Ruch falowy  lekcja ze
wspomaganiem komputerowym
Praca dyplomowa in\
ynierska
Mariusz Szkudlarek
Opiekun
dr hab. in\
. Włodzimierz Salejda, prof. nadzw. w PWr
Wrocław 2008
Panu profesorowi Włodzimierzowi Salejdzie
dziękuję za cierpliwość, wyrozumiałość
i niezastąpioną pomoc w trakcie wykonywania
pracy.
Moim Rodzicom dziękuję za wsparcie i wiarę
w mój sukces.
Ukochanym \
onie i córce, za ciepło Waszych
Serc, bez którego nic bym nie osiągnął.
2
Spis treści
1. Cel pracy i układ pracy ............................................................................................. 4
2. Techniki multimedialne w kształceniu ..................................................................... 5
2.1. Rozwój mediów ................................................................................................ 6
2.1.1. Tradycyjne z
ródła wiedzy......................................................................... 6
2.1.2. Media interaktywne  rozwój komputerów i Internetu ............................ 6
2.2. Istota kształcenia multimedialnego................................................................... 8
2.3. Ogólna charakterystyka Internetu ..................................................................... 9
2.4. E-learning........................................................................................................ 10
2.4.1. Cechy charakterystyczne e-learningu ..................................................... 11
2.4.2. Proces budowy treści e-learningowych .................................................. 12
2.4.3. Standardy e-learningowe ........................................................................ 13
3. Charakterystyka programu Macromedia Authorware ............................................ 18
3.1. Historia............................................................................................................ 18
4. Tworzenie aplikacji w programie Authorware ....................................................... 20
4.1. Typy obiektów ................................................................................................ 20
4.1.1. Wykorzystanie podstawowych obiektów ............................................... 21
4.1.2. Knowledge Objects ................................................................................. 22
4.2. Testowanie aplikacji ....................................................................................... 23
4.3. Tworzenie plików multimedialnych. .............................................................. 24
4.3.1. Oscylator harmoniczny we Flesh MX .................................................... 24
4.3.2. Generowanie dz
więku w Matlabie ......................................................... 25
5. Budowa lekcji wspomaganej komputerowo ........................................................... 27
5.1. Struktura e-lekcji............................................................................................. 27
5.1.1. Interakcje ................................................................................................ 32
6. Zawartość lekcji wspomaganej komputerowo........................................................ 34
6.1. Fale mechaniczne............................................................................................ 34
6.1.1. Fala poprzeczna i podłu\
na..................................................................... 36
6.1.2. Impuls falowy i fala harmoniczna .......................................................... 36
6.1.3. Fale płaskie i kuliste ............................................................................... 37
6.2. Rozchodzenie się fal w przestrzeni................................................................. 38
6.2.1. Prędkości fali i równanie falowe ............................................................ 40
6.2.2. Energia kinetyczna ruchu falowego........................................................ 41
6.2.3. Energia potencjalna ruchu falowego....................................................... 42
6.3. Zasada superpozycji........................................................................................ 43
6.3.1. Interferencja ............................................................................................ 44
6.3.2. Fala stojąca ............................................................................................. 44
6.3.3. Dudnienia ................................................................................................ 45
6.4. Efekt Dopplera ................................................................................................ 46
7. Wnioski ................................................................................................................... 48
Bibliografia ..................................................................................................................... 49
Spis rysunków ................................................................................................................. 51
3
1. Cel pracy i układ pracy
Celem mojej pracy było stworzenie interaktywnej lekcji dotyczącej ruchu
falowego przeznaczonej dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych oraz kandydatów na
studia w Politechnice Wrocławskiej. Lekcja została wykonana za pomocą programu
Macromedia Authorware w wersji 7.0 na licencji firmy Adobe Systems Incorporated
[1]. Program pobrano ze strony producenta oprogramowania w wersji trial,
pozwalającej na bezpłatne u\
ywanie programu przez 30 dni, nie zezwalającej natomiast
na komercyjne wykorzystanie oprogramowania. Lekcja ma formę witryny internetowej.
Praca została podzielona na pięć zasadniczych części, będących treścią
rozdziałów 2-6. Pierwsza obejmuje zagadnienia związane z wykorzystaniem technik
multimedialnych w nauczaniu oraz e-learningiem. Zwracam w niej uwagę na
mo\
liwości, jakie daje zastosowanie multimediów, oraz płynące stąd korzyści.
Druga część pracy dotyczy programu Macromedia Authorware. Znajduje się
tam opis zalet programów klasy Authorware, oraz charakterystyka programu
Macromedia Authorware 7.0, obejmująca jego historię oraz mo\
liwości.
W trzeciej części zamieściłem szczegółowy opis tworzenia materiałów
edukacyjnych w programie Authorware, a tak\
e sposoby tworzenia animacji zjawisk
fizycznych, oraz generowania dz
więku za pomocą programów Macromedia Flash
i Matlab.
Rozdział 5. dotyczy wykonania lekcji wspomaganej komputerowo. Omówiłem
w nim strukturę wykonanej aplikacji, oraz sposoby wykorzystania elementów
interaktywnych pakietu Authorware.
Ostatnia część pracy, rozdział 6, stanowi treść merytoryczną e-lekcji oraz
zawarte w niej zadania wraz z rozwiązaniami.
W zakończeniu, rozdział 7, umieściłem wnioski, oraz bibliografię materiałów
u\
ytych przy tworzeniu pracy.
4
2. Techniki multimedialne w kształceniu
Proces kształcenia, inaczej określany jako proces dydaktyczno-wychowawczy,
jest podstawową formą realizacji celów edukacyjnych w ka\
dej szkole [2]. Pod tym
pojęciem rozumie się najczęściej system powiązanej ze sobą działalności nauczycieli
i uczniów, w toku której nauczyciel, a tak\
e rodzice lub opiekunowie, czyli ka\
dy
wychowawca, przekazuje uczniom wiedzę, bądz
kieruje ich pracą, stwarzając warunki
do samodzielnego zdobywania wiadomości, rozwijania osobowości i kształtowania
postaw.
W kształceniu, poza wymienionymi elementami systemu, na coraz większą
skalę uczestniczą zło\
one media elektroniczne: komputery, Internet, telewizja.
Multimedia te występują niemal w ka\
dej działalności człowieka, tak\
e edukacyjnej,
i oddziałują w sposób interakcyjny na prawie wszystkie zmysły.
Konsekwencje wprowadzenia nowych technologii informacyjnych i technik
multimedialnych wywierają istotny wpływ na proces dydaktyczny [6]. Z roku na rok
zdalne nauczanie staje się coraz bardziej popularne. Przyczynia się do tego nie tylko
rosnące zapotrzebowanie na wiedzę, lecz tak\
e rozwój dostępności Internetu oraz
technologii internetowych, co umo\
liwia efektywne nauczanie [7] oraz pozwala na
wykorzystanie tego medium do nauczania na odległość. Student, zamiast doje\
d\
ać na
uczelnię, mo\
e pozostać w domu lub udać się do pobliskiego centrum multimedialnego
i w elastyczny sposób realizować ustalony program studiów [6].
Wyró\
nia się cztery podstawowe tryby nauczania zdalnego w Internecie [7]:
samokształcenie, tryb synchroniczny, asynchroniczny oraz mieszany. Głównym
zadaniem zdalnego nauczania powinno być wspomaganie i uatrakcyjnienie
tradycyjnych zajęć, a zwłaszcza zwiększenie efektywności i dostępności nauczania.
Jakość prezentowanych treści przekłada się bowiem na póz
niejszą jakość wiedzy
studenta i w znacznym stopniu odpowiada za powodzenie całego przedsięwzięcia, czyli
nauczania przez Internet.
5
2.1. Rozwój mediów
Geneza i ewolucja zastosowań nowych technologii informacyjnych, zwłaszcza
w kształceniu, wią\
ą się ściśle z rozwojem tradycyjnych form przekazu. Dynamiczny
rozwój środków audiowizualnych i mediów interaktywnych dokonał zasadniczych
przeobra\
eń w systemie i procesie kształcenia, w tym tak\
e w przekazywaniu
ró\
norodnych informacji.
2.1.1. Tradycyjne z
ródła wiedzy
Przez tysiąclecia dokonywała się ewolucja języka mówionego. W miarę
przekazywania coraz dłu\
szych komunikatów werbalnych powstawały środki
ułatwiające zapamiętywanie  rym, rytm, aliteracja (mnemotechnika). Wreszcie
powstało pismo, którego wpływ na dzieje ludzkości pozostaje nieoceniony. Zasięg oraz
u\
yteczność tekstów pisanych zwiększyło powstanie i rozpowszechnienie druku, a ten
z kolei miał wpływ na masowe pojawienie się ksią\
ek i podręczników. Czasy
najnowsze przyniosły radio i telewizję, rozpowszechniła się telewizja satelitarna,
telewizja wysokiej rozdzielczości (HDTV), techniki wideo, komputery a tak\
e systemy
i sieci informatyczne.
2.1.2. Media interaktywne  rozwój komputerów i Internetu
Wśród środków dydaktycznych wykorzystywanych w edukacji medialnej
szczególne miejsce, ze względu na swoje właściwości i mo\
liwości pedagogicznego
wykorzystania, zajmują komputery i Internet [2]. Multimedia, w odró\
nieniu od innych
prostych środków dydaktycznych, mogą pełnić w procesie nauczania  uczenia się
funkcje nie tylko środków, ale tak\
e środków  metod nauczania.
Za przodków komputera nale\
y uznać przyrządy przeznaczone do liczenia,
takie jak liczydło, mechaniczny arytmometr, maszyna analityczna z mo\
liwością
wczytywania danych, przechowywania ich w pamięci i przetwarzania, a tak\
e
wyprowadzania wyników. Wkrótce powstały pierwsze komputery tranzystorowe,
a nieco póz
niej układy scalone.
6
Najnowsze komputery cechuje mo\
liwość wprowadzania wysokiej jakości
dz
więku i obrazu. Oprogramowanie umo\
liwia wykorzystanie komputera do syntezy
głosu i muzyki, animacji oraz do tworzenia cyfrowych obrazów filmowych. Trwają
prace nad komputerem wzorowanym na sieci połączeń komórkowych kory mózgowej
 tzw.  komputer neuronowy .
