Labs on line. Overzicht en leeswijzer

Transcriptie

1 Labs on line Jos Loonen, Jasper Bedaux, Leendert van Gastel, Theo Koreneef, Kees Uiterwijk, Marten Wensink, Dick van Schenk-Brill, Piet Blankert, Jan Mulder, Rita Kater juni 2007

2 Inhoudsopgave 1 Experimenteren op afstand Inleiding Meer dan techniek alleen 4 2 De producten: terugblik en leeswijzer Techniek: de geïntegreerde omgeving Didactiek en content: de scenario s Continuïteit en exploiteerbaarheid: de business case 10 Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 2 van 12

3 1 Experimenteren op afstand 1.1 Inleiding Het project Labs on line houdt zich bezig met experimenteren op afstand: het contact leggen met laboratoria en het uitvoeren van experimenten aldaar, via internet, vanaf de eigen werkplek die in het geheel niet in de buurt van die laboratoria behoeft te zijn. Bij experimenteren op afstand kan men denken aan een gebruiker, die vanaf zijn werkplek in bv. Almere inlogt op een laboratorium in bv. Antwerpen en op een daar aanwezige laboratoriumopstelling online een experiment uitvoert. De resultaten van dat experiment kan hij vervolgens in Almere ophalen en verwerken. Experimenteren op afstand kan van belang zijn als er experimenten worden ontsloten die anders voor de gebruiker niet bereikbaar zijn. Die onbereikbaarheid kan een gevolg zijn van: Hoge stichtingskosten van laboratorium/experiment; Problemen met efficiëntie en goede benutting (kostbare resources); Veiligheid; Dimensionering (een verschijnsel dat te groot is, te klein, te langzaam, ); Complexiteit. Daarnaast spelen toenemende flexibiliteit van onderwijs en laboratoriumtoegang, en relevantie voor de beroepspraktijk het toenemende belang van remote processes en remote control, belangrijke rollen in de overweging om laboratoria op afstand mogelijk te maken. Het project Labs on Line, waarvan deze notitie het eindresultaat samenvat, heeft voortgebouwd op de resultaten van twee eerdere projecten in het Nederlandse HBO en WO: Het SURF-project FlexLab / NetLab, waarin de Hogeschool Utrecht en de Technische Hogeschool Rijswijk verschillende laboratoria online hebben ontwikkeld; Het DU-project e-xperimenteren+, waarin de Universiteit van Amsterdam, de Vrije Universiteit, de Universiteit Twente en Fontys Hogescholen een parallelle ontwikkeling hebben uitgevoerd. Beide projecten hebben een werkende, prototypische online laboratoriumomgeving opgeleverd. In de inrichting van die omgevingen, in de kennisdomeinen van het laboratoriumwerk en in de organisatie zijn echter aanzienlijke verschillen. Uitgaande van de resultaten van die twee projecten heeft Labs on Line zich in algemene termen het volgende doel gesteld: Experimenteren op afstand van grote groepen studenten flexibel, efficiënt en universeel mogelijk te maken: door de technische omgevingen van de eerdere projecten te integreren; door de diversiteit van beschikbare experimenten te vergroten; door de didactisch-onderwijskundige inpassing van online experimenten vorm te geven; Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 3 van 12

