Search

Na razini Europske unije (www.obzoreuropa.hr - Obzor Europa i prethodni okvirni programi EU za istraživanja i inovacije) ističe se da su istraživanja i inovacije ključni za suočavanje s izazovima današnjice. Pri tome su posebno važna dva cilja: otvaranje znanosti i inovacija prema društvu i podizanje interesa za znanost među učenicima uz poticanje karijera u STEM područjima. U tim područjima imamo veliki deficit stručnjaka, od nastavničkih kadrova, inženjerskih, znanstveno-istraživačkih do strukovnih zanimanja. Znanstveno obrazovanje čini temelj za postignuće tih ciljeva. Kada govorimo o fizici koja čini jezgru znanstvenog obrazovanja u STEM područjima, možemo govoriti o uvođenju novih metoda poučavanja ali i o uvođenju fizike u nastavu drugih predmeta ili izvan okvira formalnog obrazovanja. Važna uloga nastavnika fizike u budućnosti je pospješiti znanstvenu komunikaciju koja povezuje suvremenu znanost i tehnologije sa građanima, doprinoseći znanstvenoj pismenosti društva. Nastavnike fizike treba sustavno upoznati s metodama popularizacije znanosti i znanstvene komunikacije u fizici, pokazati kako primijeniti demonstracijske pokuse i nove medije u popularizaciji fizike te kako teme suvremene fizike i s primjenama iz realnog života uvesti u obrazovni proces. Poseban naglasak se stavlja na kreativno i inovativno učenje pri čemu učenike potičemo na aktivno učenje u okviru kojeg razvijaju i koriste svoje sposobnosti. Pri tome ih ohrabrujemo prema karijerama u STEM područjima. No i ako će karijere imati u drugim područjima, znanstveno obrazovanje im je važno jer se obučavaju vještinama potrebnim da bi aktivno sudjelovali u društvu. Izazovi današnjice kao što su klimatske promjene, izvori energije, sigurnost građana i zdravlje povlače potrebu da građani razumiju temeljne znanstvene koncepte i suvremene tehnologije.

Speleološki objekti značajni su u istraživanjima okoliša jer predstavljaju zamke za sedimente te je zato u Đulinom ponoru uzorkovano 9 uzoraka sedimenta i 14 uzoraka plastike kako bi se istražio antropogeni utjecaj. Uzorci su analizirani sljedećim metodama: fazna analiza, FTIR – ATR spektroskopija, kalcimetrija, voltametrija i izdvajanje mikroplastike iz sedimenata SPT-om. U svim uzorcima sedimenta determinirane su mineralne faze kalcit i kvarc, a u nekim uzorcima još su determinirani feldspati, dolomit i ankerit. U reprezentativnom uzorku su determinirani minerali glina klorit, illit i kaolinit. Kalcimetrijom je određivan udio karbonatna za 10 uzoraka i rezultati ukazuju da se u prosjeku radi o sedimentima s visokim udjelom karbonata, a raspon je 25 % - 75 %. U svim uzorcima sedimenta pronađena je mikroplastika, a najveći je broj čestica mikroplastike u uzorku ĐULA SPT 2 s 341 česticom mikroplastike na 1 gram sedimenta. Od 14 uzoraka plastike determiniranih FTIR – ATR spektroskopijom, najzastupljeniji polimer je polistiren. Prema rezultatima voltametrije potencijalno toksični metal koji ima najveći afinitet adsorpcije na plastiku je cink. Speleological objects are important in environmental research because they represent traps for sediments, which is why 9 sediment samples and 14 plastic samples were collected in Đulin ponor in order to investigate anthropogenic influence. The samples were analyzed by the following methods: phase analysis, FTIR – ATR spectroscopy, calcimetry, voltammetry and separation of microplastics from sediments by SPT. The mineral phases calcite and quartz were determined in all sediment samples, and feldspar, dolomite and ankerite were also co-determined in some samples. The clay minerals chlorite, illite and kaolinite were determined in representative sample. Calcimetry was used to determine the percentage of carbonate for 10 samples, and the results indicate that, on average, these are sediments with a high percentage of carbonate, and the range is 25% - 75%. Microplastics were found in all sediment samples, and the largest number of microplastic particles was in the ĐULA SPT 2 sample with 341 microplastic particles per 1 gram of sediment. Of the 14 plastic samples determined by FTIR - ATR spectroscopy, the most represented polymer is polystyrene. According to the voltammetry results, the potentially toxic metal that has the highest adsorption affinity on plastic is zinc.

Tema klimatskih promjena u školskom obrazovanju, a naročito u nastavi fizike, zastupljena je minimalno u odnosu na njenu važnost. Fizika kao eksperimentalna znanost mora učenicima ponuditi eksperimentalni pristup toj temi kako bi samostalno došli do opažanja i time bolje razumjeli klimu na globalnoj razini. Ovaj rad temelji se na korištenju micro:bita u kombinaciji s vanjskim senzorima, kao jednostavnog mjernog instrumenta. Mikroračunala, posebice micro:bit, imaju brojne prednosti i mogućnost brze implementacije u nastavni proces. Ovakvi pokusi omogućavaju učenje programiranja i uvid u principe rada suvremenih mjernih uređaja. Rad je osmišljen kao uputa nastavnicima za uvođenje teme klimatskih promjena u nastavu fizike. Kao središnja aktivnost odabran je učinak staklenika kao jedna od najvažnijih tema u kontekstu proučavanja klimatskih promjena. Uz osnovne principe učinka staklenika, dane su upute za kodove potrebne za programiranje micro:bitova, primjeri pokusa koje je moguće uvesti u nastavu s pojašnjenjima, primjerima mjerenja i analize podataka, motivacijskim pitanjima i popratnim materijalima za učenike. The topic of climate change in school education, and especially in the teaching of physics, is represented minimally in relation to its importance. Physics, as an experimental science, must offer students an experimental approach to the subject in order to independently come to observations and thereby better understand the climate on a global scale. This work is based on the use of the micro:bit, in combination with external sensors, as a simple measuring instrument. Microcomputers, especially micro:bit, have numerous advantages and the possibility of quick implementation in the teaching process. Such experiments enable learning programming and insight into the principles of operation of modern measuring devices. The thesis is designed as an instruction for teachers to introduce the topic of climate change into physics classes. As a central activity, the greenhouse effect was chosen as one of the most important topics in the context of studying climate change. In addition to the basic principles of the greenhouse effect, there are instructions for the codes needed to program the micro: bits, examples of experiments that can be introduced into classes with explanations, examples of measurement and data analysis, motivational questions and accompanying materials for students.