Początki Internetu sięgają lat 60-tych [8]. Tak jak często w historii świata
bywało, ten  wynalazek tak\
e pojawił się w związku z inicjatywami mającymi na celu
odkrycie nowych rozwiązań dla celów działalności militarnej.
Końcem lat pięćdziesiątych powołano specjalną jednostkę w Departamencie
Obrony USA o nazwie ARPA (Advanced Research Project Agency). Zadaniem ARPA
było opracowanie nowych technologii teleinformatycznych zaadaptowanych dla celów
militarnych. Badania ARPA ukierunkowane były na stworzenie sieci komputerowej
łączącej ośrodki akademickie i organizacje militarne w USA. Sieć miała być
zaprojektowana i zbudowana w taki sposób, aby w przypadku ataku nieprzyjaciela
i zniszczenia jej fragmentu (np. części ośrodków), reszta mogła funkcjonować. Sieć
miała bazować na przesyłaniu informacji w pakietach  czyli podzielonej na małe
części. Opracowano technikę dynamicznego wyboru drogi dla informacji między
komputerami w sieci. Gdy ście\
ka w sieci ulega uszkodzeniu, system automatycznie
powinien wybrać inną. W 1969 roku sieć ARPANet połączyła cztery placówki
akademickie i właśnie ją uwa\
a się za protoplastę obecnego Internetu. W następnych
latach opracowano nowe protokoły, które umo\
liwiały szersze zastosowanie sieci (FTP,
Telnet, protokoły poczty elektronicznej). W roku 1971 było ju\
15 węzłów i 23 serwery
w sieci. W 1973 roku sieć ARPANet po raz pierwszy zrealizowała połączenie
międzykontynentalne. Do sieci podłączono ośrodki uniwersyteckie z Wielkiej Brytanii
i z Norwegii. Wtedy te\
pojawiła się nazwa Internet. W pierwszym dziesięcioleciu
działalności do sieci ARPANet mają dostęp jedynie organizacje i instytucje
uprzywilejowane.
Internet  zbłądził pod strzechy , stając się ogólnodostępnym medium, dzięki
najpopularniejszej obecnie usłudze WWW (World Wide Web)[3]. WWW jest
hipertekstowym, multimedialnym, sieciowym systemem informacyjnym. Jego
pierwotnym i wcią\
głównym zadaniem jest publikowanie informacji, w oparciu o kod
hipertekstowy, umo\
liwiający wyświetlanie formatowanego tekstu i grafiki. Pierwszą
specyfikację języka HTML, który jest dominującym językiem u\
ywanym do tworzenia
7
stron internetowych, a tak\
e podwaliny idei WWW stworzył Timothy Berners-Lee,
publikując w 1991 roku specyfikację HTML Tags[4][5].
Tabela. Rozwój komunikacji [2].
Wyszczególnienie Lata
Pierwszy mózg (prosty układ) 500 milionów lat temu
Mowa 35  50 tysięcy lat temu
Pismo 6 tysięcy lat temu
Alfabet 4 tysiące lat temu
Druk połowa XI wieku w Chinach,
połowa XV wieku w Europie
Telefon 1876 r.
Film 1894 r.
Telewizja 1926 r.
Internet lata  90 XX wieku
2.2. Istota kształcenia multimedialnego
Kształcenie multimedialne, ze względu na mo\
liwości jednoczesnego
oddziaływania na ró\
ne zmysły, jest nauczaniem  uczeniem się, w którym uruchamia
się wiele torów przepływu informacji [2]. W procesie tym przekazywanie informacji
odbywa się w języku działań poprzez stosowanie środków czynnościowych (naturalne
przedmioty i modele), w języku obrazów (materiały wizualne i audiowizualne) oraz
języku symbolicznym (materiały słowne i graficzne). Ta rozmaitość bodz
ców powoduje
uruchomienie wielorakich rodzajów aktywności uczących się, takich jak aktywność
spostrze\
eniowa, manualna, intelektualna i emocjonalna.
Kształcenie multimedialne charakteryzuje się następującymi cechami [2]:
" w sferze psychodydaktycznej uczącego się: zmianą stosunku emocjonalno-
motywacyjnego do procesu uczenia się, spowodowaną dostępem do
najatrakcyjniejszych z
ródeł wiedzy; zerwaniem z przewagą słowa mówionego
i druku na korzyść współistnienia wielu  języków , w tym języka
8
audiowizualnego; aktywizowaniem ucznia w procesie kształcenia
multimedialnego, wywoływanym m.in. występowaniem wielu bodz
ców;
" w sferze metodyki nauczania: modyfikacją sposobów pracy nauczyciela,
stwarzającą mo\
liwości bardziej kreatywnego podejścia do nauczania;
nauczyciel ma mo\
liwość tworzenia wraz z uczniami własnego systemu
materiałów dydaktycznych komunikatów uzupełniających z
ródła wiedzy
dostarczane w formie zinstytucjonalizowanej;
" w sferze realizacyjnej procesu kształcenia, czyli doboru strategii nauczania
 uczenia się: indywidualizacją kształcenia, mo\
liwą nie tylko dzięki
rozbudowanym systemom symulacji komputerowej, ale równie\
dzięki prostym
systemom multimedialnym; dostrzeganie ró\
nic indywidualnych, ró\
nych
stylów uczenia się, przyzwyczajeń, umiejętności i tempa przyswajania wiedzy.
Podstawowymi środkami kształcenia multimedialnego są: komputer z mo\
liwością
podłączenia do Internetu, telewizja, radio, prasa, ksią\
ki. Za pomocą komputera
i Internetu mo\
na integrować ró\
norodne funkcje pozostałych środków kształcenia
multimedialnego oraz innych urządzeń technicznych.
W kształceniu multimedialnym, w którym oddziałuje się na prawie wszystkie
zmysły człowieka, w odró\
nieniu od nauczania konwencjonalnego uzyskuje się m.in.
następujące wyniki [2]:
" skuteczność nauczania wy\
szą o 56%;
" zrozumienie tematu wy\
sze o 50-60%;
" nieporozumienia mniejsze przy przekazywaniu wiedzy o 20-40%;
" oszczędność czasu 38-70%;
" tempo nauczania wy\
sze o 60%;
" zakres przyswojonej wiedzy wy\
szy o 25-50%.
2.3. Ogólna charakterystyka Internetu
Internet jest wielką siecią komputerową łączącą miliony komputerów na
całym świecie [2], u\
ywaną głównie jako kanał komunikacyjny dla poczty (e-mail),
choć zawiera tak\
e ogromne zasoby u\
ytecznych informacji (w tym multimedialnych),
gromadzonych przez osoby prywatne, rządy, środowiska oświatowe, naukowe oraz
9
organizacje komercyjne. Pozwala on małym kosztem i w sposób prawie
natychmiastowy wymieniać informacje między ludz
mi na całym świecie. Umo\
liwia
wysyłanie i odbieranie poczty elektronicznej (e-mail), przeglądanie sieci Web,
tworzenie osobistych stron domowych. Globalna sieć teleinformatyczna w postaci
Internetu jest najbardziej powszechnym środowiskiem propagującym ideę
multimediów. Wraz z wprowadzeniem stron WWW powstała mo\
liwość swobodnego
przesyłania obrazów, filmów, grafiki, tekstów i dz
więku między dowolnymi miejscami
na świecie.
Mo\
na dostrzec trzy obszary zastosowań edukacyjnych Internetu:
" Internet jako z
ródło informacji i pomocy naukowych;
" Internet jako techniczne medium w procesie zdalnego nauczania  wirtualna
szkoła;
" Internet jako narzędzie wspierające proces masowego kształcenia.
Internet umo\
liwia [2]:
" szybkie przesyłanie korespondencji między dowolnymi u\
ytkownikami sieci;
" interakcyjną pracę na odległych komputerach;
" bezpośrednią komunikację między u\
ytkownikami pracującymi na dowolnych
komputerach sieci;
" tworzenie grup zainteresowań;
" badanie pracy i zasobów sieci;
" łatwy dostęp do odmiennych struktur plikowych;
" zdalną transmisję zbiorów;
" odszukanie zasobów sieciowych.
Internet umo\
liwia równie\
efektywne korzystanie z ogromnej ilości informacji
zgromadzonych w sieci przy przygotowaniu się do zajęć i ich prowadzeniu.
2.4. E-learning
Jest to technika szkolenia wykorzystująca wszelkie dostępne media
elektroniczne, w tym Internet, intranet, extranet, przekazy satelitarne, taśmy
audio/wideo, telewizję interaktywną oraz CD-ROMy [9]. E-learning jest najczęściej
10
kojarzony z nauczaniem, w którym stroną przekazującą wiedzę i egzaminującą jest
komputer, dlatego przyjęło nazywać się tę formę nauki "distance learning" (uczenie na
odległość), w którym brak fizycznego kontaktu z nauczycielem. Sedno wy\
szości
e-learningu nad innymi metodami polega na przeniesieniu środka cię\
kości
w nauczaniu z nauczyciela na uczącego się pracownika. Ponadto e-learning umo\
liwia
nam samodzielne wybranie preferowanego formatu dostarczania wiedzy i tempa jej
przekazywania. Czy e-learning jest uwa\
any za lepszą technikę uczenia od
standardowych wykładów? Ostatni rok pokazuje, \
e wiele firm, instytucji oraz szkół
coraz częściej wprowadza kształcenie oparte na technologiach webowych. Nie jest to
przypadek, ale świadomość większych mo\
liwości, jakie daje kształcenie online.
2.4.1. Cechy charakterystyczne e-learningu
E-learning pozwala na nauczanie i uczenie się, gdy uczniowie, studenci
i osoby dorosłe są oddalone od nauczyciela, lecz mają mo\
liwość skorzystania z technik
komputerowych czy telekomunikacyjnych. Do charakterystycznych cech e-learningu
mo\
na zaliczyć:
" realizowanie tych samych celów co w przypadku stacjonarnego systemu
edukacji, ale bez narzucania formalnych barier rekrutacji;
" komplementarna realizację programów opracowanych przez szkołę (uczelnię)
i samego zainteresowanego;
" zastosowanie ró\
nych mediów informacyjnych i wszystkich mo\
liwych metod
przekazu i komunikacji;
" du\
e mo\
liwości wyboru form i metod kształcenia oraz trybu studiowania;
" elastyczny dobór wykładowców oraz materiałów szkoleniowych;
" dostosowanie do mo\
liwości i potrzeb studenta;
" brak rozbudowanej infrastruktury kształceniowej.