4 door andere groepen gebruikers en andere groepen aanbieders in staat te stellen van dezelfde structuur van online laboratoria gebruik te maken; door een community en een model voor continuïteit en haalbare exploitatie te ontwerpen en daarvan de basis te leggen. De ambitie van het project Labs on line is om de fundamenten te leggen voor een model voor experimenteren op afstand, dat een (nationale) standaard voor online laboratoria kan worden, waaraan andere initiatieven moeiteloos kunnen aanhaken. 1.2 Meer dan techniek alleen Zoals dat in projecten rondom leren met ICT altijd het geval is, heeft de ontwikkeling een aantal complementaire aspecten gehad: het technische aspect (de infrastructuur), het didactischeinhoudelijke aspect (de content) en het bedrijfsmatige aspect (exploitatie, continuïteit). In Labs on line werd gemikt op alle drie de resultaatgebieden: Technisch: Eerdere projecten waren gericht op het maken van specifieke customized reserveringssystemen voor een bepaalde groep experimenten. In Labs on line is een methodiek gerealiseerd om eerder ontwikkelde (reserverings) systemen te integreren tot een samenwerkend geheel, dat gebruikers in staat stelt op afstand te experimenteren met allerlei opstellingen in verschillende laboratoria, ook als daar andere reserveringssystemen in gebruik zijn. De resultaten van de ontwerpfase in dit gebied zijn weergegeven in hoofdstuk 3.1 en de bijlagen B1, B2 en B3. Didactisch-inhoudelijk: Eerdere projecten waren vooral gericht op het ontwerpen en realiseren van experimenten die op afstand toegankelijk zijn. In Labs on line hebben we de experimenten beschouwd als integraal deel van een onderwijskundig geheel. We hebben een viertal kenmerkende voorbeelden ontwikkeld van toepassingen van afstandsexperimenten in het onderwijs: daarbij is niet alleen het experiment opgezet, maar ook het volledige didactische scenario (inclusief leermateriaal) waarin dat experiment aan de doelgroep wordt aangeboden. De resultaten van de ontwerpfase in dit gebied zijn weergegeven in hoofdstuk 3.2 en de bijlagen C1, C2, C3 en C4. Bedrijfsmatig: Tenslotte heeft het project ook gepoogd de voorwaarden te scheppen voor een implementatie die gericht is op continuïteit en schaalbaarheid. Daartoe is als business model een community of practice ontwikkeld en ingericht, voortbouwend op de resultaten van het eerdere DU-project e-xperimenteren+. De resultaten van de ontwerpfase in dit gebied zijn weergegeven in hoofdstuk 3.3 en de bijlagen D1 en D2. Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 4 van 12

5 2 De producten: terugblik en leeswijzer 2.1 Techniek: de geïntegreerde omgeving De kernvraag in dit project is: hoe koppel je de eerder ontwikkelde systemen (en mogelijk nog elders te ontwikkelen systemen) tot een samenwerkend geheel, dat gebruikers in staat stelt op afstand te experimenteren met allerlei opstellingen in allerlei verschillende laboratoria (het technische traject)? In de twee voorloperprojecten SURF Flexlab en DU e-xperimenteren+ is telkens een werkend systeem ontwikkeld om experimenten op afstand te reserveren, uit te voeren en af te handelen. De beide projecten vertonen aanzienlijke onderlinge verschillen, maar ze berusten op hetzelfde basisprincipe. De gebruiker benadert via internet een centraal reserveringssysteem, dat hem wederom via internet verbindt met een experiment op afstand, het object. Met het (min of meer fysieke) object wordt contact gelegd via een bijbehorende objectcomputer (experimentcomputer) die de digitale toegang en de signalen van en naar het object regelt. De schematische gelijkenis van de beide ontwikkelde systemen (en de gelijkenis van elders ontwikkelde oplossingen) leidde tot de vraag of de beide systemen kunnen worden geïntegreerd tot één aanpak, waarbij vanaf één computer alle experimenten van beide projecten kunnen worden bereikt. Om dit effectief voor elkaar te krijgen moet er een geïntegreerd netwerk van online labs gerealiseerd worden. De kern van het technische resultaat van Labs on Line is dus een methodiek/ interface om bestaande reserveringssystemen aan elkaar te koppelen en zo het doen van experimenten in verschillende reserveringssystemen vanaf één gebruikersplek mogelijk te maken. In het project is als oplossing gekozen voor een koppeling van bestaande systemen. Bestaande systemen kunnen geheel intact blijven en hoeven alleen een interface toe te voegen. Door deze interface kunnen systemen met elkaar communiceren en wordt het mogelijk dat het ene systeem een reservering voor een online lab plaatst in een ander systeem. Op deze manier kunnen studenten reserveringen maken in andere systemen terwijl ze alleen in hun eigen systeem hoeven in te loggen. Zaken als gebruikersbeheer en reserveringspolicies kunnen op deze manier geheel lokaal blijven in elk systeem. Voor de interfaces tussen object en objectcomputer zijn daarna geen aanpassingen meer nodig: per experiment kunnen die in principe zonder problemen verschillend zijn. In het project is deze interface tussen de reserveringssystemen ontwikkeld en getest. Wellicht is het beter te zeggen dat de interface is gedefinieerd en dat de benodigde functies in beide reserveringssystemen zijn aangebracht. De implementatie maakt het mogelijk om vanuit het FlexLab-reserveringssysteem niet alleen reserveringen te doen op de FlexLabexperimenten, maar ook op die van het project e-xperimenteren+ en op de nieuwe experimenten van Labs on Line; Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 5 van 12

