nemo uči o tome kako fiziku podučavati neistinama

Svaka popularizacija znanosti je ujedno i vulgarizacija - ovo ste mogli čuti ovog petka (25.2.2010.), na web sučeljavanju "Prijeti li nam zaista ledeno doba?" između Vladimira Paara i Dejana Vinkovića. Snimku dotičnog predavanja, kao i nekakav pregled sučeljavanja možete naći na t portalu. Uvodnu rečenicu iz ovog posta izrekao je akademik Paar, vjerojatno medijski najeksponiraniji hrvatski znanstvenik, sveučilišni nastavnik te autor niza školskih udžbenika i osoba koja je radila na izradi Hrvatskog nacionalnog obrazovnog standarda. Dakle osoba koja se podosta bavi edukacijom i popularizacijom znanosti, te ujedno diktira obrazovnu obrazovnu politiku i predaje budućim nastavnicima fizike na PMF-u u Zagrebu.

S obzirom da se i ja bavim popularizacijom i edukacijom znanosti, ova izjava, a i niz drugih koje je akademik Paar izrekao u sučeljavanju, me osobito zabrinjava. U ovom članku neću se baviti analizom toga predstoji li nam ledeno doba, već ću sa stanovišta istraživanja u učenju fizike (engl. physics education research) pokušati objasniti što ne valja sa obrazovnim principima koje Paar iznosi.

Osnovno pitanje kojeg su se u sučeljavanju indirektno dotakli je: Možemo li podučavati fiziku, a bez da pritom iznosimo netočne informacije?

Stvar je išla otprilike ovako: akademik Paar je u više navrata objašnjavao model mijenjanja temperature na Zemlji kroz mijenjanje udaljenosti Zemlje od Sunca. Pritom se koristio analogijom sa peći - ako smo bliže peći onda nam je toplije, a ako smo dalje onda nam je hladnije. Isto tako ako je Zemlja bliže Suncu onda primamo više energije i obratno, ako smo dalje od Sunca onda primamo manje. Problem sa tim modelom je što je netočan, iako nam je intuitivno jasniji - Vinković je u raspravi pokušao iznijeti točan model, gdje udaljenost Zemlje od Sunca igra relativno malu ulogu u mijenjanju temperature na Zemlji. Npr. godišnja doba su posljedica nagnutosti Zemljine osi, a ne toga što smo recimo zimi dalje od Sunca.

Paar na to objašnjava da je on dobro upoznat sa tim  principima, ali da koristi analogiju sa peći zato jer je tako stvari lakše objasniti. Sve se to temelji na principu zornosti - fizikalne pojave moramo zorno prikazati kako bi ih netko koga poučavamo razumio. Također stvari moramo pojašnjavati jednostavno, a ne odmah uvoditi fizičarski rječnik i matematički formalizam (što je izrazio kroz jednu "anegdoticu" o pojašnjvanju služavki). Pritom moram navesti da Dejan u svojem objašnjenju nije koristio neki preteški rječnik ni matematički formalizam, ali je pokušao biti točan.

U raspravi više puta je navodio kako nije očekivao raspravu "na znanstvenoj razini", kako i u nastavi često moramo iznositi netočne ili nepotpuno informacije (pokazao na primjeru spina čestice), a kasnije je došao i do one izjave o tome kako je za popularizaciju znanosti potrebna vulgarizacija (ružnija riječ za pojednostavljivanje) znanstvenih činjenica.

Slika koja se gradi iz ovakve argumentacije je fizika sa dvije strane:

1. Prava (čru :) fizika - zadnja verzija fizikalnih modela, najtočniji koji su nam trenutno poznati
2. Fizika vulgaris - neka okljaštrena verzija prave fizike, sadrži dosta netočnosti

Prvu verziju vam ustvari ne možemo pojašnjavati, zato jer ju nećete shvatiti, prekomplicirana je i zahtjeva poznavanje složenog matematičkog alata. Zato vam predstavljamo fiziku vulgaris, već prožvakane ideje za vaš slabi mozak. Vi se nemojte brinuti što to ustvari nije točno, pa tome znanstvenici ionako služe, da razmišljaju umjesto vas. Inače jednom sam stvarno i dobio ovakvu rečenicu "u glavu", na radionici za osnovnoškolce koja se održavala prije dvije godine. Radili smo mini hidroelektranu, no nakon par sati mozganja jedan od mladića mi je rekao "Ali zašto moramo razmišljati, pa tome znanstvenici služe". Hvala hrvatskom obrazovnom sustavu na ovome, dobro ih trenirate :-S

Ova slika dakako nije u potpunosti točna. Istina je da se za obrazovanje u fizici često koriste stariji fizikalni modeli, za koje se kasnije pokazalo da nisu u potpunosti točni, naslijedile su ih neke modernije teorije. Primjer takvih modela su Newtonova teorija gravitacije (Einsteinova opća teorija relativnosti se pokazala točnijom) ili model širenja struje u vodiču kao elektrona koji se gibaju kao kuglice (elektroni su ispali puno kompliciraniji kao i sve ostalo vezano uz kvantnu fiziku). Zapravo praktički sve što se uči danas u školi je pomalo zastarjelo, dakle dijelom netočno.

