Tietokoneavusteinen mittaus luonnontieteiden ... - Skolresurs.fi
Tietokoneavusteinen mittaus luonnontieteiden ... - Skolresurs.fi
Tietokoneavusteinen mittaus luonnontieteiden ... - Skolresurs.fi
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Tietokoneavusteinen</strong> <strong>mittaus</strong><br />
<strong>luonnontieteiden</strong> opetuksessa<br />
Historiaa, tutkimusta, didaktiikkaa<br />
Sommarkurs 2012<br />
Ari Hämäläinen<br />
Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos<br />
Ari.Hamalainen@helsinki.<strong>fi</strong><br />
1
<strong>Tietokoneavusteinen</strong> <strong>mittaus</strong><br />
➢<br />
➢<br />
Hyödynnetty niin kauan kun on ollut<br />
tutkimuslaboratorioon mahtuvia tietokoneita<br />
Mikrotietokoneiden vallankumous mahdollisti<br />
laajamittaisen käyttöönoton myös opetuksessa<br />
➢<br />
Tutkimuskäyttö:<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Erikoiskäyttöinen laitteisto<br />
Pysyvä <strong>mittaus</strong>asetelma<br />
Ankarat tarkkuusvaatimukset<br />
Asiantuntijakäyttäjät<br />
2
<strong>Tietokoneavusteinen</strong> <strong>mittaus</strong><br />
➢<br />
Opetuskäyttö<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Monikäyttöinen laitteisto ja ohjelmisto<br />
Nopeasti ja usein vaihdettava <strong>mittaus</strong>asetelma<br />
Oltava helppokäyttöinen<br />
Kestävyys ei-asiantuntijoiden käsissä<br />
Kevyemmät tarkkuusvaatimukset<br />
Kohtuullinen hinta<br />
3
Edut kaikessa <strong>mittaus</strong>käytössä:<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Tietokone on monipuolinen <strong>mittaus</strong>väline. Se<br />
korvaa useita instrumentteja.<br />
Voi mitata useaa suuretta yhtä aikaa.<br />
Tulostenkäsittely voidaan tehdä samalla<br />
laitteella kuin <strong>mittaus</strong>.<br />
Mittaustulokset voidaan tallettaa ja jatkaa<br />
käsittelyä myöhemmin.<br />
Mahdollistaa monipuolisen ja nopean tulosten<br />
käsittelyn ja esittämisen.<br />
4
Lisäedut opetuskäytössä:<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Rutiinitehtävät vähenevät<br />
➢<br />
➢<br />
Enemmän aikaa aktiiviseen oppimiseen<br />
Mahdollisuus tehdä vaativampia kvantitatiivisia<br />
kokeita<br />
Graa<strong>fi</strong>sen esityksen avulla kokeellinen lakien<br />
löytäminen ja testaaminen helpottuu oleellisesti<br />
Nykyaikaiseen <strong>mittaus</strong>tekniikkaan tutustuminen<br />
Tulokset voidaan esittää suurelle joukolle<br />
videotykillä<br />
5
Haittoja opetuskäytössä<br />
➢<br />
➢<br />
Valmistelutyö kasvaa<br />
➢<br />
➢<br />
Enemmän välineitä, enemmän testattavaa ja<br />
harjoiteltavaa<br />
Kvantitatiiviset kokeet ovat vaativampia kuin pelkkä<br />
ilmiöiden havainnointi<br />
Asialla vaara hukkua tekniikan alle<br />
➢<br />
➢<br />
Mittausjärjestelmän pitää olla työkalu, ei<br />
itsetarkoitus<br />
Mittausjärjestelmän pitäisi olla ”läpinäkyvä”: tärkeitä<br />
ovat ilmiöt ja tulokset, ei mittaaminen ja prosessointi<br />
6
Historia: 1977-1984<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Apple II, Commodore 64, BBC..., (IBM PC)<br />
➢<br />
➢<br />
Yksinkertainen, avoin arkkitehtuuri<br />
”Helppo” ohjelmoida<br />
Harrastaja-opettajat rakensivat ja ohjelmoivat<br />
itse <strong>mittaus</strong>sovelluksia<br />
Ensimmäiset kaupalliset sovellukset<br />
Britannia: BBC Computer Literacy Project<br />
