QuarkNet - QuarkNet

Сводка QuarkNet (По состоянию на сентябрь 2016 г.)
Годы эксплуатации:18
Представленные государства и территории:30
Центры QuarkNet:52
Учителя-участники:655
Наставники-волонтеры:84
Детекторы космических лучей для QuarkNet:260

QuarkNet[1] это долгосрочная программа повышения квалификации учителей, основанная на исследованиях.[2] в Соединенные Штаты совместно финансируется Национальный фонд науки[3] и Министерство энергетики США.[4] С 1999 года QuarkNet открыла центры в университетах и национальные лаборатории проведение исследований в физика элементарных частиц (также называемая физикой высоких энергий) в Соединенных Штатах. Физики-наставники и учителя физики сотрудничают, чтобы принести передовую физику в Средняя школа классы. QuarkNet предлагает опыт проведения исследований для учителей и учащихся, семинары для учителей и постоянную последующую поддержку. Благодаря этим мероприятиям учителя расширяют свои знания и понимание научных исследований и передают этот опыт своим классам, вовлекая студентов как в суть, так и в процессы современных физических исследований. Учителя могут получить академический кредит за свое участие. Программы QuarkNet разработаны и реализуются в соответствии с «лучшими практиками», описанными в Национальный исследовательский совет Национальные стандарты научного образования отчет[5] (1995) и поддерживают Стандарты науки нового поколения (2013).

Цели и организация

Первоначально QuarkNet создавал центры под руководством физиков, участвовавших в CDF и ДЕЛАТЬ эксперименты на Фермилаба Теватрон в Батавия, Иллинойс и АТЛАС и CMS[6] эксперименты на Большой адронный коллайдер (LHC) на ЦЕРН в Женева, Швейцария. Он расширился, чтобы включить центры с участием в других экспериментах по физике элементарных частиц, которые широко репрезентативны в этой области.

Цели QuarkNet
Преподаватели QuarkNet предоставляют учащимся возможность повысить свои научные знания, особенно в области физики элементарных частиц.
Учителя QuarkNet создают среду, в которой учащиеся могут интерпретировать, оценивать и давать объяснения явлениям в мире природы.
Студенты преподавателей QuarkNet демонстрируют доказательства того, что они понимают, как развиваются научные знания, и участвуют в научных практиках и дискурсе.
Учителя QuarkNet становятся более профессиональными.

QuarkNet поддерживает два направления в классе:

• Учителя используют примеры физики элементарных частиц при обучении таким предметам, как импульс и энергия.

• Учителя создают учебную среду, основанную на научных исследованиях, которая предоставляет учащимся возможности для углубленного изучения науки. Стратегии обучения повторяют то, как ученые создают знания посредством исследования.

QuarkNet организован во многом как эксперимент по физике элементарных частиц с централизованным дизайном и инфраструктурой, а работа распределена между исследовательскими группами по всей стране. Взаимодействие между физиком, учителем и учеником в основном происходит в местных центрах. Программа процветает, потому что процветают эти центры. В настоящее время основными исследователями программы являются: Мардж Бардин (Фермилаб ), Дэн Кармгард и Митч Уэйн (Университет Нотр-Дам ) и Анна Гусиу (Вашингтонский университет ). Бардин выступает в качестве представителя программы. Штат из четырех учителей физики предоставляет центрам ресурсы и услуги, а также руководит работой центров. Также персонал отвечает за деятельность на национальном уровне. Они проводят семинары, включая Data Camp и мастер-классы, разрабатывают учебные материалы, включая мюонные детекторы космических лучей, собирают данные для оценки и многое другое. Чтобы расширить его возможности, персонал также работает с группой учителей, называемых QuarkNet Fellows, которые помогают проводить программы профессионального развития для других учителей.

Data Camp

Летний учебный лагерь - это продолжающаяся национальная деятельность[7] Это дает возможность учителям посетить Фермилаб и лично увидеть ускорители и детекторы. Учителя из существующих центров QuarkNet посещают учебный лагерь и формируют исследовательские группы для изучения экспериментальных данных. Они применяют известную им физику (то есть закон сохранения энергии и импульса), чтобы разгадать физику, закодированную в данных. Это помогает учителям создавать новые знания о том, что происходило внутри детектора, точно так же, как это делают экспериментаторы. Учителя работают в отдельных группах, исследуя триггеры, выпущенные CMS в начале 2011 года. Группы ищут в данных свидетельства существования бозонов J / Psi, Z и W. Они использовали Excel для восстановления инвариантной массы частицы, когда задан четырехмерный вектор продуктов распада этой частицы. Кроме того, участники посещают несколько лекций и совершают экскурсии по техническим направлениям.