No stvar sa tim modelima je što su netočni samo za određene pojave, Newtonova gravitacija nas sasvim dobro služi u većini slučajeva. I u nastavi se obično vrlo često navode određene pretpostavke pod kojima radimo, te su ti modeli potpuno ispravni pod tim pretpostavkama. Općenito u fizici radimo sa sfernim pilićima u vakuumu (stvarima koje djeluju jako nerealno :), tj. gradimo modele koji samo opisuju svijet, no oni nisu potpuno istovjetni sa tim svijetom koji opisujemo, samo ga dobro oponašaju.

Primjer Sunca i Zemlje kao čovjeka koji je bliže ili dalje od peći nije takav model. Radi se o apsolutno netočnom modelu koji predstavlja jako lošu asocijaciju za pojavu koju bi trebao pojasniti zato što se direktno veže na jednu predkoncepciju ili miskoncepciju koju mnogi ljudi imaju (što su miskoncepcije ću pojasniti malo kasnije). Iz tog razloga za ovaj model se ne može koristiti argument "ali ionako vam govorimo netočne stvari".

Druga i možda važnija stvar - fiziku ne čine samo modeli. Kao i bilo koju drugu znanost čine ju i metode kojima se dolazi do tih modela, tj. način razmišljanja. A razvijanje stava "neka znanstvenici misle za nas" je vrlo nefizikalan način razmišljanja. Akademik Paar misli da laganim zornim prikazima čini ljudima uslugu, te da ih vodi na daljnje samostalno proučavanje - to je dijelom točno zato jer pojednostavljivanje do određene mjere pomaže, ali ne pojednostavljivanje do netočnosti. Ako samostalno istražujete sa pogrešnim pretpostavkama to će vam samo odmoći. Uz to, prejednostavni modeli mogu vas tjerati na konformizam, a ne na daljnje istraživanje (u ovom slučaju osoba bi mogla pomisliti da je Zemlja vrlo jednostavan sustav, dok je ustvari vrlo složen). Također promoviranje stava "ok je govoriti neistinu" od strane poznatog znanstvenika samo može negativno utjecati na korištenje kritičkog razmišljanja, što je vrlo loše za društvo.

I sad što nam je alternativa, ako ne "vulgariziramo"? Natovariti sve ljude sa kompliciranom matematikom prije nego što im damo da primirišu fizici? Ne nužno. Pojednostavimo stvari, ali na pametniji način i podučavajmo na drugačiji način.

Svaki fizikalni model ima neke svoje osnovne koncepte koji obično možete predstaviti na jednostaviji način, a da pri tome objasnite osnove funkcioniranja bez da stvorite krivu sliku. Npr. u ovom slučaju sa Zemljom i Suncem mogla se odabrati neka bolja asocijacija od peći - npr. mislim da je većini ljudi intuitivno jasno da se intenzitet sunčevog zračenja mijenja kroz dan, što je posljedica rotacije Zemlje oko svoje osi ,što se direktno može povezati sa nagibom pod kojim svjetlost dolazi na Zemlju.

S druge strane mislim da su istraživanja u učenju fizike pokazala da zornost nije osnovna i najvažnija stvar. Povezivanje na neka vaša prošla iskustva (kako bi mogao opisati zornost) može biti loša stvar, ako su ta vaša prošla iskustva pogrešna i ako ih se kroz obrazovanje pogrešno tretira. To su miskoncepcije - neke stvari koje intuitivno znamo i koje smo naučili kroz interakciju sa svijetom, no koje u stvari nisu potpuno dobar opis fizikalnih pojava, te su u koliziji sa fizikalnim zakonima. Dobar primjer miskoncepcije je upravo vjerovanje da je temperatura na Zemlji povezana sa promjenom udaljenosti Zemlje od Sunca. U našem normalnom životu iz raznih drugih primjera smo naučili "bliže je jače", te taj koncept primjenjujemo na nešto što ne možemo direktno iskusiti. Što se u ovom primjeru pokazalo lošim (no za neki drugi primjer bi moglo biti dobro), zato jer promjena temperature na Zemlji ne ovisi primarno o promjeni udaljenosti Zemlje od Sunca, već o nagibu Zemljine osi rotacije.

Miskoncepcije su se pokazale kao jedna od ključnih stvari oko učenja fizike, te je o njima dosta istraživano. Danas poprilično znamo o miskoncepcijama koje se pojavljuju, postoje i određena istraživanja o tome kako ih mijenjati, tj. kako postaviti učenje fizike tako da osoba svoje koncepte pretvori iz miskoncepcija u nešto što je točniji fizikalni model. Zorna i jasna izlaganja tu uglavnom ne pomažu zato jer se ustvari radi o procesu gdje učitelj obavlja većinu razmišljanja (kako jasno izložiti stvar učenicima), a ne učenik. To bi bilo otprilike kao da očekujete da ćete postati izvrsni nogometaš time što ste se odgledali jako mnogo utakmica, a bez da ga i sami pokušate igrati. Tako da većina novijih metoda počiva na načinu poučavanja gdje učitelj igra manje direktnu ulogu pomagača, a učenici više rade sami. Isti koncept se može koristiti i u popularizaciji znanosti.

