Search

U radu je nizom numeričkih proračuna analiziran utjecaj promjene geometrije dvaju poznatih tipova elastičnih pritiskalica za pričvršćenje tračnice na podlogu, SKL14 i Nabla, na mehaničko ponašanje sustava pričvršćenja. Geometrijska parametrizacija pritiskalica provedena je primjenom programskih skripata, razvijenih radi oblikovanja pouzdanih prostornih numeričkih modela. Uporabom programskog paketa Abaqus, računalnog alata za numeričke proračune, izrađeni su modeli za simulaciju statičkoga ispitivanja nekoliko inačica geometrijski parametriziranih pritiskalica, čime je dobiven uvid u promjenu njihova statičkog ponašanja pri promjeni geometrijskih parametara. U radu su priloženi postupci izrade detaljnih numeričkih modela sustava pričvršćenja W14 i NABLA u Abaqusu. Na modelima obaju sustava provedene su numeričke analize s geometrijski parametriziranim pritiskalicama radi uvida u promjenu mehaničkog ponašanja sustava pričvršćenja pri promjeni geometrije pritiskalica za različita opterećenja. Znanstveni doprinos rada jest metodologija razvijena za izradu numeričkih modela s rezultatima vrlo bliskim rezultatima ispitivanja fizikalnih prototipova sklopova pri statičkom ispitivanju pritiskalica i rezultatima ispitivanja sustava pričvršćenja, oboje prema europskim normama. Pokazano je da su numerički modeli pouzdani alati za procjenu utjecaja promjene geometrije pritiskalica na promjenu njihova statičkog ponašanja, te ocjenu ponašanja cijelog sustava pričvršćenja, bez provođenja dugotrajnih i skupih ispitivanja u laboratoriju i na terenu. Također je pokazano da su Grasshopper skripte razvijene za vizualizaciju dobar alat za geometrijsku parametrizaciju postojećih pritiskalica, jer se dobivaju pouzdani prostorni numerički modeli ali i alat za brzu obradu numeričkih rezultata radi njihove eventualne optimizacije.

Predstavljamo primjer metodički oblikovane online nastavne lekcije iz fizike kreirane uz pomoć virtualnog laboratorija i Google obrasca koji omogućuje jednostavnu transakciju sadržaja, kao i statistički uvid u povratne informacije učenika. U radu je prikazana metoda poučavanja vođenim istraživanjem koja je napravljena u skladu s edukacijskim preporukama utemeljenim na rezultatima istraživanja. Sagledali smo u kojoj mjeri online nastavna lekcija omogućuje samostalno učenje učenika prvih razreda srednje škole na temu Elastična potencijalna energija te pregledali internetske resurse s ciljem pronalaska lako dostupnih materijala i alata svim nastavnicima. Učenje se sastoji od tri dijela. Prvi dio započinje opažanjem pojava unutar virtualnog laboratorija i postavljanjem hipoteza. Ispituje se ovisnost elastične potencijalne energije o pojedinim varijablama. Koristeći se analizom rezultata mjerenja, učenici provjeravaju ispravnost postavljenih hipoteza te izraz za elastičnu potencijalnu energiju opruge sintetiziraju empirijski. Drugi dio posvećen je teorijskom razmatranju u kojem učenici do istog izraza trebaju doći teorijskim razmatranjem. U posljednjem dijelu nastavnik provjerava znanje učenika u vidu različitih konceptualnih i numeričkih zadataka koji predstavljaju problemske situacije iz svakidašnjeg života. Vrednovanje nastavne lekcije zamišljeno je kroz vrednovanje ishoda učenja danih u Nacionalnom kurikulumu vezanih uz istraživanje fizičkih pojava. U istraživanju je sudjelovalo 30 učenika prvog razreda gimnazije. Analiza učeničkih odgovora pokazala je da je približno polovica učenika mogla samostalno provesti istraživanje i u potpunosti savladati ishode učenja., We present an example of a methodologically designed online physics lesson created by using a virtual lab and a Google form that allows both easy transaction of content and statistical insight into student feedback. The paper presents a method of instructionally guided research created in accordance with pedagogical recommendations based on research findings. We explored the extent to which online lessons facilitate first grade students' independent learning on the topic of Elastic Potential Energy and reviewed online resources with the goal of finding easily accessible materials and tools for all teachers. The lessons consist of three parts. The first part begins with observing phenomena in a virtual laboratory and making hypotheses. The dependence of elastic potential energy on individual variables is investigated. By analyzing the results of measurements, students verify the correctness of the hypotheses made and empirically compile the expression for the elastic potential energy of the spring. The second part is devoted to theoretical consideration, in which students arrive at the same expression through theoretical consideration. In the last part, the teacher checks the knowledge of the students in the form of various conceptual and numerical tasks that represent problem situations from everyday life. The evaluation of the lesson was conceived on the basis of the assessment of the learning outcomes related to the study of research of physical phenomena given in the National Curriculum. Thirty first grade high school students participated in the study. Analysis of student responses showed that about half of the students were able to conduct independent research and fully master the learning outcomes.

