Linux/Zastosowania/Edukacja

Artykuł ten ma za zadanie przybliżyć czytelnikowi sposoby, na jakie system GNU/Linux może zostać wykorzystany w edukacji.

Dlaczego GNU/Linux

Istnieje szereg korzyści, jakie może przynieść stosowanie systemu GNU/Linux. Najważniejsze z nich to oszczędność czasu i pieniędzy.

Pieniądze

Zastosowanie Linuksa pozwala zaoszczędzić pewną ilość pieniędzy, ponieważ:

znakomita większość dystrybucji Linuksa dostępna jest bezpłatnie;
uaktualnianie systemu jest niezwykle łatwe i darmowe;
Linux ma stosunkowo niewielkie wymagania sprzętowe;
niezbędne oprogramowanie dostarczane jest wraz z systemem przy większości dystrybucji;
wykonywanie inwestycji opartych na Linuksie jest tańsze.

Czas

System GNU/Linux pozwala także na zaoszczędzenie cennego czasu (głównie osoby zajmującej się administracją pracowni informatycznej), dzięki:

instalowaniu większości najpotrzebniejszych programów użytkowych wraz z systemem (w tym aplikacji biurowych i kompilatorów - koniecznych do nauki programowania)
większej kontroli nad systemem i poczynaniami użytkowników

Dodatkowo, system GNU/Linux jest uważany za jeden z bardziej odpornych systemów operacyjnych na ataki wirusów (dokładne dane wahają się w zależności od konkretnej dystrybucji). Pozwala to zaoszczędzić administratorowi systemu czas, który inaczej musiałby być poświęcony na skanowanie i/lub reinstalacje systemu.

Rozwiązania

Jeśli nadal czytasz ten tekst, to znaczy, że najprawdopodobniej przekonały Cię powyższe argumenty. W dalszej części znajduje się bardziej szczegółowy opis rozwiązań systemu, użytecznych w edukacji lub obniżających szeroko pojęte koszta eksploatacji.

Oszczędność miejsca na dyskach

Można zaoszczędzić miejsce na dyskach twardych, nie rezygnując z ilości zainstalowanego oprogramowania. Wystarczy zainstalować system ze wszystkimi potrzebnymi pakietami na jednym komputerze (np. stanowisku nauczyciela). Na komputerach uczniów należy zainstalować tylko bazowy system (grubo poniżej 100 MB). Resztę oprogramowania dostępnego na serwerze należy udostępnić stanowiskom uczniowskim. W ten sposób można zaoszczędzić pieniądze, które przeznaczane są na zakup dużych dysków. Wystarczyłoby zakupić używane dyski o pojemności np. 500 MB. Aby zrealizować powyższy pomysł, można skorzystać z NFS (Network File System), czyli sieciowego systemu plików. Dodatkowe oprogramowanie w systemie Linux znajduje się w katalogu /usr. Dzięki mechanizmowi montowania, zasoby zdalnego komputera widoczne są w lokalnym systemie jako zawartość wybranego katalogu. Nie ma więc potrzeby, by na każdym stanowisku uczniowskim znajdowała się kopia tego katalogu. Jak już wcześniej wspomniałem, wystarczy zainstalować potrzebne oprogramowanie na jednym komputerze i udostępnić je reszcie komputerów w pracowni. Konfiguracji dokonuje się po stronie serwera oraz po stronie klientów. Więcej informacji o konfigurowaniu serwera w podręczniku systemowym exports(5). Konfiguracja po stronie klientów również opisana jest w podręczniku systemowym nfs(5). [tymczasowo tylko tyle - trzeba opisać konfigurację dokładniej; np. utworzenie grupy uczniowie i udzielenie im tylko ro]

W oszczędnościach można pójść jeszcze dalej i zrezygnować całkowicie z twardych dysków na komputerach uczniów. Więcej informacji w dokumentach

Istnieje niestety konieczność zainstalowania pamięci RAM o rozmiarze min. 128 MB.

