物理データワークショップで教師が生徒に戻る

2023 年 8 月 30 日 | ジュリアン・ホッジス

編集者注: Fermilab は幅広い STEM 教育プログラムを提供しています。 この記事は、ラボで利用できる機会のいくつかに焦点を当てた複数部構成のシリーズの最初の記事です。

米国エネルギー省のフェルミ国立加速器研究所で行われた1週間にわたるワークショップの前半では、高校教師の選ばれたグループが「学生帽子」をかぶり、現実世界のシナリオを使って学生を素粒子物理学にさらす方法を学びました。

彼らはQuarkNet Data Campでそれを行いました。 QuarkNet は全国的に評価の高い科学教育プログラムで、国立科学財団から資金提供され、ノートルダム大学がコーディネートしています。 QuarkNet プログラムの開始当初からの主要な貢献者である Fermilab は、7 月にプログラムの年次データ キャンプを主催しました。

キャンプは1週間続き、全国から約20人の高校教師、主に物理教師が集まる。 QuarkNet の指導および学習フェローである他の高校の教師がデータ キャンプを運営し、参加者を指導します。 ワークショップに参加する教師たちは、主な活動に加えて、フェルミ研究所を見学し、科学者から学ぶことができます。

ワークショップの最初の数日間、教師たちはグループに分かれて協力し、大型ハドロン衝突型加速器のコンパクトミュオンソレノイド検出器からの実際の粒子衝突データを分析しました。 教師は、粒子の質量を把握し、特定の種類の粒子衝突イベントを探すために、使いやすいように少しクリーンアップされたデータを使用する必要があります。 衝突で生成された粒子は他の粒子に崩壊し、それらの崩壊後の粒子を見つけることで、教師はどのようなイベントが見られているかを推測することができます。

「彼らは週の最初の部分は生徒でした」とミネソタ州の高校物理教師であり、QuarkNetの教育研究員であり、10年以上プログラムの促進に貢献してきたジョディ・ハンセン氏は語った。 「私たちは彼らを押しのけました。 時には不快な思いをしたり、時には自分にとって難しいことをしたりしていました。 彼らの多くはこれまでこのような物理学をやったことがありませんでしたが、これはLHCに取り組む物理学者が常に行っていることです。」

QuarkNet Data Campに参加している教師のグループが、過去数日間にデータセットから学んだことを発表します。 写真: スペンサー・パセロ、フェルミ研究所

フェルミ研究所の教育・公共活動局のメンバーであるスペンサー・パセロ氏は、物理学者が使用した実際のデータセットを教師に与えることで、より本物の体験が得られ、実際のデータは乱雑で曖昧になり得ることを教えると述べた。 教師にとっての課題の 1 つは、現実世界のデータを曇らせる背景ノイズから信号、つまり有用な情報を選び出すことです。

「『これは本当に何を伝えているのか？』を探求して理解する必要がある」と彼は言う。 「私が推測していることで不正確なものはありますか? シグナルとバックグラウンドをどのように区別しますか? 多くの高校の研究室では背景はなく、すべてが信号であるため、それらを区別できることは役に立ちます。」

ボルチモアの物理教師であり、データキャンプの促進を支援するQuarkNetの教育学習フェローでもあるジェレミー・スミス氏は、教師を生徒の立場にして問題解決を求めるのは気が遠くなるかもしれないと語った。 しかし、彼もパセロも、このプロセスはやりがいのあるものであり、教師たちは学んだことを生徒たちと共有したいと熱望していると語った。

「学生の視点から、新しいトピック、新しいコンテンツ、新しい考え方や取り組み方を経験することは、非常に役立ちます」とパセロ氏は言います。 「これは、私がこれを経験し、このデータを理解するために何を学ぶ必要があるかを理解した今、それを生徒にどのように教えればよいのか、という考え方を生徒が身につけるのに役立ちます。」

シンシナティの教師で今年のデータキャンプに参加しているエミリー・ローゼンは、18年間教えており、キャリアの初めからQuarkNetに関わってきました。