Mobil díky senzorům všudypřítomnou didaktickou pomůckou

To, co kultovní sci-fi seriál Star Trek nazývá univerzálním federačním trikordérem (a kromě členů federace mají vlastní model i Klingoni či Vulkánci), je přístroj ke skenování geologických, meteorologických a biologických údajů. Málokdo to ví, ale dnes takový přístroj nosí většina aktivní české populace v kapse.

Podle Media projektu, který zajišťují agentury MEDIAN a STEM/MARK, prolomila vybavenost mobilními zařízeními v Česku o letních prázdninách 2015 hranici 50 % (viz MP: Mobily a tablety mají hlavně čtenáři E15 a HN). Polovina Čechů ve věku 12–79 let má čtečku, mobil či tablet. Oproti roku 2014 jde o nárůst o 12 procent. Nejvíce jsou zastoupeny chytré telefony, které vlastní 43 % populace. V nejnižší věkové kohortě, kterou Media projekt sleduje, tedy u mládeže ve věku 12–19 let, je zastoupení některého mobilního zařízení přes 82 %.

Senzory, které ze zařízení dělají federační trikordér, jsou dnes běžnou součástí mobilních dotykových zařízení, především chytrých telefonů, v menší míře pak tabletů. Jak ale zmiňuji výše, většina uživatelů to vůbec netuší. Je pak logické, že jejich využití pro vzdělávání zůstává stále skryto i pro valnou většinu učitelů. V článku se pokusíme prozkoumat tuto stále neobjevenou oblast a ukázat příklady výukových aktivit s využitím mobilních zařízeních v roli didaktické pomůcky.

Malá laboratoř v kapse teenagera

Senzory, se kterými se v češtině můžeme setkat také pod označením čidla nebo snímače, měří určitou fyzikální veličinu nebo vlastnosti látek. Nenechme se ale zmýlit, jejich využití jde daleko za horizont přírodovědných předmětů. V knize Učíme se s tabletem, která vyšla před letními prázdninami v nakladatelství Wolters Kluwer, v samostatné podkapitole popisujeme, s jakými senzory a čidly je možné se v dotykových zařízeních setkat, v jiné podkapitole pak uvádíme příklady aplikací, které schopnosti senzorů využívají.

Po zjištění, které senzory váš telefon či tablet obsahuje, můžete využít některou z aplikací k tomu určených. K jejímu vyhledání zadejte v obchodě s aplikacemi pro vaši platformu (Apple iOS, Google Android či Microsoft Windows) slovo sensor. Pokud se vám nechce hledat, můžete zkusit například aplikace SensorLog (iOS), Androsensor (Android) nebo Sensor Checker (Windows).

Přehled všech senzorů dnes dostupných v chytrých telefonech včetně detailního popisu jejich funkce a rozšíření na jednotlivých platformách nabízí například Mobile Sensors Database britské společnosti OpenSignal. Přehledně zdokumentováno má v současné době 25 senzorů.

My krofeme – vy krofete aneb mikrofon

Mikrofon je obsažen v každém telefonu či tabletu. Můžeme jej využít pro množství aktivit, například může fungovat jako zvukoměr neboli decibelometr. Po vyhledání vhodné aplikace zvukoměru zadejte v obchodě s aplikacemi slovo zvukoměr, hlukoměr či decibel. Výukových aktivit, které tento senzor využijí, lze vymyslet nespočet. Žáci mohou měřit intenzitu hluku v okolí školy, výsledky zaznamenávat do mapy a vytvářet tak hlukovou mapu. Měření mohou probíhat v různých denních dobách, ve všední den či o víkendu, v létě nebo v zimě za sněhu. Výsledek vlastního měření pak mohou porovnávat a hledat zdůvodnění rozdílů s různými profesionálními hlukovými mapami, např. tou od Ministerstva zdravotnictví na adrese http://hlukovemapy.mzcr.cz/, Pražané pak například s pražským Geoportálem na http://www.geoportalpraha.cz/mapy-online.