11
2.4.2. Proces budowy treści e-learningowych
Przygotowanie elektronicznych materiałów edukacyjnych do przedmiotów
(kursów) mo\
na realizować [6]:
" w formie zorganizowanej  gdzie ka\
dy przedmiot stanowi osobne
przedsięwzięcie realizowane przez zespół specjalistów;
" indywidualnej  gdzie nauczyciel sam, po uprzednim przeszkoleniu, stworzy
materiały edukacyjne do prowadzonych przez siebie przedmiotów.
Materiały są opracowywane, testowane i uzupełniane w trakcie pracy ze studentami
(nauczanie mieszane  blended learning).
Najogólniej mo\
na wyszczególnić trzy generacje edukacji zdalnej:
" pierwszą, w której koncepcje nauczania na odległość dotyczyły
jednokierunkowego przekazu treści od nauczyciela do ucznia;
" drugą, w której zachodzi dwustronna wymiana informacji na torze nauczyciel
 uczeń;
" trzecią, w której wzajemna komunikacja uczniów i nauczycieli zachodzi
w czasie realnym (na bie\
ąco) i w wirtualnej, tj. sztucznej rzeczywistości.
Zdalne nauczanie za pośrednictwem Internetu pozwala na wykorzystanie
bardzo wielu form elektronicznych materiałów dydaktycznych. Ze względu na
funkcjonalność mo\
na je pogrupować w następujący sposób [6]:
" dokumenty tekstowe (statyczne, zawierające zarówno tekst, jak i grafikę), nale\
ą
do nich między innymi popularne formaty:
a) DOC (Microsoft Word),
b) RTF (Rich Text Format),
c) PDF (Portable Document File),
d) SXW (dokument tekstowy OpenOffice.org  odpowiednik MS Word),
e) HTML (HyperText Markup Language) oraz wszystkie pochodne tego
języka;
" dokumenty multimedialne, z których najpopularniejsze to:
a) SWF  prezentacje, animacje, filmy Flash owe,
b) PPT, PPS, MHT  prezentacje Microsoft PowerPoint,
12
c) STI  prezentacja OpenOffice.org (odpowiednik MS PowerPoint);
" zbiory audio i wideo, które mo\
na podzielić na:
a) skompresowane zbiory audio i/lub wideo  ró\
ne formaty zbiorów
udostępnianych w formie plików do przekopiowania na własny
komputer w celu odsłuchania (obejrzenia),
b) media strumieniowe  zbiory audio lub wideo sformatowane
i udostępniane w taki sposób, który umo\
liwia odsłuchiwanie bądz

oglądanie ich bez konieczności wcześniejszego kopiowania całości
zbioru na komputer u\
ytkownika;
" aplikacje interaktywne i symulatory, np.:
a) aplety Javy,
b) obiekty ActiveX,
c) aplikacje Flash i AuthorWare (Macromedia).
Wszystkie wy\
ej wymienione formaty zbiorów elektronicznych mają za zadanie w jak
najbardziej przystępny sposób zaprezentować wiedzę. Technologia WWW pozwala
łączyć nie tylko tekst i grafikę, ale równie\
pozostałe wymienione media, co
uatrakcyjnia przekaz i ułatwia naukę. Połączenie tekstu, obrazów, nagrań audio
i filmów w prezentację mo\
liwe jest zarówno w technologiach WWW, FLASH, PDF,
MS PowerPoint, jak i innych. Ka\
da z tych technologii posiada specyficzną dla siebie
funkcjonalność. Nale\
y równie\
zauwa\
yć, i\
rozwój narzędzi informatycznych dą\
y do
integracji wy\
ej wymienionych form prezentacji, czego wynikiem jest np. mo\
liwość
osadzania animacji, dz
więku, filmów czy budowanie interakcji w dokumentach
budowanych za pomocą edytorów tekstowych.
2.4.3. Standardy e-learningowe
Istotnym zagadnieniem związanym z budową materiałów edukacyjnych jest
konieczność przeniesienia niektórych składników procesu dydaktycznego
z komunikacji werbalnej na prezentowaną treść [2]. Składnikami takimi są np. techniki
skupienia uwagi i podtrzymywania motywacji do nauki. Materiały edukacyjne
spełniające te role powinny być znacznie bardziej atrakcyjne i urozmaicone,
w porównaniu do materiałów wykorzystywanych w nauczaniu tradycyjnym, oraz
13
zawierać przynajmniej niektóre z elementów ni\
ej wymienionych standardów. Do tej
pory zostało wypracowanych wiele standardów i wskazówek dla budowy treści
szkoleniowych. Standardy te określają zasady budowy materiałów edukacyjnych, ich
funkcjonowania oraz wykorzystania w procesie dydaktycznym.
" SCORM (ang. Sharable Content Object Reference Model) [10].
Otwarty standard reprezentacji zawartości dydaktycznej. Standard ten zapewnia
przenaszalność zawartości dydaktycznej pomiędzy systemami ró\
nych
producentów oraz umo\
liwia wielokrotne u\
ycie poszczególnych fragmentów
kursu. Wykorzystanie standardu pozwala na uniknięcie wysokich kosztów
obsługi kursów.
" SCO (ang. Sharable Content Object) najni\
szy poziom zło\
oności z
ródeł
uczących, które są wykorzystywane przez LMS [10]. SCO jest szczególną
implementacją Obiektu Uczącego LO(Learning Object), który wynika ze
standardu SCORM. SCO mo\
emy więc określić jako implementacje LO
spełniającego następujące wytyczne:
a) zawiera jeden lub więcej zbiorów takich jak: media elektroniczne, tekst,
obrazy, dz
więki, strony WWW i obiekty oceniające;
b) potrafi lokalizować LMS API adapter;
c) zawiera minimum dwie klasy API: (LMSInitialize(  ) i LMSFinish(  ));
d) nie mo\
e wywoływać innych obiektów.
" LMS (ang. Learning Management System) [10]. Główne zadanie LMS to pomoc
w zarządzaniu aktywnością szkoleniową i kompetencjami w organizacji.
Aktywności zarządzane przez LMS ró\
nią się przy kursach prowadzonych przez
instruktora, seminariach edukacyjnych czy szkoleniach opartych na sieci
komputerowej. Z punktu widzenia u\
ytkownika końcowego LMS zapewnia
efektywny sposób śledzenia indywidualnych umiejętności i kompetencji, proste
metody lokalizacji aktywności szkoleniowych i rejestracji na kursy. LMS
zarządza dostępem do kursów online na które u\
ytkownik został zarejestrowany.
LMS ułatwia wprowadzenie, śledzenie, zarządzanie, i raportowanie aktywności
szkoleniowych w organizacji.
14
" LCMS (ang. Learning Content Management System) [10].
LCMS pomaga tworzyć, wykorzystywać, lokalizować, dostarczać, zarządzać
i ulepszać zawartość szkoleń. Zawartość jest zwykle zarządzana
w scentralizowanym archiwum w formie niewielkich, samo opisujących,
identyfikowalnych elementów lub jako jednostki szkoleniowe, z których ka\
da
satysfakcjonuje jeden lub więcej dobrze zdefiniowanych obiektów
szkoleniowych. LCMS potrafi zlokalizować i dostarczyć do u\
ytkownika
końcowego indywidualną jednostkę szkoleniową, aby zaspokoić pojedyncze
zadanie, lub dostarczać elementy większego kursu, zdefiniowanego w systemie
LMS.W zaawansowanych systemach, LCMS kontroluje interakcje studenta
z obiektami kursu i opierając się na tej informacji dostarcza studentowi wysoce
spersonalizowany tok nauczania. LCSM dostarcza osobom nadzorującym
przejrzystych i wartościowych raportów, które w przyszłości mogą posłu\
yć
równie\
do doskonalenia obiektów szkoleniowych. Niektóre z wiodących
systemów LCMS umo\
liwiają współpracę i wymianę wiedzy w odniesieniu do
obiektów szkoleniowych pomiędzy studentami i nauczycielami. Równie\
ta
wymiana jest archiwizowana i udostępniana osobom przygotowującym
uzupełnienia treści szkoleń. Główne zadanie LCMS to tworzenie, przetwarzanie,
lokalizowanie, dostarczanie, zarządzanie i ulepszanie treści. W niektórych
przypadkach obszar ten rozszerza się na zbieranie dodatkowych informacji
i prezentowanie ich w przystępnej formie. LCMS nie zajmuje się zarządzaniem
kompetencjami, nie ma dodatkowych funkcji administracyjnych, nie zarządzają
szkoleniami ani logistyką.
" ECC (E-learning Courseware Certification) [2], rozpowszechniany przez ASTD
Institute E-learning2. Przeznaczony jest dla asynchronicznych kursów
bazujących na stronach WWW i multimediach oraz formułuje kryteria odnośnie:
nawigacji, lokalizacji, odpowiedzi zwrotnych, odnośników, pomocy oraz
czytelności i jakości publikowanego tekstu. ECC przedstawia równie\
kryteria
projektowania instrukcji kursu i obejmuje następujące zagadnienia:
a) komunikaty dotyczące celów nauczania  cele nauczania powinny być
sprecyzowane dla całego kursu oraz jego głównych części
merytorycznych;
15
b) cele wymagające zastosowania nabytej wiedzy  wymagają od
u\
ytkowników stosowania nowej wiedzy w kontekście znanych
problemów, sytuacji i zadań;
c) techniki skupienia uwagi i utrzymania zainteresowania  istotne z punktu
widzenia treści nauczania;
d) strategie podtrzymywania motywacji  kurs powinien zawierać stosowną
strategię anga\
owania u\
ytkowników i podtrzymywania ich motywacji
podczas trwania całego procesu nauczania;
e) techniki wydobywania istotnej wiedzy  instrukcje pozwalające na
kumulację zdobywanej wiedzy  utrwalanie ju\
poznanych treści, tak
aby mogły one stanowić podstawę do dalszej nauki;
f) przykłady i demonstracje;
g) ilustrowanie i wyjaśnianie treści edukacyjnych;
h) dostarczanie przykładów praktycznego zastosowania treści nauczania;
i) mo\
liwość integrowania wiedzy  oprogramowanie kursu powinno
dostarczać praktycznych okazji do integrowania i syntetyzowania wiedzy
oraz umiejętności u\
ytkowników, zdobytych w ramach poszczególnych
jego części;
j) dostarczanie odpowiedzi zwrotnej;
k) oferowanie pomocy instrukta\
owej  u\
ytkownicy powinni mieć dostęp
do (stopniowo zmniejszającej się i zmieniającej się w zale\
ności od
kontekstu) pomocy podczas szkolenia;
l) ocena wiedzy  kurs powinien zawierać uzasadniony i rzetelny system
oceny ucznia;
m) wykorzystanie mediów  media powinny być wykorzystywane dla
podniesienia wydajności nauczania oraz dostosowane do tematyki
i przedmiotu nauczania;
n) unikanie poznawczego obcią\
enia  kurs powinien wykorzystywać
strategie pozwalające uniknąć obcią\
enia poznawczego, związanego
z dostarczaniem informacji w ilościach większych ni\
mo\
na przyswoić
w danym czasie.
