물리학 데이터 워크숍에서 교사들이 다시 학생이 되었습니다

2023년 8월 30일 | 줄리안 호지스

편집자 주: Fermilab은 광범위한 STEM 교육 프로그램을 제공합니다. 이 기사는 연구실에서 이용할 수 있는 몇 가지 기회를 강조하는 여러 부분으로 구성된 시리즈의 첫 번째 기사입니다.

미국 에너지부 산하 페르미 국립 가속기 연구소(Fermi National Accelerator Laboratory)에서 일주일간 진행된 워크숍의 전반부 동안 선별된 고등학교 교사 그룹은 "학생 모자"를 쓰고 실제 시나리오를 사용하여 학생들을 입자 물리학에 노출시키는 방법을 배웠습니다.

그들은 QuarkNet 데이터 캠프에서 그렇게 했습니다. QuarkNet은 미국 국립과학재단(National Science Foundation)의 자금 지원을 받고 노트르담 대학교(University of Notre Dame)가 주관하는 전국적으로 호평받는 과학 교육 프로그램입니다. QuarkNet 프로그램이 시작된 이래 주요 기여자인 Fermilab은 7월에 프로그램의 연례 데이터 캠프를 주최했습니다.

캠프는 일주일 동안 진행되며 전국 각지에서 약 24명의 고등학교 교사, 주로 물리학 교사를 모집합니다. QuarkNet에서 가르치고 배우는 다른 고등학교 교사들이 데이터 캠프를 운영하고 참가자들을 지도합니다. 주요 활동 외에도 워크숍에 참여하는 교사들은 페르미연구소를 보고 과학자들로부터 배울 수 있습니다.

워크샵의 처음 며칠 동안 교사들은 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)의 소형 Muon 솔레노이드 탐지기에서 얻은 실제 입자 충돌 데이터를 분석하기 위해 그룹으로 함께 작업했습니다. 교사는 입자 질량을 파악하고 특정 종류의 입자 충돌 이벤트를 찾기 위해 데이터(사용하기 쉽도록 약간 정리)를 사용해야 합니다. 충돌로 생성된 입자는 다른 입자로 붕괴되고, 붕괴 후 입자를 찾아 교사는 어떤 종류의 사건을 보고 있는지 추론할 수 있습니다.

미네소타 출신의 고등학교 물리학 교사이자 QuarkNet의 교육 및 학습 펠로우로 10년 이상 프로그램 진행에 도움을 준 Jodi Hansen은 "그들은 이번 주의 첫 번째 부분에는 학생이었습니다."라고 말했습니다. “우리는 그들을 밀었습니다. 때로는 불편하기도 했고, 때로는 힘든 일을 하기도 했습니다. 그들 중 많은 사람들이 이전에 이와 같은 물리학을 해본 적이 없었고 이것이 LHC에서 일하는 물리학자들이 항상 하는 일입니다.”

QuarkNet 데이터 캠프에 참여하는 교사 그룹은 지난 며칠 동안 데이터 세트에서 배운 내용을 발표합니다. 사진: 스펜서 파세로(Spencer Pasero), 페르미연구소

Fermilab의 교육 및 공공 참여 사무국 직원인 Spencer Pasero는 교사들에게 물리학자들이 사용한 실제 데이터세트를 제공하는 것이 보다 확실한 경험을 제공하며 실제 데이터가 지저분하고 모호할 수 있다는 점을 가르쳐준다고 말했습니다. 교사의 과제 중 하나는 실제 데이터를 흐리게 만드는 배경 소음에서 신호 또는 유용한 정보를 찾아내는 것입니다.

“'이것이 실제로 나에게 무엇을 말해주는가?'를 탐구하고 알아내야 합니다.”라고 그는 말했습니다. “내가 추측하는 것 중 정확하지 않은 것이 있습니까? 신호와 배경을 어떻게 구분하나요? 많은 고등학교 연구실에서는 배경이 없고 ​​모든 것이 신호이기 때문에 이러한 것들을 구분할 수 있는 것이 유용합니다.”

데이터 캠프를 진행하는 데 도움을 주는 볼티모어 물리학 교사이자 QuarkNet의 교육 및 학습 펠로우인 Jeremy Smith는 교사를 학생의 입장에 두고 문제 해결을 요청하는 것이 어려울 수 있다고 말했습니다. 그러나 그와 Pasero는 둘 다 그 과정이 보람 있고 교사들이 배운 것을 학생들과 공유하고 싶어 한다고 말했습니다.

Pasero는 "학생의 관점에서 새로운 주제, 새로운 콘텐츠, 새로운 사고 및 작업 방식을 경험하는 것이 정말 도움이 될 수 있습니다."라고 말했습니다. "이제 제가 이것을 경험했고 이 데이터를 이해하기 위해 무엇을 배워야 하는지 알았으니 학생들에게 어떻게 제공할 것인가?라는 사고방식을 갖는 데 도움이 됩니다."

신시내티 출신의 교사이자 올해 데이터 캠프 참가자인 Emily Rosen은 18년 동안 강의해 왔으며 경력 초기부터 QuarkNet에 참여해 왔습니다.