Hluk je ale možné měřit i přímo ve škole. Jak rušivý je ventilátor datového projektoru ve třídě? Kolik decibelů produkují počítače v počítačové učebně? Jaký je hlukový rozdíl mezi notebookem, stolním počítačem a tabletem? Proč? Jaký to může mít dopad na zdraví lidí? Podobných otázek sledujících učitelem stanovený výukový cíl vymyslí nápadití učitelé mnoho. V jedné škole si žáci prvního stupně hráli na výzkumníky a měřili, kdo ze třídy po dobu 10 vteřin vytvoří nejhlasitější projev. Graf, který může aplikace na mobilním zařízení pořídit, lze následně přenést do stolního počítače a upravovat, hledat minima, maxima, průměr, srovnávat atp. V jedné škole zadal fyzikář žákům za úkol, aby zjistili, který učitel má nejtišší a který nejhlasitější výuku. Pro děti bezpochyby atraktivní aktivita, která se ale prý nesetkala s pozitivním přijetím u všech kolegů.

Pozor, kamera jede aneb kamera a fotoaparát

K nejrozšířenějším obrazovým snímačům mobilních zařízení patří také fotoaparát a kamera. Díky nim je možné pořizovat fotografie a zaznamenávat videa. Žáci pomocí nich mohou natáčet reportáž, zinscenovat fiktivní rozhovor se známou historickou postavou, vysvětlit fyzikální jev pomocí videa, vyprávět digitální příběh, zaznamenat rozhovor v cizím jazyce, zachytit na videoukázce nějaký princip v geometrii, použít kameru jako zvětšovací sklo, tablet jako vizualizér a mnoho dalšího.

Je dobré vědět, že tablety a chytré telefony obsahují v naprosté většině kamery dvě, umístěné proti sobě na opačné straně přístroje. Jedna slouží k vyřizování videohovorů či pořizování oblíbených selfie snímků, druhá, zpravidla kvalitnější, pro natáčení okolí. Bohužel existuje několik modelů rozšířených tabletů, které druhou kamerou nedisponují – její absence pak zásadně snižuje užitnou hodnotu zařízení pro vzdělávání.

Příkladem využití kamery k úplně jinému účelu, nežli to výrobce původně zamýšlel (anglicky repurposing), může být měření tepové frekvence. Většina telefonů má hned vedle kamery umístěn blesk v podobě led diody s vysokou svítivostí. Pokud spustíte příslušnou aplikaci – v obchodu pro aplikace hledejte klíčové slovo heartrate – a přiložíte prst na kamerku, ledka prst prosvítí, kamera průběžně snímá a po pár vteřinách analýzy obrazu displej fotoaparátu začne ukazovat naměřený srdeční tep. Na kamerku není vhodné prstem příliš tlačit, krev by neproudila přirozeně. Srdeční tep je výborným ukazatelem fyzické kondice, a tak lze na tomto měření postavit i výukovou aktivitu. Žákům můžeme klást tyto otázky: Jaká je běžná tepová frekvence žáka při sezení ve třídě? O kolik se zvýší, pokud uděláš třicet dřepů? O kolik, pokud vyběhneš po schodech do třetího patra? Jakou máš frekvenci po hodině tělesné výchovy? Který ze školních sportů nejvíce zvyšuje tepovou frekvenci? Srovnej své hodnoty s profesionálními sportovci, kteří svá naměřená data publikují na internetu (zpravidla na specializovaných sociálních sítích).

Výrobci telefonů pochopili, že právě o tento typ zdravotních údajů mají uživatelé zájem, a tak mají nejnovější chytré telefony pro měření tepové frekvence samostatný a přesnější senzor.

Budiž světlo aneb světelný senzor

Senzor okolního osvětlení měří intenzitu světelných podmínek a podle toho nastavuje úroveň podsvícení displeje. Na slunci tedy bude intenzita svícení displeje nejsilnější, při čtení pod peřinou nejnižší. S dětmi lze pomocí tohoto senzoru např. zjišťovat, jaký rychlý náběh svícení má běžná žárovka, úsporná zářivka či ledka, jak rychle dosáhne 100 % svého výkonu, a podle toho vyvozovat vhodné rozmístění jednotlivých žárovek po bytě či škole. Žáci mohou zjišťovat, do jaké míry se liší intenzita světla svíčky od žárovky či ruční svítilny, a výsledky porovnávat. Tímto senzorem lze měřit i průběh zatmění Slunce.

