FE od znotraj - blog

Dobra praksa

Datum objave: 15.12.2020

Dobra praksa izvajanja laboratorijskih pri predmetu Komunikacijski sistemi za študente prvega in drugega letnika na Fakulteti za elektrotehniko

Pri izobraževanju na Fakulteti za elektrotehniko je pedagoški proces sestavljen iz predavanj, avditornih vaj, laboratorijskih vaj, seminarjev ter samostojnega dela. Izjemno pomemben del izobraževanja so prav laboratorijske vaje, ki omogočajo pridobivanje realnih praktičnih izkušenj dela z opremo, utrjevanje na predavanjih pridobljenih znanj ter neposreden stik študentov s pedagogi.

Izvedba predavanj na daljavo ter delo od doma tako študentov kot predavateljev sta na osnovi informacijsko-komunikacijskih tehnologij (IKT) danes postala rutina. Predavanja na fakulteti se izvajajo z uporabo ene izmed spletnih platform (Zoom, MiTeam ali MS Teams) ter spletne učilnice FE (eFE), katere pomemben del je tudi repozitorij vsebin. Tu so slušateljem posameznega predmeta na voljo predstavitve s predavanj, posnetki predavanj, dodatna gradiva, povezave na dodatne vsebine na internetu, navodila za izvajanje laboratorijskih vaj, različni seznami ter obvestila.

Izvedba laboratorijskih vaj na daljavo pa zahteva veliko več razmislekov in prilagoditev vsebine ter predvsem prilagoditev načina izvedbe. Tako študentje kot pedagogi si želimo čim več izvedbe v živo, ker pa to trenutno žal ni mogoče, smo staknili glave in našli inovativno rešitev, ki je kar dober približek izvajanju laboratorijskih vaj v živo, in jo predstavljano v tem prispevku.

blog kos

V Laboratoriju za telekomunikacije Fakultete za elektrotehniko (LTFE) smo bili, skladno z navodili univerze in fakultete, oktobra letos pripravljeni na 5 različnih scenarijev izvajanja vaj, od povsem normalnih razmer do popolnega zaprtja vrat fakultete za študente, pri čemer smo upali, da do slednjega ne bo prišlo.

Študijsko leto se je začelo z delnimi koronskimi ukrepi, tako da je bilo možno prve laboratorijske vaje izpeljati v manjših, polovičnih, skupinah do 9 ljudi in z ustrezno več ponovitvami. Za predmet Komunikacijski sistemi s 190 slušatelji je to na primer pomenilo, da se je za asistente izvedba laboratorijskih vaj razširila s predvidenih 24 ur na 48 ur tedensko.

blog kos 2

Na prvih vajah so si študenti izdelali lastne senzorsko-komunikacijske platforme, s katerimi bi potem izvedli nekaj vaj tudi v nadaljevanju. Nato pa smo se zaradi zaostrovanja ukrepov morali posloviti od dela v laboratoriju v živo. Laboratoriji fakultete so postali nenavadno prazni. V LTFE pa smo, kot rečeno, že imeli načrt, kako bomo laboratorije oživili tudi v času korone.

Izbrali smo učilnico NetLab, ki vsebuje sodobno komunikacijsko opremo. Poleg tega pa smo jo v predhodnih pripravah ter glede na izkušnje iz pomladne korone nadgradili najprej z 18, nato pa s 24 zmogljivimi in tudi multimedijsko opremljenimi računalniki. Učilnico smo priključili tudi neposredno na pravkar prenovljeno IKT-infrastrukturo fakultete, s čimer smo pridobili tudi enotno prijavo študentov z UL-identiteto.

blog kos 3Za že omenjeni predmet Komunikacijski sistemi smo pripravili nov, hibriden način izvedbe laboratorijskih vaj, pri katerem kombiniramo delo študentov od doma z izvedbo na realni opremi, ki je fizično locirana v laboratoriju na fakulteti ter pod nadzorom asistentov in temelji na dveh rešitvah: (i) oddaljenem varnem dostopu OpenVPN prek internega računalniškega omrežja fakultete do učilnice Netlab ter (ii) uporabi oddaljenega namizja s programskim paketom TightVNC. Uporaba OpenVPN je za študente Univerze v Ljubljani vezana na univerzitetno digitalno identiteto, podobno kot dostop do študijskega informacijskega sistema Studis, paketa Office365, orodja MS Teams, Zoom, MiTeam in drugih. Rešitev je generična in jo je možno uporabiti v katerikoli učilnici, ki je priključena na novo fakultetno omrežje IKT.

Za dostop študentov do posameznih učilnic (v našem primeru gre za NetLab) smo vzpostavili prehod OpenVPN ter dodali konfiguracijsko datoteko za vsako učilnico. Študent ob vzpostavitvi varne povezave od doma do fakultete izbere učilnico, v kateri ima v tistem terminu laboratorijske vaje. OpenSSL-prehod je v povezavi z omrežjem nastavljen tako, da omogoča študentom in študentkam dostop samo do dotične učilnice in jim dodeli tudi ustrezen naslov IP. Za dostop do druge učilnice je treba obstoječo povezavo prekiniti in vzpostaviti novo. S tem je zagotovljeno vsakokratno logiranje ter zaščita pred tako imenovanimi ghost (nedovoljenimi) uporabniki, saj ni možno biti v več učilnicah hkrati.