Ako vas kojim slučajem više interesiraju istraživanja u učenju fizike možete pogledati jedan moj seminarski rad koji može poslužiti kao uvod u temu.

Inače ovaj tekst nalazi se i na www.cumez.org, stranicama Kluba studenata PMF-a Ćumez, gdje ponekad pišem kolumnu Drvlje&Kamenje - kritičke osvrte na razne stvari. Do sada bilo:

Znanost @ Radio SC

Studentski prosvjedi

Studiranje nije samo studiranje :)

Brucošijada PMF-a 2008

Vlada trenira strogoću

nemo uči o fizikalnim eksperimentima upravljanim preko weba

U ovom semestru imam držim dva seminara iz metodike nastave fizike, a prvi je vezan uz pokuse upravljane na daljinu. Obično se eksperimentiranje izvodi uživo ako se uopće izvodi, tako da je ovo ponešto drugačiji pristup - danas je moguće pristupiti određenim eksperimentalnim postavima iz udobnosti vašeg doma :) To ima svoje prednosti i mane, a u osnovi takvi eksperimenti su najkorisniji u okruženjima kada se cijela nastava izvodi na daljinu.

Za detalje možete pogledati tekst seminara, a ideje su ukratko izložene i u ovoj prezentaciji ispod. Možete saznati kako točno pokusi na daljinu rade, kako se nose sa drugim oblicima eksperimentiranja, kakva istraživanja postoje o eksperimentima na daljinu, te kako i zašto ih koristiti.

I sa čim sve danas možete eksperimentirati na daljinu? Stvari variraju od prilično impresivne znanstvene opreme, pa do pokušaja zamjene klasičnih laboratorijskih vježbi. Što se astronomije tiče kolega Baloković me uputio na Bradford Robotic Telescope, koji bilo kome omogućava da napravi astronomsko promatranje sa teleskopom koji je dosta bolji od onoga što se može nabaviti po trgovinama ;) Kasnije sam naletio na još jedan sličan projekt - Faulkes Telescope Project koji omogućava pristup prema dva teleskopa (jedan na sjevernoj i jedan na južnoj polutci), a ima i dodatne edukacijske resurse.

Danas sam naišao na jednu Bugscope stranicu koja vam omogućava da im pošaljete svoje uzorke kukaca, koje oni zatim pripreme i omoguće vam pristup interaktivnom radu sa elektronskim mikroskopom (kukci sa velikim zoomom ;). Isti ljudi izradili su i Virualni mikroskop, program koji vam omogućava proučavanje pravih snimaka elektronskog, svjetlosnog i skenirajućeg mikroskopa. Ovo nisu pravi pokusi na daljinu, ali radite s pravim podatcima što je praktički jednako dobro.

U seminaru sam pokrio i par projekata koji služe za podršku nastavi kroz izvođenje pokusa na daljinu:

• ISES Web - Internet School Experimental System Remote Laboratory je Češki projekt u kojem vlastito iSES sučelje koriste za izvedbu eksperimentirata na daljinu. Isti sustav se koristi i za mjerenje u klasičnim laboratorijskim uvjetima. Na stranicama možete različitim pokusima iz fizike.
  
• RCL portal - Remotely Controlled Laboratories je projekt nastao u Njemačkoj u suranji tehničkog sveučilišta u Kaiserslauternu sa nizom komercijalnih kompanija i edukacijskih udruga. Također pruža pristup nizu fizikalnih eksperimenata (sekcija RLCs na stranici).
  
• MIT iLabs - MIT-eva arhitektura za izgradnju eksperimenata na daljinu. Pokriva više područja, neki od laboratorija imaju veze i sa fizikom. Npr. kolegij 6.012 Microelectronic Devices and Circuits uz ostale materijale slobodno nudi i pristup laboratoriju na daljinu. Morate se registrirali kako bi ste koristili laboratorij, ali je registracija besplatna.
  
• NetLab - projekt kojeg održava sveučilište Južne Australije, nudi nekoliko eksperimenata iz elektronike sa specijalnim naglaskom na autentičnosti sučelja koje nalikuje stvarnim mjernim uređajima. Također zahtjeva registraciju.

Primjera dakako ima još. Inače kako zasad stvari stoje ja ću za diplomski izrađivati jedan ovakav sustav, s tim da još isprobavam kako ću to točno izvesti. Ideja koja mi je najinteresantnija je izraditi robotsku ruku pomoću Lego Mindstorms seta, koja će korisnicima omogućiti da lako preslaguju postav, no ideja je još daleko od gotove ;)

Drugi seminar kojeg bi trebao držati za tjedan dana je vezan uz spektroskopiju, a moje i predavanja mojih kolegica ćete moći vidjeti i u video verziji jednom kad se to postavi na internet (sva predavanja su snimana).

nemo radi fight Split vs. Zagreb!

