Bien que le passage soudain à l’apprentissage à distance et hybride ait été considéré comme un énorme défi pendant la pandémie de COVID-19, l’intérêt académique et commercial pour le développement de cours de laboratoire en ligne créatifs a depuis explosé.
Dans le Journal américain de physiquedes chercheurs du Pomona College en Californie ont développé un cours de laboratoire de physique de premier cycle en ligne utilisant de petits insectes robotiques appelés Hexbug Nanos (TM) pour engager les étudiants dans la recherche scientifique depuis leur domicile.
Les Hexbug Nanos ressemblent à des coléoptères aux couleurs vives avec 12 pattes flexibles qui se déplacent rapidement de manière semi-aléatoire. Cela fait des collections de Hexbugs des modèles idéaux pour explorer le comportement des particules qui peut être difficile à visualiser pour les étudiants. Pour le cours de laboratoire, les étudiants ont utilisé les Hexbugs qui leur ont été envoyés par la poste, ainsi qu’un smartphone et des articles ménagers courants.
« Nous avons constaté que le recours, inspiré par la pandémie, à des expériences simples et faites maison, tout en minimisant l’utilisation d’équipements sophistiqués, permettait aux étudiants d’atteindre plus efficacement les objectifs d’apprentissage en laboratoire tels que la conception, la mise en œuvre et le dépannage d’un appareil expérimental », co -a déclaré l’auteur Janice Hudgings.
Les élèves ont d’abord effectué une courte expérience pour étudier la loi des gaz parfaits, qui décrit comment la pression, le volume et la température d’un gaz sont liés. Ils ont utilisé une boîte en carton rectangulaire divisée par une paroi mobile, faite de carton et de brochettes de bambou, qui glissaient sur la longueur de la boîte.
Un nombre variable de Hexbugs ont été placés de chaque côté du mur mobile pour modéliser deux gaz de pressions différentes. Les étudiants ont utilisé leurs smartphones pour enregistrer les « molécules de gaz » entrant en collision avec le mur en mouvement. Un logiciel de suivi vidéo a été utilisé pour obtenir la position du mur en fonction du temps pendant qu’il se déplaçait jusqu’à ce que la pression dans les deux chambres s’égalise.
Les étudiants ont ensuite proposé des projets de recherche d’un semestre de leur choix, concevant des expériences à l’aide de Hexbugs pour étudier des concepts de mécanique statistique et de conduction électrique. Un projet s’est concentré sur le modèle de Drude, qui utilise la physique classique pour décrire le mouvement des électrons dans un métal.
La configuration à domicile comprenait une longue boîte en carton rectangulaire, avec des anneaux en carton de 2 pouces à des emplacements fixes utilisés pour modéliser les défauts du métal. La gravité est appliquée en soulevant une extrémité de la boîte par rapport à l’autre extrémité. Les « électrons » Hexbug sont libérés près du haut de la boîte, se dispersant au hasard à partir des défauts alors qu’ils sont progressivement « conduits » vers le bas de la boîte en raison du champ gravitationnel.
« L’expérience Hexbug fournit un modèle clairement visible et à grande échelle du transport des porteurs dans un fil qui est cohérent avec le modèle Drude », a déclaré Hudgings.
Des expériences Hexbug similaires pourraient également être utiles en tant que démonstrations de laboratoire ou de conférence en ligne ou en personne en mécanique statistique, chimie physique, biophysique ou électromagnétisme d’introduction.
Genevieve DiBari et al, Utilisation des Hexbugs (TM) pour modéliser la pression de gaz et la conduction électrique : un laboratoire à distance inspiré de la pandémie, Journal américain de physique (2022). DOI : 10.1119/5.0087142