IMPLEMENTACIJA I EVALUACIJA UDALJENIH ...jednostavnosti korisničkog interfejsa a dva studenta industriskog inženjerstva su iskusila neki tehnički problem u izvršenju daljinskog

XXIII Skup TRENDOVI RAZVOJA: “POLOŽAJ VISOKOG OBRAZOVANJA I NAUKE U SRBIJI”, Zlatibor, 22. - 24. 02. 2017.

118

Paper No.T1.3-4

IMPLEMENTACIJA I EVALUACIJA UDALJENIH EKSPERIMENATA NA FAKULTETU TEHNIČKIH NAUKA U NOVOM SADU

Dragan Šešlija1, Rade Doroslovački2, Vladimir Katić3, Dragiša Vilotić4,

Ilija Kovačević5, Srđan Kolaković6 1,2,3,4,5,6,7Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, Srbija

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] [email protected],

Kratak sadržaj: U cilju povećanja kvaliteta i efikasnosti studiranja na Fakultetu tehničkih

nauka u Novom Sadu se, već više godina, razvijaju udaljene laboratorije. Time je studentima omogućen novi kvalitet studiranja jer mogu laboratorijskim eksperimentima da pristupe sa udaljenih lokacija (od kuće, iz biblioteke, parka, itd.) i da ih rade u vreme kada njima to najviše odgovara. U radu je prikazano trenutno stanje razvoja ove oblasti na Fakultetu tehničkih nauka u Novom Sadu, kao i evaluacija nekih od eksperimenta nakon njihove implementacije.

Ključne reči: Udaljene laboratorije, udaljeni eksperimenti, evaluacija

IMPLEMENTATION AND EVALUATION OF REMOTE EXPERIMENTS AT FACULTY OF TECHNICAL SCIENCES IN NOVI SAD

Abstract: In order to increase the quality and efficiency of studies at the Faculty of Technical

Sciences in Novi Sad are, for many years, developing remote laboratories. This enabled students a new quality of study because they can access to the laboratory experiments remotely (from home, from the library, park, etc...) and to use them at a time when it suits them. The paper presents the current state of development of this field at the Faculty of Technical Sciences in Novi Sad, as well as the evaluation of some of the experiments after their implementation.

Key Words: Remote laboratories, Remote experiments, Evaluation

1. UVOD Fakultet tehničkih nauka iz Novog Sada (FTN) veliki značaj pridaje razvoju i primeni novih

metoda nastave koje omogućavaju podizanje kvaliteta nastave i privlačenje što boljih studenata. Kako je navedeno u [1], u okviru savremenih metoda za unapređenje inženjerskih studija naročito se izdvajaju tri metoda:

učenje zasnovano na projektima, učenja na daljinu i upotreba daljinskih laboratorija. Za predmete koji zahtevaju laboratorijski rad, od velikog značaja je ostvarivanje mogućnosti

udaljenog pristupa inženjerskim laboratorijama kako bi se i u ovoj oblasti savladavanja gradiva omogućilo učenje na daljinu.

U ovom radu pažnja je posvećena uvođenju udaljenih laboratorija u nastavni proces i evaluaciji njihovog rada na FTN-u.

2. UDALJENI EKSPERIMENTI NA FAKULTETU TEHNIČKIH NAUKA Daljinsko ili udaljeno eksperimentisanje je relativno nova komponenta za poboljšanje

učenja na daljinu a udaljene laboratorije (remote laboratories) predstavljaju prostor na kome se nalaze različiti eksperimentalni uređaji i postrojenja namenjeni korisnicima koji su u procesu učenja na daljinu [2]. Uvođenjem laboratorija sa daljinskim pristupom eksperimenatima se, u obrazovanju inženjera, omogućava moderniji i konforniji pristup za studente. Pored studenata, tendencije su da ovakav vid nastave koristi i što veći broj ljudi iz privrede kao i drugi korisnici. Oni, upotrebom ovako pripremljenih laboratorijskih eksperimenata, mogu i od kuće, u nekim

1


119

slučajevima i u satima kada laboratorije ne rade, da pristupe eksperimentalnom radu. Osnovni elementi udaljenih laboratorija su eksperiment (uređaji ili postrojenja), server i

omogućen odgovarajući pristup internetu. Kako je korisniku veoma važna povratna informacija o aktivnostima koje se dešavaju tokom izvođenja eksperimenta, ovi eksperimenti su opremljeni kamerom koja omogućava direktan, on-line, uvid u funkcionisanje i rezultate rada eksperimenta.

