senzorů. Vedle obligátního sběru dat (včetně nastavení tzv. vzdáleného sběru dat – tj. režimu, kdy senzory shromažďují data do své vnitřní paměti), jejich vizualizace a analýzy mnoha „tradičními“ způsoby (graf, tabulka, číslo, analogový měřák, osciloskop, FFT, histogram, sloupcové grafy) disponuje nyní Capstone navíc nově funkcí vytváření tzv. Trialových tabulek.

Obr. 1: Capstone 2.0 - Ukázka trialové tabulky (experiment s kyvadlem)

V principu jde o to, že ve speciálním tabulkovém modu můžete upravovat parametry různých vstupních proměnných a vytvářet k nim samostatné „podprůběhy“, jejichž výsledky (např. průměrná hodnota získaná ze všech naměřených průběhů) pak může vystupovat jako samostatný datový bod nějakého „celkového grafu“, který předchozí výsledky shrnuje. Přibližme si to na příkladu zkoumání závislosti doby kyvu kyvadla. Pro každý vstupní parametr (zde např. délku či hmotnost) nyní můžete naměřit sérii pokusných průběhů (trialů), jejich výsledky zprůměrovat a následně ve výsledném grafu vyznačit výslednou závislost doby kyvu na této vstupní, proměnné veličině. Program tak uživateli nově umožňuje daleko více „si pohrát“ s podmínkami pokusu, měnit je a sledovat, jak se změny odráží v jeho vyhodnocování.

Americký výrobce k tomu ve svých promo materiálech říká, že proces školního pokusu se tím daleko více přiblíží k procesu reálného vědeckého experimentu. Když se nad tím metodicky zamyslíme, vlastně to může být i docela pravda… Laboratorní práce jsou (zejm. na středních školách) u nás často předem „nastaveny“ tak, že aparatura a postup umožňuje pokus pouze „odměřit“ (tj. poskytnout učiteli pro kontrolu nějaká konkrétní, očekávaná data). Možnost vytváření „trialů“ ale nově umožňuje pokus „proměřit“ z více úhlů, tyto úhly posléze porovnat a nahlédnout tak zkoumaný fenomén daleko plastičtěji. (Nehledě na možnost vydat se ve změnách parametrů trialu „špatným“ směrem… např. změní se doba kyvu se změnou úhlu?) Osobně tento nový nástroj vnímám jako celkem dobrý příspěvek k tomu, kterak se od „hotových labin“ na středních školách odklonit více k „bádání“…, ale to je námět pro jinou diskuzi, která do tohoto článku již nenáleží.

Obr. 2: Capstone 2.0 - Ukázka nových funkcí – tvoření trialových tabulek a simulátor elektrického obvodu

Další novinkou je zajímavá „utilitka“ Obvod, která umožňuje simulace chování jednoduchých elektrických obvodů. V první verzi této utility je, pravda, obsaženo pouze několik základních elektrických součástek (rezistor, kondenzátor, LED, cívka, žárovka) a přístrojů (voltmetr a ampermetr), ale i ty postačují k tomu, abyste si z nich vyzkoušeli nanečisto sestavit elektrický obvod a simulovali průběh (i grafický) elektrického napětí a proudu v jeho různých místech.

zpět na začátek

2. Capstone 2.0 a SPARKvue 4.3 - Změna revoluční

Jako příslib dalšího vývoje systému PASCO a jeho posun od čistého “Science” přístupu k přístupu “Technology and Engineering” chápeme novou možnost spojení měřicího systému a kódování (programování).

