Laboratoare fizică

1. Introducere

Laboratoarele de fízică şi ştiinţe inginereşti se remarcă prin puternicul lor caracter informativ dar mai ales formativ, permiţând elevilor, studenţilor şi altor tipuri de experimentatori să îşi consolideze/însuşească noi cunoştinţe teoretice şi abilităţi practice. De aceea, prezenţa experimentatorului în laborator este considerată la ora actuală ca indispensabilă, condiţionată şi de modul clasic în care se desfăşoară activitatea de laborator.

O analiză sucintă la nivel naţional şi internaţional a ofertei de laboratoare, atât sub forma îndrumătoarelor cât mai ales sub formă electronică, pe Internet, relevă câteva aspecte/tendinţe noi, demne de luat în seamă:

1.1. Există o tendinţă pronunţată de eficientizare a activităţii de laborator, care se manifestă prin: reducerea personalului ce deserveşte laboratorul, scăderea numărilui de ore alocate activităţii de laborator pe disciplină, creşterea numărului de studenţi participanţi la o şedinţă de laborator, creşterea numărului de lucrări de laborator ce se desfăşoară în paralel. În aceste condiţii este dificilă menţinerea unui standard calitativ înalt, informativ şi formativ, ea fiind posibilă prin oferirea unor îndrumătoare de laborator mai explicite şi prin solicitarea unui număr mai mare de ore de studiu al experimentatorilor, înaintea efectuării laboratoarelor.

1.2. Există o ofertă foarte bogată şi diversificată de aşa-numite e-laboratoare, on-line, care în marea lor majoritate sunt modelări şi simulări ale unor fenomene fizice sau aplicaţii inginereşti. În acest caz există două tendinţe majore: a) simulări pe platforme de e-învăţare specializate, în care modelarea nu este vizibilă, dar care permit experimentatorului să introducă anumite date şi să vadă efectul acestora asupra fenomenului studiat; b) simulări/modelări folosind softuri specializate, care permit experimentatorului să vadă ecuaţiile ce guvernează fenomenul studiat, să introducă anumite date şi să vadă efectul acestora asupra fenomenului studiat.

1.3. Există o ofertă destul de limitată de fişiere video/multimedia cu înregistrări frontale, cvazi-statice, ale unor experimente/lucrări de laborator, în care experimentatorul este prezentat într-un cadru larg, dintr-un singur unghi de filmare, efectuând diversele operaţii/manevre cerute de lucrare.

Sigur, fiecare din aceste tendinţe are avantajele şi dezavantajele ei, practica arătând că cel mai adesea sunt folosite combinaţii ale primei (clasică) cu una din celelalte două (moderne). Lucrarea propune un nou mod de abordare a laboratorului, ce combină avantajele celor trei tendinţe: posibilitatea elaborării unor instrucţiuni clasice de desfăşurare a laboratorului, sub forma electronică; modelarea şi simularea fenomenelor studiate, folosind softuri cât mai accesibile; utilizarea unor înregistrări video/multimedia ale laboratoarelor, din unghiul de vedere al experimentatorului, permiţând utilizatorului să observe, să măsoare şi să prelucreze datele ca şi cum ar fi în laborator.

2. Instrucţiunile

Există o tendinţă exhaustivă de elaborare a unor instrucţiuni bogate, ca şi cum experimentatorul nu ar avea decât cunoştinţe sărace privind fenomenul studiat – o premisă greşită, care stimulează lipsa de studiu al materialelor bibliografice sau suportul (imprimat/electronic) de curs. O prezentare succintă a legii/legilor ce guvernează fenomenul studiat permite deducerea lafel de succintă a temei şi scopului lucrării, dispozitivului experimental, tehnicilor de măsurare, prelucrării datelor, deducerii concluziilor.

Mai concret, dacă luăm cazul studierii refracţiei luminii, este exhaustiv să explicăm ce este o rază de lumină, mediu transparent optic, refracţia, reflexia totală, indicele de refracţie, etc. (aşa cum se constată în multe îndrumătoare de laborator). Este suficient să dăm o figură schematică (figura 1), legea a doua a refracţiei cu notaţiile din figură (ecuaţia 1), expresia indicelui de refracţie relativ dedusă din legea refracţiei (ecuaţia 2), respectiv expresia unghiului limită al reflexiei totale (ecuaţia 3)

Figura 1. Refracţia luminii

(1)

(2)

(3)

Dispozitivul experimental constă într-un semicilindru din material transparent, fixat pe un cadran circular cu o scara gradată în grade, ca în figura 2.

Figura 2. Dispozitivul experimental

Pentru aranjamentele experimentale a) şi b), vor fi stabilite/măsurate unghiurile i (spre exemplu, din 10 în 10 grade), apoi vor fi măsurate unghiurile r corespunzătoare. Rezultatele vor fi înregistrate în tabelul 1.

Principii de bază în utilizarea multimedia şi studiu de caz pentru refracţia luminii; Studiul rezonantei in tuburi deschise si inchise