Учителя снова стали студентами на семинаре по физическим данным

30 августа 2023 г. | Джулианна Ходжес

Примечание редактора: Fermilab предлагает широкий спектр образовательных программ STEM. Эта статья является первой в серии, состоящей из нескольких частей, в которой освещаются некоторые возможности, доступные в лаборатории.

В течение первой половины недельного семинара в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми Министерства энергетики США избранная группа учителей средней школы надевала свои «студенческие шляпы» и изучала, как использовать сценарии из реальной жизни, чтобы познакомить своих учеников с физикой элементарных частиц.

Они сделали это в лагере данных QuarkNet. QuarkNet — это признанная на национальном уровне программа научного образования, финансируемая Национальным научным фондом и координируемая Университетом Нотр-Дам. Fermilab, основной участник программы QuarkNet с момента ее создания, в июле провела ежегодный лагерь данных программы.

Лагерь длится неделю и собирает около двух десятков учителей старших классов, преимущественно учителей физики, со всей страны. Другие преподаватели старших классов, которые преподают и обучаются в QuarkNet, проводят Data Camp и инструктируют участников. Помимо основных мероприятий, преподаватели, участвующие в семинаре, смогут увидеть Фермилаб и поучиться у ученых.

В течение первых нескольких дней семинара преподаватели работали вместе в группах, анализируя реальные данные о столкновениях частиц, полученные детектором компактного мюонного соленоида на Большом адронном коллайдере. Учителя должны использовать данные — немного очищенные, чтобы их было проще использовать — для определения масс частиц и поиска конкретного типа события столкновения частиц. Частицы, образовавшиеся в результате столкновения, распадаются на другие частицы, и, обнаружив эти частицы после распада, учителя могут сделать вывод, какое событие они наблюдают.

«Первую часть недели они были студентами», — сказала Джоди Хансен, учительница физики средней школы из Миннесоты и научный сотрудник QuarkNet, которая уже более десяти лет помогает реализовывать программу. «Мы подтолкнули их; иногда им было некомфортно, а иногда они делали вещи, которые были для них трудными. Многие из них раньше не занимались такой физикой, и именно этим постоянно занимаются физики, работающие на БАКе».

Группа учителей, участвующих в лагере данных QuarkNet, представляет то, что они узнали из своего набора данных за последние несколько дней. Фото: Спенсер Пасеро, Фермилаб

Спенсер Пасеро, сотрудник Управления образования и взаимодействия с общественностью Фермилаб, сказал, что предоставление учителям реальных наборов данных, которые использовали физики, дает им более достоверный опыт и учит их тому, что реальные данные могут быть беспорядочными и неоднозначными. Одной из проблем для учителей является выделение сигналов или полезной информации из фонового шума, который затуманивает реальные данные.

«Вы должны исследовать и выяснить: «О чем это мне на самом деле говорит?» — сказал он. «Есть ли вещи, которые, как я могу предположить, неточны? Как отличить сигнал от фона? Во многих школьных лабораториях нет никакой предыстории, все это сигнал, поэтому возможность различить эти вещи очень полезна».

Поставить учителей в положение учеников и просить их решать проблемы может быть непросто, говорит Джереми Смит, учитель физики из Балтимора и научный сотрудник QuarkNet, который помогает организовать лагерь данных. Но и он, и Пасеро заявили, что этот процесс приносит пользу и оставляет у учителей желание поделиться тем, что они узнали, со своими учениками.

«Может быть очень полезно познакомиться с новыми темами, новым содержанием, новыми способами мышления и работы с точки зрения студента», — сказал Пасеро. «Это помогает им сформировать такое мышление: теперь, когда я испытал это и знаю, чему мне нужно научиться, чтобы понять эти данные, как я собираюсь передать это своим ученикам?»

Эмили Розен, учительница из Цинциннати и участница дата-лагеря этого года, преподает уже 18 лет и работает с QuarkNet с самого начала своей карьеры.