V nových verzích obou PASCO programů, tj. v Capstone 2.0 i v SPARKvue 4.3 je zaintegrována možnost programovat pomocí vizuálního Blockly systému. Výrobce deklaruje, že všechny dosavadní senzory PASCO lze od nynějška využít coby vstupy do funkčního algoritmu, který si sami můžete vytvořit. Tento fakt je sám o sobě pozoruhodný! Algoritmy, reagující na teplotu či informace z různých typů spínačů či fotobran, umí dnes tvořit „kde kdo“. (A upřímně si přiznejme, že daleko levněji!) Když si ale uvědomíme, že tímto způsobem získáváme možnost zpracovávat jakákoli data senzorů systému PASCO (který nyní disponuje 70 měřitelnými veličinami!), a uvědomíme si, v jaké úrovni přesnosti a rozlišení se tato data pohybují, pak nám před očima vytane obrovský potenciál, jaký by mohl školní měřicí systém v oblasti „kódingu“ ve výuce mít.

Obr. 4: SPARKvue 4.3 - Nejjednodušší (a popravdě – nepříliš elegantní) prográmek v Blockly. Senzor CO2 v prostředí SPARKvue měří hodnotu oxidu uhličitého ve třídě. Pokud je hodnota nižší než 1000 ppm, pak je v normě a textový výstup to ve SPARKvue konstatuje. Pokud je v rozmezí 1000–1500 ppm, je zapotřebí vyvětrat. Pokud je hodnota koncentrace CO2 vyšší než 1500 ppm, program SPARKvue napíše výzvu: „Opusťte školu!“ Obr. 5: SPARKvue 4.3 - Graf s průběhem měření a výzvou k opuštění školy (viz kód z obrázku 4) Obr. 6: SPARKvue 4.3 - Ručičkový měřák a výzva k opuštění školy (viz kód z obrázku 4)

Oč bohatší je strana vstupu do algoritmu, o to prostší je strana jeho aktivního výstupu. PASCO (prozatím) nenabízí samostatné aktory, na které jsme zvyklí od jiných výrobců „robotických“, „programovacích“ či „algoritmických“ stavebnic (různé druhy motorků, bzučáků, svítítek). A zřejmě se ani touto cestou do budoucna vydávat nehodlá. Motorky, reproduktorky a světelné zdroje je samozřejmě možné PASCO algoritmem oživit, je však zapotřebí je připojit na nějaký programovatelný zdroj či generátor, který je sám algoritmem ovládán. V roli aktorů (pohonu) tak nyní mohou vystupovat zejména zdroje obou pokročilých rozhraní – 550 i 850. (Snad právě proto, aby bylo v nabídce PASCO něco, co je možno programem přímo „rozhýbat“, přišel nedávno kalifornský výrobce s dvěma hardwarovýma novinkami – s vrtulí Smart Fan, pohánějící vozíček Smart Cart, a se samostatným modulárním napájecím zdrojem, původně určeným pro modulární elektrické obvody.

Obr. 3: Capstone 2.0 - Algoritmus, který jako vstupní hodnoty bere údaje o poloze a rychlosti vozíčku SmartCart (ty si vozíček sám měří) a na jejich základě řídí intenzitu a směr foukání větráčku SmartFan, kterým je vozíček poháněn. Cílem algoritmu je zastavit a ustálit vozíček po jeho vychýlení. Ukázka základního principu automatizace – záporné zpětné vazby. Na grafu je vidět rychlost vozíčku a to, jak se blíží k nule (vozíček se zastaví).

Softwary Capstone 2.0SPARKvue 4.3 v nabídce společnosti PASCO Scientific jasně ukazují, jaké jsou moderní trendy vzdělávání STEAM. Tradiční výrobce pomůcek pro výuku „Science“ se jemně vychyluje ze směru, který po více než padesát let zastával. Už nestačí pouze zadání: „Naměř a vyhodnoť přírodovědný fenomén, ukaž a pochop, jaká příroda sama o sobě je, jak se projevuje.“ Abyste zaujali dnešní žáky, musíte jim dát do ruky nástroj tvůrce. Žákům již nestačí pouze přírodu sledovat a (v lepším případě) pochopit. Chtějí ji uchopit. Přetvořit. Stvořené pak ovládat. To je význam písmen TEA v akronymu STEAM!

zpět na začátek

3. Závěr

Skutečnost, že nad daty z PASCO senzorů lze vytvořit algoritmus, nenaznačuje pouze, že „programování“ se nemusí vždy odehrávat výhradně v hodinách informatiky, nebo možnost, kterak by mohla vypadat „jiná“ výuky technické výchovy. Technologie, inženýring i umění, schopnost navrhnout a odladit algoritmus – to vše je již možné realizovat s pomůckami, které byly až doteď tradičně chápány jako náležející výhradně do kabinetu „čisté“ fyziky, chemie nebo biologie.