Jeśli system zainstalowany zostanie na HDD o małej pojemności, do pracy z grafiką także potrzeba RAMu (jednak przy oszczędnym środowisku graficznym może wystarczyć 64 MB).

Alternatywnym, jeszcze oszczędniejszym rozwiązaniem jest użycie tzw. X-terminali - bardzo słabych komputerów (32 MB RAM w zupełności wystarcza), które zajmują się tylko wyświetlaniem obrazu, a programy wykonują się na serwerze. Zaletą tego systemu jest to, że nie trzeba konfigurować prawie nic na kliencie, wszystkie programy są zainstalowane na serwerze. Kompletnym, łatwym do zainstalowania systemem tego typu (działającym praktycznie z każdą dystrybucją Linuksa) jest LTSP.

Wykorzystanie komputera na różnych przedmiotach

W szkolnych pracowniach komputerowych odbywają się najczęściej lekcje informatyki. Dzięki bogactwu programów edukacyjnych, komputerów można użyć do nauki różnych przedmiotów.

Znakomitym przykładem takiego podejścia do roli Linuksa w szkolnictwie może być polski projekt Linux EduCD [1] – wersja 0.4.1 tej dystrybucji zamieszczona jest na płycie CD dołączonej do nr 4 czasopisma „Linux w Szkole” [2].

Astronomia

Celestia program umożliwiający podróżowanie po 3-wymiarowym modelu Wszechświata.
Kstars – program wchodzący w skład pakietu kdeedu, należącego do środowiska KDE.
Stellarium – program bogaty w funkcje. Potrafi wyświetlać mapę nieba z pięknymi artystycznymi wizjami poszczególnych gwiazdozbiorów [3]. Program wyświetla ponad 120 tys. gwiazd.
XEphem – program astronomiczny.

Chemia

ChemTool - program do rysowania cząsteczek organicznych.
Ghemical to pakiet oprogramowania obliczeniowego z zakresu chemii wypuszczony na licencji GNU GPL, napisany w C++. Ma graficzny interfejs użytkownika (w rzeczywistości - kilka). Obsługuje zarówno modele mechaniki kwantowej (semi-empiryzcne oraz ab initio) jak i modele mechaniki molekularnej (jest eksperymentalne pole siły w stylu Tripos 5.2 dla cząstek organicznych). Dołączone jest także narzędzie do uproszczonych modeli białek. Dostępne są optymalizacja geometrii, dynamika molekularna oraz duży zestaw narzędzi do wizualizacji.
Kalzium - program pokazujący układ okresowy pierwiastków z wieloma możliwościami prezentacji pierwiastków. Jest częścią pakietu edukacyjnego środowiska KDE.

Języki obce

KVocTrain służy do ćwiczenia gramatyki różnych języków.
KLatin to program do nauki łaciny. Zawiera sekcje ćwiczenia słownictwa, gramatyki i czasowników.
Kiten pomaga w nauce języka japońskiego.
KVerbos służy do nauki Hiszpańskich form czasowników.
KWordQuiz to program dający duże możliwości nauki nowych słówek z dowolnych języków.

Przy powyższym opisie programów językowych, skorzystano z opisów pakietów KDE Edu

Matematyka

Maxima - program do obliczeń ( symbolicznych i numerycznych) oraz tworzenia ich obrazów
GNU Octave
Dr Genius to narzędzie do rozwiązywania problemów matematycznych. Zawiera ono matematyczny język programowania, narzędzie do geometrii euklidesowej, narzędzie do generowania wykresów 2D/3D oraz konsolowy kalkulator. Kalkulator obsługuje liczby zmiennoprzecinkowe wysokiej precyzji, liczby całkowite, zespolone oraz macierze. Wydawnictwo Software przygotowało dwa dokumenty: Praktyczne przykłady, Podręcznik użytkownika.
EULER jest programem do szybkich i interaktywnych obliczeń na liczbach rzeczywistych i zespolonych, z przedziałami, w stylu MatLaba, Octave... Może narysować i animować funkcje w dwóch lub trzech wymiarach.
GEG (GTK+ Equation Grapher) jest prostym programem rysującym wykresy funkcji matematycznych (np. f(x) = 3 + sin(x/2)). Geg pozwala na oglądanie wielu wykresów równocześnie, przy czym każda funkcja jest rysowana innym kolorem. Funkcje mogą być selektywnie usuwane. Widok określonych regionów może być powiększany i zmniejszany.
XaoS - generator fraktali.

