Ondřej Rusek: Unixové prostředí ve výuce informatiky na SŠ

Před dvěma týdny sklidil velký zájem článek o projektu Edunix na základních školách. Dnes představujeme další podobně zaměřený pilotní projekt, jehož cílem bylo poskytnout pro výuku informatiky na gymnáziu unixové grafické prostředí spolu s vhodnými aplikacemi i metodickými materiály. Jeho autoři došli k závěru, že "výuku informatiky lze plně postavit na svobodném softwaru bez jakékoli újmy pro studenty a vyhovět při tom všem požadavkům učebních osnov". Naše škola (Gymnázium Boženy Němcové v Hradci Králové) řešila v rámci pilotních projektů SIPVZ projekt s názvem Využití Unixového prostředí ve výuce Informatiky na SŠ. Stanovili jsme si tyto hlavní cíle:

• Přebudovat stávající počítačové učebny se starším hardwarem na terminálovou učebnu za použití softwaru s licencí GNU/GPL nebo s licencí podobnou a poskytnout pro výuku informatiky unixové grafické prostředí (GUI).
  
• Vybrat vhodný software pro výuku, který je možné používat v prostředí unixového grafického desktopu, aby byly splněny požadavky učebních osnov informatiky na střední škole (gymnáziu). Pro takto vytipované programy vytvořit metodické materiály pro přípravu učitelů i studentů v elektronické podobě dostupné na webu.

Úprava pracovních stanic

Po hardwarové stránce byly stanice v učebnách informatiky již zastaralé. Doposud používaný operační systém Windows 98 byl na hranicích rozumné použitelnosti, a počítače se tak staly dobrými kandidáty na bezdiskový (diskless) grafický X-terminál. Každé stanici byl odebrán pevný disk a přemontován do mobilního rámečku. Na disku byl ponechán operační systém Windows 98 pro možnou alternativní výuku. Z dnešního pohledu je ale pevný disk s Windows využíván skutečně minimálně a většinu svého života prožívá stanice bezdiskově – k velké radosti správce učebny.

V další fázi bylo nutné „naučit“ stanici bootovat (zavést operační systém) ze sítě. Vhodný mikrokód je možné nalézt na stránkách projektu Etherboot, kde je možné si interaktivně vygenerovat vhodný kód pro specifickou síťovou kartu. Nejprve otestujeme bootování z diskety, a pokud vše probíhá, jak má, kód zapíšeme do flash paměti BIOSu stanice.

Etherbootový kód, který zavádíme, má volbu pro zavedení systému ze sítě (implicitní volba) a z lokálního disku (pokud je přítomen pevný disk v rámečku). To je asi vše, co bylo nutné provést s každou z dvaceti stanic v učebnách. Naštěstí všechny stanice mají Award BIOS a síťové karty jsou také stejné. Pokud nebude některá stanice v budoucnu odmítat spolupráci kvůli hardwarové nefunkčnosti, tak nám tímto skončila veškerá údržba počítačů - to je jedna z největších výhod terminálového řešení. Dokonce je možné takovouto učebnu vypnout jedním knoflíkem (např. jističem, který odpojí zásuvky v učebně) – a Scandisku se bát nemusíme :-)

Instalace a konfigurace serveru

Server je klíčem k celému řešení. Pro instalaci LTSP (Linux Terminal Server Project - software pro podporu bezdiskových stanic v síti) byl původně použit server IBM xSeries 200 s jedním procesorem Intel Pentium III (900 MHz), operační pamětí rozšířenou na 1,2 GB a operačním systémem RedHat Linux 9. Instalační balíčky LTSP pro různé distribuce i se zdroji je možné získat na stránkách sourceforge.net. Bohužel, výkon tohoto serveru se ukázal jako nedostatečný pro obsluhu obou učeben (cca 20 bezdiskových klientů). Při této konfiguraci byla práce pohodlná a bezproblémová tak do deseti klientů. (Samozřejmě že velice záleží na používaném softwaru na stanicích a také na používaném grafickém desktopu.)

V současné době obsluhuje bezdiskové klienty server s dostatečným výkonem: 2x procesor Xeon 2,8 GHz s operační pamětí 2 GB. Pro přibližnou kalkulaci potřebné paměti serveru je možné počítat zhruba 50 MB na jednoho klienta. Na novém serveru je nainstalována linuxová distribuce K12LTSP 4.0 - založená na Fedora Core 1, s přidaným LTSP a dalšími aplikacemi vhodnými pro vzdělávání.