Snad si této skutečnosti brzy povšimnou i čeští učitelé… Jen si představme, co vše by se dalo vytvořit! Jak např. zautomatizovat proces titrace, když jako vstup do programu bude figurovat hodnota pH, nebo jak bude možno vytvářet a ladit parametry ekosystému, když v jednom a témže programovém prostředí budeme moci sloučit informace ze senzorů O2 a CO2 s ovládáním osvětlení, topení apod…

Fantazii a kreativitě se meze nekladou. Kéž by i školy byly místem, kde toto konstatování bezezbytku platí. Rozhodně by jím být měly…

Pokud máte Capstone ve starší verzi, nezapomínejte si jej pravidelně aktualizovat. Pokud byste si jej chtěli vyzkoušet, stáhněte si 60denní trialovou verzi. Soubory ke stažení naleznete na webu www.pasco.com.

Autor: Miroslav Staněk, Středisko moderního vzdělávání & PROFIMEDIA, s. r. o.

Jak citovat tento článek:

STANĚK, Miroslav. PASCO Scientific: posun od „naměř a pochop“ k „přetvoř a uchop“. e-Mole: časopis o výuce nejen s digitálními technologiemi [online]. 2020 (1/2). Vydáno: 2. 1. 2020. vyd. Tomáš Feltl – TFSoft, 2020. [cit. datum citování]. ISSN 2336-5714. Dostupné z: https://www.e-mole.cz/clanek/pasco-scientific-posun-od-namer-pochop-k-pretvor-uchop

Všechny obrázky v článku: 
Obr. 1: Capstone 2.0 - Ukázka trialové tabulky (experiment s kyvadlem)
Obr. 2: Capstone 2.0 - Ukázka nových funkcí – tvoření trialových tabulek a simulátor elektrického obvodu
Obr. 3: Capstone 2.0 - Algoritmus, který jako vstupní hodnoty bere údaje o poloze a rychlosti vozíčku SmartCart (ty si vozíček sám měří) a na jejich základě řídí intenzitu a směr foukání větráčku SmartFan, kterým je vozíček poháněn. Cílem algoritmu je zastavit a ustálit vozíček po jeho vychýlení. Ukázka základního principu automatizace – záporné zpětné vazby. Na grafu je vidět rychlost vozíčku a to, jak se blíží k nule (vozíček se zastaví).
Obr. 4: SPARKvue 4.3 - Nejjednodušší (a popravdě – nepříliš elegantní) prográmek v Blockly. Senzor CO2 v prostředí SPARKvue měří hodnotu oxidu uhličitého ve třídě. Pokud je hodnota nižší než 1000 ppm, pak je v normě a textový výstup to ve SPARKvue konstatuje. Pokud je v rozmezí 1000–1500 ppm, je zapotřebí vyvětrat. Pokud je hodnota koncentrace CO2 vyšší než 1500 ppm, program SPARKvue napíše výzvu: „Opusťte školu!“
Obr. 5: SPARKvue 4.3 - Graf s průběhem měření a výzvou k opuštění školy (viz kód z obrázku 4)
Obr. 6: SPARKvue 4.3 - Ručičkový měřák a výzva k opuštění školy (viz kód z obrázku 4)

e-Mole zpravodaj

Objednejte si zasílání novinek e-mailem! Váš e-mail bude použit pouze k zasílání informací o novinkách na našem webu. Odebírání e-mailového zpravodaje můžete kdykoli zrušit (váš email bude z naší databáze trvale odstraněn).