Fizik eğitiminde bilgisayarın farklı kullanımları

Fizik eğitiminde bilgisayarın farklı kullanım yolları vardır. Bu kullanım alanları ile ilgili bazı başlıklar aşağıdaki gibidir.

2.4.1.1. Simülasyonlar ve sanal laboratuvarlar

Fizik eğitiminde yapılan araştırmalar incelendiğinde bilgisayar destekli eğitim açısından üzerinde en çok durulan ve araştırılan alan simülasyonların kullanımı ile ilgilidir. Fiziksel kanunlara uygun olarak, anlatılmak istenen olayların veya deneylerin, bilgisayar ortamında çeşitli programlar yardımıyla simülasyonlarını oluşturmak mümkündür. Bu durum hayal gücümüzle sınırlıdır.

Üniversitelerimizdeki fizik laboratuvarlarında yaptırılan deneylerde, bazı deneyler anlatılmak istenen fiziksel olayı tam olarak yansıtmamaktadır. Çünkü öğrencilerin, anlatılmak istenen olayı deneyle dahi göremeyecekleri durumlar vardır. Örneğin bir fotoelektrik deneyinde, ışığın katot yüzeyden elektron söktüğünü

söyleriz. Elektronların durdurma veya kesme potansiyeliyle durdurulduğunu söyleriz. Ancak öğrenciler bu tür fiziksel olayları, yalnızca söylemlerle ya da resimlerle zihinlerinde oluşturmaya çalışırlar. Bu sebeple de çoğu zaman kavram yanılgılarına düşerler. Fizik eğitiminde bu ve buna benzer daha birçok konu bulunmaktadır. Fiziğin bu tür konuları, çoğunlukla mikroskobik boyutta kavramlar içeren olaylarıdır. Örneğin yapmış olduğumuz bir elektrik deneyinde bile, akımın oluşumu ve yüklerin hareketini görebileceğimiz bir durum söz konusu değildir. Bunların yanı sıra tehlikeli ve maliyeti çok yüksek olan deneyler bulunmaktadır. Nükleer fizik, kuantum fiziği ve atom molekül fiziği gibi derslerin içeriğinde bulunan birçok konuyla ilgili deneyler buna birer örnektir.

Şekil 2.1. Fotoelektrik olayın deneysel olarak incelenmesi için hazırlanmış java simülasyonundan bir görünüm (Phet 2007).

Simülasyonlar, anlatılması ve gözlenmesi zor, hatta imkânsız olan bazı olayları öğrenciye aktarmamızda bize önemli imkânlar sunar. Simülasyonlarla oluşturulacak sanal laboratuvar uygulamaları, öğrencilerin deneme yanılma yoluyla öğrenmelerini sağlar. Bu da öğrencileri, problem karşısında mevcut çözüm yollarını araştırmaları için cesaretlendirir. Bu yöntemle istedikleri kadar tekrar yapabilme imkânına sahip olurlar. Ayrıca zamandan ve mekândan bağımsız olarak, her zaman inceleme olanağına sahip olurlar.

2.4.1.2. Bilgisayar tabanlı laboratuvarlar

Fizik, deneylere dayanan bir bilimdir. Bu anlamda bilgisayarlar deneylerde kullanılabilecek önemli araçlardır. Bugün, dünyada birçok ülkede bilgisayarlar fizik laboratuvarlarında yerlerini almıştır. Bilgisayar tabanlı laboratuvarların zenginliği ve modelleme araçları, fizik eğitim ve öğretiminde çok büyük bir yere sahiptir. Bu araçlar, düşük matematik kabiliyetli öğrencilerin fiziği daha iyi anlamaları için, öğrencilerin önsezilerini güçlendirmek için ve aynı zamanda öğrencilerin karmaşık problemler karşısında çözüm üretebilme kabiliyetlerini geliştirmek için kullanılabilir.

Bilgisayar tabanlı laboratuvarlar, öğrencilerin kendi araştırmalarını yapmalarına da imkân sağlayan önemli bir teknolojidir. Fizik eğitiminin en büyük eksikliklerinden birisi; öğrencilerin kendi başlarına deneysel çalışmalar yapamaması ve bazı faydalı uygulamalarda yer almamalarıdır. Bu anlamda öğrencilerin özel çalışmalar için yapılan fizik deneylerine katılmaları sağlanmalıdır. Bu tür fırsatlar onları sadece motive etmekle kalmaz; aynı zamanda onlara bilimsel hoşgörüyü de kazandırır.