6 vanuit het e-xperimenteren+-reserveringssysteem niet alleen reserveringen te doen op de e-xperimenteren+-experimenten, maar ook op die van het project FlexLab en op de nieuwe experimenten van Labs on Line. Praktisch gezien bepaalt elke beheeromgeving zelf welke experimenten er precies wel en niet worden aangeboden, maar de mogelijkheid is uitvoerig getest en in orde bevonden en het inlezen van experimenten uit een ander reserveringssysteem is zeer eenvoudig. De producten voor Techniek, de geïntegreerde omgeving zijn (voorzover het documenten zijn) ondergebracht in groep B van de bijlagen (verschillende van de bijlagen zijn gesteld in de Engelse taal, omdat dat in dit werkveld gebruikelijk is): Bijlage B1: Software linking functional requirements and design Dit document beschrijft de uitgangspunten, het ontwerp van de systeemarchitectuur, de functionele eisen, de eisen aan deelnemende systemen en het technisch ontwerp van de XML-interface. Er is gekozen voor het XML-RPC-protocol voor de interface omdat dit zeer eenvoudig is en er zeer veel (gratis) implementaties bestaan voor de meest uiteenlopende programmeertalen en platformen. Een andere belangrijke overweging is dat dit protocol gebruik maakt van de breed geaccepteerde XML-standaard. Bijlage B2: Adding Labs and Reservation Systems Dit document beschrijft hoe nieuwe experimenten kunnen worden toegevoegd aan de pool van experimenten en welke voorzieningen dan nodig zijn om ze toegankelijk te maken vanuit de reserveringssystemen. Het document beschrijft ook waaraan een ander reserveringssysteem dan de twee hier gekoppelde systemen moet voldoen om aan de koppeling te kunnen deelnemen en hoe die koppeling dan tot stand kan worden gebracht. Bijlage B3: Linking together reservation systems and remote labs Dit artikel is door Jasper Bedaux en Kees Uiterwijk gepresenteerd op het REV-congres van 29 en 30 juni 2006 in Maribor (Slovenië) en beschrijft de hoofdlijnen van de (toen nog) voorgenomen technische ontwikkeling. Bij de komende REV-conferentie van juni 2007 in Porto wordt verslag gedaan van de realisatie. Verder is gerealiseerd de implementatie van het interface van het geïntegreerde (reserverings)systeem: een werkende interactie tussen de reserveringssystemen van FLEXlab en e-xperimenteren+, waardoor de bestaande en de nieuwe experimenten bereikbaar zijn. Het interface kan benaderd worden via de links naar de oorspronkelijke reserveringssystemen: en De relatie naar ELO s kan het meest praktisch worden gelegd door een URL naar een van de reserveringssystemen in een ELO te plaatsen, hetgeen ook zeer eenvoudig door een docent in een ELO te realiseren is. Omdat de experimenten fysieke objecten zijn die niet eenvoudig gekopieerd kunnen worden is het sowieso onmogelijk de experimenten zelf in een ELO op te nemen. Wat in theorie wel mogelijk zou zijn is het opnemen van de begeleidende handleidingen in een ELO en eventueel Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 6 van 12