Iznosimo primjer istraživački usmjerene online nastave za učenike drugog razreda srednje škole na temu Rad i snaga električne struje. Lekcija je pripremljena uz pomoć virtualnih laboratorija na Go- Lab portalu te Google obrasca koji nam je, uz prenošenje sadržaja, dao uvid u statistiku uspješnosti nastave. Napravljeni su i odgovarajući web sadržaji koji uključuju pred-kviz za ponavljanje te tekst teorijskog objašnjenja lekcije. Istraživački pristup ostvaren je pomoću virtualnog laboratorija u kojemu se snaga grijača određivala mjerenjem brzine promjene temperature vode u kalorimetru. U drugom virtualnom laboratoriju mjerila se ovisnost snage žarulje o njezinom otporu uz konstantni napon i o naponu uz konstantni otpor. U istraživanju je sudjelovalo 19 učenika iz gimnazije u Splitu. Analizom i sintezom rezultata vlastitih mjerenja učenici su trebali formulirati matematički izraz za snagu električne struje. Na kraju su ispunjavali upitnik s konceptualnim pitanjima te zadacima vezanim uz svakodnevni život, koji provjeravaju sposobnost primjene usvojenog znanja. Rezultati istraživanja ukazuju na učeničke poteškoće, najčešće u crtanju i interpretaciji grafova. Učenici su prihvatili metodu rada te su je smatrali zanimljivom i korisnom.

Ovaj rad opisuje način izgradnje virtualnog laboratorija koji je pogodan za testiranje sigurnosnih sustava. Testiranje sigurnosnih sustava provodi se uz pomoću besplatnih alata otvorenog koda, te su u radu opisani načini korištenja alata kroz pokretanje napada nad besplatnim sigurnosnim sustavima. Pokazano je da je moguće napraviti virtualni laboratoriji s besplatnim alatima otvorenog koda u kojem testiranje sigurnosnih sustava ovisi samo o konfiguraciji sigurnosnog sustava koji želimo testirati dok konfiguracija alata za testiranje ostaje ista. This thesis describes the procedure of building a virtual laboratory that can be used for testing various security solutions. Security testing was carried out by free open source applications. Evaluation of couple free security systems was carried out in order to show how to use security testing applications. The results show that it is possible to build a virtual laboratory with free open source applications where security testing only depends on the configuration of security solution that is being tested and not on the testing applications.

Natural sciences in Slovenia are not as popular as we would like them to be. Biology teaching and learning in great part consist of memorizing the facts and not so much of developing competences. Laboratory and field work are recognized as methods where students can achieve subject specific and generic competences, as recommended by different international organizations. Such key competences are mathematical competence and competences in science and technology, and digital competences. Although competences cannot be learned but have to be achieved, the task seems epical when students can hardly find computer supported didactical tools in their own language. On the Faculty of Natural Sciences and Mathematics virtual biology exercise Mendelian Genetics with a translational tool was developed. Teachers have the possibility to translate it into desired foreign language. Virtual exercise is interactive and encourages the critical thinking approach to reach the high level cognitive skills and development of different competences.

