Komputer jest obecny we wszystkich laboratoriach naukowych fizyków i służy zarówno do sterowania aparaturą pomiarową, zbierania danych, ich przetwarzania, jak i do komunikacji oraz edycji publikacji naukowych. W przypadku pomiarów fizycznych nie tylko zastępuje przyrządy. Za jego pomocą można uzyskać w znacznie krótszym czasie więcej wyników obarczonych mniejszą niepewnością pomiarową. Mimo że korzyści wynikające z zastosowania komputerów do pomiarów są tak duże, do studenckich pracowni wchodzą one bardzo powoli [1].
2. Komputer w Pracowni Fizycznej I
Zestaw pomiarowy składający się z komputera z urządzeniami peryferyjnymi, interfejsu oraz oprogramowania pozwala mierzyć napięcie [2,3]. Jednak możliwości stosowania komputera do pomiarów są niemal nieograniczone, ponieważ za pomocą odpowiednich przetworników sygnały pomiarowe dowolnej wielkości fizycznej można zamieniać na sygnały napięcia [3,4].
Programy komputerowe służą do sterowania pomiarami i przetwarzania otrzymanych wyników. Istnieją programy przeznaczone do konkretnych doświadczeń oraz programy uniwersalne, przeznaczone do wykonywania wszelkiego typu pomiarów oraz przetwarzania danych. Programy uniwersalne (np. COACH [5]) mają dużą wartość dydaktyczną, ponieważ osoba wykonująca pomiar może decydować, co chce mierzyć, w jaki sposób przetwarzać wyniki (wykonywać obliczenia) i jak je prezentować. W dodatku może modelować przebieg zjawisk, a wynik modelowania porównywać z wynikami pomiarowymi.
Komputer zastępuje drogie przyrządy, które bardzo rzadko pojawiały się w pracowniach studenckich i w szkole, na przykład oscyloskopy wielokanałowe z pamięcią. Pozwala wykonać bardzo dużo pomiarów w bardzo krótkim czasie; np. w kinematyce 2000 punktów pomiarowych w czasie trwania ruchu z równoczesną ich prezentacją graficzną. Oszczędność czasu i obiektywizacja wyników daje szansę prawdziwego eksperymentowania lub niemal ,,bawienia się" zjawiskiem fizycznym. Komputer doskonale nadaje się nie tylko do pomiarów, lecz również do obliczeń i prezentowania wyników w postaci tabelarycznej lub graficznej.
3. Pracownia Edukacyjnych Zastosowań Informatyki
Nauczyciel powinien w swej pracy wykorzystywać wszystkie walory informatyki: na lekcji powinien wykorzystywać programy edukacyjne oraz stosować komputer jako przyrząd pomiarowy, powinien korzystać z Internetu, a w swej pracy zawodowej powinien stosować komputer do prowadzenia konspektów, baz danych, przygotowywania testów, edytora itp. Dla studentów specjalizacji Dydaktyka Fizyki oraz przyszłych nauczycieli zorganizowano Pracownię Edukacyjnych Zastosowań Komputerów. Pracownia trwa przez jeden semestr i jest prowadzona metodą problemową. Student jest zobowiązany wykonać bardzo samodzielnie dwa ćwiczenia: jedno doświadczalne oraz drugie, polegające na wykorzystaniu innych możliwości komputera, np. gotowych programów edukacyjnych, symulacji, modelowania, zasobów Internetu itp. W obydwu przypadkach musi zaproponować scenariusze lekcji z wykorzystaniem proponowanego materiału, testy sprawdzające, a do napisania raportu wykorzystać edytor tekstu. Nowością jest duża samodzielność oraz to, że pierwszymi recenzentami przygotowanych raportów są również studenci - koledzy. Instruktor sprawdza zarówno raporty, jak i recenzje.
4. Perspektywy na przyszłość
Możliwości wykorzystania mikrokomputerów w nauczaniu znacznie przekraczają możliwości wszystkich środków dydaktycznych stosowanych dotąd. W przyszłości znajdzie on bardzo wiele zastosowań we wszystkich przedmiotach nauczania. Będzie spełniał między innymi rolę podobną do książki. Jednak warunkiem zaktualizowania tej możliwości jest stworzenie i upowszechnienie komputerów, interfejsów pomiarowych i dobrych programów edukacyjnych. Brakuje ciągle komputerowych programów edukacyjnych przeznaczonych do szerokiego stosowania poza lekcjami szkolnymi. Powinny one tworzyć pewną całość i obejmować zakres wiedzy określony przez programy szkolne. Muszą również pozwalać na sprawdzenie osiągniętej już wiedzy, jej zrozumienia i umiejętności stosowania [4]. Innym słabo wykorzystanym rodzajem zastosowania są komputerowe gry dydaktyczne.
Na uczelniach wyższych ciągle zaniedbanym obszarem jest zastosowanie komputera do ćwiczeń rachunkowych. Szczególnym przypadkiem jest symulacja przebiegu zjawisk zachodzących zgodnie z prawami fizycznymi, na przykład rzutu ukośnego, zderzeń kul lub zjawisk zachodzących w skali atomowej, czego ilustracją są programy dotyczące kinetycznego modelu gazu [6]. Komputer można znacznie szerzej wykorzystywać do wykonywania trudnych obliczeń i prezentacji graficznej, np. w przypadku interferencji i dyfrakcji fal. Szczególnie przydatny jest do wspomagania wyobraźni, na przykład prezentacji budowy cząstek, ilustracji rozwiązań równania Schrödingera itp.
Literatura
[1] H. Szydłowski, ,,Fizyczne laboratorium mikrokomputerowe'', Postępy
Fizyki 46, 497 (1995).
[2] Pomiary fizyczne za pomocą komputera, red. H. Szydłowski (Wyd.
UAM, Poznań 1999).
[3] Fizyczne laboratorium mikrokomputerowe, red.
H. Szydłowski (IF
UAM, Poznań 1994).
[4] Informatyka i dydaktyka w nauczaniu fizyki, red. H. Szydłowski
(Wyd. UAM, Poznań 1997).
[5] Podręcznik do programu COACH, University of Amsterdam 1990;
tłumaczenie polskie: IF UAM, Poznań 1991.
[6] F. Reif, Fizyka statystyczna (PWN, Warszawa 1971).