Şekil 2.2. Bilgisayar tabanlı laboratuvar deney seti ve yazılımına bir örnek ( Seri RLC devresi)

Laboratuvar ortamında deneyler yoluyla toplanan verilerin grafiklere dökülmesi ve bunların öğrencilere gösterilmesi öğrencilerin geri bildirimlerinde

büyük önem taşır. Bilgisayar tabanlı laboratuvarlarda, sensörler ve alıcılar yardımıyla bilgisayara aktarılan veriler, yazılımlar yardımıyla hareketli ve değişimin sürekli olduğu grafikler oluşturulabilir. Bu tür yazılımların kullanılmasıyla; konum, hız, ivme, kuvvet, sıcaklık vb. gibi fiziksel parametreler ölçülebilir ve öğrencilere gösterilebilir. Böylece veri toplamada ve deneylerle ilgili grafiklerin çizilmesinde geçecek olan zaman kaybı ortadan kaldırılmış olur. Ayrıca öğrencilerin soru sormaları ve bu sorularına yanıt almaları için gerekli olan zamandan da tasarruf edilmiş olur. Bazen öğrenciler deneyin tekrarını isteyebilirler. Normal şartlarda bunu yapmaları çok zordur. Çünkü bunun için gerekli olan zaman, onların veri toplamaları ve bunları değerlendirmeleriyle geçmektedir. Ama bilgisayar destekli bir laboratuvarda bu daha kısa bir zaman tutacağı için, öğrenciler deneylerinin tekrarını da yapabilirler. Ayrıca bilgisayar destekli ölçümler sonucunda yapılabilecek hatalar asgari düzeye indirilmiş olacağı için, bilgisayarlarla oluşturulan gerçek zamanlı grafiklerin güvenirliliği, onların yapmış oldukları deneyden haz almalarını ve cesaretlenmelerini sağlar. Bu tür ortamlar öğrencilere geri dönüt sağlayarak, varsa öğrencilerin yanlış anlamalarının da giderilmesini sağlar.

2.4.1.3. Sanal gerçeklik

Küçük sınırlamalarla beraber öğrencilerin düşsel ortamlarla etkileşimini sağlayan bilgisayar destekli ortamlara sanal gerçeklik denir. Papert’e (1980) göre, iyi bir öğrenme ortamının sağlanabilmesi, bilgisayar ile kullanıcı arasında oluşacak iyi etkileşime bağlıdır. Örneğin öğrencinin bir hidrojen atomunda çekirdeğin üzerinde durup etrafını izlemesini sağlamak ve atomun yapısı hakkında sezgilerini kuvvetlendirmek buna bir örnek olarak verilebilir. Tabi bunun için şekil 2.3’te de görüldüğü üzere özel gözlüklere, eliyle bir şeylere dokunabilmesi için bilgisayarla bağlantılı sensörlü eldivenlere ihtiyacı vardır (Bricken 1991).

Şekil 2.3. Sanal gerçeklik için kullanılan bazı araçlar

Sanal gerçeklik tekniği birden çok gerçeklikle aynı anda etkileşim kurmamızı sağlayabilmektedir. Sanal bir ortam içerisinde bulunan birey, ortamın bir parçası olarak hareket ederek, ortamı yaşayabilmektedir. Gerçek deneylerin pahalı, tehlikeli veya riskli olduğu durumlar için sanal gerçeklik benzeşimlerinden daha zengin bir görsel ortam ve olanak sağlayabilmektedir (Rest 1993, Latchem ve ark. 1993, Hartley 1993).

Sanal gerçekliğin kullanım yollarından biri de sanal odalardır. Oldukça pahalı olan bu sistemlerde, öğrencinin üç boyutlu bir şekilde olayları gözlemleyebilmesi hatta; dokunup olaylara müdahale edebilmesi mümkündür. Aşağıda verilen şekillerde, bir sanal oda platformu ve bir öğrencinin bu platformdaki konumu görülmektedir.

Şekil 2.4. Bir sanal oda platformu ve bir öğrencinin bu platformdaki konumu

Sanal gerçekliğin eğitimde kullanılmasına olanak veren iki karakteristik özellik; öğrencileri görsel açıdan doyurma ve gerçek dünyada olduğu gibi olaylara

elle müdahale edebilmeyi sağlamasıdır. Ancak fizik eğitiminde diğer bilimlerde sanal gerçekliğin kullanımı çok nadirdir. Sanal gerçekliğin özellikleri ve sağlayacağı imkânlar aşağıdaki gibidir (Bricken 1991):

• Sanal gerçeklik, 3 boyutlu problemlerle başa çıkmada kullanılabilecek güçlü görsel araçlardan birisidir,

• Öğrencilerin sanal gerçeklikle buluşması, hipotezlerini yorumlamasına ve formülize etmesine imkân sağlar,

• Sanal gerçeklik, istediğimiz zaman oldukça karmaşık verileri toplamamıza imkân sağlar,

• Sanal gerçeklikle etkileşim, öğrencilerin öğrendiği bilgileri uzun süreli akıllarında tutabilmelerini sağlar.