U radu [1] je dat pregled udaljenih eksperimenata koji se koriste u nastavi na FTN-u pa se ovde neće ponavljati. Pored navedenih, razvijeni su i implementirani eksperimenti iz oblasti računarskog inženjerstva vezani za projektovanje i upravljanje ugrađenim računarskim sistemima (embedded computer systems).

3. EVALUACIJA UDALJENIH EKSPERIMENAT NA FAKULTETU TEHNIČKIH NAUKA U okviru prikaza evaluacije udaljenih eksperimenata, zbog obimnosti se neće prikazati

evaluacija svih udaljenih eksperimenata već će se, kao ilustracija procesa, dati detaljan prikaz evaluacije dva prethodno prikazana eksperimenta i nekoliko napomena o implementaciji i evaluaciji novih eksperimenata vezanih za ugrađene računarske sisteme.

Na FTN-u su realizovana tri uređaja koja se koriste za potrebe obuke studenata u oblasti konstruisanja:

manipulator za aktivno merenje linearnih dimenzija, sistem za udaljeno merenje geometrijskih tolerancija – kružnosti i pneumatska opruga kao simulator mehaničke opruge (slika 1). Detaljnije će se prikazati evaluacija dva od ova tri eksperimenta: pneumatske opruge i

manipulatora za merenje linearnih dimenzija. 3.1 Daljinski upravljana pneumatska opruga Na FTN-u se daljinski upravljana pneumatska opruga [3] koristi kao udaljeni eksperiment u

nastavi na studijskim programima Mehatronika i Industrijsko inženjerstvo i to u predmetima Komponente tehnoloških sistema i Automatizacija procesa rada 1, respektivno, koji imaju nastavni modul Osnove pneumatskih sistema. Pored naših studenata, ovaj eksperiment je uključen i u eksperimentalni rad na daljinu za studente Fakulteta za inženjerstvo Univerziteta u Portu, Portuglija. Već treću godinu, studenti ovog portugalskog univerziteta, koji slušaju nastavu iz fizike kod prof. Marije Terese Restivo, pristupaju ovom eksperimentu i obavljaju eksperimentalni rad kojim se upoznaju sa fizičkim karakteristikama opruge.

Pre eksperimenta, nastavnik izlaže studentima osnovne teoretske postavke kao i neophodno potrebna objašnjenja. Postavka udaljenog eksperimenta je aktivirana u laboratoriji (uključena u struju, doveden vazduh pod odgovarajućim pritiskom, povezana na internet, kamera uključena, itd.) a studenti mu pristupaju udaljeno, preko Interneta, individualno ili u parovima. Za pristup koriste klijentsku aplikaciju prikazanu na slici 2.

Evaluacija nastavnog modula Po završetku eksperimenta, svaki student popunjava evaluacioni upitnik. Ukupno 60

studenta je popunilo upitnike, 37 studenta na Mehatronici i 23 studenta Industrijskog inženjerstva.

Evaluacioni upitnik se sastoji od 15 pitanja i prostora ostavljenog za komentare [4]. Urađen je u dogovoru sa učesnicima NeReLa projekta [5] sa Fakulteta tehničkih nauka Univerziteta u Kragujevcu [6,7]. Na pitanja se odgovara unošenjem brojeva od 1 do 5 koji moraju biti uneti na odgovarajuće mesto a gde: 5 znači “veoma se slažem” a 1 “snažno se protivim”.