Kada bi se Nemo kojim slučajem pojavio na PMF-u u Zagrebu u zadnjih (još malo pa) godinu dana uobičajeno pitanje bi bilo: "I, kako je u Splitu?"; a uobičajeni odgovor bi bio "Dobro!". S obzirom da dotični odgovor i nije baš pretjerano informativan Nemo si misli da bi napokon moga napraviti malu usporedbu studija u Zagrebu i Splitu, s obzirom da je ljetni semestar ipak pri kraju.

Napomena: Nemo je prije i još uvijek studira na nastavničkom smjeru fizike i informatike. Ovdje će primarno opisati svoje osobno iskustvo, ali će se također poslužiti i mišljenjima kolega koji su se također prebacivali kao i on, a nalaze se na drugim smjerovima.

Kveščn #1: Isplati li se prebaciti sa studija u Zagrebu na studij u Splitu?

Kada je Nemo negdje prošle godine u isto ovo vrijeme razmišljao o prebacivanju u glavi je imao par razloga: (1) na studiju u Zagrebu na 4. i 5. godini praktički nema informatičkih kolegija, dok na studiju u Splitu i dalje vrijedi podjela opterećenja pola-pola, s tim da u Splitu štoviše na izbor ima nekoliko kolegija iz informatike koji su mu izrazito interesantni i uglavnom su vezani za e-učenje, (2) na studiju u Splitu ima manje ljudi što uvijek dobro završi po pitanju nastave, (3) postoji kritična količina mlađih ljudi (Dejan Vinković, Željka Fuchs, Ante Bilušić ...) koji su formirali dotične studije i iz prvog iskustva može zaključiti da će na studiju u Splitu atmosfera odnosa prema studentima biti bolja. Također (4) od strane gore navedenih uvjeren je da može dobiti mjesto u domu ili će netko polomiti guzicu da mu to mjesto nabavi s obzirom da ovi ljudi gore jako žele da Nemo i drugi ljudi dođu na studij u Split.

Dakle što se od toga ostvarilo i na što je još Nemo nabasao? (1) Što se informatičkih kolegija tiče već sama činjenica da postoje je bolje od Zagreba, no Nemo mora napomenuti da većim dijelom nije zadovoljan izvedbom dotičnih kolegija - neki su bili dobri, dok su drugi bili opća katastrofa - dakle izvedba otprilike jednako dobra kao u Zagrebu na prve 3. godine. (2) Na studiju u Splitu stvarno ima manje ljudi (13 sveukupno na svim smjerovima fizike) i to se dosta osjeti na individualnom tretmanu. Ako znate što radite i što želite stvarno možete doći do izražaja. To se pogotovo osjeti u odnosu spram dobrog dijela nastavnog kadra sa kojim si je Nemom većinom na "Ti", a komunikacija više izgleda kao da ste sa prijateljima nego sa profesorima. Nažalost ista stvar ne vrijedi i za ljude sa informatičkog odsjeka koji su početkom ovog semestra na profesorski ured stavili kvaku koju ne možete otvoriti izvana. A otvoriti vam nitko neće čak ni kad kucate :( (3) kolegiji na fizici variraju u kvaliteti, slično kao i oni sa informatike (iako ipak nije bilo nijednog TOLIKO lošeg). Npr. najvažniji kolegij na studiju, Metodika nastave fizike, je izveden jako dobro, dok se na drugom kraju spektra nalazila Kvantna 2 koja praktički nije imala vježbi i ima urnebesno dugačak usmeni koji Nemo još nije dao. Na drugim smjerovima situacija je dakako varirala - Astrofizika je uglavnom imala jako interesantne kolegije koje predaju strani predavači, no studij Astrofizike se više ne može upisati zato jer se on ne može održavati zbog financijskih i administrativnih problema :( Za biofiziku nisam skroz siguran kako je išlo, smjer Računalske fizike je isto imao dosta interesantnih kolegija, kao i Fizika okoliša, no taj je malo specifičan s obzirom da kolega Crljenica studira skoro kao da je na doktorskom studiju (jel Nemo napomenuo ono sa individualizacijom? :) Velika prednost na svim studijima je visoka razina izbornosti - za izborne kolegije se može uzeti bilo što samo da zadovoljava količinu ECTS bodova, što vam efektivno omogućava visoku razinu kontrole nad svojim studiranjem.