V drugemu koraku študent vzpostavi povezavo od svojega računalnika do oddaljenega namizja računalnika v laboratoriju z odjemalcem TightVNC. Vsakemu študentu je v seznamu na eFE že vnaprej dodeljen računalnik z znanim naslovom IP, tako da ne pride do prekrivanj ali sočasne uporabe enega računalnika več študentov. Vsi dostopi se beležijo v poseben elektronski dnevnik, na osnovi česar lahko morebitne nepravilnosti pri povezovanju hitro odkrijemo. Študenti iz domačega okolja tako dostopajo do tipkovnice, zaslona, računalnika in nanj priklopljenih naprav. Predvsem pa je pomembno to, da si prostor pred zaslonom »svojega računalnika«, na katerega je priključena tudi za dotično vajo potrebna laboratorijska oprema, lahko ogledajo skozi vgrajeno kamero nad zaslonom računalnika. S tem ima vsak študent »svoj« računalnik z vso potrebno laboratorijsko opremo, ki jo vidi, kdo da bi bil fizično prisoten.

blog kos 4

Komunikacija med asistentom in študenti na vajah poteka prek konference na eni izmed spletnih komunikacijskih platform, ki jih uporabljamo na fakulteti (Zoom, MiTeam, MS Teams). Konferenca je vzpostavljena vzporedno in neodvisno od uporabe oddaljene povezave do računalnikov TightVNC, prek nje pa se rešujejo vsi morebitni izzivi, tako glede komunikacij kot glede pomoči asistentov študentom pri izvedbi laboratorijske vaje. Zaradi tega je še posebej pomembna možnost deljenja namizja študentovega domačega računalnika, saj tako asistent z budnim očesom hitro ugotovi, kaj je šlo narobe, in po potrebi pomaga pri izvedbi.

blog kos 5

Najpogostejše težave ob prvi izvedbi hibridnih laboratorijskih vaj na daljavo so bile: nespoštovanje navodil za predhodno namestitev OpenVPN, TightVNC in konfiguracijskih datotek, napačen vrstni red vzpostavljanja varne povezave in oddaljenega namizja. Reševanje začetnih težav na prvi izvedeni vaji na daljavo je trajalo prvih 30 minut od skupno 90 minut laboratorijskih vaj, že teden kasneje, na drugi vaji, pa težav ni bilo več, kar pomeni, da sistem dobro deluje.

Po pravilni vzpostavitvi dostopa koordinacija dela poteka z dvosmerno govorno komunikacijo prek spletne konference. Izziv govornega naslavljanja študentov na posameznih delovnih mestih oziroma računalnikih je rešen s pomočjo uporabe zadnjega dela naslova IP, s čimer se vsakemu študentu dodeli enolična identifikacija (dejansko glede na lokacijo delovnega mesta v laboratoriju). Pogovori med študenti in asistenti se slišijo potem takole: »Računalnik 15, vrstice nimate pravilno zaključene s podpičjem« oziroma s študentske strani: »Ali lahko prosim na 14 preverite, ali naprava zdaj deluje pravilno?«. Tak sistem se je izkazal za zelo uporabnega, saj bi drugače morali asistenti za vsako tako vprašanje pogledati najprej v tabelo, ki določa kateri študent je na katerem delovnem mestu. Tekom nekaj dvournih vaj pa se tudi asistenti navadijo na imena študentov in komunikacija hitro postane bolj človeška.

blog kos 6

Na strani asistenta pa izvedba hibridnih laboratorijskih vaj poteka tako, da se asistent oziroma, še bolje, dva v laboratoriju premikata med računalniki oziroma ekrani, na katerih lahko preverjata napredek, opozarjata na napake ter po potrebi oziroma želji študenta tudi pomagata odpraviti nepravilnosti. Slednje seveda le v primeru, da študent asistentu prepusti upravljanje z miško in tipkovnico. Študenti na zaslonih doma dejansko vidijo razvojno programsko okolje, ki teče na računalnikih v učilnici in živo sliko platforme pred »njihovim računalnikom« v laboratoriju.

V primeru prve hibridne vaje na daljavo so študentje lahko prek kamere opazovali, ali se »njihove« komunikacijske diode LED pravilno prižigajo glede na predvideni algoritem. Spreminjanje svetlobnih pogojev v laboratoriju seveda zagotovi asistent z ugašanjem luči in zastiranjem rolet. To pa zahteva tudi usklajeno postopno napredovanje celotne skupine po nalogah.

blog kos 7

Vse tehnične izzive smo rešili na prvih vajah, s ponosom pa lahko povemo, da sedaj hibridne laboratorijske vaje tečejo izvrstno. Med samimi vajami posebnih tehničnih izzivov zaradi dobre pripravljenosti ni bilo več, vseeno pa so se ob velikem številu študentov ter terminov izvedb vaj pojavili trenutki, ko se je začasno komunikacija med študentom in laboratorijem prekinila. Vsaka taka prekinitev pa je imela zanimivo pojasnilo, včasih že kar anekdoto, kot na primer, da je celi ulici zmanjkalo elektrike ali da je študent zaradi video prenosov presegel količino zakupljenih mobilnih podatkov. IKT-sistem na FE pa je vedno deloval brezhibno.

Študentske ankete so pokazale, da so študentje s hibridnim načinom izvajanja laboratorijskih izredno zadovoljni. Na Katedri za IKT smo glede tega prejeli veliko pohval za trud in dobro organizacijo poteka vaj. Toplo priporočamo ta način izvedbe tudi drugim katedram in laboratorijem ter, skupaj s službo IKT, z veseljem pomagamo pri vzpostavitvi.

Vseeno pa si večina študentov in pedagogov želi, da se čimprej spet srečamo na fakulteti, kajti osebni neposredni stik z opremo ter sošolci, prijatelji in sodelavci je, kljub velikim vložkom v zagotovitev čim boljšega izvajanja laboratorijskih vaj na daljavo, še vedno nenadomestljiv.

prof. dr. Andrej Kos, dr. Andrej Štern, as. Aljaž Blatnik, doc. dr. Matevž Pustišek, Katedra za IKT