16
Przedstawione powy\
ej zagadnienia dotyczące certyfikacji i kryteriów związanych
z budową treści kursów e-learningowych są tylko krótkim przeglądem podstawowych
rozwiązań z tego zakresu.
17
3. Charakterystyka programu Macromedia Authorware
Jak wspomniano w poprzednim rozdziale, lekcja multimedialna pozwala na
przekazywanie uczestnikom procesu kształcenia zło\
onych informacji oraz efektywnie
wpływać na ich umiejętności i uzyskaną wiedzę. Podczas tworzenia lekcji
multimedialnej nale\
y pamiętać, \
e od jej twórcy wymaga się ró\
norodnych
umiejętności, rzadko występujących jednocześnie u jednej osoby. Konieczne jest, aby
lekcja multimedialna zawierała du\
o mniej tekstu ni\
tradycyjny podręcznik, za to
więcej grafiki, animacji i przede wszystkim interakcji [7]. Powinna niejako zmuszać
ucznia, studenta czy osobę dorosłą do przyswojenia materiału przez konieczność
interakcji z lekcją. Tworzenie lekcji multimedialnej wymaga doboru odpowiednich
narzędzi programistycznych. Podstawowym pakietem do tworzenia lekcji
multimedialnych jest Macromedia Authorware.
3.1. Historia
Firma Authorware powstała w 1987 r., zało\
ona przez Michaela Allena, jak
równie\
projekt multimedialny opracowany przez tę firmę [11]. Allen był współtwórcą
PLATO Learning Management System (PLM) - systemu nauczania rozwijanego w
latach 70. Firma Authorware połączyła się w 1992 r. MacroMind-Paracomp, tworząc
firmę Macromedia. Macromedia została w roku 2005 zakupiona przez Adobe Systems.
Obecnie jednym z najpowszechniej u\
ywanych pakietów oprogramowania autorskiego
jest Adobe Authorware, współpracujący z innymi aplikacjami tej firmy, jak Adobe
Director.
System Authorware (rozumiany jako klasa oprogramowania) jest
interpretowanym, graficznym językiem programowania opartym na diagramach
i pozwalającym na łączenie w aplikacji tekstu, dz
więku, grafiki, animacji i filmów.
Praca z systemami Authoware polega na tworzeniu diagramu ilustrującego strukturę
aplikacji. U\
ytkownik mo\
e dodawać i zarządzać elementami tej aplikacji - dz
więkiem,
grafiką, tekstem, a tak\
e dodawać elementy nawigacji, jak odsyłacze, przyciski i menu.
Mo\
liwe jest te\
u\
ywanie elementów programowania - zmiennych, funkcji i wyra\
eń.
Najczęściej wykorzystuje się je do tworzenia interaktywnych przewodników czy
18
instrukcji, przez co są szczególnie przydatne zarówno w biznesie, jak i szeroko
rozumianej edukacji, oszczędzając autorom kosztownych szkoleń. Program Authorware
pozwala tak\
e na tworzenie aplikacji i kursów opartych na bazie stron WWW, co jest
wykorzystane w e-learningu i podnosi jego walory jako środowiska edukacyjnego.
Tworzenie aplikacji odbywa się na zasadzie przeciągania i upuszczania ikon,
odnoszących się do określonych form prezentacji treści, na schemat blokowy aplikacji
(Flowline). Program Macromedia Authorware umo\
liwia łączenie ró\
norodnych
mediów takich jak: Windows Media Player, Quick Time, pliki MP3, obrazy bitmapowe,
filmy, Stockwave oraz programami z pakietu Macromedia np. Flash MX [13]. Produkt
finalny, czyli utworzona aplikacja mo\
e być dostępna na ró\
nych nośnikach,
np. dyskach CD-ROM lub DVD-ROM (w postaci plików.EXE) jak równie\
w sieci
internetowej (w postaci plików AAM lub HTM).
19
4. Tworzenie aplikacji w programie Authorware
Głównym z
ródłem informacji na temat u\
ywania Macromedia Authrware były
pliki pomocy zawarte w pakiecie [12].
W programie Macromedia Authorware aplikacje tworzy się przez
umieszczanie obiektów z panelu Icons w oknie Flowline - głównym oknie programu,
metodą Drag-Drop, czyli przez proste przenoszenie myszką. Flowline pozwala na
uszeregowanie czasowe wykonywanych przez aplikację czynności. Linia w oknie
Flowline reprezentuje więc swoistą oś czasową (rys.).
4.1. Typy obiektów
Podstawowe typy obiektów to:
" Display  umo\
liwia wyświetlanie tekstu i grafiki,
" Motion  pozwala przemieszczać obiekty,
" Erase  słu\
y do usuwania z ekranu wcześniej wyświetlonych obiektów,
gdy nie są ju\
one potrzebne,
" Wait  pauza, mo\
e mieć czas zadany z góry, bądz
trwać do wykonania
określonej akcji przez u\
ytkownika (naciśnięcie klawisza, kliknięcie
myszką w pole, przycisk),
" Navigate  słu\
y do automatycznej bądz
kontrolowanej przez
u\
ytkownika nawigacji wewnątrz szkieletu Framework,
" Framework  tworzy szkielet, stanowiący strukturę teksu, grafiki,
animacji i innych danych, dzięki któremu u\
ytkownik mo\
e nawigować
między poszczególnymi scenami,
" Decision  wybiera między alternatywnymi ście\
kami (flowline),
zale\
nie od warunków lub zdarzeń,
" Interaction  pozwala u\
ytkownikowi na dokonywanie zło\
onych
wyborów,
" Calculation  pozwala na zmianę wartości zmiennych,
20
" Map  Słu\
y do grupowania pozostałych ikon w segmenty, ułatwiając
tym czytelność struktury flowline,
" Movie  odtwarza filmy w formatach AVI, MOV, FLC, MPEG
i QuickTime 2,
" Sound  pozwala odtworzyć dz
więk.
4.1.1. Wykorzystanie podstawowych obiektów
Aby wyświetlić więc obraz na ekranie, umieszczamy w oknie Flowline ikonę
Display. Następnie otwieramy panel inspektora właściwości, nadajemy naszemu
obiektowi po\
ądane przez nas parametry, takie jak ście\
ka dostępu do pliku, poło\
enie
obrazu na ekranie itd. (rys.1.).
Gdy chcemy, \
eby obraz przestał być wyświetlany po określonym czasie,
w lini flowline umieszczamy ikonę Wait, następnie dodajemy obiekt Erase, wybieramy
w jego właściwościach wcześniej utworzony obiekt Display .
Rysunek 1. Główne okno programu Authorware - panele Icons, Flowline, oraz Properties
21
Tak wygląda budowa podstawowych elementów aplikacji, jednak
ograniczenie się tylko do jednokierunkowego poruszania się wzdłu\
linii czasu,
sprowadza naszą aplikację do poziomu prostej prezentacji, wymagającej od
u\
ytkownika jedynie potwierdzania kiedy chce przejść do następnego widoku, podobnie
jak ma to miejsce w prezentacjach programu Microsoft Office PowerPoint.
Aby budować zło\
one interakcje, czy choćby mo\
liwość bardziej swobodnego
poruszania się po aplikacji, konieczne jest u\
ycie ikon Framework, Interaction, oraz
Navigate.
4.1.2. Knowledge Objects
Kolejnym bardzo wa\
nym narzędziem są obiekty Knowledge Ojects, których
mo\
liwości są ogromne, oferują bowiem kontrolę nad plikami, mo\
liwość logowania
u\
ytkowników, przesyłanie danych do systemów edukacyjnych LMS, a tak\
e
sprawdzanie wiedzy u\
ytkownika i wymuszanie na nim interakcji.
Wybierać mo\
emy z kilkudziesięciu obiektów, o wyspecjalizowanych
funkcjach (rys.2.). Obiekty te posiadają zło\
oną strukturę, tote\
ustawianie ich
parametrów jest wspomagane przez program, gdy\
zastosowanie inspektora
właściwości, jak to miało miejsce w przypadku obiektów innych klas, spowodowałoby
wyświetlenie ogromnej liczby parametrów, nad którymi u\
ytkownik musiałby sam
zapanować.
Obiekty Knowledge słu\
ą głównie do budowania testów, są więc jednym
z podstawowych narzędzi, stanowiących o sile programu Authorware, oraz jego
specjalizacji pod kątem wykorzystania w kształceniu multimedialnym.
22
Rysunek 2. Panel wyboru Knowledge Objects
4.2. Testowanie aplikacji
Gdy ju\
umieścimy odpowiednie obiekty we Flowline, lub strukturze
Framework, a następnie nadamy wartości ich właściwością, przychodzi czas na
przetestowanie wyników pracy.
Authorware umo\
liwia to przez zastosowanie panelu Control, pozwalającego
odtworzyć tworzoną aplikację od dowolnego punktu, zatrzymać wykonywanie, w celu
zmiany parametrów, lub poprawienia ewentualnych błędów, a następnie jej wznowienie
z wprowadzonymi ju\
poprawkami. Bardzo przydatny jest tu tryb debugowania, dzięki
któremu mo\
emy w linii przepływu umieścić flagi Start i Stop. Flagi znajdują się
w panelu Icons i wstawia się je do Flowline tak samo, jak wszystkie inne obiekty.