Przy powyższym opisie programów matematycznych, skorzystano z opisów pakietów RPM z dystrybucji PLD.

Maszynopisanie

Dla dzieci

Programy dla dzieci mają dodatkowo "element motywujący". Najczęściej jest to jakaś prosta gra, w której wyniki są uzależnione od szybkości (i bezbłędności) naciskania klawiszy na klawiaturze.

Kletters – program wchodzący w skład pakietu kdeedu.
TuxType - głównym bohaterem jest pingwin Tux.

Dla młodzieży

Programy dla starszych nie wymagają wymyślnej grafiki, ważne żeby spełniały swoją funkcję.

Gtypist – program do nauki bezwzrokowego pisania na klawiaturze.
Ktouch – program do nauki bezwzrokowego pisania na klawiaturze, wchodzący w skład pakietu kdeedu.

Zdalna administracja systemu

Najpopularniejsze programy umożliwiające zdalną administrację to SSH/OpenSSH, Webmin oraz VNC.

SSH - Secure Shell, czyli bezpieczna powłoka. Pozwala na zdalną pracę. Jest to "przedłużenie" terminala, więc taka praca nie różni się od fizycznej obecności przy komputerze.

Inne podejście prezentuje Webmin. Program ten umożliwia zarządzanie komputerem poprzez protokół https, czyli przez stronę WWW z połączeniem szyfrowanym. Wystarczy więc jakakolwiek przeglądarka internetowa działająca pod jakimkolwiek systemem operacyjnym. Nie trzeba posługiwać się poleceniami wpisywanymi "z klawiatury" - wszystko przedstawione jest w postaci przystępnego interfejsu.

Kolejny krok w stronę przystępności i prostoty obsługi to VNC (Virtual Network Computing). W skrócie: chodzi o to, że nie siedząc przy komputerze obsługujemy go tak, jakbyśmy przy nim siedzieli. Wszystkie ruchy i kliknięcia myszy oraz klawiatury są przesyłane do zdalnego systemu, a my odbieramy od niego obraz.

Blokowanie stron pornograficznych

Obszerny artykuł na ten temat znajduje się pod adresem http://www.freesco.pl/publikacja.php?id=34. Wzmianka o tym również w odpowiedzi na 38 pytanie w „Bardzo nieoficjalnym FAQu grupy pl.comp.os.linux.sieci”, który jest dostępny pod adresem http://linux.abakus.one.pl/#38.

Książka do nauki informatyki

Książki na rynku podręczników szkolnych opisują głównie systemy DOS i Windows. Trudno na ich podstawie nauczać informatyki w pracowni, w której jest Linux. Na szczęście istnieje "Magiczny Flet" - podręcznik do informatyki oparty o Linuksa. W dodatku jest on całkowicie bezpłatny. Dostępny jest pod adresem http://mf.7thguard.net/. Obecnie jest rozwijany na polskim Wikibooks (zobacz podręcznik Informatyka dla gimnazjum). Można go używać w wersji elektronicznej lub wydrukować i reprodukować w dowolnej liczbie egzemplarzy.
Istnieją programy nauczania informatyki w gimnazjum przeznaczone dla Linuksa, przykładem może być program pana Romana Wyrwas [4]. Jednak program ten nie ma dopuszczenia MENiS. Zatem lepszym rozwiązaniem jest wykorzystanie programu już dopuszczonego i stworzenie innowacji (przydatne przy awansie zawodowym). Ciekawą propozycją wydaje się program: "Informatyka w ćwiczeniach" DKOS-5002-36/03 [5]. Wystarczy niektóre programy "windowsowe" zastąpić ich linuksowymi odpowiednikami. Sam podręcznik może być pomocny nauczycielowi, jednak raczej nie nadaje się dla ucznia (podaje przykłady głównie programów z Windows).