Što se studentskog standarda tiče tu je Nemo naišao na niz problema, koji su više vezani uz način na koji funkcioniraju stvari u državi nego sa samim studijem fizike. (1) ostao je bez X-ice. Zašto? Zbog načina na koji se morao prebacivati, dakle za ovo je više kriv Zagreb nego itko drugi. Nemo je studirao i po starom studiju, nakon čega se morao prebaciti na bolonjski. Sada kad se prebacivao u Split država na to gleda kao drugo prebacivanje gdje gubite pravo prehrane. U ovakvoj situaciji se većina ljudi ne bi trebala nači, ali ne bi se našao ni Nemo da Zagreb daje titulu prvostupnika nakon 3 godine. U tom slučaju Nemo se ne bi prebacivao, nego samo upisivao diplomski studij što je potpuno legalna akcija. (2) mjesto u domu nismo uspjeli dobiti, unatoč tome što postoji odluka Sveučilišta u Splitu da diplomski studenti fizike imaju prednost. Zašto? Zato jer se ni teoretski ne možete prijaviti na natječaj za dom na vrijeme. Naime natječaj je u 7. mjesecu, a Nemo se na studij u Splitu upisao tek u 10. mjesecu. Za ovo je dakle kriv SC koji bi trebao napraviti zasebni natječaj za diplomske studente s obzirom da na ovakav način mobilnost nigdje u Hrvatskoj neće funkcionirati kako se spada. Srećom pa nas je 4 fizičara u jednom stanu tako da nas smještaj ne dođe puno. Ali i inače je dom u Splitu teško dobiti, dosta teže nego u Zagrebu. (3) Prehrana je slična onoj u Zagrebu, jedino što menza u Spinutu uopće nema pojam menija tako da treba jače paziti što se uzima (inače Nemo dijeli iksicu sa cimerom poradi toga što nema svoju i pouzdano ta konfiguracija izdrži cijeli mjesec bez gladovanja ;).

Ima li stvari koje su bolje u Zagrebu? Ima - (1) za početak Nemi jako nedostaju prijatelji iz Zagreba i činjenica je da ekipa ovdje nije toliko aktivna koliko su ljudi gore. No kad bi se više ljudi šrebacilo ... you get my drift ;) No općenito osjeti se činjenica da je Zagreb veći grad sa izmješanijom populacijom. S druge strane Split ima kik-es klimu (no svejedno vam treba grijanje preko zime), i kako se ono naziva ono plavo čudo za kojim Dalmatinski studenti kukaju kad dođu na studij u Zagreb ... ah da ... More :) (2) Refereda na fizici je miljama ispred one u Splitu. Ovdje teta Ana zna sve poimence, ali neefikasni su i to je prava patnja kad se treba nešto obavit.

U cijeloj toj kalkulaciji Nemo procjenjuje da se njemu stvarno isplatilo prebaciti, no možda nekom drugom neće biti tako dobro. Studij u mnogim segmentima stvarno je bolji, ali situacija sa organizacijom ne blista tako da vam ipak treba malo odvažnosti ;)

Kveščn #2: Isplati li se potpuno preskočiti studij fizike u Zagrebu i odmah na prvoj godini upisati u Splitu?

Ovo je malo više tricky pitanje za Nemu s obzirom da nije studirao prve 3. godine dolje, pa ovdje više ovisi o pričama drugih ljudi. Neke stvari se iz prethodnog pitanja mogu šaltati o ovdje.

(1) U Splitu svi na početku studiraju zajedno, a tek kasnije se formiraju smjerovi i stvarno postoji 3+2 shema studija. U Zagrebu već na prvoj godini morate biti odlučniji oko toga što smjerate i odmah u startu računajte da će vam mobilnost i mogućnost studentske razmjene patiti zbog činjenice da studirate 5 godina u komadu. (2) Iz razgovora sa kolegama koji su se ove godine prebacivali na preddiplomski, a ne diplomski studij zaključio bih da kvaliteta kolegija i nije toliko različita, ali da je u Splitu jednostavnije položiti većinu kolegija. Istraživački studij u Zagrebu je specifično poznat po tome što ima tendenciju natjerati vas da pišate krv, da se slikovito izrazim, što si možda ne želite u životu. (3) Svi studenti fizike na 1. i 2. godini su ove godine dobili državnu stipendiju B kategorije (deficitarni) što je dobro, ali dobivanje doma je i dalje kompliciranije nego u ZG.

S druge strane Zagreb je ipak Zagreb, kao što je Nemo napomenuo ranije, te možda i nije toliko loše iskustvo studirati tamo. Jedino što je Nemo bio siguran da je tamo već predugo i da je 5 godina studija tamo definitivno previše :) Također u Zagrebu je prednost prisustva Instituta za Fiziku i Instituta Ruđer Bošković u slučaju da imate volje istraživati nešto sa strane, ali ovisno o afinitetima to možete i ovdje, uz veću podršku fakulteta + što vam veća izbornost i mogućnost mobilnosti na neki studij u inozemstvo.