Pitanja u upitniku se mogu podeliti u tri kategorije. Pitanja u prvoj kategorji se odnose na dizajn eksperimenta, odnosno, da li je eksperiment pripremljen na odgovarajućem tehničkom nivou, da li je lak za razumevanje i korišćenje, koliko su korisne i razumljive priključene instrukcije i da li eksperiment omogućava prikupljanje i skladištenje neophodnih eksperimentalnih rezultata.

2


120

Slika 1. Pneumatska opruga kao simulator mehaničke opruge [1]

Slika 2. Klijentska aplikacija [4]

Druga grupa pitanja odnosi se na iskustva i kvalitet korišćenja daljinskog eksperimenta. Uključuje pitanja o jednostavnosti korisničkog interfejsa, brzini odgovora na komande, kvalitetu prikaza slike i o pojavi problema i kašnjenja u izvršenju eksperimenta. Treća grupa pitanja je fokusirana na rezultate primene, to jest, da li eksperiment pomaže studentima da se bolje

3


121

razumeju teorijske osnove, ciljevi i ishodi nastavnih modula, da li im pomaže da bolje razumeju i koriste laboratorijsku opremu i da li bi voleli da koriste udaljene eksperimente i u drugim nastavnim modulima.

Ukupan rezultat za dizajn eksperimenta bio je 4,69 od mogućih 5. Studenti mehatronike su ocenili dizajn sa 4,72 od 5, a studenti industrijskog inženjerstva su ocenili sa 4,65 od 5. Analizom odgovora na postavljena pitanja može se konstatovati da studenti industrijskog inženjerstva procenjuju pitanje o jednostavnosti i korišćenju eksperimenta i pitanje o jasnoći pisanih instrukcija znatno lošije nego studenti mehatronike, što podrazumeva njihov nedostatak adekvatnog znanja u ovoj oblasti.

Ukupan skor po pitanju kvaliteta upotrebe za daljinski eksperiment je 4,75 od 5. Studenti mehatronike su ocenili sa 4,83 od 5, a studenti industrijskog inženjerstva su dali prosečnu ocenu 4,67 od 5. Studenti industrijskog inženjerstva su značajno lošije ocenili pitanje o jednostavnosti korisničkog interfejsa a dva studenta industriskog inženjerstva su iskusila neki tehnički problem u izvršenju daljinskog eksperimenta.

Srednja ocena za primenu rezultata daljinskog eksperimenta je 4,63 od mogućih 5. Studenti mehatronike su izrazili veću želju za upotrebom daljinskih eksperimenata od studenata industrijskog inženjerstva dok su studenti industrijskog inženjerstva, verovatno zbog nedovoljnog predznanja, pokazali da im je daljinski eksperiment više pomogao u razumevanju teorijskih osnova.

Ukupni rezultati evaluacije studenata su prikazani u tabeli 1. Tabela 1. Zbirni rezultati studentske evaluacije udaljenog eksperimenta pneumatska

opruga [4] Dizajn eksperimenta II ME Udaljeni eksperiment je lak za razumevanje i korišćenje. 4,57 4,76 Udaljeni eksperiment je pripremljen na odgovarajućem

tehničkom nivou. 4,70 4,73

Pisano uputstvo za upotrebu je razumljivo i od pomoći. 4,39 4,76 Pre početka sam dobio dovoljno objašnjenja od

nastavnika 4,96 4,97

Eksperiment omogućava prikupljanje i memorisanje rezultata.

4,65 4,41

Kvalitet korišćenja Korisnički interfejs udaljenog eksperimenta je lako

koristiti. 4,70 4,95

Brzina odziva na korisničke akcije u eksperimentu je zadovoljavajuća.

4,61 4,73

Kvalitet vizualnog prikaza za vreme eksperimenta je zadovoljavajući.

4,74 4,68

Za vreme rada sa udaljenim eksperimentom nije bilo problema ni zaustavljanja.