Pakiet biurowy

Do niedawna najlepszym pakietem biurowym dla Linuksa był OpenOffice. Od 2010 roku jego następcą stał się pakiet Libre Office, który przejął najlepsze cechy swojego poprzednika. LibreOffice jest darmowym i otwartym pakietem biurowym dla systemów Windows, Macintosh i Linux. Nowy pakiet obecny jest we wszystkich liczących się dystrybucjach Linuksa. Gdyby paczki z tym programem nie było na płytach instalacyjnych, należy sięgnąć do Internetu. Gotową do pobrania wersję znajdziecie pod adresem:

LibreOffice;

Poza rozbudowanym pakietem LibreOffice, można też korzystać z samodzielnych programów.

Edytor tekstu AbiWord * AbiWord
Arkusz kalkulacyjny Gnumeric * Gnumeric

Nauka programowania

W szkołach podstawowych i w gimnazjach można zrobić wprowadzenie do programowania w języku Logo (grafika żółwia). Można do tego celu użyć programu Kturtle [6].

Zobacz przykładowe programy / grafiki z użyciem KTurtle.

W szkołach średnich najlepiej nauczać języków [7]:

Pascal – kompilator FPC 1.0.10 [8];
C – kompilator GCC 3.4 [9];
C++ – kompilator GCC 3.4 [10].
Java - OpenJDK [11]

Te cztery języki są dopuszczone do używania przez ucznia na egzaminie maturalnym z informatyki.

Wykorzystanie starego sprzętu komputerowego

Linux ma niewielkie wymagania sprzętowe. Z powodzeniem można go używać na komputerach klasy 486 lub Pentium 90 MHz. Niestety w przypadku tak słabego sprzętu, może pojawić się problem z uruchomieniem bardziej "zasobożernych" aplikacji, zwłaszcza z graficznym interfejsem (pulpitem) wymaga minimum 128 MB RAM - choć wersje takie jak Damn Small Linux zadziałają nawet na komputerze 486DX z 16 MB RAM. Możliwe jednak jest uruchamianie programów na jednym „centralnym” komputerze i dzięki specjalnemu oprogramowaniu przesyłanie zawartości ekranu programu do innego komputera – tzw. terminala. Takie rozwiązanie możliwe jest dzięki LTSP [12].

Proste instalowanie systemu na kilku stacjach

Szkolna pracownia informatyczna może mieć wiele komputerów. Czasochłonne jest instalowanie na każdym komputerze systemu (a widziałem już takie patenty). Więcej informacji w artykule Klonowanie stacji roboczych pod Linuksem na stronie http://lg.linux.pl/.

Przydatne oprogramowanie

Oprogramowanie dla nauczycieli

Scribus, to prosty w obsłudze i bardzo wydajny program do DTP, pomocny np. w wydawaniu szkolnej gazetki, szkolnych broszur reklamowych.

KEduca pomaga w tworzeniu interaktywnych testów przedmiotowych, rozwiązywanych na komputerze.

KEduca na stronie projektu KDE Edu

Oprogramowanie dla uczniów

GNU Terminarz Ucznia to program, który ułatwi życie każdemu uczniowi. Przypomni o klasówce, pomoże wyliczyć średnią ocen. Program jest dostępny na stronie http://www.gnutu.org/.

Oprogramowanie pomocne w administracji szkołą

Dzięki oprogramowaniu School Tool można zarządzać listą uczniów, zadań (np. zaplanowanych egzaminów), stworzyć szkolny portal na potrzeby uczniów, nauczycieli i rodziców. Ciekawą opcją jest też śledzenie wyników w nauce całej klasy, bądź poszczególnych uczniów. Można w ten sposób tworzyć jakby rankingi.

Studentom przyda się SOL, którego zadaniem jest uproszczenie komunikacji pomiędzy studentami a prowadzącymi. Umożliwia on wystawianie ocen z komentarzem, przesyłanie prac studenckich, dołączania materiałów dodatkowych, etc.