Tako da odgovor opet nije jednoznačan ;) Ukoliko netko ima pitanja pucajte ...

nemo uči kako se vrti na stolcu

Nemo je još prošli tjedan u ponedjeljak držao nastavu u 3. Splitskoj gimnaziji. Prvi put tamo nemo je učio kako slomiti školsku ploču, a sada ga je zanimalo kako je to vrtiti se na stolici :) Fizičari bi to nazvali Prandtlovim stolcem, ali Nemi je bio dovoljan i jedan obični uredski stolac kojeg ima doma. Ispod možete vidjeti isječak iz ukupne eksperimentalne sesije koja je Nemi bila dovoljna za mjerenje onoga što ga zanima:



Wheeeeee :) Inače kapa sa križićem je tu zato da bi Nemo lakše pratio jednu točku koja se rotira, što pak hoće zato što želi mjeriti kako se mijenja kutna brzina kada se vrti sa raširenim i skupljenim rukama. Za posao analize videa Nemo koristi program Coach 5, koji je već malo postariji i nije besplatan pa Nemo misli da će uskoro probati raditi sa nečim drugim (npr. Tracker). Poanta svih tih programa za analizu videa je što im kažete koliko je određena skupina piksela ustvari dugačka (npr. kapa bez šilta ima 20 cm u promjeru) i onda oni mjereći poziciju piksela na ekranu ustvari mjere koliko se određena točka, ili više njih, pomakla u pojavi koju mjerimo.

U dotičnom programu na svakom frameu videa kliknete na točku koja vas interesira i onda se njezin položaj zajedno sa vremenom sprema u neku tablicu, može se napraviti i graf ... No s obzirom da je ovo mjerenje relativno komplicirano za analizirati u ovom programu Nemo je sve podatke prebacio u Excel (podatke možete vidjeti ovdje). I dobio nešto ovakvo:

Na x-osi se nalazi vrijeme, a na y-osi je kutna brzina u tom trenutku. Vidi se da su rezultati porazbacani svuda zato jer Nemo očito ne klika dovoljno dobro, no ako napravite statističku analizu možete vidjeti da ova crvena linija koja predstavlja lokalne prosjeke (tzv. moving average) lijepo opisuje ono što se i trebalo vidjeti. Kada ima skupljene ruke Nemo se vrti sa otrpilike 3 rad/s, a kako širi ruke to pada na otprilike 2 rad/s. I u cijeloj priči vidi se i polagani utjecaj trenja (cijela stvar se polagano usporava).

I čemu sve to? Pa Nemo je nastavljao od zadnjeg predavanja kad je obrađivao kutnu količinu gibanja - nakon toga dolazi proučavanje zakona očuvanja kutne količine gibanja. S obzirom da bi na satu teško stigao napraviti sve ovo Nemo je sve snimio doma i onda to koristio na satu. Sat sam počeo vrteći se na nekom skoro polomljenom stolcu koji sam našao u razredu, što je trebalo poslužiti kao uvod u raspravu. Pitanje je bilo što se dešava sa kutnom brzinom i kako bi to izmjerili? Kasnije se u raspravi pokušalo objasniti zašto. Idejni plan (sa komentarima o stvarnoj izvedbi) je išao otprilike ovako:

1. Pokazni pokus: ako u školi imaju stolac koji se može okretati to koristiti za uvod, a ako ne pokaže se filmić (na kraju se koristilo oboje zato jer je stolac bio loš)
Pitanje: što se dešava sa kutnom brzinom i kako bi smo ju izmjerili?

2. Učenici daju prijedloge mjerenja kutne brzine, a Nemo na kraju objasni kako se to može raditi i pomoću videa (prilično je nevjerojatno da će se itko od njih toga sjetiti). Imati raspravu oko toga kako uopće podatke u oblilu (x,y,t) pretočiti u kutnu brzinu. (to je išlo). Na kraju doći do grafa.

3. Pitanje: Zašto se kutna brzina mijenja? -> ako zaključe da je to zbog mijenjanja momenta inercije treba vidjeti što povezuje moment inercije i kutnu brzinu.
Uspješno su zaključili da je to bilo zato jer se masa drugačije rasporedila, ali nisu se sjetili da se "raspored mase" ustvari zove moment inercije, a i kasnije se nisu mogli sjetiti da je veza između momenta inercije i kutne brzine ustvari zamah (L=Iω). Nemo ponovio...

4. Pitanje: Što uzrokuje promjenu zamaha? Ok s obzirom da je zamah već zaštekao nisu se baš sjetili ni što točno povezuje uzrokuje promjenu zamaha (2. Newtonov zakon za rotacijske sustave), što bi bio moment sile. Ah well, Nemo opet ponovio ...

5. Pitanje: A kakav je moment u našem slučaju sa stolcem? -> poanta ovdje je da vide ako nema momenta sile onda nema ni promjene zamaha. I tu smo uspjeli oplesti neku raspravu i zaključiti da dok se Nemo vrti na stolcu na njega ne djeluje vanjski moment sile (primjer sfernog pilića: ustvari imamo trenje, ali kad fizičari ionako rade sa sfernim pilićima u vakuumu, kud nebi i sa stolcima bez trenja :)



I nakon toga je također uspješno zaključeno da promjena zamaha također mora biti nula, no sam zamah može imati neku konstantu vrijednost. Voila, upravo se izrodio zakon očuvanja kutne količine gibanja oliti zamaha :)

6. Vratiti se na primjer sa videa i pokazati da imamo dva slučaja (raširene ruke, skupljene ruke) kada smo mijenjali moment inercije, ali je zamah bio konstantan. Pokazati da iz toga slijedi da se kutna brzina morala promijeniti zbog očuvanja kutne količine gibanja :) Riješit koji zadatak ako se stigne ... (stiglo se je).

