„მხიტარ სებასტაცის“ საგანმანათლებლო კომპლექსში იანვრის ზამთრის ბანაკი საგანმანათლებლო პროცესის ის გარემოა, სადაც მოსწავლეს შესაძლებლობა აქვს, გასცდეს სახელმძღვანელოს ჩარჩოებს და კვლევის ყველაზე მიმზიდველი მეთოდის – ექსპერიმენტების მეშვეობით ახალი ცოდნა შეიძინოს. სამეცნიერო ექსპერიმენტების ჩატარება ყველა მოსწავლისთვის სასიხარულო და საინტერესო პროცესია, რომელიც რეალურ სამეცნიერო ღირებულებას მხოლოდ მაშინ იძენს, როდესაც მას თან ახლავს გაზომვები და შეგროვებული მონაცემების ანალიზი.
ბუნების შესახებ ნებისმიერი მეცნიერება იწყება არა ფორმულით, არამედ დაკვირვებებით. იმისათვის, რომ ეს დაკვირვებები ფუნდამენტურ ცოდნად იქცეს, ისინი უნდა იყოს გაზომვადი. გაზომვები შეუცვლელი ინსტრუმენტია, რომელიც საშუალებას გვაძლევს, გავზომოთ, გავიგოთ და გამოვიყენოთ ჩვენი ცოდნა რეალობაში, რაც გადაულახავი ხიდის როლს ასრულებს იმას შორის, რასაც ვაკვირდებით და რაც ვიცით: გაზომვები არის ხიდი გამოცდილებიდან ცოდნამდე. და რას ნიშნავს გაზომვა? გაზომვა ნიშნავს მის შედარებას მსგავს, შესაბამის ერთეულთან, რომელიც მიღებულია გაზომვის ერთეულად.
ბანაკის დროს ჩვენ ყურადღება გავამახვილეთ იმ მიდგომებზე, რომლებიც მოსწავლეს საშუალებას აძლევს დაინახოს და გაიგოს ფიზიკური მოვლენები რეალური ექსპერიმენტებისა და გაზომვების მეშვეობით.
ერთ-ერთი პირველი ექსპერიმენტი დაიწყო კითხვით, რომელიც მოსწავლეს აინტერესებდა: რამდენ ადგილს იკავებს სხეული? … ამას მოჰყვა სხვებიც … და შესაძლებელია თუ არა სხეულის მოცულობის გაზომვა, თუ მას არ აქვს მკაფიო ზომები, მაგალითად, კუბი, არ გვაქვს სახაზავი ხელთ, არ გვაქვს სასწორი სხეულის წონის დასადგენად, ის მთლიანად არ იძირება წყალში, სხეულს აქვს მრავალი ღრუ ან აქვს ძალიან მცირე ზომები, როგორ გავზომოთ ის, რისი გაზომვაც შეუძლებელია … და ა.შ. და რა უნდა გავაკეთოთ იმ შემთხვევებში, როდესაც სხეულის ან ჭურჭლის დასველება შეუძლებელია, მაგალითად, როდესაც ის დამზადებულია მუყაოსგან, ხისგან ან შეიცავს ელექტრონულ კომპონენტებს, რომელთა წყალში ჩადება საშიშია? ასეთ სიტუაციებში, მოცულობის გამოთვლის ჩვენთვის ცნობილი კლასიკური მეთოდები (წყლის გადაადგილების პრინციპზე დაფუძნებული) უბრალოდ არ მუშაობს, ამიტომ აუცილებელია სხვა, უფრო მოსახერხებელი და ინოვაციური მიდგომების გამოყენება. ამ კითხვებმა მიგვიყვანა რეგულარული და არარეგულარული სხეულების მოცულობის გამოთვლის ახალი და ალტერნატიული მეთოდების ძიებამდე, წვიმის წვეთის ზომისა და მასის განსაზღვრიდან დაწყებული მასალების სიმკვრივის დასადგენად საინტერესო გადაწყვეტილებების პოვნამდე.
ფიზიკა სწავლობს ბუნებაში მიმდინარე მიზეზ-შედეგობრივ კავშირებს. ჩვენი შემდეგი კვლევის დროს ვეცადეთ გამოგვევლინა ელექტრულ მოვლენებთან დაკავშირებული ერთი ასეთი კავშირი, შეგროვებული მონაცემების ანალიზის შედეგად, ექსპერიმენტულად მივიღეთ ოჰმის კანონი ელექტრული წრედის მონაკვეთისთვის. ექსპერიმენტული კვლევა: დენის სიძლიერის დამოკიდებულება ძაბვაზე. ოჰმის კანონის მიღება ექსპერიმენტის გზით.
ცნობილია, რომ ელექტრული ველის ზემოქმედების შედეგად, გამტარში წარმოიქმნება ელექტრული დენი, რომლის რაოდენობრივი მახასიათებელია დენის სიძლიერე, ხოლო ელექტრული ველი რაოდენობრივად ხასიათდება ძაბვით. აქ ჩნდება ფუნდამენტური კითხვა: როგორი დამოკიდებულება შეიძლება არსებობდეს ამ ორ სიდიდეს, ძაბვასა და დენის სიძლიერეს შორის? ამ კითხვის შესწავლამ ჩამოაყალიბა კიდევ ერთი პროექტის თემა: დენის სიძლიერის დამოკიდებულება ძაბვაზე, რის შედეგადაც სტუდენტებმა ექსპერიმენტულად დაადასტურეს ელექტროდინამიკის ერთ-ერთი ფუნდამენტური კანონი, ოჰმის კანონი.
