Как известно, физика ― наука экспериментальная, и любое ее теоретическое положение должно выдержать проверку эмпирическим путем. Современному физику-экспериментатору необходимо уметь работать на сложнейшем оборудовании, о котором ученые не могли даже мечтать еще несколько десятилетий назад.
Чтобы обеспечить должный уровень подготовки будущих ученых, необходимо с первого курса последовательно давать им возможность учиться на все более сложном и совершенном оборудовании, чтобы они постоянно видели, как работают те или иные физические законы на практике. Именно поэтому на Новом физтехе Университета ИТМО уже два года реализуется программа обновления и модернизации учебной физической лаборатории.
«Общая физика в Университете реализуется для студентов различных специальностей: программистов, инженеров, технологов, студентов физических направлений, ― рассказывает заместитель декана Нового физтеха Университета ИТМО Яна Музыченко. ― В прошлом году было закуплено продвинутое оборудование по оптике, практически исследовательского уровня, на котором теперь могут работать студенты. Оно ориентировано на студентов физических направлений и сейчас находится рядом с научными лабораториями, что позволяет ребятам быстро вовлечься в научную жизнь и быстро перейти из учебного процесса к полноценной науке. Сейчас прошел второй этап закупок, мы получили полный спектр ― от простого оборудования базового уровня до продвинутых установок по всем разделам общей физики».
От простого к сложному
Новое оборудование позволяет сделать еще более практическим курс общей физики, который читается на разных специальностях Университета ИТМО. Простейшие установки ― так называемые конструкторы, можно использовать прямо на практических занятиях, когда студенты могут решить задачу и сразу же быстро проверить это решение с помощью короткого эксперимента, например, собрать простейший контур с током и проверить законы электромагнетизма.
Также особое внимание было уделено демонстрационному оборудованию, которое должно сопровождать любой теоретический материал. Теперь на лекциях студенты увидят, как происходит движение в мертвой петле, как складываются цвета, что такой колесо-гироскоп и так далее.
Закупки оборудования позволяют не только обновить учебные лаборатории. Большая часть установок раньше в университете вовсе отсутствовала. Поэтому сам спектр лабораторных работ, которые смогут делать студенты, стал намного шире. Новый физтех намеренно отказался от закупок большого количества одинаковых приборов в пользу того, чтобы приобрести много разных. Это позволит предоставить студентам выбор из большого списка экспериментов те, которые им было бы интереснее всего сделать.
«Практически 80% установок, которые сейчас закуплены, позволяют делать эксперименты и лабораторные работы, которых раньше не было в ИТМО в принципе. Например, теперь можно наблюдать акустический резонанс в трубе длиной 2 метра; увидеть дифракцию электронов. Мы специально не закупаем большое количество одинаковых установок, мы покупаем 2-3 установки, чтобы расширить спектр лабораторных работ, студенты смогут выбирать из списка, допустим, в 20 лабораторных по изучаемому разделу, те пять, которые бы соответствовали их специальности, направлению, их интересу», ― добавляет Яна Музыченко.
Значительно расширился список лабораторных работ по разделу атомной физики. Это те эксперименты, благодаря которым была доказана квантовая теория. Практически за каждый из этих экспериментов и их теоретическое объяснение разные ученые в свое время получили Нобелевскую премию.
Среди опытов, которые теперь смогут проводить студенты Университета ИТМО ― дифракция электронов (дифракция электронов в установке наблюдается на пленке поликристаллического графита и свидетельствует о волновой природе электронов), нормальный эффект Зеемана (эффект расщепления атомных линий в магнитном поле), опыт Франка и Герца, подтверждающий наличие дискретных энергетических уровней у атомов.
Также парк оборудования пополнился установкой по наблюдению ядерного магнитного резонанса и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). На этих эффектах основана работа всех современных томографов, которые повсеместно используются в медицине и диагностике.
Новые возможности для дистанта
Большая часть нового оборудования снабжена датчиками и имеет прямое подключение к компьютеру ― это решает сразу несколько задач. Во-первых, у студентов есть возможность сравнить результаты, получаемые с помощью различных измерительных приборов.
Также это позволяет делать занятия более интересными для будущих программистов и инженеров. Такие лабораторные работы можно разнообразить с помощью заданий на обработку данных, полученных с датчиков. Здесь пригодятся знания в области программирования. Наконец, это позволяет проводить лабораторные работы даже в условиях дистанционного обучения в период коронавирусных ограничений.
На факультете также развивается направление не только удаленного доступа, но и удаленного управления лабораторным оборудованием. Например, студенты 2 курса физико-технического факультета под руководством старшего преподавателя Максима Коробкова разработали с нуля удаленно управляемую лабораторную установку «Резонанс в колебательных контурах с трансформаторной связью». При этом студенты не только создали составляющие установки, но и разработали ПО, позволяющее управлять установкой в любое время суток.