7
Historia: 1985-1989<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
PC-yhteensopivat<br />
➢<br />
➢<br />
MS-DOS: graa<strong>fi</strong>silla ohjelmilla ei yhtenäistä<br />
käyttöliittymää<br />
Monta tapaa yhdistää <strong>mittaus</strong>laite tietokoneeseen<br />
Apple Macintosh<br />
➢<br />
➢<br />
Graa<strong>fi</strong>nen käyttöjärjestelmä<br />
RS-232 -sarjaväylä<br />
Kotimaista kehitystyötä<br />
➢<br />
➢<br />
Empirica<br />
Mitta-Masa (floppi)<br />
8
Historia: 1990-1994<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Macintosh vakiinnuttaa asemansa USA:ssa<br />
➢<br />
Applella valta-asema USA:n opetusmaailmassa<br />
PC-yhteensopiville käyttökelpoinen GUI:<br />
Windows 3.x<br />
➢<br />
➢<br />
Ensimmäiset Windows-<strong>mittaus</strong>ohjelmat<br />
Edelleen suuri väyläkirjavuus: sisäiset liitäntäkortit,<br />
sarjaväylä, rinnakkaisväylä, SCSI, peliportti...<br />
Suomessa:<br />
➢<br />
➢<br />
Mittausjärjestelmiä hankitaan kouluille runsaasti<br />
Empirica ja UIA (Is-Vet) markkinajohtajia<br />
9
Historia: 1995-1999<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Apple ajautuu lähes konkurssiin<br />
PC-yhteensopivat:<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Vernier ja Pasco esittelevät Windows-versiot<br />
Plug and Play: laitteiden helpompi liitettävyys<br />
RS-232 -sarjaliitäntä hetkeksi standardin asemaan<br />
Calculator-based laboratory (CBL)<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Texasin graa<strong>fi</strong>sia laskimia käyttävä järjestelmä<br />
Ideana <strong>mittaus</strong>laite jokaisen oppilaan käteen<br />
Ongelmana laskimen tehokkaan käytön oppiminen,<br />
hidas verrattuna tietokoneeseen<br />
10
Historia: 2000-2004<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Applen uusi nousu alkaa<br />
USB-sarjaväylä liitäntästandardiksi<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Koneeseen voi lisätä portteja helposti<br />
Toimiva Plug&Play, helppo asennus<br />
Laitteiden liittäminen sammuttamatta<br />
Nopea tiedonsiirto<br />
Antureiden automaattinen tunnistus<br />
Videoanalyysi<br />
Vernierille ja Pascolle kotimaiset maahantuojat,<br />
Empirican valmistus loppuu<br />
11
Historia: 2005-2011<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Monen kastin <strong>mittaus</strong>yksiköt:<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Monipuoliset, suorituskykyiset, integroidut laitteet<br />
Graa<strong>fi</strong>sella näytöllä varustetut mobiilit<br />
<strong>mittaus</strong>yksiköt, toimivat myös itsenäisesti<br />
Edulliset, helppokäyttöiset, ominaisuuksiltaan<br />
rajoitetummat <strong>mittaus</strong>yksiköt<br />
Suoraan USB-väylään kytkettävät anturit<br />
Bluetooth-tekniikka: langattomat anturit<br />
Yhä monipuolistuva tulostenkäsittely<br />
Kokeelliset Linux-ohjelmistot<br />
12
Nykyhetki ja tulevaisuus: 2012-<br />
➢<br />
➢<br />
Langaton tiedonsiirto <strong>mittaus</strong>yksiköstä<br />
(Bluetooth, Wi-Fi)<br />
Mittausdata voidaan lähettää langattomasti<br />
oppilaiden omiin koneisiin analysoitavaksi<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
”Mobiilius” lisääntyy - sovellukset tableteissa ja<br />
älypuhelimissa?<br />
Riippumattomuus alustasta?<br />
Älytaulujen avaamat mahdollisuudet?<br />
Dataa pilveen?<br />