7 een koppeling tussen het gebruikersbeheer van een ELO en het gebruikersbeheer van de reserveringssystemen. Het opnemen van de begeleidende handleidingen in een ELO is zeer eenvoudig: de handleidingen zijn platte, weinig interactieve leerobjecten, die nauwelijks extra ingrepen nodig hebben om in een volwaardig leerobject te worden omgezet. Het nut van het loskoppelen van de handleidingen van de experimenteeromgeving valt echter te betwijfelen, aangezien de handleidingen zonder toegang tot de experimenten zelf van weinig praktische waarde zijn. Er is daarom voor gekozen de handleidingen bij de experimenteeromgevingen zelf te houden. De eventuele koppeling van gebruikersbeheer van de ELO aan dat van een van de reserveringssystemen is aanzienlijk lastiger. De meeste ELO s hanteren verschillende systemen voor het gebruikersbeheer, zodat het niet zomaar mogelijk zou zijn op een uniforme manier een koppeling naar een ELO te maken. Dit zou voor verschillende ELO s dan apart gebouwd moeten worden. De gedachte aan een dergelijke koppeling blijft wel een interessante optie voor toekomstig gebruik. Overigens valt die koppeling buiten de scope van het project Labs on Line: een van de kernuitgangspunten van het project was dat de twee bestaande reserveringssystemen behouden zouden blijven en dat daar zo min mogelijk aanpassingen aan gedaan zouden worden, het belangrijkste werk was het bouwen van de interface tussen de systemen, niet het aanpassen van al bestaande functionaliteit. 2.2 Didactiek en content: de scenario s De kernvragen in dit project waren: Wat is de waarde en wat zijn de tekortkomingen van experimenteren op afstand, vergeleken met alternatieven zoals daadwerkelijk laboratoriumwerk en simulatie (het existentiële traject)? Hoe vergroot je volume en variëteit van de beschikbare experimenten? (het content-traject) Hoe kun je experimenteren op afstand toepassen in het onderwijs en hoe breng je de samenhang tot stand met andere elementen van dat onderwijs? (het didactische traject) De definitiestudie leidde tot het resultaat dat in het project vier didactische scenario s zouden worden ontwikkeld. In elk van die scenario s is de gebruikssituatie van experimenten op afstand uitgewerkt voor een specifieke doelgroep. Elk van die scenario s is voorzien van een (nieuw) experiment en een beschrijving van het leerproces waarin dat experiment wordt gebruikt (inclusief benodigde ondersteunende leermaterialen). De scenario s worden gecomplementeerd door een test van de experimenten/leerprocessen met vertegenwoordigers van de doelgroep. De kern van het inhoudelijk/didactische resultaat van Labs on Line wordt gevormd door met voorbeelden uitgewerkte didactische scenario s voor het inzetten van laboratoria on line, voor de vier meest voorkomende doelgroepen en gebruikssituaties. De scenario s worden weliswaar geïllustreerd met concrete, te ontwikkelen experimenten, maar de essentiële meerwaarde is gelegen in de scenario s, niet in de experimenten. Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 7 van 12