23
4.3. Tworzenie plików multimedialnych.
Jedną z głównych zalet komputerowego wspomagania nauczania jest
mo\
liwość korzystania z multimediów. Zjawiska takie jak ruch falowy mo\
na łatwiej
zrozumieć, dzięki animacją tego ruchu. W mojej pracy animacje tworzyłem za pomocą
programu Micromedia Flesh.
Dla zaprezentowania podstaw tworzenia animacji wybrałem animację
prostego jednowymiarowego oscylatora harmonicznego. Oscylator harmoniczny jest
bowiem podstawą większości animacji ruchu oscylującego, oraz ruchu falowego.
Dalej omawiam generowanie plików dz
więkowych za pomocą programu
Matlab 6.5.
4.3.1. Oscylator harmoniczny we Flesh MX
Animację we Flesh u tworzy się zazwyczaj przez umieszczanie graficznych
obiektów w kolejnych scenach animacji. Następstwem tych obiektów steruje się
w oknie Timeline [13][14].
Takie rozwiązanie jest proste i nie wymaga od autora pisania \
adnego kodu,
jednak jest mało przydatne, jeśli ruch obiektów ma być modelem fizycznym, poniewa\

aby model mógł wiernie obrazować zjawisko fizyczne trzeba opisać go w postaci
matematycznej.
Korzystniejsze wydaje się więc zrezygnowanie z następstwa scen, a skupienie
się na animacji obiektu wewnątrz jednej sceny za pomocą języka ActionScipt, będącego
częścią składową pakietu Flesh MX, oraz póz
niejszych wersji Flesh.
W tym celu umieszczamy na scenie grafikę, którą chcemy animować,
a następnie przekształcamy ją w symbol (Menu > Insert > Convert to Symbol). W oknie
dialogowym zaznaczamy zachowanie symbolu jako  Movie clip i nadajemy
symbolowi nazwę.
Teraz musimy otworzyć panel Actions i wpisać kod, który będzie sterował
animacją. W przypadku prostego oscylatora harmonicznego, kod mo\
e wyglądać tak:
24
Rysunek 3. Kod oscylatora w języku ActionScript
Zdarzenie onEnterFrame jest wywoływane przy ka\
dym wyświetleniu obrazu.
Standardowo Flash wyświetla 12 obrazów na sekundę, stąd inkrement czasu wynosi
1/12 sekundy.
Jak widzimy tworzenie animacji w ten sposób jest bardzo proste i szybkie.
4.3.2. Generowanie dz
więku w Matlabie
W programie matlab równie\
mo\
emy tworzyć animacje [15], jednak zwykle
wymaga to pisania znacznie większej ilości kodu. Matlab jest jednak bardzo u\
yteczny,
gdy chcemy wygenerować dz
więk.
Słu\
y do tego funkcja WavWrite, konwertująca wektor liczb plik dz
więkowy
w formacie wav.
Poni\
sza ilustracja przedstawia cały kod potrzebny do wygenerowania
dz
więków w formie harmonicznych oscylacji o częstotliwościach 440 i 441 Hz, a tak\
e
dz
więku powstałego przez superpozycję dwóch wcześniejszych. Dz
więki te posłu\
ą do
zilustrowania efektu dudnienia.
25
Rysunek 4. Dudnienia w Matlabie
Pierwszą czynnością jest tutaj zadanie wartości zmiennym. Następnie
generujemy wektory wartości funkcji harmonicznej o zadanych parametrach.
W Matlabie do generowania wektorów nie trzeba u\
ywać pętli, jak to znamy z innych
języków programowania.
Jak widzimy funkcja wavWrite jest wywoływana z szeregiem parametrów.
Pierwszy, to wektor, który chcemy przekonwertować na dz
więk. Drugi  częstotliwość
próbkowania generowanego dz
więku. Trzeci to nazwa liku, pod jaką ma być zapisany
nasz dz
więk.
26
5. Budowa lekcji wspomaganej komputerowo
Do budowy e-lekcji u\
yłem niemal wszystkich oferowanych przez
Authorware klas obiektów. Pozwoliły one stworzyć czytelny i sprawny system
nawigacji, wykorzystać w pełni multimedialne mo\
liwości medium, jakim jest
komputer, oraz zapewnić interaktywność projektu.
5.1. Struktura e-lekcji
Podstawową strukturę e-lekcji wykonałem, opierając ją o szkielety, czyli
obiekty Framework. Obiekt Framework pozwala na nawigowanie między obiektami,
dzięki czemu nie jesteśmy przywiązani do prostoliniowego charakteru Flowline.
Jak widać na ilustracji (rys.3.) Główny szkielet zawiera scenę z listą tematów,
nazwaną Menu główne (rys.4.), oraz poszczególne tematy lekcji, które jednak nie są
umieszczone jako kolejno następujące po sobie w linii Flowline, ale ka\
dy z nich
tworzy osobną, równoległą linię czasu. Dzięki temu nie musimy po ka\
dej scenie
dodawać ikony Wait, wraz z przyciskiem do potwierdzenia kontynuacji, oraz ikony
Erase do wyczyszczenia ekranu z poprzedniej sceny (metodę taką wykorzystano do
budowy strony tytułowej, poniewa\
jest ona wyświetlana tylko raz i nie ma potrzeby
wracania do niej). Do poruszania się wewnątrz szkieletu, wykorzystano elementy
Interaction oraz Navigate, tworząc widoczne wewnątrz całego szkieletu (w ka\
dym
widoku, od momentu wyświetlenia) przyciski {Menu główne} (powrót do listy
tematów), oraz {Wyjście}, wyświetlający okno, w którym mo\
emy zdecydować, czy
chcemy zakończyć pracę z aplikacją, czy te\
zrezygnować z wychodzenia.
27
Rysunek 5. Struktura lekcji oparta o obiekty Framework
28
Rysunek 6. Menu główne - struktura nawigacji
Szkielet framework mo\
e być zagnie\
d\
any. I tak ka\
dy temat, ma swój
framework, pozwalający na przedstawienie wielu scen, oraz poruszaniu się po nich
(rys.3.). Nawigacja wewnątrz ka\
dego z tematów zbudowana jest tak samo, tzn. po
wejściu do szkieletu danego tematu wyświetla się jego pierwsza scena, oraz przyciski
nawigujące (rys.6.), pozwalające przejść do następnej sceny, bądz
wrócić. Oczywiście,
przyciski wygenerowane w szkielecie nadrzędnym (Menu główne i Wyjście) są tu
widoczne cały czas i ich funkcje nie zmieniają się.
29
Rysunek 7. Widok menu głównego
Rysunek 8. Przykładowa scena z lekcji. Widać tu przyciski nawigujące.
30
Do ostatniej sceny ka\
dego tematu dodano przycisk nawigujący (za
pośrednictwem obiektów Interaction i Navigate), pozwalający  przeskoczyć na
początek kolejnego tematu, bez potrzeby wracania do głównego menu (rys.7.).
Ka\
da scena składa się z przynajmniej kilku obiektów, głównie typu Display,
oraz Movie, odpowiedzialnych za wyświetlanie tła sceny, tekstu, rysunków, animacji,
filmów. Dla większej czytelności, ka\
da scena została zgrupowana w jeden obiekt typu
Map. Poza uporządkowaniem struktury, ułatwia to te\
ustalanie adresów przy tworzeniu
nawigacji, nie muszę bowiem pamiętać od jakiego elementu zaczynała się konkretna
scena. Nawigacja do obiektu Map jest bowiem to\
sama, z nawigacją do pierwszego
elementu zawartości obiektu Map. Kolejną zaletą stosowania obiektów Map, jest
mo\
liwość kopiowania ich jako segmentów, dzięki czemu nie muszę w ka\
dej scenie od
nowa tworzyć np. tła.
Rysunek 9. Struktura przycisku nawigującego
31
5.1.1. Interakcje
Interakcje lekcji z u\
ytkownikiem powstały głównie w oparciu o obiekty
Knowledge. Obiekty klasy Knowledge, które wykorzystałem do budowy własnej
aplikacji, to:
" Short Answer Question  pytanie, na które u\
ytkownik odpowiada wpisując
odpowiedz
bezpośrednio z klawiatury w pole edycyjne,
" Single Choice Question  test jednokrotnego wyboru,
" Multiple Choice Question  test wielokrotnego wyboru,
" True-False Question  pytanie wymagające odpowiedzi tak lub nie,
" Hot Spot Question  pytanie w którym odpowiedzią jest wskazanie miejsca na
rysunku.
Obiekty Knowledge umieszcza się w aplikacji w ten sam sposób, co obiekty
podstawowych typów. Ich właściwości, takie jak treść pytań, odpowiedzi, sposób
wyświetlania rozwiązania, ustala się w oknie Setup (rys.8.).
Rysunek 10. Widok okna Setup obiektu typu Knowledge
32
Rysunek 11. Pytanie stworzone za pomocą obiektu Multipe Choice Knowledge Object
Obiektów tych u\
yłem, aby u\
ytkownik mógł po ka\
dej partii materiału
przekazanej w interaktywnej lekcji sprawdzić stan swojej wiedzy i zrozumienie
omawianych zagadnień. Takie pytania pojawiają się kilka razy w ka\
dym temacie.
U\
ytkownik po wpisaniu bądz
wybraniu odpowiedzi mo\
e natychmiast
sprawdzić jej poprawność. W razie niepowodzenia wyświetlana jest podpowiedz
, która
stanowi jakby dodatkowe powtórzenie przerobionego ju\
materiału. U\
ytkownik mo\
e
po zobaczeniu podpowiedzi poprawić swoją odpowiedz
, dzięki czemu przyswojona
właśnie informacja ulegnie wzmocnieniu. Wygląd sceny przedstawiającej pytanie
przedstawia rys.9.
Pytania te wymuszają te\
aktywność u\
ytkownika, co jak pisałem w rozdziale
2 wpływa na poprawę szybkości i skuteczności procesu uczenia się.
33
6. Zawartość lekcji wspomaganej komputerowo
W tym rozdziale szczegółowo omówię przebieg e-lekcji, a tak\
e wszystkie
zawarte w niej zagadnienia, oraz przykłady interakcji z u\
ytkownikiem, w formie
zadań.
