Analýza grafů s využitím tabletu

Autor: Petr Chlebek

Měřit a zpracovávat fyzikální jevy bez počítače? S tabletem snadno a zábavně. Těmito větami chci uvést zajímavou metodu zpracování dat pomocí programu Vernier Graphical Analysis. Samozřejmě na tabletu.

Představte si skupinu žáků, kteří mají k dispozici tablet nebo chytrý telefon. A sebe jako pedagoga, který má před sebou měřící senzorické zařízení (s možností ovládání rovněž pomocí tabletu). Žáci mají nainstalovanou aplikaci, jsou připojeni přes společnou wi-fi, a především mají připravený scénář pro zpracování výstupů ze zachyceného zvuku. Přidaná hodnota celé práce je v okamžitém zobrazení stejných grafických záznamů v žákovských zařízeních. Aniž by museli něco kreslit, mají graf nikoli jako výsledek své práce, ale jako zdroj pro další analýzu. Jde o představu reálnou, nebo velmi vzdálenou?

Spolupráce s aplikací Vernier Video Physics

Graphical Analysis zpracovává grafy z naměřených hodnot a umožňuje jejich prezentaci pomocí obrázků nebo tabulkových dat. Je otázkou, kde se dají zdrojové údaje pořídit? Pro mobilní zařízení s iOS (od verze 6) existuje vynikající aplikace Video Physics. Ta umí export naměřených hodnot z natočených pohybových jevů. Výhodou je, že prakticky na celou akci potřebujete pouze tablet. Uvedený obrázek prezentuje rovnoměrný zrychlený pohyb, přičemž zde precizuje výstupy z videa. Na grafu je krásně vidět kvadratická změna dráhy. Výhodou aplikace je možnost prokreslení výsledků křivkou, dále lze naměřené hodnoty zobrazit v tabulce, popř. vyexportovat do tabulkového kalkulátoru.

Zrychlený pohyb - výstup z aplikace Vernier Video Physics

Spolupráce s přístrojem LabQuest 2

Zajímavý způsob je ve využití měřících modulů v jiném zařízení. iPad je totiž schopen i z nich zaznamenat hodnoty získané při pokusech a dále je analyzovat. Konkrétně zde jde o Vernier LabQuest 2, což je senzorická souprava pro měření. Musím říct, že propojení tabletu a LabQuestu je geniální! Přes společnou wi-fi se oba přístroje spolehlivě propojí, a potom již stačí naměřená data zpracovávat v aplikaci na iPadu. Kromě toho lze měření pomocí tabletu pouštět. Vyzkoušel jsem tři senzory, které jsou součástí zařízení: snímání zvuku, teploty a světla (viz obrázky). Komunikace mezi iPadem a LabQuestem je nakažlivá a aplikaci Graphical Analysis zvedá do výrazně vyšší úrovně než u programu Video Physics. Velkou výhodou je rychlost provedení pokusů a prakticky okamžité pořízení výstupů. Učitel se může zabývat hlavně žáky, což jej posouvá do role mentora. Vzhledem k množství přídavných senzorů je zřejmé, že využitelnost je obrovská.

Akustický tlak (různé výšky tónů) - výstup ze zařízení Vernier LabQuest 2

Měření osvětlení (blikání) - výstup ze zařízení Vernier LabQuest 2

Jde to i bez dalších zařízení

Další příklad ukazuje, jak dalece je aplikace funkční i bez doprovodných modulů. Graphical Analysis má zabudován akcelerometr, který umí analyzovat pohybové jevy snímané tabletem. Použil jsem skákající míč, u kterého se vykreslí závislost zrychlení na čase během dvou odrazů. Pro výuku je ale tento výstup obtížně použitelný, vykreslení ve směru jednotlivých os (x,y,z) není snadné interpretovat. Jedinou šancí je použití dvou nebo tří grafů pod sebou, přičemž vždy bude uveden jeden směr vybrané osy. Analyzovat tuto situaci ale moc nelze.

Zajímavější je jiný přístup: využití aplikace jako nástroje pro zpracování laboratorní práce. Do interních tabulek se zapíšou naměřené hodnoty a pomocí funkce se doplní graf o modelovou křivku. I když tuto metodu není problém realizovat pomocí nějakého tabulkového kalkulátoru, v tabletu má podobné měření motivační náboj a pro žáky je určitě přístupnější než Excel nebo Calc.

Grafické zpracování údajů zapsaných do tabulky - výstup z aplikace Vernier Graphical Analysis

Poradí si i s výstupy z Logger Pro 3

Při použití soustavy Vernier potřebujete software pro zpracování naměřených údajů. K dispozici jsou programy Logger Lite, který je zdarma ke stažení, a placený Logger Pro 3. Oba mají odlišný výstupní formát, přičemž Graphical Analysis na iPadu umí docela dobře analyzovat výsledná měření z druhého uvedeného. Jak ale soubor do aplikace dostat, když tablet nemá společné úložiště? Řešení je nakonec velmi jednoduché. Stačí použít například Dropbox, který ukládá do cloudu (na externí servery). V Dropboxu na iPadu pouze otevřete příslušný soubor a exportujete do Graphical Analysis. Zbytek již znáte. I když nemám možnost Logger Pro 3 používat, na webu www.vernier.com je ke stažení několik hotových měření. Pro vyzkoušení určitě stačí, navíc obsahují kompletní výstupy včetně textové části. Samozřejmě v angličtině.

Shrnutí

Výsledné grafy lze prokládat známými křivkami, přičemž se z numerických odhadů nabídne i funkční předpis. U některých náročnějších operací již iPad 2 hardwarově nestíhá, problémy jsou naštěstí jen občasné. Je dobré s tím ale počítat, neboť tento model je i přes novější typy stále v prodeji. Metoda je založena na výběru intervalu a následném prokreslení nějakou funkcí mezi jeho hranicemi. Křivky lze barevně odlišit a díky tomu, že v jednom výstupu mohu mít i tři grafy (příp. jeden graf třikrát), jde o zajímavou metodu pro porovnávání výsledků.

Aplikace pro iPad je placená (k datu vzniku článku), nikde jsem k ní nenašel český manuál, ten ale není potřeba. Na stránkách www.vernier.com je dostatek informací v angličtině, videa na YouTube jsou spíše ilustrativní. Graphical Analysis je k dispozici i pro Android (zdarma), funkčnost jsem testoval na tabletu Nexus 7. Má sice výrazná omezení, neumí např. export nebo prokreslení křivkami, ale z hlediska zapojení do kolaboratorní výuky jde o dostačující pomůcku především díky dostupnosti a jednoduchému ovládání. V každém případě jde o aplikaci, která je vhodná pro odbornější přístup, zájemcům o hlubší zkoumání fyzikálních jevů dává velký prostor pro zpracování naměřených hodnot a docela kvalitní výstupy.