Fizikalni pokus treba biti dio svakog sata fizike. Postavlja se pitanje koje pokuse izabrati, koja je za to potrebna oprema i koliko vremena treba nastavniku za pripremu. Mikroračunala poput micro:bita omogućavaju relativno brzu konstrukciju pokusa u kome se koriste njegovi interni ili vanjski senzori. U ovom radu su dane smjernice za izvođenje nekoliko pokusa koji su vezani uz temu valova u fizici. Slično se može izvesti u brojnim drugim područjima fizike. Pri tome se uči osnove programiranja i upravljanje sa senzorima, prijenos i obrada podataka. Osim toga ideja je i učiniti fiziku zanimljiviju učenicima, potaknuti ih da samostalno istražuju kroz projekte, ali i izvode grupna istraživanja vezana uz važne teme današnjice. A physics experiment should be part of every physics lesson. The question arises as to which tests to choose, what equipment is needed and how much time the teacher needs to prepare. Microcomputers like the micro:bit enable relatively fast construction of experiments using its internal or external sensors. In this thesis, guidelines are given for performing several experiments related to the topic of waves in physics. The same can bed one in many other areas of physics. In doing so, several subject are connecter interdisciplinary, for example, physics with computer science and mathematics. In doing so, the basic of programming and sensor management, dana transmission and processing are learned. In addition, the idea is to make physics more interesting to students, to encourage them to independently research through projects, but also to carry out group research related to important topics of today.

Postoje brojne mogućnosti upotrebe mikroračunala u nastavi fizike čime se uvode novi elementi u izvedbu fizikalnih pokusa te se povezuju STEM područja. U radu demonstriramo upotrebu micro:bit uređaja u konstrukciji vremenskih vrata koja se mogu implementirati u nizu fizikalnih pokusa. Prikazano je nekoliko izvedbi vremenskih vrata koja su primjerena za uključivanje u nastavu fizike u osnovnoj i srednjoj školi te za samostalni rad i interaktivno upoznavanje sa fizikalnim konceptima kao što su: vrijeme, put, brzina, ubrzanje, frekvencija i sila. Analizom dobivenih rezultata ukazujemo na prednosti i nedostatke pojedinih izvedba i dajemo sugestije za uključivanje u nastavu fizike. There are numerous possibilities of using microcomputers in physics teaching, which introduces new elements in the performance of physical experiments and connects STEM fields. In this thesis, we demonstrate the use of micro:bit device in the construction of time gates that can be implemented in a series of physical experiments. Several designs of time gates are shown, which are suitable for inclusion in physics classes in primary and secondary schools and for independent work and interactive learning of physical concepts such as: time, path, speed, acceleration, frequency, and force. By analyzing the obtained results, we indicate the advantages and disadvantages of individual time gate performances and we give suggestions for inclusion in physics classes.

U modernim laboratorijima u atomskoj fizici, podatci se kontinuirano prikupljaju i bilježe. Zbog utjecaja koji temperatura i drugi atmosferski uvjeti imaju na vrlo osjetljive eksperimente, na primjer, optičke atomske satove [1], nužno je mjeriti i bilježiti ove parametre kako bi se postigla rekordna točnost mjerenja vremena koji ovakvi satovi omogućuju. U ovom radu je opisana izrada sustava za automatizirano, kontinuirano mjerenje, bilježenje i interaktivno prikazivanje parametara u Laboratoriju za hladne atome na Institutu za fiziku. Mjerenja su bazirana na Labjack i Pico uređajima. Ostvareno je kontinuirano mjerenje i bilježenje temperature na više točaka u laboratoriju. Most između mjerenja na uređajima i spremanja podataka u bazu baziran je na programskom jeziku Python. Podaci će se spremati u InfluxDB bazu podataka, te se mogu prikazivati interaktivno i u stvarnom vremenu. Ovaj postav služit će za daljnju nadogradnju i priključivanje novih mjernih instrumenata čiji će se podaci moći obrađivati, spremati i nadograđivati kako bude potrebno za vrijeme trajanja eksperimenta. In modern laboratories in atomic physics, data is continuously collected and logged. Due to the influence that temperature and other atmospheric conditions have on very sensitive experiments, for example, on optical atomic clocks, it is necessary to measure and log these parameters in order to achieve the record accuracy of time measurements that such clocks allow. This thesis describes the development of a system for automated, continuous measurement, logging and interactive display of parameters in the Laboratory for Cold Atoms at the Institute of Physics. Measurements are based on Labjack and Pico devices. Continuous measurement and logging of temperature at several points in the laboratory was achieved. The bridge between measuring on devices and saving data to a database is based on the Python programming language. The data will be stored in a InfluxDB database and can be displayed interactively and in real time. This setup will be used for further upgrading and connection of new measuring instruments whose data will be able to be processed, logged and upgraded as needed during the experiment.