Treść e-lekcji obejmuje następujące zagadnienia [17]-[24]:
" fale mechaniczne  definicja fali, transport energii, fala poprzeczna i podłu\
na,
impuls falowy, fala harmoniczna, fale płaskie i kuliste;
" propagacja fal w przestrzeni  prędkość fali, amplituda, długość fali, liczba
falowa, częstość kołowa i częstotliwość, stała fazowa, równanie fali
harmonicznej;
" równanie falowe  prędkości fazowa i grupowa, jednowymiarowe równanie
ruchu falowego;
" przenoszenie energii przez fale  energia kinetyczna i potencjalna fragmentu
jednowymiarowego ośrodka  struny;
" zasada superpozycji  zakres stosowalności, opis zło\
onych fal okresowych;
" interferencja przestrzenna i czasowa  fala stojąca, dudnienia;
" efekt Dopplera.
6.1. Fale mechaniczne
Fala to zaburzenie stanu równowagi ośrodka lub przestrzeni, które
rozprzestrzenia się w ośrodku lub przestrzeni, z czym związany jest transport energii.
Z ruchem falowym spotykamy się w niemal ka\
dej gałęzi fizyki. Znane są
fale na powierzchni wody, fale dz
więkowe (fale mechaniczne), ale tak\
e fale świetlne i
radiowe (fale elektromagnetyczne). Na poziomie atomowym i subatomowym materia
wykazuje właściwości falowe (mechanika falowa) [17].
Falami mechanicznymi nazywamy fale powstające w ośrodkach sprę\
ystych.
Generowane są w wyniku wychylenia fragmentu ośrodka z jego normalnego poło\
enia
(poło\
enia równowagi), co powoduje drgania tego fragmentu. Następnie zaburzenie
(fala) ulega propagacji, tzn. drgania są przekazywane do coraz to dalszych części
ośrodka. Dzieje się to na skutek sprę\
ystości ośrodka.
34
Nale\
y zaznaczyć, \
e ruch (propagacja) fali nie wią\
e się z ruchem
postępowym ośrodka czy jego fragmentów. Fragmenty ośrodka wykonują jedynie
oscylacje w ograniczonej części ośrodka lub przestrzeni.
Energia fali mechanicznej, to kinetyczna i potencjalna energia cząstek materii.
Fale przenoszą energię przez propagację zaburzenia ośrodka, nie zaś przez ruch
postępowy samej materii.
O prędkości rozchodzenia się fal mechanicznych decydują sprę\
ystość
i bezwładność ośrodka. Sprę\
ystość jest czynnikiem powodującym pojawienie się sił
przywracających stan pierwotny po wystąpieniu zaburzenia, natomiast od bezwładności
zale\
y zachowanie wychylonej części ośrodka pod wpływem tych sił.
W e-lekcji mo\
na obejrzeć film, przedstawiający  meksykańską falę 
kibiców wstających na stadionie sportowym. Przykład ten ma zobrazować ruch fali
mechanicznej i podkreślić brak transportu materii. U\
ytkownikowi przedstawiane jest
te\
pytanie (rys.12.), dzięki któremu mo\
e sprawdzić, czy dobrze zrozumiał pojęcie fali
mechanicznej.
Rysunek 12. Pytanie kontrolne. Fale mechaniczne.
35
6.1.1. Fala poprzeczna i podłu\
na
Ze względu na kierunek drgań fragmentów ośrodka względem kierunku
propagacji fali, fale dzielimy na poprzeczne i podłu\
ne [18]. Jeśli kierunek drgań jest
równoległy do kierunku rozchodzenia się fali (kierunku transportu energii), to falę
nazywamy podłu\
ną. Przykładami fal podłu\
nych są fale dz
więkowe, fale
w naprzemiennie ściskanej i rozciąganej sprę\
ynie. Jeśli natomiast kierunek drgań jest
równoległy do kierunku propagacji, mówimy o fali poprzecznej. Falę poprzeczną
obserwujemy poruszając cyklicznie końcem naprę\
onego sznura.
Ruch fali poprzecznej i podłu\
nej został zilustrowany stosownymi animacjami
[20]. Poni\
ej zrzut z ekranu animacji porównującej falę poprzeczną i podłu\
ną.
Rysunek 13. Wygląd animacji fal podłu\
nej i poprzecznej [20]
6.1.2. Impuls falowy i fala harmoniczna
O impulsie falowym mówimy, gdy z
ródłem fali jest jednorazowe zaburzenie
ośrodka [18], takie jak wrzucenie kamienia do wody, czy jednorazowe wychylenie
36
w bok końca napiętej liny  ka\
da cząstka liny pozostaje w spoczynku, dopóki nie
dobiegnie do niej impuls, kiedy to zaczyna się poruszać przez krótki okres czasu, po
czym ostatecznie znów spoczywa w bezruchu w swoim poło\
eniu równowagi [17].
Jeśli natomiast z
ródło wykonuje ruchy periodyczne, w ośrodku powstaje
periodyczny ciąg falowy. Wracając do przykładu fali rozchodzącej się wzdłu\
liny, ciąg
falowy powstanie przy okresowym wychylaniu końca liny na przemian w obie strony.
Ka\
da cząsteczka liny będzie poruszać się okresowo.
Najprostszym szczególnym przypadkiem fali periodycznej jest fala
harmoniczna, pobudzająca cząstki ośrodka do drgań harmonicznych (gdy z
ródło
wykonuje drgania harmoniczne proste).
Propagacja impulsu falowego, oraz fali harmonicznej, na przykładzie fali w
sznurze, zosta zilustrowana animacjami [18].
6.1.3. Fale płaskie i kuliste
Gdy w przestrzeni rozchodzi się impuls falowy, to mo\
emy w ka\
dej chwili
utworzyć powierzchnię łączącą wszystkie punkty, do których właśnie dotarła fala. Ruch
fali mo\
na więc zobrazować przez przesuwanie się tej powierzchni. Powierzchnię taką
nazywamy czołem fali lub powierzchnią falową, natomiast ka\
dą linię prostą
prostopadłą do tej powierzchni, wskazującą kierunek propagacji fali, nazywamy
promieniem fali.
Fala płaska, to fala propagująca się w jednym kierunku. Jej powierzchnie
falowe są płaszczyznami prostopadłymi do kierunku propagacji (rys.12.) [18].
Rysunek 14. Fala płaska [18]
37
Falą kulistą nazywamy zaburzenie rozchodzące się we wszystkich kierunkach.
Powierzchnie falowe są więc sferami, a promienie fali wychodzą radialnie ze z
ródła
(rys.13. i 14.).
Rysunek 15. Fala kulista [18]
Rysunek 16. Fala dz
więkowa jest falą kulistą [25]
6.2. Rozchodzenie się fal w przestrzeni
Rozwa\
my rozchodzenie się impulsu falowego w ośrodku, takim jak
naprę\
ona lina. Przyjmijmy, \
e w chwili t = 0 kształt sznura jest opisany funkcją
y = f(x),
gdzie y jest przemieszczeniem poprzecznym sznura w punkcie x.
Fala porusza się z prędkością v, nie zmieniając swojego kształtu, tote\
dla fali
poruszającej się w dodatnim kierunku osi x, po czasie t równanie kształtu sznura
przyjmuje postać
y = f(x - vt).
Mamy więc równanie f(x) opisujące kształt sznura w danej chwili t, oraz f(t), opisujące
drganie danego punktu x sznura.
38
Rozwa\
my teraz przypadek fali o szczególnym kształcie, a mianowicie falę
harmoniczną. Równanie fali harmonicznej
y = A sin [(x - vt) 2Ą/].
Stała A opisuje maksymalne wychylenie, jest nazywana amplitudą, natomiast
czynnik (x  vt) 2Ą/ nazywamy fazą. Zauwa\
my, \
e wartość wychylenia poprzecznego
y jest w danej chwili taka sama w punktach o współrzędnych x, x+, x+2, x+3, itd.
Wielkość  nazywamy długością fali. Długość fali jest więc odległością między dwoma
kolejnymi punktami, które w danej chwili mają taką samą fazę.
Czas T, w jakim fala przemierza odległość równą długości fali , nazywamy
okresem fali
T =  / v,
stąd
y = A sin 2Ą(x/ - t/T).
Zauwa\
my, \
e w danym punkcie x faza powtarza się w chwilach t, t+T, t+2T, t+3T, itd.
Oznaczmy teraz wielkości
k = 2Ą/, oraz � = 2Ą/T = 2Ąf.
Mo\
emy teraz zapisać równanie rozpatrywanej fali harmonicznej w postaci
y = A sin (kx - �t).
Wielkość k nazywamy liczbą falową, natomiast � częstością kołową. Dzięki
wprowadzeniu tych wielkości, prędkość fali mo\
emy zapisać w postaci
v =  / T =  f = � / k.
Zało\
yliśmy na początku, \
e wychylenie y jest równe zeru w punkcie x = 0
i chwili t = 0. Nie jest to oczywiście konieczne. Jeśli to początkowe wychylenie jest
ró\
ne od zera, to równanie wychylenia od czasu i poło\
enia nale\
y uzupełnić
y = A sin (kx - �t - �).
W równaniu tym � nazywamy fazą początkową lub stałą fazową. Jest to najogólniejsze
równanie dla fali sinusoidalnej przemieszczającej się w dodatnim kierunku osi x.
Dla podsumowania i utrwalenia zdobytych właśnie informacji, u\
ytkownikowi
zaproponowane zostaje zadanie, polegające na określeniu podstawowych parametrów
fali, opisanej w sposób następujący:
Naprę\
ną linę przyczepiliśmy do masy, drgającej w górę i w dół co 0,5
sekundy.
Na linie powstała fala. Zauwa\
yliśmy, \
e gdy w jednym punkcie
obserwujemy maksymalne wychylenie liny w górę to takie samo
wychylenie obserwujemy w odległości 1,25 m.
39
W kolejnych pytaniach testowych, u\
ytkownik określa długoś, częstotliwość i prędkość
rozchodzenia się fali. Po udzieleniu odpowiedzi, wyświetlany jest komentarz do
zadania.
6.2.1. Prędkości fali i równanie falowe
Aby wyznaczyć prędkość fali, śledzimy jak przemieszcza się w czasie
wybrana faza. Dla wybranej fazy stałość y = f(x - vt) sprowadza się to do warunku
(x - vt) = const.
Ró\
niczkując to wyra\
enie obustronnie względem czasu otrzymujemy
dx / dt  v = 0, czyli dx / dt = v.
Tak zdefiniowaną prędkość nazywamy prędkością fazową.
