Un environnement pour l'enseignement des sciences

par Georges Khaznadar, Benoît Markey et leurs collègues du lycée Jean Bart (Dunkerque)

Objet de l'atelier

Une prise en main rapide d'un environnement informatique performant, économique, robuste et évolutif, utilisable dans l'enseignement des sciences physiques, et des sciences expérimentales plus généralement.

Cet atelier vous permettra d'examiner et d'expérimenter le fonctionnement de matériels de mesure physique pour lesquels des pilotes existent sous licence libre.

Les logiciels utilisés sont indépendants des interfaces d'acquisition utilisés, grâce à la bibliothèque libcomedi, qui assure l'abstraction du pilotage.

Vous pourrez dans cet atelier réaliser une ou plusieurs expériences physiques simples, puis en traiter les résultats avec des logiciels performants, et rédiger un document scientifique de qualité en un temps record.

Des clients légers pour faire des expériences

Le lycée Jean Bart dispose depuis peu d'un ensemble de dix machines utilisées pour faire des expériences de physique, fonctionnant selon le principe du « client léger ». Cette solution a été retenue, sur la base du cahier de charges suivant :

possibilités de mesures physiques, d'acquisition de données

possibilités de traitement de séries de données

possibilité de rédiger des comptes-rendus enrichis d'images et de formules mathématiques

accès au web

facilité de maintenance.

La commande de dix clients légers sous gnu/linux et d'un serveur adapté a été retenue, pour les motifs suivants :

La disponibilité d'interfaces d'acquisition robustes, connectées par un port USB, donc faciles à brancher pour les élèves, à un prix relativement bas (~300 euros), accompagnées de pilotes adéquats sous gnu/linux.

Le fait que plusieurs logiciels disponibles pour le pilotage des interfaces d'acquisition sous gnu/linux reposent sur une bibliothèque libcomedi, qui permet d'abstraire l'accès au matériel. Ainsi, nous ne sommes pas clients d'un fournisseur unique pour les matériels, et de fait, il existe un variété d'interfaces d'acquisition compatibles d'ores et déjà.

L'existence de logiciels de qualité sous gnu/linux, pour le traitement de données et la rédaction de documents scientifiques.

Description du matériel

Les dix clients sont des « compaquettes » reconditionnées. Les processeurs fonctionnent à une fréquence de 500 Mhz et la mémoire vive est de 128 méga-octets. Ils disposent d'une interface réseau compatible avec le protocole PXE (facilitant le démarrage par réseau), et de cartes graphiques de qualité moyenne. On y a laissé un disque dur de capacité 2 giga-octets.

Le serveur est une tour de milieu de gamme, avec un processeur cadencé à 2,5 Mhz, une mémoire vive de 2 giga-octets, et une carte réseau rapide (gigabit), suivie d'un répartiteur (switch) qui en démultiplie la sortie vers les dix clients.

Modes de fonctionnement

Il y a trois modalités de démarrage prévues pour les clients :

Client léger : c'est le mode par défaut. Le client ne calcule que pour l'affichage à l'écran, tous les autres calculs sont effectués par le serveur. C'est le mode le plus rapide, celui où chaque utilisateur trouve la performance maximale. Cependant l'utilisateur n'a pas accès directement aux périphériques du client.

Client lourd, noyau Linux traditionnel : c'est un mode utilisé pour la maintenance.

Client lourd, système Freeduc/Knoppix, noyau Linux-RTAI « temps réel ». Dans ce mode, une zone de 700 méga-octets du disque dur est utilisée (en lecture seule), elle contient tout le système de fichiers utilisé, l'utilisateur accède à tous les ports de la machine cliente, donc en particulier aux périphériques de mesure physique.

Annexes

Fournisseurs de la solution matérielle utilisée au lycée Jean Bart

Pour les clients légers : société ODYS http://tx.odys-solutions.net

Pour les interfaces d'acquisition : http://www.linux-usb-daq.co.uk/

Logiciels d'infrastructure

Système Gnu/Linux, empaqueté selon le système Debian : http://www.debian.org

Gnu/Linux, noyau temps réel : http://www.rtai.org/

Système Freeduc/Knoppix : http://ofset.org/freeduc, http://knoppix-fr.org/

Bibliothèque libcomedi : http://packages.debian.org/testing/libs/libcomedi0

Logiciels d'application

Sélection de logiciels éducatifs, empaquetés par Ofset et Debian : http://ofset.org

Voir aussi le site du SCÉRÉN, http://logiciels-libres-cndp.ac-versailles.fr/

Les logiciels utilisés plus spécifiquement pour l'acquisition de données et leur traitement sont :

Ktimetrace http://ktimetrace.sourceforge.net/

Xmgrace http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/

Fitmodele, ( du même auteur que Regressi ), http://adullact.net/projects/fitmodele/

TexMacs http://texmacs.org/

2005-05-02T20:49:41