13
Tietokoneavusteisen mittauksen<br />
tutkimus<br />
1980-luku: pioneeriaika<br />
➢<br />
laitteiden ja ohjelmien rakentamista<br />
1990-luku: aktiivisen tutkimuksen aika<br />
➢<br />
➢<br />
kehitettiin tietokonemittauksen mahdollistamia<br />
opetusmenetelmiä<br />
osoitettiin että ne parantavat oppimistuloksia<br />
2000-luku: akateeminen tutkimus hiipuu<br />
➢<br />
➢<br />
yksittäisten kokeiden kehittämistä<br />
kehityksen painopiste välinevalmistajilla<br />
14
”Klassikko”-tutkimuksia<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Thornton, R., Sokoloff, D. Learning motion concepts using real-time<br />
microcomputer based laboratory tools. Am. J. Phys. 58 (9),<br />
September 1990. 858 – 867<br />
Tinker, R. (ed). Microcomputer-Based Labs: Educational Research<br />
and Standards. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1996<br />
➢<br />
➢<br />
Thornton, R. Using Large-Scale Classroom Research to Study Student<br />
Conceptual Learning in Mechanics and to Develop New Approaches to<br />
Learning.<br />
Sokoloff, D. Teaching Electric Circuit Concepts Using<br />
Microcomputer-Based Current/Voltage Probes.<br />
Sokoloff, D., Thornton, R. Using Interactive Lecture Demonstrations<br />
to Create an Active Learning Environment. The Physics Teacher, Vol.<br />
35, September 1997. 340 –347.<br />
15
Kotimainen tutkimus<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Lavonen, J. Tietotekniikan hyödyntäminen kokeellisen<br />
lähestymistavan yhteydessä. Lisensiaatintutkimus, Helsingin<br />
yliopiston fysiikan laitos, 1989.<br />
Lavonen, J. Fysiikan opetuksen kokeellisuus ja<br />
<strong>mittaus</strong>automaatio. Väitöskirja. Helsingin yliopisto, 1996.<br />
Hämäläinen, A. Opetuskäyttöön tarkoitetulle<br />
tietokoneavusteiselle <strong>mittaus</strong>järjestelmälle asetettavat<br />
vaatimukset hahmottavan lähestymistavan kannalta.<br />
Lisensiaatintutkimus. Helsingin yliopiston fysiikan laitos, 1994.<br />
Hämäläinen, A. An Open Microcomputer-based Laboratory<br />
System for Perceptional Experimentality. Väitöskirja. Helsingin<br />
yliopiston fysiikan laitos, 1998.<br />
16
Kotimainen tutkimus<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Parkkonen, M. CBL-<strong>mittaus</strong>järjestelmän mahdollisuudet fysiikan<br />
opetuksessa. Pro Gradu. Helsingin yliopiston fysiikan laitos,<br />
1998.<br />
Torniainen, V-V. Haulikkoammunnan fysiikkaa. Pro Gradu.<br />
2000.<br />
Rahikka, M. Interaktiivinen video fysiikan opetuksessa.<br />
Laudatur-tutkielma. 2003.<br />
Uotinen, I. Ilmatyynypöydän käyttö lukion fysiikan opetuksessa.<br />
Opetusvälineen kehittämisprosessi. Lisensiaatintutkimus. 2004.<br />
Bergström, J. Xplorer GLX - en dataloggers lämplighet i<br />
fysikundervisning utgående från gestaltningprincipen. Pro<br />
Gradu. 2008.<br />
17
Tutkimuksen pedagoginen sanoma<br />
Tärkeintä ei ole väline, vaan opetusmenetelmät jotka väline<br />
mahdollistaa.<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
➢<br />
Kokeellisuus<br />
Vuorovaikutteisuus<br />
Hands-on, Minds-on<br />
Vertaisoppiminen<br />
Hake, R. Interactive-engangement versus traditional methods: A six-thousandstudent<br />
survey of mechanics test data for introductory physics courses. Am. J.<br />
Phys 66 (1), January 1998.<br />
18
Change language