Závěrem bych se zmínil o nutných službách serveru pro zdárný běh terminálů:

• DHCP - dynamická konfigurace stanic pro protokol TCP/IP
• TFTP - distribuce jádra Linuxu na pracovní stanice
• NFS - distribuce souborového systému pro pracovní stanice
• XDMCP - vzdálené přihlášení klientů k terminál serveru (většinou se použije KDM nebo GDM)

Konfigurace terminálů je obsažena ve třech důležitých souborech:

1. /etc/dhcpd.conf - konfigurační soubor serveru DHCP
2. /etc/hosts - soubor přiřazující jména klientům
3. /opt/ltsp/i386/etc/lts.conf - konfigurační soubor LTSP; nastavení všech potřebných parametrů pro zdárné fungování celého LTSP systému

Popis všech parametrů konfiguračního souboru, detailní popis instalace celého LTSP, ladění chyb atp. je možné nalézt v dokumentaci k LTSP, případně v jejím českém překladu, který bude v brzké době dostupný na stránkách projektu.

Vhodný software pro výuku

Nedílnou součástí projektu bylo nalezení a odzkoušení vhodného unixového softwaru pro výuku. Studenti v učebnách mohou volit ze tří grafických desktopů: KDE, GNOME a ICeWM. Všechna tři grafická prostředí jsou maximálně konfigurovatelná a každý uživatel si svůj desktop může libovolně přizpůsobit. Nejvíce je uživateli využíváno KDE, které ale klade největší nároky na výkon serveru. Asi nejméně atraktivní IceWM je ve svých nárocích na server naopak velice skromné.

Jako internetový prohlížeč využíváme nyní Mozillu, na elektronickou poštu používají studenti převážně webové rozhraní klienta IMP. Ovšem jak je ve světě Linuxu obvyklé, neexistuje ani v tomto případě pouze jedna jediná volba, takže kdo chce, může jako prohlížeč používat Konqueror z KDE, Galeon z Gnome nebo český prohlížeč Links (ten je pro ty odvážnější). Z poštovních klientů je možné nakonfigurovat cokoli, co umí komunikovat s naším IMAP serverem.

Ve výuce informatiky je naše škola natolik konzervativní, že si dovolujeme ještě vyučovat algoritmizaci a základy programování. Vyučujeme programovací jazyk Pascal a doposud jsme používali Borland Pascal 7. Přechodem na Linux jsme přesedlali na překladač Pascalu s názvem FreePascal, který je šířen pod licencí GNU/GPL pro všechny možné operační systémy. Je plně kompatibilní s Borland Pascalem, takže dříve napsané programy v „borlandím“ Pascalu stačilo překompilovat. Pro FreePascal je vytvořeno celkem zdařilé vývojové prostředí Lazarus, které se velice podobá Delphi (či Kylixu) jak v možnostech, tak ve stylu práce. Výhodou je opět licence GNU/GPL. Pro tvorbu webových stránek si našly své příznivce editory Kate a Quanta.

Výukové materiály prozatím nemáme v elektronické podobě, ale je jen otázkou času, kdy budou k nalezení na webových stránkách projektu.

Co dodat?

Snad jenom to, že výuku informatiky lze plně postavit na svobodném softwaru bez jakékoli újmy pro studenty a vyhovět při tom všem požadavkům učebních osnov. Nemyslím si ale, že by podobné řešení bylo vhodné pro plošné nasazení. Nebylo ani cílem projektu připravit jakési řešení na klíč, při němž by vznikla nějaká nová distribuce pro české školy. Na druhou stranu bych chtěl povzbudit všechny správce školních sítí, kteří se nebojí učit něco nového a nemají strach investovat čas do zajímavých řešení. V týmu Edunixu určitě naleznou podporu a pomoc. Více se dočtete na stránkách projektu.

Výzva redakce: Pokud se domníváte, že i Vámi realizovaný pilotní projekt stojí za propagaci na České škole, sepište článek podobný tomuto a zašlete jej na redakce@ceskaskola.cz. Rádi jej zveřejníme.

Ondřej Rusek