Gdy fala nie jest prostą falą sinusoidalną, a zło\
eniem takich fal o ró\
nej
częstości, to prędkość z jaką przenoszona jest energia (prędkość fali modulowanej [18])
fali mo\
e być inna od prędkości fazowej zdefiniowanej powy\
ej. Prędkość taką
nazywamy prędkością grupową.
Równanie ruchu falowego, zwane te\
równaniem falowym wyprowadzamy
wychodząc z ogólnego równania fali
y = f(x - vt).
Obliczmy teraz przyspieszenie poprzecznych drgań punktu x ośrodka. W tym celu
obliczamy drugą pochodną wychylenia y po czasie
"2y / "t2 = f ||(x - vt)v2,
gdzie v2 jest pochodną funkcji wewnętrznej. Równoczesne ró\
niczkowanie względem x
prowadzi do wzoru
"2y / "x2 = f ||(x - vt).
A
ącząc powy\
sze równania otrzymujemy ogólne równanie ruchu falowego
w przypadku jednowymiarowym
"2y / "x2 = 1/v2 * "2y/"t2.
Równanie ruchu falowego mo\
na tak\
e wyprowadzić bezpośrednio z II zasady
dynamiki Newtona [19]; poni\
szy fragment e-lekcji jest opracowany z wykorzystaniem
elementów rachunku ró\
niczkowo-całkowego. Z tych powodów mo\
e być pomionięty
przez osoby nie mające stosownej wiedzy i umiejętności.
40
 Rozwa\
my zatem falę rozchodzącą się w strunie naprę\
onej siłą N. Niech "m
będzie masą odcinka struny o długości "x i gęstości liniowej �L
"m = �L "x.
Z II zasady dynamiki Newtona wiemy, \
e
"m * "2y(xt) / "t2 = F2y  F1y,
gdzie
F1y = N "y/"x|x+"x , F2y = N "y/"x|x+"x
F1y i F2y są więc poprzecznymi składowymi siły N, które działają na punkty x i x+"x.
�L "x "2y/"t2 = N ("y/"x|x+"x - "y/"x|x)
Przekształcając powy\
sze równanie, otrzymujemy:
("y/"x|x+"x - "y/"x|x) / "x = [1/(N/�L)1/2] "2y/"t2.
Dla "x dą\
ącego w granicy do zera:
"2y/"x2 = [1/(N/�L)1/2] "2y/"t2
Prędkość fali w strunie zale\
y więc od siły naprę\
enia i gęstości liniowej struny, jak
v = � / k = (N/�L)1/2.
6.2.2. Energia kinetyczna ruchu falowego
Niech "Ek(x,t) będzie energią kinetyczną fragmentu struny o
gęstości liniowej �L. Masa odcinka struny "m wynosi
"m = �L "x = (m / L) "x.
Z definicji energii kinetycznej otrzymujemy:
"Ek(x,t) = � "m ["y(x,t) / "t]2 = � "m [vc(x,t)]2,
gdzie vc(x,t) jest prędkoącią poprzeczną, która dla fali postaci
y(x,t) = A sin (kx - �t)
wynosi
vc(x,t) = -A � cos (kx - �t).
Szukana przez nas energia kinetyczna wyra\
a się więc wzorem
"Ek(x,t) = � �L "x (A �)2 cos2 (kx - �t) =
= � �L "x Vc2 cos2 (kx - �t).
Vc jest maksymalną wartością prędkości vc(x,t).
Wartość średnia energii kinetycznej z definicji równa jest
41
< "Ek(x,t) > = 1/T 0+"T "Ek(x,t)dt = ź �L "x Vc2
Nale\
y zwrócić uwagę, \
e < "Ek(x,t) > nie zale\
y od x, jeśli "x << .
6.2.3. Energia potencjalna ruchu falowego
Rozpatrzmy energią potencjalną sprę\
ystości fragmentu struny[19]. Niech
odcinek struny o długości "x naciąga siła N. Pod wpływem poprzecznej siły Ny("y)
struna odkształca się o "yI. Otrzymujemy zatem równość:
-Ny("yI) / N = "yI / "x,
czyli
Ny("yI) = (-N / "x) "yI = K "yI.
Aby wyznaczyć energię potencjalną sprę\
ystości "Ep(x,t), wyznaczmy
najpierw wywołaną falą pracę W siły Ny nad odkształceniem poprzecznym od I0 = "yI =
0 do Y = "y. Praca ta wynosi:
W = 0+""y Ny(Y) dY = 0+""y - N /"x Y dY = - � N /"x Y2 |0"y = - � N /"x ["y(x,t)]2.
gdzie "y(x,t) H" "y(x,t)/"x "x.
Praca siły sprę\
ystości wynosi więc ostatecznie
W (x,t) = - � N /"x ("x)2 ["y(x,t)/"x]2.
Energia potencjalna sprę\
ystości równa jest zatem
"Ep ("y) - "Ep (0) = - W (x,t), czyli
"Ep (x,t) = � N "x ["y(x,t)/"x]2.
Poniewa\
y(x,t) = A sin (kx - �t),
"y(x,t)/"x |x = k A cos (kx - �t),
zatem
"Ep (x,t) = � N "x k2A2 cos2(kx - �t).
Jest to chwilowa wartość energii potencjalnej sprę\
ystości w odcinku "x struny. Nie
trudno zauwa\
yć, \
e wartość chwilowej energii potencjalnej jest taka sama, jak wartość
energii kinetycznej. Równie\
wartość średnia energii potencjalnej sprę\
ystości jest taka
sama i wynosi:
< "Ep(x,t) > = ź �L "x Vc2.
Średnia energia mechaniczna fragmentu struny wynosi:
= + = 2 = � �L "x Vc2.
42
Przypomnijmy, \
e Vc = � A, średnia energia mechaniczna fragmentu ośrodka jest więc
proporcjonalna do kwadratu częstości i kwadratu amplitudy.
6.3. Zasada superpozycji
Dowiedziono doświadczalnie, \
e dwie lub więcej fal mogą przebiegać ten sam
obszar przestrzeni niezale\
nie od siebie. Oznacza to, \
e przemieszczenie dowolnej
cząstki ośrodka w danej chwili, jest sumą przemieszczeń, które wywołałyby
poszczególne fale. Proces wektorowego dodawania przemieszczeń nazywamy
superpozycją [17].
Przedstawiona powy\
ej zasada obowiązuje tylko wtedy, gdy równania
rządzące ruchem falowym są liniowe. W przypadku fali w ośrodku sprę\
ystym oznacza
to, \
e mo\
emy stosować zasadę superpozycji, tylko jeśli zale\
ność siły sprę\
ystej od
wychylenia jest liniowa, to znaczy, jeśli ośrodek sprę\
ysty spełnia prawo Hooke a.
Konsekwencją zasady superpozycji jest mo\
liwość rozło\
enia
skomplikowanych ruchów falowych na składowe fale sinusoidalne. Francuski
matematyk J. Fourier (1768-1830) wykazał, \
e ka\
dy, nawet najbardziej ogólny ruch
okresowy cząstki mo\
na opisać jako liniową kombinację ruchów harmonicznych
(sinusoidalnych).
Rysunek 17. Joseph Foureier (1768-1830) [26]
43
6.3.1. Interferencja
Interferencją nazywamy nakładanie się fal [17].
Rozwa\
my teraz dwie fale o tej samej częstotliwości i amplitudzie, lecz
ró\
niące się fazą �. Równania takich fal mo\
na zapisać jako
y1 = A sin (kx - �t),
y2 = A sin (kx - �t + �).
Zgodnie z zasadą superpozycji znajdujemy wypadkową falę, będącą sumą dwóch
powy\
szych
y = 2 A cos (�/2) sin (kx - �t + �/2).
Jest to ponownie równanie fali sinusoidalnej, jednak o amplitudzie AI = 2 A cos (�/2).
Jak widzimy wynik takiego nakładania się fal zale\
y tylko od ró\
nicy faz �. Dla � = 0,
czyli gdy fale są zgodne w fazie, fale wzmacniają się maksymalnie (AI = 2 A). Jeśli
ró\
nica faz wynosi � = 180o, to fale są w przeciwfazie i wygaszają się całkowicie
(AI = 0).
6.3.2. Fala stojąca
Ponownie rozwa\
my dwie fale o tej samej częstotliwości i amplitudzie, ale
poruszające się w przeciwnych kierunkach [18]
y1 = A sin (kx - �t),
y2 = A sin (kx + �t).
Z sytuacją taką mamy do czynienia, gdy fala rozchodząca się w danym ośrodku (ciele)
odbija się od granicy ośrodka (ciała). Fala odbita nakłada się wówczas z falą padającą.
Zgodnie z zasadą superpozycji otrzymujemy falę wypadkową opisaną
równaniem
y = 2 A sin (kx) cos (�t).
Zauwa\
my, \
e jest to równanie fali postaci y = AI cos (�t), oraz \
e amplituda AI zale\
y
od poło\
enia x.
Punkty, dla których kx = Ą/2, kx = 3Ą/2, kx = 5Ą/2..., czyli punkty
o poło\
eniach x = /4, x = 3/4, x = 5/4... mają maksymalną amplitudę. Nazywamy je
strzałkami.
44
W punktach x = /2, x = , x = 3/2, x = 5/2... amplituda równa jest zeru.
Punkty te nazywamy węzłami.
Opisaną powy\
ej falę nazywamy falą stojącą.
Istnieje bardzo wa\
na ró\
nica, między falą bie\
ącą, a stojącą. W fali stojącej
energia nie jest przenoszona wzdłu\
kierunku propagacji fal składowych. Energia fali
jest jak ju\
mówiłem energią kinetyczną i potencjalną cząstek ośrodka. Węzły mają
energię kinetyczną i potencjalną równą zeru, bo węzły nie drgają, energia fali nie mo\
e
więc przepłynąć przez węzły. Energia fali stojącej jest na stałe zmagazynowana
w elementach ośrodka [18]. W sensie wprowadzonej na wstępie definicji fali, fale
stojące nie są ruchem falowym, poniewa\
nie przenoszą energii.
6.3.3. Dudnienia
Ponownie rozpatrzmy interferencję dwóch fal. Opis powstawania fali stojącej
był przykładem tak zwanej interferencji w przestrzeni, poniewa\
dodanie zaburzeń dało
nam wypadkową falę o amplitudzie zale\
nej od poło\
enia. Teraz zajmiemy się
przypadkiem interferencji w czasie [18].