Světelné senzory u nejnovějších telefonů umějí kromě intenzity měřit i podíl množství červeného, zeleného a modrého světla (RGB). Na základě těchto informací pak zařízení upravuje barevné podání displeje, aby barvy vždy vypadaly co nejlépe. Jinou možností, jak tento senzor využít, je zaznamenávat, kolik času člověk tráví uvnitř a kolik mimo budovy. Slunce má totiž oproti světlu žárovky či zářivky jiné složení světelného spektra, které mobilní zařízení dovede změřit a rozpoznat. Z takových záznamů lze dělat statistiky, srovnávat je s historií vlastního chování (například pobyt venku v zimě vs. v létě) či s ostatními spolužáky.

Po vyhledání příslušných aplikací zadejte v obchodě klíčová slova color, intensity, light, sensor nebo meter.

Hejbni sebou aneb pohybové senzory

Pohybové senzory mají různorodé využití. Akcelerometr měří nejen to, s jakým zrychlením se telefon pohybuje, ale i jeho orientaci. To lze využít například při hrách či pro ovládání telefonu. Hru rozvíjející jemnou motoriku prostřednictvím kuličky v labyrintu, kterou má hráč nakláněním dostat do důlku, jistě všichni známe ještě z doby nedigitální. Nyní je podobných „virtuálních“ her pro tablety či mobily k dispozici velké množství. Místo otáčení volantem řídí hráč automobil naklápěním telefonu do stran. Vyzvánějící hovor lze zase odmítnout otočením telefonu displejem směrem dolů. Aplikace napodobující zvoneček může zvonit podle toho, jak intenzivně s telefonem třesete, jako by se jednalo o skutečný vánoční zvonek. Gyroskop měří stejně jako akcelerometr natočení či naklonění přístroje, a obě čidla se tak doplňují. Někdy jsou oba senzory ve specifikacích výrobce (ne zcela přesně) označeny jako pohybové senzory.

Pohybové senzory lze využít i jinak. Hrubou motoriku můžeme měřit pomocí krokoměru – v obchodě s aplikacemi hledejte klíčová slova pedometer či krokoměr. Ten registruje pohyb těla při chůzi a počítá jednotlivé kroky. Aplikace zpravidla umožňují sledovat denní výkon, překonávat osobní rekord, hlídat si denní minimum pohybu atp. Například aplikace Google Fit, která data z pohybových senzorů kombinuje a výsledné měření zpřesňuje pomocí senzoru polohy GPS, přesně odpoví na otázku, kolik kilometrů člověk za den ušel. Sama rozpozná, že jdete, běžíte či jedete na kole, navíc počítá i spálené kalorie, pokud zadáte svoji váhu. Výsledek si můžete prohlížet na vytvořených grafech. Ke všem datům je přístup nejen z telefonu, ale i přes webové rozhraní.

Ukázka prezentace naměřených dat z aplikace Google Fit, která využívá pohybové senzory a GPS pro záznam fyzických aktivit vlastníka chytrého telefonu. Jelikož vlastník s mobilem běhat nechodí, zachycuje graf jako běhání pouze dobíhání tramvaje, které vzhledem k svému charakteru (krátký sprint) na grafu příliš vidět není.

Pro výukové účely mohou sloužit například tyto otázky: Kolik kroků je potřeba na oběhnutí školního hřiště? Kolik metrů jsem na tělocviku dneska celkem překonal? Jaký je rozdíl mezi mými aktivitami o víkendu a v pracovních dnech? Proč? Naměřená data lze opět sdílet s kamarády či porovnávat se známými sportovci.

Využití pohybových senzorů má specifický význam zejména při výuce fyziky. Zaujala mne aktivita, při které žáci měří velikost odstředivé síly působící na člověka sedícího na otáčivé židli, případně na mobil, který položíte místo gramofonové desky. Nebo měření síly vibrací, které způsobuje průjezd tramvaje.

