Fizyka eksperymentu

Prowadzący

Czas Trwania Warsztatów

25 godzin lekcyjnych (5 dni po 5 godzin lekcyjnych)

Fizyka eksperymentu


Eksperymentalne poszukiwanie naukowej prawdy


Zajęcia będą dotyczyły różnych zagadnień z zakresu fizyki, a także niekiedy biofizyki. Za pomocą eksperymentów fizycznych i zabaw na świeżym powietrzu spróbujemy dowiedzieć się kilku rzeczy:

  •          jak zdobywamy informacje o otaczającym nas świecie?
  •          jakie mamy ograniczenia?
  •          jak możemy przekazywać zgromadzoną wiedzę?

Postaramy się też zrozumieć, jak „uczą się” współczesne, najbardziej zaawansowane komputery i sztuczne inteligencje. Jak mogą nam one pomóc w poszukiwaniu tytułowej „naukowej prawdy”? Proste obserwacje świata wokół nas przełożymy na nieco bardziej zaawansowany język fizyki  teoretycznej i eksperymentalnej, a także matematyki.

 

Do kogo kierowany jest ten warsztat?

Warsztat jest kierowany do uczniów VII klasy szkoły podstawowej i gimnazjów, zainteresowanych zagadnieniami z zakresu fizyki, matematyki oraz biotechnologii (w szczególności działaniem zmysłów człowieka oraz procesu uczenia się).  Dla osób myślących z pasją o zagadnieniach związanych z biotechnologią, fizyką, inżynierią biomedyczną, a także związanych ze sztucznymi sieciami neuronowymi, czy biomimikrą.

Czy są jakieś specjalne wymagania?

Bardzo dobre rozumienie zagadnień z fizyki (poziom gimnazjum/końcowych klas szkoły podstawowej) podanych poniżej.

  •        fale mechaniczne i światło: zjawiska interferencji i dyfrakcji, odbicie i załamanie fali;
  •        budowa materii: z czego składa się atom, jakie są podstawowe właściwości tych składników;
  •        kinematyka: podstawy opisu ruchu, formy energii, zasady dynamiki Newtona.


Dlaczego warto wziąć udział w tym warsztacie?

Uczestnicy rozwiną zarówno swoje zainteresowania znacznie wykraczające poza program szkolny, jak i zdolność logicznego myślenia oraz poszerzą swoją wiedzę z zakresu nauk ścisłych. Będą także mieli szansę pracować zespołowo i przekonać się, że eksperymentatorem może zostać każdy, kto lubi zadawać pytania i szukać odpowiedzi.

 

Uczestnicy dowiedzą się:

  •          jak funkcjonują i jakie ograniczenia mają zmysły, dzięki którym odbierają świat (wzrok, słuch);
  •          w jaki sposób obserwacja zostaje przełożona na eksperyment fizyczny;
  •          w jaki sposób (i czy jest to w 100% wykonalne) można weryfikować dokonane obserwacje, w celu stworzenia prawdziwego opisu otaczającego świata;
  •          jak „uczą się” sztuczne sieci neuronowe, jakie są ich wady i zalety oraz czy mogą pomóc w pracy eksperymentatora.

Program warsztatu

Dzień pierwszy

Zmysły człowieka-eksperymentatora i „zmysły” eksperymentu


Przeprowadzimy serię prostych eksperymentów fizycznych i biofizycznych, które pokażą, jak „oszukują” nas dwa zmysły, wzrok i słuch. Spróbujemy odkryć, czym są te „zmysły” w eksperymencie fizycznym, jakie mają wady i zalety.  Dlaczego informacje, które uzyskujemy z obserwacji/ eksperymentu mogą być nieobiektywne? Czy da się tak zaprojektować nasz eksperyment, by były?

Czy istnieje inny sposób na opisanie świata niż przez to, co widzimy?