4,65 4,97

Rezultati aplikacije Udaljeni eksperiment mi je omogućio da bolje razumem

teoretske osnove, ciljeve i ishode nastavnog modula. 4,70 4,65

Udaljeni eksperiment mi je pomogao da bolje razumem i koristim laboratorijsku opremu.

4,52 4,57

Voleo bih da koristim udaljene eksperimente u drugim lekcijama.

4,61 4,73

Najčešći pozitivni komentari studenata odnose se na mogućnost daljinskog pristupa

eksperimentu i pomoći u razumevanju teorije, dok su negativni komentari usmereni na nemogućnost istovremenog pristupa eksperimentu za više korisnika i nemogućnosti izvršioca eksperimenta da, eventualno, samostalno eliminiše kvar. Nekoliko studenata je predložilo razvoj mobilnih aplikacija za upravljanje udaljenim eksperimentima.

4


122

3.2 Manipulator za aktivno merenje linearnih dimenzija Na FTN-u se manipulator za aktivno merenje linearnih dimenzija (slika 3) koristi kao

udaljeni eksperiment u nastavi na studijskim programima Mehatronika, Inženjerstvo informacionih sistema i Industrijsko inženjerstvo i to u predmetima: Osnove razvoja proizvoda i Računarom podržano projektovanje proizvoda. Za potrebe ovog rada, prikazaće se evaluacija na samo jednom studijskom programu.

Evaluacija nastavnog modula Evaluacija udaljenog eksperimenta Merenje linearnih dimenzija realizovana je u zimskom

semestru 2016. na FTN-u sa 16 anketiranih studenata na osnovnim akademskim studijama – Inženjerstvo informacionih sistema, na predmetu Računarom podržano projektovanje proizvoda u V semestru.

Slika 3. Manipulator za aktivno merenje linearnih dimenzija [1] Za anketiranje je korišćen nešto korigovani upitnik u odnosu na prethodno prikazani.

Upitnik je prikazan u tabeli 2. Tabela 2. Upitnik za studentsku evaluaciju udaljenog eksperimenta

5 4 3 2 1 N/R

1. Sprovođenje ovog udaljenog eksperimenta mi je pomoglo da ostvarim ciljeve učenja modula.*

2. Sprovođenje ovog udaljenog eksperimenta mi je pomoglo da ostvarim ishode učenja modula.*

3. Udaljeni eksperiment mi je omogućio da bolje razumem teoretske osnove.*

4. Udaljeni eksperiment mi je pomogao da bolje razumem laboratorijsku opremu.

5. Udaljeni eksperiment je pripremljen na odgovarajućem tehničkom nivou.

6. Eksperiment je lak za razumevanje i korišćenje.

7. Pisano uputstvo za upotrebu je razumljivo i od pomoći.

5


123

8. Pre početka sam dobio dovoljno objašnjenja od nastavnika/ asistenta.

9. Korisnički interfejs udaljenog eksperimenta, u okviru ovog modula, je lako koristiti.

10. Brzina odziva na korisničke akcije u eksperimentu je zadovoljavajuća.

11. Eksperiment omogućava prikupljanje rezultata.

12. Eksperiment omogućava memorisanje rezultata.

13. Kvalitet vizualnog prikaza za vreme eksperimenta je zadovoljavajući.

14. Za vreme rada sa udaljenim eksperimentom nije bilo problema ni zaustavljanja.

15. Voleo bih da koristim udaljene eksperimente u drugim lekcijama ovo predmeta .

16. Molim vas, navedite prednosti udaljenog eksperimenta: 17. Molim vas, navedite nedostatke udaljenog eksperimenta:

18. Dodatni komentari:

*Pogledati u opisu nastavnog modula

Ukupni rezultati studentske evaluacije udaljenog eksperimenta Merenje linearnih dimenzija

su prikazani u tabeli 3. Tabela 3. Zbirni rezultati studentske evaluacije udaljenog eksperimenta Manipulator za