8 De voorbeeldexperimenten zijn in feite ook niet meer dan dat: voorbeelden, illustraties van een concrete case in het betreffende scenario. In feite zou elk experiment kunnen worden aangepast aan meerdere scenario s (maar dan wel met verschillende ondersteunende leermaterialen). De koppeling tussen scenario s en experimenten is dan ook niet dwingend. Voor de vier scenario s zijn de volgende keuzen gemaakt: 1. Het uitvoeren van een practicum door een reguliere student Karakteristiek is het bestaan van regelmatig contact met de docent. Omdat ook een gewoon practicum voor de reguliere student eenvoudig toegankelijk is, zijn de overwegingen om in dit geval voor een online aanpak te kiezen van bijzondere betekenis. 2. Het uitvoeren van een practicum door een duale (of deeltijd) student Karakteristiek zijn de geringe aanwezigheid van de student en daardoor de beperkte mogelijkheden om gewone practica uit te voeren. Er worden bijzondere eisen gesteld aan de begeleiding tijdens het practicum. 3. Het uitvoeren van praktische opdrachten door een bedrijfscursist Deze situatie lijkt op die van de duale student; de aanwezigheid is echter nog geringer en het gaat meestal om zeer doelgerichte en compacte praktijkopdrachten. In dit scenario willen we in het bijzonder de verbinding met een experiment met op een bedrijf aanwezige apparatuur onderzoeken. 4. Het uitvoeren van een experiment door een leerling in het VO of MBO In deze situatie speelt introductie van het hoger/wetenschappelijk onderwijs een rol of specifieke toepassing in een profielwerkstuk of iets dergelijks. Bijzondere eisen worden gesteld aan de ondersteuning, de laagdrempelige toegang en de gebruikersvriendelijkheid. De vier experimenten met de bijbehorende documentatie en studenten/ leerlingenhandleidingen zijn gerealiseerd en met deelnemers uit de scenario-doelgroep getest. Het zijn: Webexperiment Frequentieregelaar Een laboratoriumexperiment op het gebied van motorsturingen in de energiesector van de elektrotechniek. De nadruk ligt op het veilig trainen van studenten op het gebied van frequentieregeling met behulp van een ABB-regelaar. Het experiment is uitgewerkt voor het scenario 3: de bedrijfscursist. Webexperiment Meten met Vision Een laboratoriumexperiment op het gebied van vision. Oefent het gebruik van beeldbewerkingsfuncties, de invloed van verlichting en de toepassing van statistiek. Het experiment is uitgewerkt voor scenario 1: de reguliere student. Webexperiment PET-camera Een laboratoriumexperiment op het gebied van een beeldvormende techniek uit de geneeskunde. Het gaat in dit experiment om het meten van projecties van een bronnenverdeling en om het wiskundig bewerken en filteren van deze projecties om tot een goede terugprojectie te komen. Het experiment is uitgewerkt voor scenario 4: de VO-leerling. Webexperiment WiFi Een laboratoriumomgeving op het gebied van draadloze toegang tot netwerken. Oefent het Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 8 van 12

9 opzetten van een draadloze toegang tot een datanetwerk en dus het Internet. Het scenario is uitgewerkt voor scenario 2: de duale student. Er zijn verschillende kanttekeningen te maken bij de combinaties van experimenten en scenario s. De koppeling van een bepaald experiment (bv. de PET-camera) aan een scenario (bv. de VO-leerling) zou de suggestie kunnen wekken dat het betreffende experiment alleen geschikt is voor die doelgroep. Maar in feite kan een experiment voor veel meer doelgroepen gebruikt worden; pas door de combinatie met een bepaald type lesmateriaal (een werkblad, een interactieve handleiding, een leestekst, een toets) ontstaat een samenstelling die een duidelijke doelgroepgerichtheid heeft. En zelfs dan is het verschil tussen de doelgroepen vaak nog niet zo geprononceerd: veel materiaal dat bruikbaar is voor de reguliere student zal ook bruikbaar zijn voor de duale student bijvoorbeeld. Deze opmerkingen hebben ertoe geleid dat de experimenten beschikbaar zijn als vrije, interactieve faciliteiten. De gebruiker kan alle vrijheden en regelmogelijkheden die het experiment biedt in vrijheid benutten en het experiment dus anders gebruiken dan in de doelgroephandleiding is beschreven. Hij kan het experiment met een geschikte andere studentenhandleiding dus geschikt maken voor een andere doelgroep of zelfs een heel ander type gebruik. Het in het project ontwikkelde ondersteunende studentenmateriaal dient dan ook vooral als voorbeeld van een mogelijk gebruik van de experimentfaciliteit. Het is denkbaar dat in de toekomst andere studentenmaterialen worden gemaakt en verzameld op die het gebruik van het zelfde lab verbreden en verdiepen. De producten voor Didactiek en content, de scenario s zijn (voorzover het documenten zijn) ondergebracht in groep C van de bijlagen: Bijlage C1: Webexperiment Frequentieregelaar Het experiment is vooral ontwikkeld door Haagse Hogeschool/TH Rijswijk. Bijlage C2: Webexperiment Meten met vision Het experiment is vooral ontwikkeld door Fontys Hogeschool Engineering. Bijlage C3: Webexperiment PET-camera Het experiment is vooral ontwikkeld door de Vrije Universiteit Amsterdam, i.s.m. de Universiteit van Amsterdam en Betapartners. Bijlage C4: Webexperiment WiFi Elk van deze bijlagen bevat een beschrijving van de opbouw van het experiment, een beschrijving van de relevante theorie en het materiaal voor studenten. Het experiment is vooral ontwikkeld door de Hogeschool Utrecht. De vier experimenten zelf, die fysiek op de instituten aanwezig zijn en blijven, maar die via en/of als webexperiment kunnen worden benaderd. De webversie van 3 reeds bestaande Co-Lab-experimenten: Resonantie, Watertank en Broeikas, die met kleine aanpassingen toegankelijk zijn gemaakt via Labs on Line ( Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 9 van 12

