Σχολικό Εργαστήριο Ανοιχτών Τεχνολογιών - 5ο ΓΕΛ Βύρωνα

Από Ελεύθερο Λογισμικό / Λογισμικό ανοιχτού κώδικα
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ

Στα ελληνικά δημόσια σχολεία γίνονται συχνά σοβαρές προσπάθειες για την γνωριμία των μαθητών με το ΕΛ/ΛΑΚ. Υπάρχουν πολλοί εκπαιδευτικοί που επιχειρούν να μυήσουν τους μαθητές τους στον κόσμο του ανοιχτού κώδικα και μέσα από αυτόν να καλλιεργήσουν την δημιουργικότητα και την εφευρετικότητα των παιδιών.
Ένα τέτοιο σχολείο είναι το 5ο ΓΕΛ Βύρωνα, στο οποίο έχει οργανωθεί και λειτουργεί από το 2012 σε εβδομαδιαία βάση ένα σχολικό hackerspace. Τα παιδιά αυτά συμμετείχαν στην 8η FOSSCOΜΜ στο ΤΕΙ Αθήνας στις 7/11/2015, παρουσιάζοντας κάποιες από τις κατασκευές τους και παρακολουθώντας ομιλίες και εργαστήρια του συνεδρίου.
Αυτή ήταν η αρχή της γνωριμίας και συνεργασίας της ΕΕΛ/ΛΑΚ με το Σχολείο τους.

Το εργαστήριο του 5ου ΓΕΛ Βύρωνα χρησιμοποιήθηκε ως το παράδειγμα για να σχεδιαστεί η δράση edulabs του Υπουργείου Παιδείας.


P9.jpg P24.jpg

Η ΙΔΕΑ

Η πρόταση που έγινε από την ΕΕΛ/ΛΑΚ προς το Σχολείο ήταν η παραχώρηση εξοπλισμού για το στήσιμο ενός Εργαστηρίου Ανοιχτών Τεχνολογιών. Ανοιχτές τεχνολογίες τόσο για το υλικό όσο και για το λογισμικό. Συγκεκριμένα, προτάθηκε η υλοποίηση 12 σταθμών εργασίας με RaspberrryPi 2 ως clients ενός κεντρικού server Ubuntu 14.04.
Η πρόταση έγινε δεκτή με ενθουσιασμό από την διεύθυνση και τους καθηγητές πληροφορικής του Σχολείου.


Erg1.jpg

ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ

Ο εξοπλισμός που παραχωρήθηκε στο Σχολείο από την ΕΕΛ/ΛΑΚ είναι ο εξής:

ΣΤΑΘΜΟΙ ΕΡΓΑΣΙΑΣ (x 12)

  • ΟΘΟΝΗ SAMSUNG S22D300HY 22 LED FULL HD HDMI BLACK
  • LOGIC LS-09 2.0 SPEAKER SET WHITE
  • INNOVATOR BASIC WIRED USB OPTICAL MOUSE BLACK - RUBBER COATED
  • ΠΛΗΚΤΡΟΛΟΓΙΟ INNOVATOR BASIC WIRED USB BLACK GR
  • VALUELINE VGVP34000B2.00 HDMI M/M CABLE 2M BLACK
  • MODMYPI POWER SUPPLY - EU PLUG 5V 2A
  • ΜΗΤΡΙΚΗ RASPBERRY PI 2 MODEL B
  • RASPBERRY PI ACRYL CASE MODEL B+ AND 2 BLACK


