Πειράματα Φυσικής από απόσταση με χρήση του Arduino και του λογισμικού LabView
Creators: name: Ροδίτης, Αναστάσιος Σταύρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Πειράματα από απόσταση
Αναπτυξιακή πλακέτα Arduino
Λογισμικό LabView της National Instruments.
Remote experiments
Arduino board
Νational Instruments’ LabView software

description: Με την ραγδαία ανάπτυξη της Ψηφιακής Τεχνολογίας από τα τέλη του προηγούμενου αιώνα, πέρα από τις θετικές επιπτώσεις που είχε αυτή σε μια σειρά από τομείς των επιστημών, της οικονομίας, της κοινωνίας και γενικά στον ανθρώπινο πολιτισμό, επέφερε σημαντικές αλλαγές και νέες δυνατότητες στη διαδικασία μάθησης των μαθητών και σπουδαστών. Παράλληλα με την αύξηση της υπολογιστικής ισχύος και της διασυνδεσιμότητας, είχαμε την ανάπτυξη νέων μορφών εκπαίδευσης, κυρίως με τη χρήση εργαλείων – λογισμικών από απόσταση (τηλεκπαίδευση, προσομοιώσεις κ.α.) μέσω του Διαδικτύου. Στο πλαίσιο αυτό, από τις αρχές του 21ου αιώνα υπάρχει η τάση που συνεχώς διευρύνεται, της δημιουργίας πραγματικών πειραματικών ασκήσεων από απόσταση, δηλαδή η πρόσβαση του εξοπλισμού των εργαστηρίων των Φυσικών Επιστημών των Σχολείων ή των Πανεπιστημιακών Ιδρυμάτων και η εκτέλεση πειραμάτων, να επιτυγχάνεται από απομακρυσμένους χρήστες. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται δύο πραγματικά πειράματα Φυσικής από απόσταση: η μελέτη της Ταλάντωσης κάθετου ελατηρίου και η μελέτη του φαινομένου της Διάθλασης μονοχρωματικής πηγής ακτινοβολίας. Για την υλοποίησή τους και για τη δυνατότητα χειρισμού του εξοπλισμού από απόσταση επιλέχθηκε η αναπτυξιακή πλακέτα Arduino και ο προγραμματισμός της με το λογισμικό LabVIEW της National Instruments, όπου πέρα από εύχρηστο και εύκολα κατανοητό γραφικό περιβάλλον προγραμματισμού που διαθέτει, δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας μιας διεπαφής με το χρήστη και ταυτόχρονη έκδοσή της σε μορφή ιστοσελίδας για απομακρυσμένο έλεγχο του πειράματος. Στο 2o κεφάλαιο περιγράφονται συνοπτικά τόσο η πλακέτα Arduino, όσο και ο προγραμματισμός με το λογισμικό ενώ στο 3ο κεφάλαιο αναπτύσσονται αναλυτικά τα στάδια υλοποίησης των πραγματικών πειραμάτων. Τέλος, στο 4o κεφάλαιο, παρουσιάζονται αντίστοιχα, δύο εκπαιδευτικά σενάρια μαθημάτων για την εξ αποστάσεως υλοποίηση των πειραματικών ασκήσεων προσανατολισμένα κυρίως στους μαθητές της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης. Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε ότι τα οφέλη από αυτή τη νέα δυνατότητα των εργαστηρίων από απόσταση είναι πολλαπλά. Ευκολία, μείωση κόστους, ενίσχυση της εξ αποστάσεως εκπαίδευση, ασφάλεια του χρήστη και του εξοπλισμού. Τα πραγματικά εργαστήρια από απόσταση δεν ανταγωνίζονται τα παραδοσιακά «δια ζώσης» εργαστήρια, αλλά συμπληρώνουν μια ανάγκη της εποχής μας για απομακρυσμένη πρόσβαση και παρέχουν ένα ακόμα εργαλείο μάθησης, ιδιαίτερα χρήσιμο σε μια πληθώρα σπουδαστών
description: Through the rapid development of Digital Technology ever since the end of the last century and in addition to its positive effects on a number of fields such as sciences, economy, society and generally at the human culture, it brought significant changes and new possibilities in the learning process for students. Alongside the increase in computing power and the interconnectivity and the up growth of Internet itself, new forms of distant education occurred, mainly using tools and software such as distance learning, simulations, etc. Within this context and since the beginning of the 21st century, there has been a growing trend of creating in addition distant real time experimental exercises, specifically the access to the equipment of the “Natural Sciences laboratories” of schools or Universities is now easily achieved also by remote users. In this paper two remote real time Physics experiments are presented: the Oscillation of a vertical spring and the Refraction of a monochromatic radiation source. For their implementation and for the ability to handle the equipment remotely, the Arduino development board and its programming with LabVIEW by National Instruments software were chosen, where, apart from their easy-to-use and easy-to-understand graphical programming environment, enable the establishment of an interface with the remote user and its edition in the form of a website offers the efficient control of the experiment. Further, chapter 2 summarizes both the Arduino board and the software programming. Additionally, chapter 3 details the development stages of the actual experiments. Finally, in chapter 4, two educational scenarios for the distant implementation of experimental exercises are presented, mainly geared toward to students of Secondary Education. In conclusion we can say that the benefits of Distant Laboratories are multiple: convenience, cost reduction, enhanced distance learning, user and equipment safety are a few to cite. Real time distant workshops do not go up against traditional “live” workshops; on the contrary they function as complement to the need of our time for access to distant education and provide another learning tool, especially useful to a variety of students