Wyznaczmy więc superpozycję dwóch fal biegnących w tym samym kierunku,
o tej samej amplitudzie, jednak ró\
niących się nieznacznie częstotliwością
y1 = A sin (�1 t) = A sin (2Ą f1 t),
y2 = A sin (�2 t) = A sin (2Ą f2 t).
Szukana wypadkowa fala ma postać
y = A [sin (2Ą f1 t) + sin (2Ą f2 t)].
Przekształcamy powy\
sze równanie, korzystające ze wzoru na sumę sinusów
y = [2A cos (2Ą (f1-f2)/2 t))] * sin (2Ą (f1+f2)/2 t)).
Mamy więc do czynienia z drganiami y = AI sin (2Ą f t), o częstotliwości
f = (f1+f2)/2,
i amplitudzie
AI = 2A cos (2Ą (f1-f2)/2 t)).
Zauwa\
my, \
e częstotliwość fali wypadkowej jest średnią arytmetyczną częstotliwości
fali składowych, natomiast amplituda zmienia się okresowo z częstotliwością
f amp= (f1-f2)/2.
45
Jeśli częstotliwość amplitudy jest mała, to znaczy częstotliwości fali składowych ró\
nią
się nieznacznie, mówimy o modulacji amplitudowej (AM). W przypadku fali
dz
więkowej to zjawisko nazywamy dudnieniem.
Rysunek 18. Modulacja amplitudowa jest skutkiem interferencji fal o ró\
nych częstotliwościach
[18]
6.4. Efekt Dopplera
Gdy obserwator porusza się w kierunku nieruchomego z
ródła dz
więku, słyszy
dz
więk o wy\
szej częstotliwości, ni\
wtedy, gdy jest w spoczynku. Analogicznie
oddalając się od z
ródła, słyszy dz
więk o częstotliwości ni\
szej. Podobnie, gdy to z
ródło
jest w ruchu, a obserwator pozostaje nieruchomy. Zjawisko to dotyczy wszystkich
rodzajów fal, nie tylko dz
więku, ale i światła, czy fal radiowych [17].
Rozwa\
my teraz zjawisko Dopplera dla fal w ośrodku sprę\
ystym  dz
więku.
Jeśli z
ródło dz
więku i obserwator pozostają w spoczynku względem ośrodka,
to w czasie t do obserwatora dociera vt /  fal o długości  i prędkości v.
Je\
eli dodatkowo obserwator będzie poruszał się względem ośrodka
w kierunku nieruchomego z
ródła z prędkością vo, to dotrze do niego dodatkowe
vot /  fal. Częstotliwość fal słyszanych przez obserwatora wyniesie więc
46
f I= [(vt / ) + ( vot / )] / t = (v + vo) /  = f (v + vo) / v.
Częstotliwość słyszana przez obserwatora będzie więc wy\
sza. Gdy obserwator oddala
się od z
ródła, w powy\
szej zale\
ności nale\
y zmienić znak prze vo na przeciwny.
W analogiczny sposób mo\
emy przeanalizować sytuację, w której to z
ródło
porusza się względem ośrodka i obserwatora. Otrzymamy wówczas zale\
ność
f II = f v / (v - vz).
Ostatecznie, je\
eli zarówno obserwator, jak i z
ródło poruszają się względem ośrodka,
zale\
ność przyjmie postać
f III = f (v + vo) / (v + vz).
Rysunek 19. Powierzchnie falowe dz
więku. Widać zmianę długości fali, pod wpływem ruchu z
ródła
względem ośrodka [27]
47
7. Wnioski
Lekcja została przygotowana w formie witryny internetowej za
pomocąprogramu Adobe Macromedia Authorware 7.0. Do skorzystania z niej
potrzebny jest komputer z dostępem do Internetu, oraz przeglądarką Explorer lub
Netscape. Przy pierwszym uruchomieniu aplikacji na danym komputerze następuje
automatyczna instalacja wtyczek do obsługi zawartości aktywnej witryny. Do pracy
dyplomowej dołączone jest CD, na którym znajduje się treść pracy oraz witryna
zawierająca e-lekcję.
Lekcję starałem się przygotować tak, by w jak największym stopniu
wykorzystać mo\
liwości multimedialne komputera, a zarazem zapewnić czytelny
odbiór treści.
Moje oczekiwania co do formy przedstawienia treści opierały się o zasadnicze
kryteria, obowiązujące w standardzie ECC (E-learning Coursware Certification) [2],
takie jak:
" precyzowanie celów,
" przykłady i demonstracje,
" ilustrowanie i wyjaśnianie treści edukacyjnych,
" integrowanie i syntezowanie wiedzy,
" praktyczne przykłady,
" pomoc instrukta\
owa,
" wykorzystanie mediów,
" unikanie obcią\
enia poznawczego.
Zakres treści merytorycznych, to zagadnienia ruchu falowego, na poziomie
nowej matury z fizyki na poziomie rozszerzonym [16].
Myślę, \
e udało mi się spełnić te zało\
enia i lekcja przeze mnie przygotowana
mo\
e stać się częścią kursu dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych i kandydatów na
kierunki techniczne.
Lekcja ta z pewnością mo\
e być alternatywą dla podręczników czy
tradycyjnych wykładów, zwłaszcza, jeśli zwrócimy uwagę na poprawę szybkości
i skuteczności uczenia się, na skutek zastosowania multimediów [2].
48
Bibliografia
[1] http://www.adobe.com/products/authorware/
[2] J. Bednarek, Multimedia w kształceniu, Wydawnictwo Naukowe PWN SA,
Warszawa 2006.
[3] http://pl.wikipedia.org/wiki/World_Wide_Web
[4] http://pl.wikipedia.org/wiki/HTML
[5] http://pl.wikipedia.org/wiki/Tim_Berners-Lee
[6] E-learning w kształceniu akademickim (red. Marcin Dąbrowski i Maria Zając),
Fundacja Promocji i Akredytacji Kierunków Ekonomicznych, Warszawa 2006
http://www.e-edukacja.net/druga/e-edukacja_2.pdf#page=65
[7] Tomasz Walkowiak, Internetowy kurs multimedialny  Sieci neuronowe, Wrocław
2005, http://www.dbc.wroc.pl/Content/964/027.pdf
[8] http://internet.prezentacja.org/internet/poczatki-internetu---rozwoj.html
[9] http://www.learning.pl/elearning/index.html
[10] http://www.learning.pl/elearning/standardy.html
[11] http://pl.wikipedia.org/wiki/Authorware
[12] Using Authorware 7, Macromedia, Inc., San Francisco 2003 (Help programu
Macromedia Authorware 7.0)
[13] Brian Underdhal, Flash MX od podstaw, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2002
[14] Help programu Macromedia Flash MX
[15] http://www.mathworks.com/support/product/product.html?product=ML
[16] Informator o egzaminie maturalnym od 2008 r. Fizyka, CKE, Warszawa 2007
http://www.cke.edu.pl/images/stories/Inf_mat_od2008/fizyka_a.pdf
[17] David Holliday, Robert Resnick, Fizyka. Tom 1, PWN, Wrszawa 1983
[18] Zbigniew Kąkol, Jan śukrowski, E-Fizyka. Podstawy fizyki, materiały
dydaktyczne AGH, Kraków 2002-2005,
http://oen.dydaktyka.agh.edu.pl/dydaktyka/fizyka/a_e_fizyka/index0.htm
49
[19] Notatki do wykładów prof. W. Salejdy dla uczniów X LO we Wrocławiu
przeprowadzonych w ramach programu edukacyjnego pt. MFI Plus w X LO 
nauczanie matematyki, fizyki i informatyki w Liceum Ogólnokształcącym we
Wrocławiu w ramach zajęć dodatkowych pod patronatem Politechniki
Wrocławskiej.
[20] http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/#sound_waves
[21] Raymond A. Serway, John W. Jewett, Principles of Physics: A Calculus-Based
Text, Thomson Brooks/Cole, 2005,
[22] Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists And Engineers With Modern Physics,
Pearson Prentice Hall, 2007,
[23] Fizyka dla szkół ponadgimnazjalnych. Część 2, (red. Jadwiga Salach), ZamKor,
Kraków 2007,
[24] Maria Fiałkowska, Krzysztof Fiałkowski, Barbara Saganowska, Fizyka dla szkół
ponadgimnazjalnych, ZakKor, Kraków 2004,
[25] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/wavplt.html
[26] http://simple.wikipedia.org/wiki/Joseph_Fourier
[27] http://pl.wikipedia.org/wiki/Efekt_Dopplera
50
Spis rysunków
Rysunek 1. Główne okno programu Authorware & & & & & & & & & & & & & & ...21
Rysunek 2. Panel wyboru Knowledge Objects............................................................... 23
Rysunek 3. Kod oscylatora w języku ActionScript ........................................................ 25
Rysunek 4. Dudnienia w Matlabie.................................................................................. 26
Rysunek 5. Struktura lekcji oparta o obiekty Framework .............................................. 28
Rysunek 6. Menu główne - struktura nawigacji ............................................................. 29
Rysunek 7. Widok menu głównego ................................................................................ 30
Rysunek 8. Przykładowa scena z lekcji .......................................................................... 30
Rysunek 9. Struktura przycisku nawigującego ............................................................... 31
Rysunek 10. Widok okna Setup obiektu typu Knowledge ............................................ 32
Rysunek 11. Pytanie stworzone za pomocą obiektu Knowledge ................................... 33
Rysunek 12. Pytanie kontrolne. Fale mechaniczne. ....................................................... 35
Rysunek 13. Wygląd animacji fal podłu\
nej i poprzecznej [20] .................................... 36
Rysunek 14. Fala płaska [18].......................................................................................... 37
Rysunek 15. Fala kulista [18] ......................................................................................... 38
Rysunek 16. Fala dz
więkowa jest falą kulistą [25] ........................................................ 38
Rysunek 17. Joseph Foureier [26] ................................................................................. 43
Rysunek 18. Modulacja amplitudowa jest skutkiem interferencji fal o ró\
nych
częstotliwościach [18]............................................................................................. 46
Rysunek 19. Powierzchnie falowe dz
więku. Widać zmianę długości fali, pod wpływem
ruchu z
ródła względem ośrodka [27]...................................................................... 47
51