Sve u svemu dobro prošlo. Uglavnom Nemo je već prije zaključio da se kod planiranja nastave dobro voditi ratnom doktrinom "Nijedan bojni plan ne preživljava kontakt sa neprijateljem". Dobro je planirati, ali računajte da ćete obično završiti u drugačijoj situaciji :)

nemo uči o nastavnim pomagalima za fiziku

Nemo je jučer napisao seminar "Sredstva i pomagala u nastavi fizike" koji je bio jedna od obaveza za didaktiku, kolegij koji graniči sa beskorisnošću :) Dotični seminar koji možete vidjeti ovdje služi kao neki opći pregled modernijih tehnologija koje bi se mogle koristiti u nastavi da ih škole uopće imaju, tako da i on pomalo graniči sa beskorisnošću ;) Istina Nemo je u dosadašnjem (veoma ograničenom) radu u školi imao prilike koristiti sve što si je zamislio, no nekako mu se ne čini da je to reprezentativno stanje za "prosječnu hrvatsku školu"(tm).

No interesantno koliko vam rastu mogućnosti ako u razredu imate računalo i projektor. Nemu toliko ne interesiraju općeprisutne PowerPoint prezentacije (iako važno je napomenuti PowerPoint != prezentacija) koliko neki interaktivni mediji - ako se već ima neka naprednija tehnologija šteta ju je koristiti samo kao zamjenu za grafoskop. Recimo analiza videa je prilično zgodna - video kamera nije obavezna s obzirom da video možete snimati i sa većinom digitalnih fotoaparata i mobitela, za što Nemo misli da je stvarno sveprisutna tehnologija. Software za analizu postoji u više oblika, pa tako i besplatan, kao npr. Tracker (tek ga se isprobava). Eto Nemin fotić, postariji Canon A620 jako dobro radi - može snimati video od čak 60 fps, a i ima dovoljno manualne kontrole da napravite sve što vam može zatrebati kada fotkate neki eksperiment.



Npr. duga ekspozicija stvarno dobro dođe kada snimate spektre na svojem "uradi sam" spektroskopu, neki od spektara se teško opažaju golim okom pa ih je lakše uočavati ako ih ufotkate i pogledate iz udobnosti svojega ekrana :)

Za analizu videa Nemo ga je nedavno koristio na nastavi u 3. splitskoj gimnaziji za demonstraciju očuvanja kutne količine gibanja, no o tome više u nekom drugom postu koji stiže uskoro. Prije je nešto slično izvodio za modeliranje savijanja prostora ;)

Poanta je to da vam analiza videa može pomoći za mjerenje pojava za koje bi vam inače trebao specijalizirani mjerni uređaj, tako da se eksperimentiranje lakše izvodi na nastavi nego što je to prije bilo moguće.

Druga interesantna tehnologija su interaktivne ploče - i to ne komercijalne koje dođu po nekoliko kilokuna. Opet u "uradi sam" verziji možete iskoristiti bežični upravljač Nintendo Wii igrače konzole (koja u Hrvatskoj dođe oko 400kn) i za njega izraditi jednostavnu infracrvenu olovku (stari marker, baterija, infracrvena LE dioda i malo žice), te ga upogoniti sa besplatnim programom odavle. Dobijete nešto ovakvo:



Voila! Interaktivna ploča za malo kuna. Mislim nije da dobroj staroj školskoj ploči puno toga nedostaje, ali ponekad je za fiziku stvarno dobro vidjeti kako se ponaša to što ste nacrtali na ploči (hint: pogledajte Phun ;) + priznajte da bi ste voljeli da možete lako šarati po svojim prezentacijama ako ih imate (zasad je najednostavnije šarati sastrane po ploči).

Eto tako da Nemo samo želi da škola ima LCD projektor, ostalo će donjeti sam :D

nemo uči kako slomiti školsku ploču

I kako bi ste vi slomili školsku ploču? Nemo je danas od učenika 3.D. u Splitskoj 3. gimnaziji dobio svakojake odgovore. Inače Nemo je danas držao sat o kutnoj količini gibanja, što na prvi pogled nema puno veze sa lomljenjem školske ploče, ali izgled vara ;)

Uglavnom čini se da bi motorna pila upalila, no Nemo nije imao motornu pilu, ali je zato ploču gađao kredom (mala masa, velika brzina) i naslanjao se na nju (vel'ka masa, mala brzina). Dakako ovo je služilo kao uvod o količini gibanja, pa kad se jednom sjete da je p = mv lakše se dođe do toga da je L=Iω. Uglavnom momci i djevojke sve znaju kad malo zapnu, čak su htjeli i surađivati (s obzirom da je to bio zadnji sat Nemo zadovoljan :)

No sljedeći put će morati imati i nešto više od zanimljivog uvoda. Nažalost kasnije ih je Nemo zapilao sa izvodom kutne količine gibanja za proizvoljno kruto tijelo, što je bio overkill + dosadno. Nije bilo bolje ideje, a to je bilo u udžbeniku :( Srećom pa je sljedeći put slična stvar, ali sa nešto više interesantnih opcija - zakon očuvanja kutne količine gibanja ima primjene ko pljeve. A u osnovi taj je ionako za ocjenu :) Treba naći načina kako uvući mjerenja i pokuse u sat, kao što je to radio u osnovnoj školi za nastasvnu jedinicu sa produljenjem opruge. Jedino što je tada imao sav pribor u školi, sad će trebati improvizirati.