Inspirace na webu

Využití čidel v chytrých telefonech se věnuje čím dál více učitelů. V angličtině lze nalézt na internetu stovky kvalitních článků, jak s žáky postupovat, aby to v nich vzbuzovalo touhu objevovat a dívat se na svět pohledem výzkumníka. Na toto téma již bylo v zahraničí publikováno i několik knih. Za všechny uveďme skvělou publikaci iStage 2: Smartphones in Science Teaching v angličtině či němčině od organizace Science on Stage Deutschland dostupnou ke stažení z webu http://www.science-on-stage.de/. Kniha seskupuje projekty do tří kapitol: oči, uši a ruce. Tuzemským příkladem učitele, který nabízí několik pěkných příkladů využití čidel ve výuce, je Pavel Hodál s článkem Učíme s tabletem – měření a senzory zveřejněným na jeho blogu Ty brďo.

Například crowdsourcingový projekt WeatherSignal ukazuje, že senzory lze využívat i jinak, nežli to jejich konstruktéři mysleli (již zmíněný repurposing). Projekt umožňuje sdílení aktuálních meteorologických dat získaných z chytrých telefonů (teplota, tlak, vlhkost, magnetické pole) a jeho dlouhodobým cílem je zlepšovat předpověď počasí. Na online mapě můžete sledovat data aktuálně získaná z jednotlivých přístrojů lidí, kteří si aplikaci stáhli a dovolili data ze senzorů sdílet s ostatními. Všechny údaje jsou dostupné jak pro venkovní, tak i vnitřní prostory, ve kterých se lidé s telefonem pohybují. Mimochodem to, zda se momentálně telefon vyskytuje v budově či venkovním prostranství, pozná přístroj podle dalšího senzoru, a sice senzoru světla. Naměřená data mají různou přesnost, která se s rostoucím počtem uživatelů zvyšuje. To je ale typická vlastnost crowdsourcingu.

S trikordérem v kapse, s radostí do školy

Ve zkoumání a objevování světa kolem nás, v jeho měření a zaznamenávání prostřednictvím senzorů přenosných zařízení, porovnávání a následné analýze, interpretaci a prezentaci zjištěného je skrytý velký potenciál mobilních zařízení, který při vhodném didaktickém uchopení může patřit k nejatraktivnějším aktivitám žáků s počítači. Zkušenosti ze škol ukazují, že po seznámení s těmito možnostmi děti následně experimentují i mimo školu, ti nejnadšenější pak o svých zjištěních referují učiteli nebo se o ně dělí na sociálních sítích.

Čidla telefonů a tabletů nikdy neměří tak přesně jako profesionální jednoúčelové kalibrované přístroje. Na rozdíl od nich má ale nějaké chytré zařízení v kapse skoro každý pubescent. Škola nemusí do vybavování investovat ani korunu, jen chytré nápady učitele. V případě využití senzorů pro učení totiž platí, že není potřeba vyhledávat a kupovat aplikace vytvořené speciálně za účelem vzdělávání. Navíc jsou jednoúčelové aplikace pracující se senzory v mobilních zařízeních v naprosté většině dostupné zdarma.

Tyto výukové aktivity a způsoby práce s digitálními technologiemi podporují badatelské konstruktivistické pojetí výuky, při kterém žáci na daná zjištění přicházejí sami a mnohem lépe si je zapamatují. Zároveň se zvyšuje pravděpodobnost dalšího samostatného poznávání. Právě takovéto použití se významně liší od toho, které ve výuce ve školách s digitálními technologiemi zatím převládá – hledání a nekritické získávání informací na internetu bez dostatečného zpracování. Ač samotné přijímání informací samozřejmě špatné není, teprve vlastní aktivita žáků přináší nový rozměr využití digitálních technologií ve výuce.

Cílem tohoto článku není nabízet didaktický návod, jak využívat mobilní dotyková zařízení v jednotlivých vyučovacích předmětech. Na to je zde malý prostor. Cílem bylo pouze poodhalit potenciál (a to ještě značně omezeně v případě několika málo čidel), který v sobě tato zařízení pro výuku skrývají. Dneska nám ve školách nechybí hi-tech federační trikordér ze Star Treku, ale inspirativní náměty na jeho chytré využití pro učení.

Poznámka: Práce byla původně publikována jako – NEUMAJER, O. Mobil všudypřítomnou didaktickou pomůckou a to díky senzorům. Řízení školy. Praha: Wolters Kluwer ČR a. s., 2015, roč. 12, č. 11, s. 26-29. ISSN 1214-8679