-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
rozdzial1.tex
99 lines (82 loc) · 5.64 KB
/
rozdzial1.tex
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
\chapter{Wprowadzenie}
\label{cha:wprowadzenie}
Większość ludzi może korzystać z dorobku technologicznej rewolucji, która
miała miejsce w ostatnich latach. Jednak w niektórych dziedzinach życia zmiany
następują znacznie wolniej -- jedną z nich jest edukacja. Komputery i internet
stały się dostępne w większości szkół, natomiast programy i metody nauczania
często nie nadążają za postępem technologicznym, są wciąż reliktem poprzedniej
epoki. Uczniowie pracują na komputerach najnowszej generacji, jednak zwykle
wykorzystują tylko ułamki ich możliwości, nie mając dostępu do narzędzi, które
faktycznie mogłyby przyczynić się do lepszego zrozumienia poruszanych na
lekcjach zagadnień. Najczęściej komputer i internet stają się po prostu
źródłem łatwo dostępnej wiedzy czy też miejscem gdzie pewne problemy można
próbować rozwiązywać wspólnie. Jest to oczywiście prawidłowe i wartościowe
wykorzystanie nowoczesnej technologi, ale jednocześnie też dosyć powierzchowne
i~niewyczerpujące jej pełnych możliwości. Problemy i wyzwania stojące przed
współczesną edukacją szerzej porusza Andrew A. Zucker \cite{Zuc2009}.
Edukacja może skorzystać na technologicznej rewolucji w znacznie większym
stopniu~-- jednym z pomysłów są wirtualne laboratoria, które pozwolą uczniom
poznawać wybrane zagadnienia w sposób interaktywny, szczególnie podczas
nauczania przedmiotów ścisłych i przyrodniczych, tak istotnych w dzisiejszych
czasach. Cyfryzacja powinna zmienić tradycyjne oblicze lekcji z podręcznikiem
i zeszytem na pracę przy narzędziach edukacyjnych nowej generacji,
wykorzystując powszechną dostępność nowoczesnych technologii. Takie aplikacje
również doskonale wpisują się w popularną ideę cyfrowych podręczników.
Dosłowne przeniesienie zawartości papierowych książek na ekrany komputerów nie
wiązałoby się ze znaczącymi zmianami - inny byłby tylko nośnik słów, wiedzy.
Bez zmian natomiast pozostałby sam proces i metody uczenia przez uczniów i
studentów. Jednak jeśli wirtualny podręcznik zostanie zintegrowany z
interaktywnymi aplikacjami, pozwoli to zupełnie zmienić oblicze nauki. Uczeń
będzie miał możliwość eksperymentowania we własnym domu, przed własnym
komputerem, podczas codziennej nauki, która może zamienić się w~prawdziwą,
wartościową i przede wszystkim rozwijającą przygodę.
Najlepszym pomysłem dla podręczników przyszłości wydaje się umiejscowienie ich w
internecie. Dzięki dystrybucji poprzez to medium można uzyskać niezwykle łatwy i
powszechny dostęp, jako że połączenie z internetem jest w dzisiejszych czasach
czymś w pełni osiągalnym. Internetowa dystrybucja niesie również mnóstwo
korzyści nie tylko dla użytkowników podręczników, ale także dla ich twórców -
wystarczy wymienić zalety takie jak łatwość aktualizacji i docierania do
odbiorców. W związku z tym, również narzędzia stanowiące interaktywne elementy
podręczników przyszłości powinny być przystosowane do działania w środowisku
przeglądarki internetowej. Jest to zadanie wymagające. Jednak niedawny rozwój
technologii i standardów internetowych takich jak HTML5 oraz WebGL, jak również
gwałtowne zmiany w samych przeglądarkach internetowych, dają ogromne możliwości
w tej materii.
Wymienione pomysły nie są tylko planami na przyszłość - te zmiany już powoli
następują, cyfrowe podręczniki i wirtualne laboratoria są trakcie rozwoju.
Jedną z organizacji zajmujących się wprowadzaniem najnowszych osiągnięć
techniki do szkół jest \mbox{The Concord Consortium}\footnote{Więcej
informacji o działalności The Concord Consortium można znaleźć na stronie
internetowej tej organizacji: \url{http://concord.org/}}.
\section{Cel pracy}
\label{sec:celPracy}
W wyniku współpracy ze wspomnianą organizacją The Concord Consortium powstał
wydajny symulator fizyczny o nazwie \en. Prezentuje on zjawisko przewodnictwa
cieplnego oraz dynamikę płynów, a jego środowiskiem działania jest przeglądarka
internetowa. Ta interaktywna aplikacja doskonale wpisuje się w przedstawioną
ideę wirtualnych podręczników i laboratoriów, umożliwiając użytkownikom
łatwiejsze zrozumienie praw fizyki, które rządzą transferem energii.
Autor samodzielnie przeprowadził implementację oraz testy aplikacji \en. Rolą
organizacji The Concord Consortium był nadzór nad projektem oraz konsultacje
dotyczące szczególnie zagadnień związanych z fizyką.
Celem niniejszej pracy jest przedstawienie rozwiązań, które umożliwiły powstanie
symulatora, ze szczególnym naciskiem na technologię WebGL, której niestandardowe
i nowatorskie zastosowanie pozwoliło zrównoleglić obliczenia fizyczne i tym
samym osiągnąć znaczący wzrost wydajności.
\clearpage
\section{Organizacja dokumentu}
\label{sec:organizacjaDokumentu}
Dalsze rozdziały przedstawiają kolejno:
\begin{itemize} \item Możliwości symulatora \en, wprowadzenie
do problematyki symulacji dynamiki płynów i przewodnictwa cieplnego oraz
przegląd istniejących, podobnych rozwiązań.
\item Opis podstawowej implementacji aplikacji, ze szczególnym uwzględnieniem
zagadnień związanych z jej architekturą i wnioskami, które można rozszerzyć na
ogół złożonych systemów \ow{JavaScript}.
\item Prezentację kluczowych technik dzięki którym udało się zrównoleglić
silniki fizyczne symulatora \en przy pomocy technologii \ow{WebGL}.
\item Ocenę systemu, w szczególności testy jakościowe, wydajnościowe oraz
badanie jak konfiguracja sprzętowa użytkownika wpływa na odbiór i jakość
symulacji.
\item Podsumowanie, wnioski, oraz pomysły na dalszy rozwój aplikacji.
\end{itemize}