aktivno merenje linearnih dimenzija

Pitanje Nije relevantno

1 2 3 4 5 Prosečna ocena

1 0 0 0 4 7 5 4,01

2 0 0 0 3 11 2 3,93

3 0 0 0 1 9 6 4,31

4 0 0 0 0 6 10 4,63

5 0 0 0 0 5 11 4,69

6 0 0 0 2 3 11 4,56

7 0 0 0 1 4 11 4,63

8 0 0 0 1 1 14 4,81

9 0 0 0 0 2 14 4,88

10 0 0 0 2 7 7 4,31

11 0 0 0 1 5 10 4,57

12 2 0 0 0 7 7 4,50

13 0 1 1 1 7 6 4,00

14 0 0 1 3 3 9 4,25

15 0 0 0 3 9 4 4,06

Ukupna prosečna ocena 4,41

6


124

Može se uočiti da je pri evaluaciji ovog eksperimenta, na studijskom programu Inženjerstvo

informacionih sistema, najviša ocena (4,88) data za kvalitet korisničkog interfejsa a druga najbolja ocena (4,81) je data za kvalitet dobijenih informacija od nastavnika/asistenta pre eksperimenta. Ukupna prosečna ocena, mada veoma visoka (4,41), je najniža u poređenju sa druge dve evaluacije, što može da indikuje da su studenti informacionih sistema zahtevniji u pogledu primene ovih eksperimenata sa komunikacijom zasnovanom na internetu. Sa najnižim ocenama (3,93 i 4,01) su ocenjena pitanja vezana za ostvarivanje ciljeva i ishoda učenja što može da ukazuje da studentima nisu najjasniji ovi pojmovi.

3.3 Platforma za učenje inženjerstva ugrađenih sistema Na FTN-u je razvijena platforma za učenje inženjerstva ugrađenih sistema (Embedded

engineering learning platform – E2LP) [8] koja predstavlja unificiranu platformu za tipične kurseve računarstva (Projektovanje digitalnih sistema, Projektovanje računarskih sistema, Obrada digitalnih signala, Programiranje ugrađenih mikroprocesora, Sistemski hardver sa softverom i računarskim mrežama) a to je ispraćeno i sa osnovnim skupom zadataka za vežbanje. Efikasnost studiranja je poboljšana primenom interfejsa za izmenjenu realnost (augmented reality) i funkcionalnošću udaljene laboratorije. U E2LP projektu udaljena laboratorija je eksperiment, demonstracija i proces koji se lokalno odvija radi projektovanja i upravljanja eksperimentalnom pločom zasnovanom na FPGA uređaju sa sposobnošću da bude nadgledana i upravljana preko Interneta [9].

Napravljena je evaluacija korišćenja ove platforme sa studentima FTN-a za gore navedene predmete. Interesantan nalaz ove evaluacije je da, mada su eksperimenti postajali sve teži, od faze do faze i laboratorijske ocene se smanjivale, studentsko zadovoljstvo sa laboratorijskim radom sprovedenim na ovaj način je ostalo veoma visoko tokom celog predmeta [9].

4. ZAKLJUČAK Na FTN-u se kontinuirano ulažu napori u osavremenjivanje nastavnih i istraživačkih

laboratorija ali i u osavremenjivanje samih metoda pomoću kojih se te laboratorije koriste u obrazovnom procesu na svim nivoima studija. Naročiti značaj se pridaje razvoju udaljenih laboratorija u kojima se nalazi eksperimentalna laboratorijska oprema kojoj je moguće pristupiti, putem interneta, sa udaljenih lokacija.