10 2.3 Continuïteit en exploiteerbaarheid: de business case De laatste kernvraag in het project was: hoe scheppen we de randvoorwaarden om het ontwikkelde model in de lucht te brengen en te houden? (het organisatorische traject). In het project heeft dit geleid tot het ontwikkelen van een businessmodel annex exploitatiemodel. In de huidige innovatiefase is er nog veel zendingswerk nodig: het is van belang om managers en docenten te informeren en te enthousiasmeren, om voorbeelden te laten zien van succesvolle en laagdrempelige toepassing en om de innovatieve kernen in allerlei instellingen en bedrijven te bundelen. Daarom heeft het project in deze pioniersfase gekozen voor samenwerking en delen. Het concept van een founding community (een gemeenschap van gebruikers en ontwikkelaars, waarin wordt gehaald en gebracht, met een bescheiden lidmaatschapscontributie, en verder gesloten beurzen), zoals dat eerder is geïnitieerd door het projectteam van e-xperimenteren+, is omarmd en uitgewerkt. In het project zijn businessmodel en community-opzet nader uitgewerkt. De promotie van het onderwerp en de community is opgepakt met twee succesvolle symposia: op 1 december 2006 in Utrecht en op 25 april 2007 in het Evoluon Eindhoven. De resultaten van het project en de ambitie van de community zijn onder de aandacht gebracht van een zeer diverse groep van mogelijke belangstellenden: docenten en managers van HBO- en WOopleidingen, van VO-scholen en van opleidingsbedrijven. Het geheel is ondersteund met de website ( die zal functioneren als ondersteunend informatieplatform van de community en als wervend medium voor nieuwe belangstellenden. De community is op dit moment nog bescheiden, maar contacten met veel geïnteresseerden lopen: naar verwachting zal de uitbreiding snel op gang komen. De producten voor Continuïteit en exploiteerbaarheid: de business case zijn (voorzover het documenten zijn) ondergebracht in groep D van de bijlagen: Bijlage D1: Business model Beschrijft de markt voor experimenteren op afstand, de financiële stromen en de achtergronden van de keuze voor het communitymodel. Bijlage D2: Community Beschrijft doelen en activiteiten, organisatie en leden, financiën en service levels van de community. De start van een community Labs on Line: een beginnend netwerk van belangstellenden en belanghebbenden Het afsluitende symposium Experimenteren op Afstand van 25 april 2007 in het Evoluon in Eindhoven. De presentaties van dit symposium zijn te vinden op de website Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 10 van 12

11 De website De website zal functioneren als ondersteunend informatieplatform van de community en als wervend medium voor nieuwe belangstellenden. Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 11 van 12

12 Kenmerk:Ontwerpdocumenten Labs on Line datum: Pagina 12 van 12