Corsi di laboratorio di fisica ai tempi di Corona
Offriamo corsi di laboratorio per principianti a tutti gli studenti di fisica e come servizio agli studenti di altre facoltà. Il nostro corpo docente è composto da 6 responsabili principali (autori di questa documentazione) e da oltre 40 assistenti didattici.
Nella modalità di insegnamento tradizionale del corso di laboratorio di fisica, gli studenti vengono in laboratorio per alcune ore alla settimana ed eseguono una selezione di esperimenti utilizzando i setup esistenti.
Implementazione del corso durante il periodo di formazione a distanza
Dopo la chiusura di tutte le aule del corso il 16 marzo 2020 a causa delle restrizioni del COVID, sono stati concepiti e sviluppati 7 nuovi esperimenti "@home" in un breve periodo di tempo di sole 2 settimane, e il corso è stato lanciato nuovamente in modalità di apprendimento a distanza nella settimana del 30 marzo. In una fase successiva, sono stati aggiunti altri 8 esperimenti e ora possiamo aprire un totale di 15 esperimenti "@home" online.
Tutti i nuovi esperimenti dovevano essere basati su oggetti e attrezzature a disposizione degli studenti a casa, poiché era impossibile acquistare articoli non essenziali per la vita quotidiana durante il periodo di blocco. Allo stesso tempo, ci siamo preoccupati di preservare il valore didattico, i contenuti di fisica e il livello di insegnamento del corso. Una delle idee più importanti nella concezione del progetto è stata quella di sostituire gli strumenti di misura disponibili nel laboratorio di fisica con sensori presenti in ogni smartphone, integrati da semplici strumenti di misura domestici. Allo stesso tempo, non potevamo affidarci ai numerosi esperimenti per smartphone disponibili in aggiunta alle app: questi esperimenti sono generalmente pensati per gli studenti della scuola secondaria e non sono abbastanza stimolanti per i nostri studenti. Abbiamo quindi dovuto progettare una serie di nuovi esperimenti con un livello più elevato di contenuto fisico.
I nuovi compiti sperimentali che abbiamo progettato comprendono, tra l'altro, la determinazione della velocità del suono per mezzo di una normale bottiglia, la costruzione di uno spettrometro per la luce visibile fatto di cartone e di un compact disk, la misurazione della velocità del suono e dei modi delle onde stazionarie in un tubo di cartone e la verifica della legge di Malus con uno schermo di computer e occhiali da sole polarizzati. Per gli studenti di fisica, generalmente più esperti di modelli matematici e programmazione, sono stati generati anche tre esperimenti di simulazione al computer per illustrare fenomeni avanzati, come il ruolo del rumore termico per i sensori nanomeccanici.
Il problema più cruciale da risolvere era la sostituzione della guida personale e della supervisione pratica degli studenti durante i corsi di laboratorio tradizionali con la comunicazione a distanza. Abbiamo sviluppato un protocollo che richiedeva a gruppi di studenti (che si erano iscritti allo stesso esperimento) di partecipare a un incontro Zoom online comune con uno o due assistenti didattici. Durante questo primo incontro, gli assistenti hanno verificato che gli studenti avessero letto e compreso il manuale di istruzioni, fossero ben preparati e avessero a disposizione tutto il materiale necessario. Gli assistenti didattici hanno risposto alle domande, hanno dato suggerimenti utili e hanno utilizzato le stanze di pausa con alcuni studenti quando necessario. Da quel momento in poi, agli studenti è stato chiesto di eseguire autonomamente l'esperimento. Diversi canali di comunicazione erano disponibili su richiesta per gli studenti che potevano porre domande o chiedere conferma delle loro idee, mentre gli assistenti monitoravano i progressi e offrivano aiuto. Verso la fine dell'esperimento, si è tenuta un'ultima videochiamata con ogni studente per discutere i risultati, ottenere un feedback e dare le istruzioni finali per la relazione scritta che gli studenti dovevano fornire per superare l'esperimento. In caso di gravi problemi con la relazione, gli assistenti hanno organizzato ulteriori incontri di Zoom con determinati studenti, in modo che ciascuno di essi fosse in grado di soddisfare i requisiti standard del corso.
Il processo online rispecchia più o meno le diverse fasi che abbiamo applicato nei periodi non-Covid. Abbiamo deliberatamente evitato di sovraccaricare gli aspetti organizzativi per consentire una futura integrazione senza soluzione di continuità dei nuovi esperimenti online nel nostro portafoglio di esperimenti in classe.
Descrizione del corso
Concetto generale del corso prima della pandemia - durante - dopo
Prima della pandemia, tutti gli esperimenti sono stati eseguiti in loco nei laboratori di fisica. Sotto la supervisione di assistenti e con istruzioni dettagliate, gli esperimenti di fisica venivano eseguiti, valutati e registrati in un rapporto. Queste relazioni sono state corrette dagli assistenti e migliorate dagli studenti, se necessario.
Durante la pandemia, le strutture di laboratorio non erano disponibili o lo erano solo per una parte del semestre. In queste circostanze, non è stato possibile utilizzare i setup sperimentali esistenti. Per superare questo ostacolo, ci siamo affidati a nuovi esperimenti online generati da noi e dai nostri assistenti, che potevano essere eseguiti dagli studenti a casa con materiali facilmente reperibili, con sensori di smartphone ed eventualmente con simulazioni al computer. Il contatto con l'assistente è stato mantenuto con incontri Zoom per tutta la durata dell'esperimento. La maggior parte degli esperimenti disponibili online (ad esempio la collezione PhyPhox) sono troppo semplici per i nostri studenti. La sfida per il nostro team, quindi, è stata quella di definire esperimenti che richiedessero agli studenti di essere creativi nella progettazione sperimentale e precisi nell'esecuzione, trasmettendo allo stesso tempo in modo vivace almeno un aspetto importante della fisica sperimentale.
Ad esempio, gli studenti di fisica sono stati in grado di generare un'onda sonora stazionaria e di rilevare direttamente i massimi e i minimi locali dell'onda muovendo il microfono di uno smartphone. Le relazioni scritte e la loro correzione sono state gestite come prima della pandemia, con l'eccezione che il contatto personale tra studenti e assistenti è avvenuto tramite Zoom. Abbiamo selezionato e progettato tutti gli esperimenti online in modo che rispondessero pienamente ai nostri obiettivi di apprendimento e favorissero le nostre aspettative di sviluppo delle competenze. Per illustrare il successo del nostro sforzo, il D-MAVT - con il maggior numero di studenti iscritti - ha accettato di rendere obbligatorio almeno un esperimento online per il suo curriculum.
Dopo la pandemia, offriremo nuovamente esperimenti in loco per la maggior parte, ma li integreremo selettivamente con gli esperimenti online più istruttivi e popolari. Se possibile, intendiamo lavorare allo sviluppo di ulteriori esperimenti online. Il nostro obiettivo principale, tuttavia, è la manutenzione e lo sviluppo del nostro portafoglio di esperimenti in loco.