Inače prošli semestar je Nemo u osnovnoj školi radio elastičnu silu. Prezentaciju koja je korištena na satu možete vidjeti ovdje, a inače nastava se radila tako da bi se prvo postavilo neko okvirno pitanje na koje bi učenici davali odgovor, pa bi se to kasnije uobličilo nešto (tako je Nemo radio i danas u srednjoj). Također svi su imali pribor za mjerenje ovisnosti produljenja opruge o broju utega koji se ovjese o oprugu iz čega se pokušao modelirati Hookov zakon (nekako su ipak zaključili da je produljenje proporcionalno sa silom ;) Rezultate tog mjerenja možete vidjeti ovdje, a ispod je priložen graf (bilo bi zakon kad bi Google docsi mogli raditi regresiju, no nekako već gledam kako bi se novo izišla WolframAlpha mogla koristiti za ovakve stvari!). Uglavnom tako nešto bi bilo fora napraviti i u srednjoj samo što sam definitivno ograničen priborom (imam svoj bicikl, te možda uspijemo napraviti mjerenje pomoću analize videa kao što sam to radio za savijanje gravitacije).

nemo uči o izradi videa

Nemo je danas nakon malo previše vremena napokon završio sa izradom videa za Metodiku nastave fizike. Cilj je bio multimedijalno obraditi jedan pokus iz fizike, tako da bude prilagođen za uzrast osnovne škole. Nemo je odabrao savijanje prostora, što nije baš klasično gradivo osnovne škole, ali svo predznanje bi jedan učenik 8. razreda mogao imati. Recimo da bi obrada ovakvog modela mogla biti jedna kreativna vježba za kraj cjeline o kinematici, nakon što se obradi ovisnost akceleracije o sili. "Recept" za izradu ovog videa:

Odrediti cilj snimanja
Pomoću kamere snimiti željenu pojavu
Obaviti mjerenje/ekstrakciju podataka i napraviti analizu
Napraviti scenarij
Napraviti prezentacije koje se koriste za objašnjavanje pojave (kojim god metodama želite, samo da je dobro :)
Snimiti naraciju i ukomponirati snimke pojave

A kako je to Nemo savijao prostor? E pa pogledajte video :) Stvar je prilično jednostavna. Pretpostavka je bila da se savijanje prostora može modelirati pomoću plahte, koja se rastegne tako da većim dijelom slobodno stoji u zraku i zatim se u njezin centar stavi jedna teža kuglica koja tu plahtu savije. Ako gledate odozgo na takav način ste odglumili gravitacijsko polje u 2D svemiru. U slučaju da pustite drugu kuglicu da se giba u tom "gravitacijskom polju" vidjet ćete da ta kuglica skreće prema centralnoj kuglici ovisno o početnoj brzini i smjeru.

Mjerenje se vrši indirektno preko snimke kretanja. Na pametan način se kamera stavi iznad plahte (zapravo bolje je reći da se plahta stavi ispod kamere, inače ćete se jako napatiti sa postavljanjem cijele stvari) i pusti ju se da snima sve što se dešava ispod. Inače stvar koja je Nemi pala na pamet tek nakon što je na računalu vidio snimke je da će mu se kamera njihati još dosta dugo nakon što se prividno smirila. S te udaljenosti i mali pomaci kamere radit će vidljive pomake na snimci što može omesti kasnije mjerenje u videu, no Nemi se nije dalo sve ponavljati (zaključak je bio da su pomaci ipak zanemarivo mali ;) Pomoću programa Coach 5 se može mjeriti unutar videa - u svakom frameu videa potrebno je kliknuti na mjesto gdje se nalazi objekt kojem se mjeri položaj - nema tu sofisticiranih metoda prepoznavanja objekata. No i to je sasvim dovoljno da dobijete niz točaka za X i Y koordinate, u ovisnosti s vremenom, što se kasnije lako analizira. Tablicu sa podatcima i grafove možete naći ovdje.

Jedino što ćete vidjeti da ovaj model sa plahtom nije baš najbolji - no siguran sam da može i bolje, pa ako vas je volja slobodno se pridružite pozivu iz videa i napravite svoje snimke kretanja u gravitacijskom polju. Ja ih lako kasnije mogu analizirati i vidjeti da li je vaš model bolji :)

Fotke sa cijele sesije snimanja pokusa (i drugih ljudi) možete naći ovdje!