Namen diplomskega dela je izdelati virtualni laboratorij za načrtovanje vodenja na različnih laboratorijskih napravah ter demonstrirati njegovo uporabnost ter delovanje z načrtovanjem regulatorja na multivariabilni modelni napravi helikopter - CE150. Diploma najprej opisuje postopek izbire najustreznejšega modela naprave za načrtovanje vodenja. Tu so predstavljene nekatere metode za analizo multivariabilnih sistemov, kot so vodljivost, vodljivost po stanjih, funkcionalna vodljivost in spoznavnost sistemov. V sklopu izbire modela so izvedeni odzivi sistema v delovnih točkah ter nadaljnja primerjava odzivov realnega sistema in razpoložljivih modelov. Na podlagi vseh pridobljenih podatkov, je določen najustreznejši model sistema za načrtovanje vodenja. V nadaljevanju so predstavljeni nekateri tipi primernih regulatorjev ter načini nastavljanja le-teh. Najprej je predstavljeno načrtovanje klasičnega PID regulatorja, ki ga uporabljamo na enak način kot pri univariabilnih sistemih. Sledita regulator za izničitev križnih povezav z uporabo Bodejevega diagrama ter regulator stanj, za katerega je najprej potrebno načrtati opazovalnik stanj, saj je sicer, zaradi nemerljivosti stanj sistema, takšen regulator na realnem sistemu neizvedljiv. Na koncu je opisan še postopek zasnove in razvoja virtualnega laboratorija. Le-ta omogoča izvajanje poizkusov na laboratorijskih napravah in testiranje ustreznosti načrtanih regulatorjev. Celoten sistem je osnovan na podatkovni bazi MariaDB, katera shranjuje vse potrebne podatke za delovanje sistema, hkrati pa shranjuje meritve, ki so uporabljene za realno-časovni prikaz delovanja naprave. Uporabljeni programski jezik na strani strežnika je PHP, na strani uporabnika pa JavaScript in jQuery. Za komunikacijo z napravo skrbi programsko orodje Matlab ter vhodno-izhodna enota PoKeys. The aim of the diploma thesis is to develop and implement a virtual laboratory for control system design and to demonstrate its usability by designing a suitable controller for the multivariable laboratory pilot plant - helicopter CE150. The thesis first describes the method for choosing the most suitable model of the plant for control design. At this point some methods for multivariable system analysis are introduced, such as controllability, functional controllability and observability. Furthermore, step responses of the plant in the chosen operating points are performed and the measured data is compared to the model's response. According to the collected data and its analysis, the most suitable model of the system is chosen. Afterwards, a few suitable controllers an their tuning methodology is introduced. First, conventional PID controllers, which are used in the same way as in SISO systems are described, followed by the cross-link elimination controller based on Bode plots. At last, state controller with state observer is presented. The latest is due to unmeasured system states necessary when implementing such controllers. Finally, design and implementation of the virtual laboratory is presented. The virtual lab allows experimenting on the real systems in order to evaluate the suitability of the designed controllers. The overall solution is based on MariaDB database, which stores all the neccesary data for system operation, while providing real-time measurements of the plant operation to the user. PHP programming language is used on the server side, while the user side uses JavaScript and jQuery. Matlab and PoKeys I/O device are used to communicate with the pilot plant.