Program School Tool znajduje się pod adresem [13], a SOL pod tym adresem.

Inne oprogramowanie pozwalające zarządzać szkołą to np. Open Admin for Schools, na którego stronie można zobaczyć demo interfejsu "okiem" administratora, nauczyciela czy rodzica. Open Admin for Schools zapewnia rodzicom możliwość zobaczenia takich danych o uczniu jak np. nieobecności, oceny (także porównanie ze średnią uczniów), nauczycielom uzupełnienie stosownych danych, a administracji szkolnej odpowiednie zarządzanie.

Inne oprogramowanie

Szkolny Dziennik Internetowy to produkt firmy OLMAR z Poznania. Program umożliwia rodzicom sprawdzenie przez Internet ocen swoich dzieci. Program został wdrożony w Zespole Szkół Ogólnokształcących w Swarzędzu.

Pod adresem https://oceny.lo.swarzedz.edu.pl/ można zobaczyć jak działa system.

Różne inicjatywy związane z GNU i edukacją

krajowe

Ciekawy Projekt Alrauna [14] zdążający do zastąpienia Windows w szkolnych pracowniach komputerowych Linuksem.

Stowarzyszenie Informatycznej Edukacji Alternatywnej “ACTUS” [15] - jego misją jest propagowanie idei Open Source (wolnego oprogramowania) jako alternatywnej formy korzystania z technologii informacyjnej.

Projekt Fundacji Wolnego i Otwartego Oprogramowania [16] "Wolne i Otwarte Oprogramowanie w Szkole" [17]] - polega na promowaniu Wolnego i Otwartego Oprogramowania (w tym oczywiście Linuksa) poprzez prezentacje prowadzone w szkołach i przeznaczone dla uczniów i nauczycieli danej szkoły.

Projekt Linux-EduCD [18] - jest to system Live-CD, bazujący na Knoppiksie i Debianie, zawierający edukacyjne oprogramowanie. W ramach prac nad systemem rozwijany jest tzw. Minipodręcznik. Jest to polskojęzyczna dokumentacja do Linux-EduCD + opis wybranych aplikacji.

zagraniczne

OFSET [19] (Organisation for Free Software in Education and Teaching) – organizacja założona we Francji. Jej celem jest promowanie Wolnego Oprogramowania w edukacji oraz rozwijanie oprogramowania.

Dystrybucje

Linux-EduCD

Projekt Linux-EduCD [20] - jest to system Live-CD, bazujący na PCLinuxOS 2008 MiniMe i częściowo na Mandriva One 2008, zawierający edukacyjne oprogramowanie. W ramach prac nad systemem rozwijany jest tzw. Minipodręcznik. Jest to polskojęzyczna dokumentacja do Linux-EduCD + opis wybranych aplikacji.

Edubuntu

Edubuntu [21] wyrasta jako gałąź dystrybucji Ubuntu [22] i jest na niej bazowana. Dystrybucja adresowana do szkół i środowisk edukacyjnych, zaprojektowana tak, aby nauczyciele lub administratorzy szkolnych sieci komputerowych mogli szybko i łatwo ją zainstalować na wielu stanowiskach.

Freeduc

Freeduc [23] – dystrybucja rozwijana przez projekt OFSET [24].

Dostępna jest wersja 1.5 tej dystrybucji; do ściągnięcia z SourceForge.

DebianEdu

DebianEdu [25] to działająca w ramach projektu Debian inicjatywa, której celem jest uczynienie Debiana najlepszą dystrybucją do zastosowań w edukacji.

Utworzono pakiety:

EducationAstronomy [26] – astronomia
EducationBiology [27] – biologia
EducationChemistry [28] – chemia
EducationElectronics [29] – elektronika
EducationGeography [30] – geografia
EducationGraphics [31] – grafika
EducationLanguage [32] – języki
EducationMathematics [33] – matematyka
EducationMusic [34] – muzyka
EducationPhysics [35] – fizyka

« Bankowość i finanse

Spis treści

Grafika »