Metody analizy danych w fizyce
Prowadzący:
Termin:
11-17.08.2024 r.
Lokalizacja:
Sielpia
Czas trwania warsztatów:
20 godzin - 25 jednostek lekcyjnych w ciągu 5 dni zajęć
Intensywny kurs o zastosowaniach elementów analizy matematycznej, algebry z geometrią i języka Python do opisu zjawisk fizycznych
Warsztat odwołany!
Jeśli wielokrotnie przychodziły Ci do głowy pytania „Po co mi modelowy układ fizyczny?”, „Dlaczego uczę się tej definicji matematycznej?”, „Jak ta teoria i obliczenia mają się do czegoś przydać?” i setki mniej lub bardziej podobnych, te zajęcia są właśnie dla Ciebie. Dzięki temu, że podejdziesz praktycznie do analizy matematycznej, algebry oraz programowania w języku Python nauczysz się używać ich wybranych elementów jako „narzędzi” do opisu zagadnień fizycznych i technologicznych (bez zbytniego zagłębiania się w definicje). Dowiesz się, których z nich używać do opisu konkretnych problemów oraz jak to zrobić, żeby stworzony przez Ciebie program Ci w tym pomógł. Przekonasz się, jak ważna jest ich interpretacja na gruncie wiedzy naukowej (i jak tę wiedzę budować). Przećwiczysz wszystko w praktyce, wykonując analizę naukową problemu fizycznego lub technologicznego na podstawie rzeczywistych danych laboratoryjnych.
Do kogo kierowany jest ten warsztat?
Warsztat skierowany jest do uczniów klas 3 i 4 liceum (tzn. którzy w wakacje będą mieli ukończoną 2 klasę) oraz klasy 2. i wyższych technikum (tzn. którzy w wakacje będą mieli ukończoną 1 klasę), zainteresowanych interdyscyplinarnym podejściem do nauki – na zajęciach łączymy elementy fizyki (również w zagadnieniach technologicznych), matematyki i języka Python. Warsztat dedykowany jest osobom planującym studia związane z fizyką stosowaną, inżynierią materiałową, nanotechnologią i pokrewnymi.
Od uczestników wymagane jest:
- bardzo dobre rozumienie i umiejętności praktyczne na poziomie liceum w zakresie następujących zagadnień matematycznych: przekształcania złożonych wzorów, rozwiązywania równań i nierówności (również kwadratowych), działania na funkcjach (w szczególności funkcji liniowej i kwadratowej),
- bardzo dobre rozumienie i umiejętności praktyczne na poziomie liceum w zakresie następujących zagadnień fizycznych: dynamika punktu materialnego, prąd stały, podstawowe zjawiska optyczne, podstawowy opis fal.
Niezbędny sprzęt i oprogramowanie
Do udziału w warsztacie niezbędny jest własny laptop z systemem Windows, MacOS lub Linux z dystrybucją języka Python Anaconda oraz środowiskiem IDE PyCharm.
Instrukcje instalacji oprogramowania zostaną wysłane uczestnikom zajęć w późniejszym terminie.
Dlaczego warto wziąć udział w tym warsztacie?
Biorąc udział w warsztacie:
- wykorzystasz posiadaną wiedzę z matematyki i fizyki do zdobycia nowych umiejętności w tych dziedzinach;
- nauczysz się wykorzystywać analizę matematyczną i algebrę na poziomie ponad szkołę średnią do opisu zjawisk fizycznych;
- dowiesz się, jak wykorzystać programowanie w języku Python do opisu rzeczywistych zjawisk fizycznych;
- dowiesz się, dlaczego zjawiska fizyczne są ważne w wielu zaawansowanych procesach technologicznych;
- nauczysz się, z jakich elementów składa się profesjonalny raport naukowy i samodzielnie go wykonasz.
Program warsztatu
Dzień pierwszy
Praktyczne wprowadzenie do analizy matematycznej
Pierwszego dnia zajęć zajmiesz się pojęciami pochodnej i całki nieoznaczonej oraz oznaczonej w kontekście ich praktycznego rachunku i interpretacji geometrycznej, a co za tym idzie – fizycznej. Za pomocą nowo poznanych przez Ciebie narzędzi przeprowadzisz analizę konkretnych problemów fizycznych i przekonasz się, że duża część wzorów poznanych w liceum (np. dotyczących opisu ruchu) ma swój początek właśnie w takich rachunkach.
Dzień drugi
Praktyczne wprowadzenie do algebry z geometrią
Tego dnia skupisz się na zagadnieniach algebraicznych, elementarnych dla fizyków teoretycznych (oraz innych teoretyków w dziedzinach nauk ścisłych i przyrodniczych) – dowiesz się, czym w praktyce fizyka są wektory oraz macierze i jak dzięki działaniom na nich ułatwiać sobie niekiedy bardzo skomplikowane rachunki opisujące złożone zagadnienia fizyczne.
Dzień trzeci
Jak przetłumaczyć wzory na program? Podstawowe metody numeryczne
Trzeciego dnia dowiesz się, jak „przetłumaczyć” na kod w języku Python pieczołowicie wyznaczane przez Ciebie w ciągu ostatnich dwóch dni wzory fizyczne i co najważniejsze, jak to zrobić, żeby stworzony w ten sposób program wykonał interesujące Cię obliczenia. Dowiesz się, na czym polegają interpolacja i aproksymacja, jak się je wykonuje, jak za pomocą metod numerycznych rozwiązywać równania i układy równań i wreszcie, czym jest całkowanie numeryczne i jakie są jego podstawowe metody. W oparciu o schematy kodów w języku Python dostarczone przez Prowadzącą zrozumiesz podstawy składni tego języka i samodzielnie uzupełnisz kod stosując poznane metody obliczeń.
Dzień czwarty
Raport naukowy – czym jest, jak go robić i jak go nie robić?
Przedostatniego dnia zajęć dowiesz się, czym są, a czym nie są raporty naukowe i dlaczego się je wykonuje. Poznasz podstawowe elementy dobrego raportu naukowego, ich cechy charakterystyczne, dobre praktyki ich wykonywania oraz najczęściej popełniane (nie tylko przez nowicjuszy w zawodzie naukowca!) błędy. Korzystając ze stworzonych przez siebie poprzedniego dnia programów w języku Python oraz nowych wzorców otrzymanych na zajęciach, zobrazujesz opracowane dane do raportu. Nauczysz się również, jak szukać informacji naukowych i weryfikować ich rzetelność. Wreszcie wykorzystasz zdobyte umiejętności w praktyce, wybierając temat projektu dla siebie i rozpoczynając jego realizację.
Dzień piąty
Projekt i podsumowanie
Ostatni dzień Twojego (bardzo intensywnego!) kursu. W jego pierwszej części sfinalizujesz swój projekt i podsumujesz jego wyniki, w drugiej zaś – podzielisz się najciekawszymi Twoim zdaniem wnioskami z grupą i prowadzącą.
![](/static/images/workshop-quotation-left-summer.png)
Matematyka jest alfabetem, za pomocą którego Bóg opisał wszechświat.
Galileusz
![](/static/images/workshop-quotation-right-summer.png)