 

Zadania:

  •          wykonanie serii eksperymentów, zapisanie obserwacji (praca w grupach);
  •          wyciągnięcie wniosków ze zgromadzonych danych;
  •          burza mózgów: jak projektuje się eksperymenty? 

Dzień drugi

Eksperymenty, których „nie widać gołym okiem”


W tym dniu warsztatu wykonamy zadania eksperymentalne, połączone z zadaniami na świeżym powietrzu. Ich celem będzie zebranie danych do opracowania i dyskusji nad otrzymanymi wynikami. Dlaczego nie zawsze możemy uzyskać kompletną informację o otaczającym nas świecie? Czy możemy to zmienić?

 

Zadania:

  • „przetłumaczenie” klasycznego eksperymentu na skalę kwantową i sensowność takiego działania (tzw. problem „kota Schrödingera”);
  • wprowadzenie fundamentalnych praw fizyki kwantowej (np. zasada nieoznaczoności Heisenberga) ;
  • porównanie eksperymentu w skali makroskopowej (fizyka klasyczna) i świecie „szybkich cząstek” (fizyka kwantowa). 

Dzień trzeci

„Punkt widzenia zależy od punktu siedzenia”


Słów kilka o historii wielkich odkryć naukowych z takich dziedzin, jak fizyka klasyczna i kwantowa,

 czy astronomia oraz…. spektakularnych błędów w interpretacji ich wyników.  Spróbujemy zauważyć, jaki wpływ na analizę danych z eksperymentów (a przez to otaczającej nas rzeczywistości!) ma perspektywa obserwatora.  W jaki sposób punkt widzenia eksperymentatora przekłada się na „perspektywę” eksperymentu?

Zadania:

  •          zaprojektowanie (z pomocą instruktora) i stworzenie w grupach modeli  (układów przestrzennych, brył, zestawów danych);
  •          interpretacja podobnych modeli wykonanych przez inne drużyny;
  •          wyciąganie wniosków z obserwacji (nasz obraz rzeczywistości, a perspektywa obserwacji);
  •          przełożenie uzyskanych informacji na badania i odkrycia naukowe.

Dzień czwarty

Czy fizyka odchodzi od poszukiwania prawdy?


Dzień poświęcony współczesnym eksperymentom myślowym i praktycznym oraz interpretacjom ich wyników. Zastanowimy się, na podstawie danych z tych eksperymentów oraz obserwacji uzyskanych dzięki symulacjom komputerowym, czy obecne idee fizyków są na tyle oderwane od obserwowalnego otoczenia, że przestały być poszukiwaniem prawdy, a stały się „mitami o fizyce”.

 

Zadania:

  •          rozróżnienie hipotezy, tezy i prawa;
  •          wprowadzenie i zrozumienie pojęć: eksperyment myślowy, doświadczenie;
  •          obserwacja symulacji komputerowych;
  •          dyskusja z eksperymentami myślowymi i doświadczeniami.

Dzień piąty

Stworzenie doskonalsze od stwórcy? AI i sieci neuronowe.


Wykonywanie eksperymentów biofizycznych w formie zadań na świeżym powietrzu. Dokonane obserwacje i zebrane dane posłużą do dalszej dyskusji wyników. Wykorzystanie zdobytej wiedzy w praktyce – zajęcia związane z symulacjami komputerowymi.


Zagadnienia:

  • krótki wstęp teoretyczny o sztucznych sieciach neuronowych;
  • burza mózgów na temat cech sztucznych sieci neuronowych i możliwości rozwoju w oparciu o rezultaty wcześniejszych eksperymentów;
  • sieci neuronowe wokół nas: gdzie są, jak nauczyć je tego, co chcemy, żeby umiały? Wykorzystanie programów komputerowych.

Doświadczenie nigdy nie myli. To jedynie twój osąd błądzi, spodziewając się rezultatów, które nie są bezpośrednim wynikiem twoich eksperymentów.

Leonardo da Vinci