Исследования космических лучей

Основные исследования студентов QuarkNet, поддерживаемые на национальном уровне: космический луч исследования. Сотрудничая с техническими специалистами Fermilab и физиками-исследователями, сотрудники QuarkNet разработали классный мюонный детектор космических лучей, который использует те же технологии, что и самые большие детекторы в Fermilab и CERN. Для поддержки межшкольного сотрудничества QuarkNet сотрудничает с проектом Interactions in Understanding the Universe (I2U2) для разработки и поддержки электронной лаборатории Cosmic Ray.[8] Электронная лаборатория - это исследование, проводимое студентами и учителем с использованием экспериментальных данных. Студенты имеют возможность организовать и провести аутентичные исследования и испытать среду научного сотрудничества. Школы-участники установили детектор где-нибудь в школе. Студенты собирают и загружают данные на центральный сервер, расположенный по адресу Аргоннская национальная лаборатория. Студенты могут получить доступ к данным со всех детекторов в кластере и использовать эти данные для исследований, таких как определение (среднего) срока службы мюоны, общий поток мюонов в космических лучах, или исследование расширенных воздушные души.

Стипендиаты

Летом 2007 года QuarkNet открыла программу стипендиатов QuarkNet для развития лидерского потенциала учителей, которые будут работать с персоналом для обеспечения мероприятий по профессиональному развитию и поддержки центров. Три группы стипендиатов в области изучения космических лучей, LHC и преподавания и обучения разделяют обязанности по проведению семинаров и сессий, разработке материалов семинаров, поддержке электронных лабораторий и мастер-классов, проведению презентаций на AAPT и больше. В 2009 году к программе присоединилась новая группа стипендиатов. Руководители работают с персоналом в центрах поддержки и собирают данные о производительности центров.

Мастер класс

В 2007 году QuarkNet впервые провела пилотные мастер-классы в США,[9] по образцу программы, предлагаемой EPPOG, и обучение Большой электрон-позитронный коллайдер -era данные ЦЕРН. Сегодня на мастер-классах изучаются данные ALICE, ATLAS или CMS. Мастер-классы - это однодневные национальные мероприятия, во время которых группы студентов посещают ближайший университет или исследовательский центр, чтобы получить представление о темах и методах физики элементарных частиц. В течение дня студенты:

  • Посещайте лекции по Стандартной модели и узнайте, как анализировать события.
  • Проанализируйте 1000 событий из различных экспериментов ЦЕРН по физике элементарных частиц.
  • Обсудите результаты с тремя-шестью другими студенческими командами в видеоконференции, которую модерируют физики из ЦЕРНа или Фермилаба.

В 2007 году был проведен анализ электрон-позитронных взаимодействий на детекторах DELPHI и OPAL из экспериментов LEP.

2009 г. был проведен анализ моделируемых протон-протонных столкновений в АТЛАС детектор. «Скрытым» в данных было одно событие, которое представляло собой ожидаемую сигнатуру от бозона Хиггса.

2010 год был возвращением к данным LEP.

2011 год стал первым годом, когда данные LHC были включены в мастер-класс. Были упражнения для ATLAS (измерения Z- и W-бозонов), ALICE (для чужих частиц) и CMS (J / ψ-мезон ).

В 2012 году были включены расширенные данные CMS (измерение W / Z; измерение Дж / фунт / кв. Дюйм все еще доступно, но не поддерживается для международных мастер-классов).

Летняя студенческая исследовательская программа

Основываясь на модели Университета Нотр-Дам, QuarkNet предлагает летнюю исследовательскую программу для студентов с 2004 года.[10] Как правило, команды из четырех старшеклассников под руководством одного учителя проводят шесть недель, участвуя в различных исследовательских проектах по физике. Некоторые центры предпочитают модифицировать эту модель, вовлекая больше студентов и / или меньше времени. Исследование связано с ATLAS и CMS, Международный линейный коллайдер НИОКР, мюонные детекторы космических лучей, оптоволокно НИОКР и многое другое. Каждое лето командам оказывается поддержка в 25 центрах. Примеры названий недавних исследований: Поиск и идентификация сравнения количества мюонных событий с ежедневными изменениями погоды, сигналов космических лучей в радиолокационном эхо, волокон для прямого калориметра, влияния примесей на обнаружение радиосигналов во льду, калориметрии кварцевых пластинок, галактической асимметрии Млечного Пути и Дизайн радиочастотного магнита и оценки массы скопления дуги Эллиота при слабом линзировании.

Рекомендации

  1. ^ Веб-сайт QuarkNet
  2. ^ «QuarkNet обучает учителей, привлекает студентов к исследованиям», - Fermilab Today, 1 августа 2007 г.
  3. ^ Резюме премии NSF 2007
  4. ^ Управление науки DOE отмечает 2005 г. Всемирный год физики
  5. ^ Национальные стандарты научного образования
  6. ^ Fermilab улучшает физическое образование с помощью QuarkNet, "Fermilab Today 16 августа 2006 г.
  7. ^ "Напряженная неделя для QuarkNet", Fermilab Today, 28 июня 2004 г.
  8. ^ Электронная лаборатория Cosmic Ray
  9. ^ «Первый европейский мастер-класс расширяет охват учителей», Fermilab Today 30 марта 2007 г.
  10. ^ http://news.fnal.gov/2004/08/spent-summer-vacation-quarknet-students-experience-real-work-fermilab-scientists/ «Как они провели свои летние каникулы: студенты QuarkNet испытали на себе реальную работу ученых из Фермилаборатории», «Фермилаб сегодня», 4 августа 2004 г.]

внешняя ссылка