august 2020 – Fysikk for Fakirer

Kol är ett grundämne som är mycket speciellt. Ser man astrofysiskt så borde egentligen inte Kol finnas. Eller rättare sagt, det är en mycket speciell egenskap som gjort att liv och tyngre grundämnen överhuvudtaget kan existera. Fusion i stjärnor ger i princip bara He-4, men Be-8 som man får när två He-4 kolliderar är inte partikelstabil, vilket betyder att den har en livstid på under 10^{-16} s det vill säga under den tiden måste en He-4 kollidera med Be-8 för att bilda ett exciterat tillstånd av C-12. Detta är mycket osannolikt, men nu finns en liten detalj till som hade kunnat ge en ännu mindre sannolikhet, dvs energinivåer i C-12. Det finns ett energitillstånd i C-12 som ger en ökad sannolikhet för reaktionen, hade energin varit annorlunda hade inte sannolikheten varit mycket mindre och hade inte kunnat ske. Så om det inte vore för det.. inget kol och inget liv..

Men det speciella med kol tar inte slut där. I sitt yttre skal finns 2s- och 2p-elektroner och det ger några mycket speciella egenskaper. p-elektronerna kan bilda 3 olika orbitaler och vi kan även få en hybridisering där s-elektronerna kommer till. Summan av det hela är att kol kan ha upptill 4 olika bindningar, se metan CH4. Men bindningarna kan variera så vi kan ha 1,2,3 st, vi kan ha dubbelbindningar och trippelbindningar. Något som gör att det kan binda med andra grundämnen på ett mycket varierat sätt, det vi kallar organisk kemi. Detta är grunden för liv.

Men vi får en annan egenskap och det har med kristallstrukturen att göra. Vi har två kristall strukturer som förekommer i naturen, Grafit och Diamant.

Grafit består av en hexagonal struktur med relativt starka bindningar i ett plan och svagare bindningar mellan planen. Planen bilder grafen, ett material med speciella egenskaper. Men planen kan också rullas ihop till rör eller till «fotbollar». Under mina studier så var det en forskargrupp (nabogruppen) som sysslade med beräkningar på just detta så vi fick hela tiden information om vad som hände i forskningsfronten. Så C-60 och C-70 var på den tiden «hett». Jag sysslade inte själv med det men det fanns diskussioner om hur man kunde göra olika experiment.

Diamant ligger mig varmare om hjärtat. I min utbildning ingick Fasta tillståndets fysik, där examinationen var en hemexamen där frågor skulle besvaras för ett grundämne som lottades ut bland studenterna, där jag fick kol, och valet var mellan Grafit och Diamant.

Diamant är en speciellt material, det är metastabilt, dvs diamanter förstörs sakta, det är i ren form en halvledare, men leder värme bättre än de flesta material. Det är transparent, extremt hårt och har ett högt brytningsindex.

Diamant förekommer naturligt och då ofta med olika föroreningar som ger de olika färgnyanser.

Rent fysiskt har diamant speciella egenskaper som gjorde svårt att att hitta data för min hemexamen, jag hade mer än 3 olika typer att förhålla mig till och att det antingen fanns mycket data eller inget alls. Så jag har ett intressant förhållande till kol och diamanter..

I samband med COVID-19 pandemin ställdes skolor och universitet inför faktum att normal undervisning inte kunde genomföras på grund av hälsomässiga orsaker. Detta gjorde att nästan över en natt måste alla kurser ges «online» eller digitalt. Detta gjordes av ren nödvändighet och det fanns inte tid till eftertanke. Detta är något jag skrev om i ett tidigare inlägg (https://www.ntnu.no/blogger/fysikkforfakirer/wp-admin/post.php?post=146).

Men frågan är hur detta påverkat brukarna (elever och studenter)?

Man måste komma ihåg att flytta undervisningen «online» kan öka flexibiliteten hos undervisning och lärande både med avseende på plats och tidpunkt. Men detta kräver dock att man planerar och lägger upp material som verkligen gynnar lärande. Detta gör att materialet måste vara anpassat till den digitala studiemiljön. I många fall måste denna byggas upp och i tillägg måste brukarna kunna anpassa sig till denna.

Baserat på erfarenheter och forskning handlar mycket om att skapa en läringsgemenskap och ger stöd inte bara genom instruktioner utan genom ett medägarskap och socialt stöd. I en digital miljö är det lätt att bli ensam och då utan det nätverk/stöd som finns för ordinär campus undervisning, socialt, både formellt och informelt.

Föreläsningar

Låt oss titta på en föreläsning i ett auditorium. På ytan kan det se ut som en envägskommunikation, en föreläsare som pratar vid tavlan och följer ett manus. Men ser vi närmare så pågår en kommunikation ständigt mellan åhörarna och föreläsaren. Åhörarnas kroppsspråk och minspel avslöjar mycket som en erfaren föreläsare känner av och anpassar sig till. Vi har en icke-verbal kommunikation som också påverkas av ljudnivån av åhörarnas inbördes kommunikation. Men även här har vi en aktiv kommunikation där frågor och svar utväxlas mellan åhörarna. Så motsatt vad en del tror så är det en omfattande kommunikation som föregår inom föreläsningens studiemiljö.

Anteckningar tas, för förhoppningsvis inte verbatim, utan bearbetas av den enskild åhöraren.

Om vi nu tittar på en inspelad föreläsning dvs när man satt en kamera i auditoriet under en vanlig föreläsning, vad kan vi se är annorlunda för tittaren av inspelningen?

För det första, tittaren har ingen kontakt med föreläsaren och deltar heller inte i den icke-verbala kommunikationen som sker i auditoriet. Detta kan vara frustrerande och det på en undermedveten nivå. Referenser som föreläsaren har kan hamna utanför bild vilket gör att tittaren missar information.

Den andra skillnaden är att om tittaren är ensam har hen ingen att fråga och diskutera med. Det är möjligt att pausa eller spola tillbaka men det är fortfarande tittaren som skall förstå utan att få en annan synvinkel eller förklaring på frågeställningen.

För det tredje, det är lätt att när man tittar ensam att de anteckningar man gör blir sämre eller att man inte skriver något överhuvudtaget. Man lutar sig tillbaka och kan uppleva en «illusion of mastery». Det verkar så lätt att man inte anstränger sig. Man kan också frestas att spela av föreläsningen med högre hastighet. Redan vid 1.4x missar man ord och hjärnan måste jobba extra för att ta emot och sortera informationen, den kognitiva belastningen blir så stor att läringseffekten blir liten.

Så det är inte bara att lägga ut en föreläsningsvideo och hoppas på det bästa. Man bör visa brukarna att man missar information i en inspelad föreläsning och att den sociala studiemiljön med sina fördelar och krav saknas.

En sak som bör påpekas är att om möjligt skall man se en föreläsningsvideo i grupp så att man kan pausa och diskutera svåra partier i videon. Man skapar med detta en studiemiljö där man kan kommunicera med någon och hjälpa varandra. Bestämmer man att träffas skapas också ett socialt tryck att se videon utan prokrastinering, vilket också är positivt. Med tanke på att föreläsningar vid en bestämt tidpunkt också fungerar som en skapande av rutiner i tillägg till det sociala trycket att delta, så kan det att man träffas vid en bestämd tidpunkt ersätta detta tryck till viss del.

Man antar att det är nog med att lägga ut en video, men man bör också ge råd om hur man skall se på den för bästa effekt. Man tror kanske att det sätt man gör är det optimala men den som är lättast att lura är dig själv.