SERVER

  • HDD SEAGATE ST1000DM003 1TB BARRACUDA 7200.14 SATA3
  • ΜΗΤΡΙΚΗ ASROCK H97M ANNIVERSARY RETAIL
  • CPU INTEL CORE I3-4170 3.70GHZ LGA1150 - BOX
  • VGA ASUS R7 240 R7240-2GD3-L 2GB GDDR3 PCI-E RETAIL
  • RAM G.SKILL F3-1600C11D-8GIS 8GB (2X4GB) DDR3 PC3-12800 1600MHZ AEGIS DUAL CHANNEL KIT
  • INTEL PRO/1000 CT DESKTOP PCI-E ADAPTER BULK
  • PSU FORCE FO28XD 500W
  • CASE AEROCOOL V3X MIDI TOWER EVIL BLACK EDITION BLACK/ORANGE
  • SAMSUNG DVD-RW SH-224FB/BEBE SATA BLACK BULK


ΔΙΚΤΥΟ

  • NETIS ST3124G 24 PORT GIGABIT ETHERNET RACKMOUNT SWITCH

ΣΤΗΣΙΜΟ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ

Το εργαστήριο στήθηκε προς το τέλος του Δεκεμβρίου 2015 με την συμμετοχή τεχνικών συνεργατών της ΕΕΛ/ΛΑΚ και μελών της σχολικής κοινότητας.


Erg4b.jpg Erg4c.jpg
Erg4d.jpg
Erg4e.jpg

Αρχικά, δοκιμάστηκε η λειτουργία των RaspberryPI ως thin clients ενός Ubuntu 14.04 LTSP server. Το λειτουργικό που τρέχει στους clients είναι το BerryTerminal [1].
Ένα σχετικά χρήσιμο εργαλείο στην διαχείριση των clients όσο και στην διαχείριση της τάξης κατά την διάρκεια του μαθήματος είναι το Epoptes [2], το οποίο επίσης έχει εγκατασταθεί. Η πιλοτική αυτή εγκατάσταση δεν χρησιμοποίησε ειδικά παραμετροποιημένα ή τροποποιημένα πακέτα από άλλα αποθετήρια, π.χ. ελληνικά. Χρησιμοποιήθηκαν τα προτεινόμενα (default) αποθετήρια για τον Ubuntu LTSP Server καθώς και το προτεινόμενο (default) από το BerryTerminal αποθετήριο για τους LTSP Clients.

Εν συντομία, οδηγίες για την εγκατάσταση των παραπάνω λογισμικών για thin-clients:

  1. Εγκατάσταση του Ubuntu 14.04 στον server.
  2. Επιβεβαίωση ότι το λειτουργικό είναι πλήρως ενημερωμένο (sudo apt-get update, sudo apt-get upgrade).
  3. Εγκατάσταση Gnome 3 (sudo apt-get install gnome-desktop-environment).
  4. Εγκατάσταση LTSP (sudo apt-get install ltsp-server-standalone, sudo ltsp-build-client --arch i386).
  5. Ρύθμιση του δικτύου και καθορισμός στατικής IP του server την οποία θα χρησιμοποιούν οι clients κατά τη σύνδεση.
  6. Δημιουργία χρηστών (sudo adduser student1, sudo adduser student2, κλπ.).
  7. Εγκατάσταση του Epoptes (sudo apt-get install epoptes-client, sudo apt-get install epoptes).
  8. Καθορισμός του χρήστη-διαχειριστή του Epoptes (gpasswd -a όνομα χρήστη epoptes).
  9. Ενημέρωση του LTSP (sudo ltsp-update-image).
  10. Κατέβασμα του BerryBoot από http://www.berryterminal.com/doku.php/berryboot και αντιγραφή του φακέλου στην SD κάρτα κάθε RaspberryPi.
  11. Τοποθέτηση των SD καρτών στα RaspberryPi και κατέβασμα σε καθένα από αυτά του LTSP Client.
  12. Προσθήκη στο τέλος του αρχείου cmdline.txt καθενός RaspberryPi: server=1.2.3.4 (όπου 1.2.3.4 η IP του Ubuntu LTSP Server με τον οποίο θα συνομιλούν οι clients).
  13. Boot των RaspberryPi και δοκιμή.