U tom smislu je razvijen čitav niz eksperimenata sa tehnologijom udaljenog pristupa eksperimentalnim postrojenjima. Ovaj proces se nastavlja i očekujemo povećanje broja ovakvih eksperimentalnih uređaja i postrojenja. Za olakšavanje pristupa ovim eksperimentima napravljen je i poseban resursni centar u okviru web sajta FTN-a. Iako su, za sada, ovakvi eksperimenti većinom primenjeni za studijske programe osnovnih i master studija, očekuje se veća primena i na doktorskim studijama. Ovim se omogućava da realizaciji eksperimenata pristupe ne samo studenti već i istraživači iz drugih institucija da bi koristili opremu koja ne postoji u njihovoj matičnoj ustanovi.

U radu su prikazani primeri evaluacije nekih od ovih eksperimenata na više studijskih programa. Treba napomenuti da se ukupna nastava na svim studijskim programima na FTN-u redovno ocenjuje od strane studenata na kraju semestra, školske godine i studija a da su ovde prikazani rezultati dati za evaluacije koje su se namenski sprovodile da bi stekli kompletniju sliku o primeni i efektima primene ovih eksperimenata.

Opšti zaključak, na osnovu sprovedenih evaluacija, je da su udaljeni eksperimenti izuzetno uspešno implementirani u nastavni proces na FTN-u. Pored toga, preporuka je da se oni, u još većoj meri, primene i da se, pored navedenih studijskih programa, očekuje primena i na drugima studijskim programima. Na osnovu iskustava iz vodećih svetskih institucija u ovoj oblasti očekuje se primena udaljenih eksperimenata i u predmetima koji nisu karakteristični samo za inženjerstvo, kao što su hemija i fizika.

Korišćenjem udaljenih laboratorija u redovnom nastavnom procesu, FTN se svrstava u vodeće visokoobrazovne institucije u primeni savremenih nastavnih tehnologija.

7


125

5. LITERATURA

[1] Šešlija, D., Doroslovački, R., Katić, V., Vilotić, D., Kovačević, I. & Kolaković, S.,Razvoj udaljenih

eksperimenata na inženjerskim studijskim programima, Zbornik radova TREND 2016, UP.1-3, pp 1-8, Zlatibor, (2016),

[2] Šešlija, D., Katić, V., Doroslovački, R., Vilotić, D., Kolaković, S., & Kovačević, I., Pravci povišenja kvaliteta studija na inženjerskim studijskim programima, Zbornik radova TREND 2015, pp 58-63, Zlatibor, (2015)

[3] Reljić, V., Milenković, I., Šešlija, D., Dudić, S., Šulc, J. ’’Development of Remote Control Pneumatic Spring’’, 12th International Scientific Conference MMA Flexible Technology, Novi Sad, Serbia, pp. 195-198. (2015)

[4] Reljić, V., Vidicki, P., Bajči, B., Šešlija, D., Šulc, J. ’Using of Remote Controlled Pneumatic Spring in Teaching’’, TECHNICS AND INFORMATICS IN EDUCATION, 6th International Conference, Čačak, Serbia, (2016)

[5] http://www.nerela.kg.ac.rs/ [6] Damnjanović, Đ., Peulić, A., Krneta, R. (2016). The Usage of FPGA Altera DE2 Platform for Remote

Experimentation, Zbornik radova TREND 2016, Zlatibor: Fakultet tehničkih nauka, pp. 91-94, Zlatibor, (2016)

[7] Antić, S., Peulić, A., Damnjanović, Đ., Krneta, R. C# Application for Stepper Motor Control in Remote Experiment, Zbornik radova TREND 2016, Zlatibor: Fakultet tehničkih nauka, pp. 95-98, Zlatibor, (2016)

[8] http://www.e2lp.org/ [9] Kastelan, I., Benito, J. R. L., Gonzalez, E. A., Piwinski, J., Barak, M., & Temerinac, M. (2014). E2LP: a

unified embedded engineering learning platform. Microprocessors and Microsystems, 38(8), 933-946

8

Documents

IMPLEMENTACIJA I EVALUACIJA UDALJENIH ...jednostavnosti korisničkog interfejsa a dva studenta industriskog inženjerstva su iskusila neki tehnički problem u izvršenju daljinskog