4.3. Internet kokeellisuudessa

Fysiikan ilmiöitä havainnollistavia kokeita tekevälle saattaa tulla tunne, ettei hän oikein kykene mielessään hahmottamaan, mitä kaikkea itse asiassa tapahtuu. Tällaisen kokonaisvaltaisen mielikuvan saaminen auttaisi huomattavasti tutkittavan ilmiön ymmärtämistä ja siihen liittyvien ongelmien ratkaisemista. Tässä tietokone ja Internet Java-appletteineen tulevat huomattavaksi avuksi.

Internetissä tilannetta voidaan simuloida hyvinkin mielekkäällä ja tehokkaalla tavalla, koska se suo mahdollisuuden manipuloida ilmiöön liittyvien tekijöiden (suureiden, parametrien, muuttujien) arvoja.

Yleisimmin Internetissä fysiikan opetuksessa käytettyjä apuvälineitä ovatkin simulaatiot, jotka mallintavat jotakin järjestelmää tai prosessia. Ne perustuvat hyvin suurelta osin graafiseen esittämiseen. Tasoltaan ne ovat hyvin vaihtelevia.

Web-selaimen multimedialaajennus Shockwave mahdollistaa grafiikkaa, animaatioita ja ääniä sisältävien esitysten toteuttamisen. Esimerkkejä Shockwaven käytöstä ExploreScience.com:in sivuilla, mm. Coulombin laki.

CGI-ohjelma on ohjelma, joka ajetaan www-sivun kautta. Se voi lähettää sähköpostia, hakea tiettyjä sanoja dokumenteista, laskea kävijämääriä, ylipäätänsä mitä tahansa, mitä ohjelmoimalla voi tehdä, periaatteessa myös havainnollista fysiikan ilmöitä. Sen käyttö tähän tarkoitukseen ei ole yleistä.

Käytetyimpiin ja uusiin webissä käytettyihin ohjelmointikieliin kuuluu Java, jolla on laadittu melkein kaikki uusimmat Internetissä olevat fysiikan ilmiöitä havainnollistavat interaktiiviset demonstraatiot, joita kutsutaan Java-appleteiksi. Ne mahdollistavat tehokkaan interaktiivisen esitystavan ja soveltuvat hyvin käytettäviksi myös lukion fysiikan oppimateriaalina. Tässä esityksessä esitellään runsaasti juuri Java-appletteja.

JavaScript on ohjelmointikieli, joilla voidaan elävöittää HTML-sivun sisältöä. JavaScriptillä voi tehdä interaktiivisia sovelluksia, mutta niidenkin käyttö fysiikan opetuksessa on jäänyt toissijaiseksi Java-appletteihin verrattuna. Esimerkki JavaScriptillä toteutetusta sovelluksesta on Planets of the Solar System.

Simulaatioilla pyritään luomaan avoin oppimisympäristö, joka sallii opiskelijan esittävän hypoteeseja, muodostavan mallien mukaisia ennusteita ja testaavan niitä, tarkentavan käsityksiään sekä luopuvan niistä havaintojen perusteella. Apuvälineitä ovat parametrien manipulointi, kuvat, animaatiot, grafiikka ja numeerinen tieto, jotka edistävät käsitteiden, suhteiden ja prosessien ymmärtämistä.

Simulaatioiden avulla on tavoitteena, että opiskelija tekee havaintoja, mittaa, järjestää kokeita sekä osallistuu tutkimusprojekteihin. Tietokoneen avulla opiskelija pääsee tekemään kokeita, joiden toteuttaminen ei ole mahdollista perinteisin havaintovälinein.

Simulaatioiden avulla opiskelija oppii keskustelemaan havainnoista, jäsentää, käsittelee, tulkitsee ja mallintaa niitä sekä kvalitatiivisesti että kvantitatiivisesti. Opiskelijat oppivat luottamaan havaintoihinsa niin vahvasti, että hän pystyy sen perusteella kehittämään ja muuttamaan omia mielikuviaan ja omaa ajatteluaan.

Mm. Esquembre (2001) esittää, että vaikka opiskelija hyötyy tiedon kuvallisesta esittämisestä, tietokonesimulaatioilla saavutetaan halutut tavoitteet vain, mikäli lisäksi käytetään perinteisiä, asianmukaisia opetusmenetelmiä. Simulaatiota tehdessään opiskelijalla on oltava käytössään asiaa koskevaa muutakin tietoa juuri silloin, kun hän sitä tarvitsee. Simulaation tarkoitus on oltava selkeästi tiedossa. Monimutkaisten simulaatioiden ollessa kyseessä mallin mukaan eteneminen antaa mahdollisuuden edetä opiskelijan omassa tahdissa. Näin käytettyinä simulaatioista on saatu eniten hyötyä.

Virtuaalitodellisuus on erittäin interaktiivinen, tietokoneavusteinen multimediaa hyödyntävä tila, jossa käyttäjästä tulee tietokoneen luoman maailman havainnoija. Fysiikan opetuksessa käytettävät www:n tarjoamat simulaatiot ovat osa fysiikan virtuaalilaboratoriota. Ne tuottavat kokeen tuloksen nopeasti ja tehokkaasti. Lisäksi kokeen järjestämiseen ei tarvitse käyttää aikaa samalla tavoin kuin aidossa ympäristössä tehtävää koetta varten. Simulaatioilla voi testata asioita, joiden kokeileminen käytännössä on mahdotonta tai liian vaikeaa. Lisäksi simulaatio suo mahdollisuuden toistoon ja asian tarkasteluun monesta eri näkökulmasta.(Hyötyläinen,1997)

Simulaatiot ovat turvallisia ja halpoja verrattuna moniin käytännössä tehtyihin kokeisiin. Kuitenkin on otettava huomioon, että tietokoneen näytöllä näkyvä kuva ei sittenkään ole niin todellinen, kuin aidossa ympäristössä tehty koe. Käytännössä tehty koe osoittaa opiskelijalle varmasti, mitä tapahtuu.