Σε περίπτωση επιτυχημένης επαλήθευσης username και password των clients από τον server, αλλά αδυναμίας φόρτωσης του γραφικού περιβάλλοντος στους clients, συνιστάται η δημιουργία ενός νέου αρχείου με όνομα .xsession και με το ακόλουθο περιεχόμενο:
gnome -session --session=gnome-flashback --disable-acceleration-check
το οποίο πρέπει να αντιγραφεί στο /home κάθε χρήστη και στη συνέχεια να οριστεί ως ιδιοκτήτης του αρχείου (π.χ. sudo chown student1.student1 .xsession).
Σε περίπτωση που έχει χρησιμοποιηθεί 2η κάρτα δικτύου στον server (με στατική IP, η οποία θα περιέχεται και στο cmdline.txt αρχείο των raspberryPi όπως φαίνεται παραπάνω), ώστε να λειτουργεί και ως DHCP server για το (εσωτερικό πλέον) δίκτυο των raspberryPi, θα πρέπει να ενεργοποιείται πριν το boot των clients: sudo service isc-dhcp-server restart.
Για τη υποστήριξη των ελληνικών, θα πρέπει σε κάθε client να εκτελεστεί η εντολή setxkbmap -layout us,gr -option '' -option grp:alt_shift_toggle,grp_led:scroll &.

Erg4j.jpg

Στη συνέχεια, δοκιμάστηκε η λειτουργία των RaspberryPI ως fat clients ενός Ubuntu 14.04 PINET server. H εγκατάσταση αυτή ακολούθησε πιστά τις οδηγίες του επίσημου ιστοχώρου του PINET [[3]] (Centralised user accounts and file storage system for a Raspberry Pi Classroom).

Η λειτουργία των RaspberryPI σε αυτή τη μορφή προσφέρει το σαφέστατο πλεονέκτημα της πρόσβασης στα GPIO pins. Η πρόσβαση αυτή ανοίγει τεράστιους ορίζοντες από διδακτικής πλευράς, καθώς ο καθηγητής πληροφορικής μπορεί να εμπλουτίσει και να επεκτείνει την διδασκαλία του προγραμματισμού στο πεδίο του physical computing και της ρομποτικής.

Προς το τέλος του σχολικού έτους, για περίπου 4 εβδομάδες, τα RaspberryPi λειτούργησαν ως ανεξάρτητοι σταθμοί εργασίας με λειτουργικό σύστημα Raspbian, χρησιμποιώντας κοινόχρηστο χώρο στον server για την αποθήκευση των εργασιών των μαθητών. Η εγκατάσταση του λειτουργικού έγινε σύμφωνα με τις οδηγίες του Raspberry PI Foundation [[4]], καθώς το Raspbian είναι το επίσημο λειτουργικό σύστημα (βασισμένο στο Debian Linux) το οποίο προτείνεται για εγκατάσταση. Περιέχει πληθώρα εκπαιδευτικών περιβαλλόντων, με έμφαση στον προγραμματισμό και για τον λόγο αυτό αποτελεί ιδανικό εργαλείο για την διδασκαλία της πληροφορικής. Ταυτόχρονα, υπάρχει απόλυτη πρόσβαση στα GPIO pins με τα πλεονεκτήματα που αναφέρθηκαν παραπάνω.

Τέλος, ας σημειωθεί πως η λειτουργία των RaspberryPI ως thin clients, αποκλείει την πρόσβαση στο υλικό (π.χ. GPIO pins), ωστόσο καθιστά δυνατή την εκτέλεση εφαρμογών που δεν έχουν ακόμη υλοποιηθεί για ARM αρχιτεκτονικές. Αυτός είναι ίσως και ο μοναδικός λόγος χρήσης thin clients στο εργαστήριο, καθώς τόσο το PiNet (fat clients) όσο και το Raspbian (standalone) καλύπτουν τις διδακτικές απαιτήσεις τόσο της πληροφορικής όσο και των ΤΠΕ.

ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ

Στο εργαστήριο, και στις τρεις μορφές του, διεξάγονται κανονικά όλα τα μαθήματα πληροφορικής και η απόδοση του εργαστηρίου κρίνεται απόλυτα ικανοποιητική. Πολύ καλή είναι επίσης η υποστήριξη μαθημάτων γενικής παιδείας με ΤΠΕ, όπως φιλολογικά μαθήματα, ερευνητικές εργασίες, θετικά μαθήματα (π.χ. χημεία). Οι συναντήσεις των μελών του σχολικού hackerpsace γίνονται επίσης στο εργαστήριο, με προϋπόθεση την standalone λειτουργία των RaspberryPI, ώστε να υπάρχει απρόσκοπτη πρόσβαση στο υλικό (GPIO pins, κλπ).

Στο site του σχολείου έχουν αναρτηθεί διάφορα άρθρα [[5]] σχετικά με την χρήση του εργαστηρίου και την γενικότερη δραστηριότητα που εμπνέει ένα περιβάλλον ανοιχτών τεχνολογιών.

Erg4i.jpg

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ

Δείτε τις διαφάνειες παρουσίασης του εργαστηρίου (.pdf)

Τα πλεονεκτήματα του Εργαστηρίου Ανοιχτών Τεχνολογιών είναι τεχνικά και διδακτικά. Από τεχνικής πλευράς, η εγκατάσταση διάφορων λειτουργικών είναι πολύ απλή διαδικασία. Στην SD κάρτα ενός RaspberryPI μπορούν να συνυπάρχουν πολλά λειτουργικά (π.χ. OpenElec, Raspbian, BerryTerminal, Fedora Mate, κλπ.) και ο χρήστης να επιλέγει με ποιο θα κάνει boot. Μια άλλη επιλογή είναι η ύπαρξη πολλών SD καρτών για κάθε RaspberryPI (π.χ. μια κάρτα με BerryTerminal (thin client), μια κάρτα με Pinet (fat client), μια κάρτα με Raspbian, κλπ.), οπότε η άμεση αλλαγή της αρχιτεκτονικής του εργαστηρίου είναι δυνατή με απλή αλλαγή της SD κάρτας στα RaspberryPI.

Τα RaspberryPI δεν διαθέτουν μηχανικά μέρη, συνεπώς ελαχιστοποιείται το όποιο κόστος συντήρησής τους. Η αναβάθμιση συνίσταται στην αντικατάσταση ολόκληρης της πλακέτας (χαμηλό κόστος), χωρίς ωστόσο τα "παλιά" RaspberryPI να αχρηστεύονται: μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους μαθητές για διάφορα projects και ρομποτικές κατασκευές. Οι επιδόσεις των RaspberryPI συνεχώς βελτιώνονται, ήδη έχει διατεθεί στην αγορά το Raspberry PI 3, το οποίο λειτουργεί σε πραγματικά διπλάσια ταχύτητα από το Raspberry PI 2.

Από διδακτικής πλευράς, τα RaspberryPI επιτρέπουν στους μαθητές να έρθουν σε άμεση επαφή με το υλικό. Να γράψουν προγράμματα, σε διάφορες γλώσσες προγραμματισμού, τα οποία να περιλαμβάνουν και κώδικα που επικοινωνεί (μέσω διάφορων πρωτοκόλλων) με το υλικό. Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές μπορούν να ανακαλύψουν τι υπάρχει από πίσω, να ερμηνεύσουν όσα στα συμβατικά PC βλέπουν να γίνονται με κάποιον μαγικό τρόπο, κι -ακόμη περισσότερο- μπορούν να επέμβουν στον τρόπο που υλοποιούνται οι διάφορες λειτουργίες και να τις αλλάξουν ή βελτιώσουν.

Ουσιαστικά, ένα Εργαστήριο Ανοιχτών Τεχνολογιών παρέχει τις βέλτιστες συνθήκες για την διδασκαλία της πληροφορικής αλλά και για την ενίσχυση της καινοτομίας και δημιουργικότητας των μαθητών.