Doktorska disertacija obravnava uporabo virtualnega laboratorija pri učenju in poučevanju kemijskih vsebin naravoslovja v sedmem razredu osnovne šole. Disertacija ima dvodelno strukturo. V prvem, teoretičnem, delu so predstavljena splošna izhodišča pouka naravoslovja v osnovni šoli, učne oblike in metode poučevanja. Med sodobnimi pristopi je izpostavljeno eksperimentalno delo. Poseben poudarek je namenjen uporabi novih tehnologij v izobraževanju in virtualnim laboratorijem. Predstavljena so znanstvena spoznanja o pomenu vizualizacije naravoslovnih pojmov in o njihove trojne narave na njihovo razumevanje. Pričujoča spoznanja predstavljajo temeljno podstat empirične raziskave, predstavljene v drugem delu doktorske disertacije, katere temeljni namen je bil proučiti učinkovitost uporabe virtualnega laboratorija pri učenju in poučevanju kemijskih vsebin pri predmetu naravoslovje z vidika znanja in interesa učencev. Zasnovan je didaktični eksperiment, v katerem je sodelovalo 225 učencev, delo je potekalo v eksperimentalni in kontrolni skupini. Pred izvedbo le-tega je bila analizirana obstoječa šolska praksa med učitelji naravoslovja in kemije z vidika: (1) vključenosti eksperimentalnega dela kot temeljne metode aktivnega učenja kemijskih vsebin, (2) uporabe vizualizacijskih metod pri pouku in (3) uporabe virtualnega laboratorija. Temeljne ugotovitve empirične raziskave, izvedene v šolskem letu 2012/2013, v kateri je sodelovalo 48 učiteljev naravoslovja ali kemije, so, da učitelji pri poučevanju in učenju kemijskih vsebin pogosto vključujejo eksperimentalno delo. Pri predstavitvi naravoslovnih pojmov anketirani učitelji uporabljajo različne vizualizacijske metode predvsem računalniške animacije in simulacije. Uporaba virtualnega laboratorija kot nova strategija učenja in poučevanja kemijskih vsebin ni pogosta, saj učitelji nimajo dovolj specialno-didaktičnih znanj, ki bi jim omogočale uporabo tehnologije virtualne resničnosti. Na osnovi didaktičnega eksperimenta, izvedenega v obdobju dveh šolskih let (2012/2013 in 2013/2014) v desetih osnovnih šolah, je bila analizirana uspešnost pouka, izvedenega ob podpori virtualnega laboratorija. Pridobljena empirična spoznanja razkrivajo, da ima uporaba virtualnega laboratorija velik vpliv na znanje in interes učencev. Učenci eksperimentalne skupine so bili po končanem eksperimentu v prednosti po znanju kemijskih vsebin naravoslovja. Prav tako je uporaba virtualnega laboratorija vplivala na trajnost pridobljenega znanja naravoslovnih vsebin in interes učencev po končanem eksperimentu, saj so učenci eksperimentalne skupine imeli višji interes do spoznavanja naravoslovnih vsebin. Z didaktičnim eksperimentom je bilo ugotovljeno, da uporaba virtualnega laboratorija omogoča kakovostno učenje in poučevanje kemijskih vsebin naravoslovja, saj omogoča: (1) eksperimentalno delo kot aktivno metodo učenja, (2) vizualizacijo abstraktnih pojmov in pojavov, (3) dinamične submikro predstavitve, (4) integracijo vseh treh ravni kemijskega pojma v celoto in (5) pozitivno vpliva na interes učencev, njihovo znanje in trajnost osvojenega znanja. Doctoral dissertation discusses the use of virtual laboratory for learning and teaching chemical concepts at science classes in the seventh grade of primary school. The dissertation has got a two-part structure. In the first theoretical part presents a general platform of teaching science in elementary school, teaching forms and methods of teaching and among modern approaches we highlight experimental work. Particular emphasis was placed on the use of new technologies in education and virtual laboratories. Scientific findings on the importance of visualization of science concepts and their triple nature of their understanding are presented. These findings represent a fundamental foundation of empirical research presented in the second part of the doctoral dissertation, whose basic purpose was to examine the effectiveness of using virtual laboratory for teaching and learning chemical contents at science from students’ point of view on knowledge and interest. We designed a didactic experiment in which 225 pupils participated. The work was conducted in the experimental and control group. Prior to its execution, the existing school practice among science and chemistry teachers was analysed in terms of: (1) inclusion of experimental work as a fundamental method of active learning chemical contents, (2) the use of visualization methods in the classroom and (3) the use of a virtual laboratory. The main findings of the empirical research, carried out in the school year 2012/2013, in which 48 science and chemistry participated, are that teachers often include experimental work when teaching chemical contents. Interviewed science teachers use a variety of visualization methods when presenting science concepts, in particular computer animation and simulation. Using virtual laboratory as a new strategy for teaching and learning chemical contents is not common because teachers lack special-didactic skills, enabling them to use virtual reality technology. Based on the didactic experiment, carried out over a period of two school years (2012/2013 and 2013/2014) in ten primary schools, the effectiveness of teaching carried out with the support of a virtual laboratory was analyzed. The obtained empirical findings reveal that the use of virtual laboratory has great impact on the pupils’ knowledge and interest. At the end of the experiment, pupils in the experimental group had an advantage according to knowledge of chemical contents in science. Also, the use of virtual laboratory had an impact on the sustainability of the acquired knowledge of science contents and pupils’ interest at the end of the experiment, because the pupils in the experimental group had a higher interest for learning science contents. The didactic experiment determined, that the use of virtual laboratory enables quality learning and teaching chemical contents of science, because it allows: (1) experimental work as an active learning method, (2) the visualization of abstract concepts and phenomena, (3) dynamic sub micro presentations (4) integration of all three levels of the chemical concept as a whole and (5) positively impacts pupils’ interest, knowledge and sustainability of the acquired knowledge.

In chemistry and natural sciences, in general experimental and laboratory work is one of the most effective methods for acquiring knowledge. Unlike traditional teaching, experimental work enables a very active involvement of students in class and can also be exercised using virtual world. Understanding chemistry involves the ability of cognitive comprehension on three levels: the macroscopic level, the symbolic level and the level of particles where the virtual laboratory can be an effective tool. The goal of research was to examine the students' perceptions of using a virtual laboratory. The research carried out on a relatively small sample of students third grade of high school has shown that chemistry classes is more interesting and a work environment was more relaxed when using the virtual laboratory instead of classical teaching without visualization tools.