ერთი შეხედვით, როგორც ჩანს, კედელზე ყველა ქანქარა საათი ერთნაირია. მაგრამ მართლა ასეა ეს? გამოდის, რომ ქანქარას სიგრძის მცირე ცვლილებასაც კი შეუძლია დროის სვლაზე გავლენა მოახდინოს… რაზეა დამოკიდებული ქანქარას პერიოდი და რაზე არა? „მათემატიკური ქანქარა: სიგრძიდან პერიოდამდე“.
მათემატიკური ქანქარა ფიზიკის ერთ-ერთი მარტივი, მაგრამ ძალიან მნიშვნელოვანი მოდელია, რომლის დახმარებითაც შესაძლებელია პერიოდული მოძრაობის შესწავლა. მისი მარტივი სტრუქტურის მიუხედავად, ქანქარას მოძრაობის ბუნება დამოკიდებულია სხვადასხვა ფაქტორზე, რომელთა გავლენაც შევისწავლეთ შემდგომი ექსპერიმენტების და შედეგად მიღებული მონაცემების ანალიზის დახმარებით. სტუდენტები ჯგუფებად დაიყვნენ, თითოეულმა ჯგუფმა მიიღო სხვადასხვა სიგრძისა და მასის ქანქარები.
რატომ იყო ეს კვლევა მნიშვნელოვანი საგანმანათლებლო თვალსაზრისით? ექსპერიმენტულმა მონაცემებმა აჩვენა კავშირი თეორიასა და ექსპერიმენტს შორის, დაადასტურა, რომ პერიოდი დამოკიდებულია სიმის სიგრძეზე. მათ განივითარეს ზუსტი გაზომვის უნარები. მათ „აღმოაჩინეს“ მუდმივა g-ს მნიშვნელობა (და რეგიონში დათვების ფერიც კი გაარკვიეს). სტუდენტები დარწმუნდნენ, რომ სამეცნიერო კვლევა დაფუძნებულია კონტროლირებად ექსპერიმენტებზე, განმეორებით გაზომვებსა და მონაცემთა ანალიზზე. შედეგებმა აჩვენა, რომ მცირე შეცდომები მცირდება განმეორებითი გაზომვებით და სხვადასხვა ჯგუფში მიღებული მნიშვნელობები იწყებს ემთხვევას. მათ გაიგეს, რომ ზუსტი მეცნიერება დაფუძნებულია მუდმივად კონტროლირებად გაზომვებზე და რამდენად მნიშვნელოვანია ამ გაზომვებისა და მათი ანალიზის მნიშვნელობა, შეძენილი უნარების გამოყენებადობა რეალურ ცხოვრებაში.
უნდა აღინიშნოს, რომ თითოეული გაზომვის შედეგი მიახლოებითია და ყოველთვის შეიცავს გარკვეულ შეცდომებს. ჩატარებული სამუშაო მოითხოვს გაზომვის შეცდომის გამოთვლას, მაგრამ, როგორც აღმოჩნდა, ეს ბევრი სტუდენტისთვის საკმაოდ რთულად ჩანს. სტუდენტებმა იპოვეს და წარმოადგინეს გაზომვებში შესაძლო შეცდომების წყაროები, შეადარეს მიღებული შედეგები ერთმანეთთან. შედეგად, ისინი მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ექსპერიმენტის დროს მნიშვნელოვანია, ერთი მხრივ, გაზომვებში შესაძლო შეცდომების შემცირება და, მეორე მხრივ, იმ შეცდომების მნიშვნელობის გამოთვლა, რომელთა თავიდან აცილებაც შეუძლებელი იყო. ისინი დარწმუნებულები იყვნენ, რომ ზუსტი მოწყობილობები საშუალებას იძლევა შემცირდეს აბსოლუტური შეცდომები, მაგრამ არცერთი მოწყობილობა არ იძლევა იდეალურ ნულოვან შეცდომას.
ამგვარად, ბანაკის დღეებში ჩატარებულმა სამეცნიერო ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ფიზიკა მხოლოდ ექსპერიმენტებითა და გაზომვებით არის ცოცხალი, რაც მოსწავლეებს საშუალებას აძლევს არა მხოლოდ დაინახონ ფენომენები, არამედ დამოუკიდებლად გადაჭრან პრობლემები, უარყონ ან დაადასტურონ წამოყენებული ჰიპოთეზები, გააკეთონ გაზომვები, გააანალიზონ მონაცემები და ჩამოაყალიბონ სამეცნიერო დასკვნები. ფიზიკა სახელმძღვანელოდან მათი საკუთარი გამოცდილება გახდა. მოსწავლეებმა დაინახეს, თუ როგორ ავსებენ ერთმანეთს რეალური სიტუაციები და გამოთვლები და როგორ შეუძლია თითოეული მცირე გაზომვის შედეგს ახსნას უფრო დიდი ფენომენები. ამიტომ, გაზომვები მხოლოდ რიცხვები არ არის: ისინი ქვაკუთხედებია, რომლებზეც მეცნიერება დგას.