1. Zastosowanie metody modelowania 3D do wspomagania nauczania elementów fizyki i astronomii w szkole średniej, dr Grzegorz Osiński, Przygotowano materiały, które zostaną wykorzystane w skrypcie dla nauczycieli, służącym do wspomagania nauczania trudnych pojęć z zakresu fizyki i astronomii na poziomie szkoły średniej. Metody modelowania 3D zostały użyte do stworzenia filmu „Podróż do gwiazd” oraz demonstracji zjawisk fizyki mikroświata. Poza tym  opisano i poparto praktycznymi przykładami wykorzystanie programów symulujących zjawiska fizyczne, takich jak Modellus oraz Fale. Zagadnienia z zakresu zjawisk cieplnych i termodynamiki zostały obszernie zilustrowane zarówno elementami modelowania 3D jak i apletami Java oraz plikami filmowymi prezentującymi przebieg doświadczeń, które mogą być użyte podczas lekcji w szkole. Materiały zawierają również liczne przykłady wykorzystywania zasobów sieciowych jako obudowy multimedialnej nauczania takich działów, jak: optyka, fizyka mikroświata, termodynamika oraz astronomia.
   
2. Metodyczna koncepcja wykorzystania eksperymentów wspomaganych komputerowo w ramach projektu "Mini-laboratoria  w szkołach", mgr Andrzej Karbowski, Pracownia Dydaktyki Fizyki UMK w Toruniu biorąc udział w ogólnopolskim projekcie „Mini-laboratoria w szkołach wspomagane komputerowo do nauczania przedmiotów przyrodniczych” była organizatorem wielu seminariów (cyklu szkoleń) dla nauczycieli województwa Kujawsko-Pomorskiego. Podczas seminariów prezentowane były wyniki prac zarówno pracowników naszej Pracowni, jak również ciekawe projekty nauczycieli, które następnie brały udział w ogólnopolskim konkursie pt. „Komputerowo wspomagany eksperyment szkolny w przedmiotach przyrodniczych”.
   W ramach realizacji tematu przygotowano i opracowano nowe eksperymenty z wykorzystaniem komputerowego zestawu pomiarowego Coachlab II do badania m. in. ruchu różnego typu  wahadeł, w tym wahadła Foucaulta znajdującego się w Instytucie Fizyki UMK. Wyniki prac przedstawiono na dwóch konferencjach i opublikowano w materiałach konferencyjnych.
   
   
3. Przygotowanie opracowania monograficznego nt: Społeczno-przyrodnicze konteksty współczesnej edukacji przyrodniczej" do wydawnictwa MENiS  pt: "Nauczanie przyrody" oraz redakcja Czasopisma "Nauczanie Przedmiotów Przyrodniczych", dr  Józefina Turło, Napisano rozdział do monografii pt.: “Vademecum nauczyciela przyrody”, który zawiera następujące treści:
   
   • Możliwe modele edukacji przyrodniczej - wybrane inicjatywy w Europie i w Polsce
   • Modele edukacji przyrodniczej: zintegrowany, modułowy, blokowy, przedmiotowy, przedmiotowy-skoordynowany
   • Praktyka integracji nauczania przedmiotów przyrodniczych na przykładzie realizacji projektu PING (IPN, Niemcy)
   • Uzgodniony program nauczania przedmiotów przyrodniczych w Wielkiej Brytanii, przykłady przyrodniczych projektów SATIS (Science and Technology in Society)
   • Interdyscyplinarne projekty przyrodnicze w Europie i w Polsce (wybrane przykłady:  np. projekt Science Across Europe, Science Learning Network, Schoolnet i inne).
   Ponadto, w roku 2004, pod red. J. Turło,  ukazały się 3 numery czasopisma „Nauczanie Przedmiotów Przyrodniczych”.
   

1. Interdyscyplinarne projekty w nauczaniu fizyki, dr J. Turło, Wykorzystując doświadczenie z pracy nad tworzeniem międzynarodowych interdyscyplinarnych projektów edukacyjnych dla nauczycieli przedmiotów przyrodniczych i ich uczniów  (projekty Science Across the World) oraz mając na uwadze potrzebę pobudzania motywacji i aktywności uczniów, opracowano cele, warunki i kryteria oceny projektów oraz przeprowadzono dwa ogólnopolskie konkursy na projekty edukacyjne pt.: "Promieniotwórczy Świat - w setną rocznicę otrzymania Nagrody Nobla przez Marię Skłodowską-Curie" oraz "Edukacja dla zrównoważonego rozwoju w środowisku lokalnym". Drugi z konkursów przeprowadzony był pod patronatem Ministerstwa Edukacji Narodowej i Sportu. Projekty charakteryzowały się bardzo wysokim poziomem merytorycznym, metodycznym oraz oryginalnością pomysłów, realizacji i prezentacji. Wyniki obydwu konkursów zostały ogłoszone na IV Ogólnopolskim Forum Nauczycieli Przedmiotów Przyrodniczych w Toruniu. Najlepsze prace zostały opublikowane w specjalnych wydawnictwach i spopularyzowane na konferencjach metodycznych oraz w czasopismach dla nauczycieli.
2. Wykorzystanie metody interaktywnego wideo w nauczaniu fizyki, mgr A. Karbowski, Wykorzystując metodę interaktywnego wideo przy użyciu programu Coach 5 opracowano przykłady zjawisk fizycznych, których rozumienie sprawia trudności uczniom na poziomie szkoły średniej. W celu realizacji projektu przygotowano scenariusze wykonywanych doświadczeń, nagrano filmy edukacyjne oraz opracowano dane pomiarowe. Dokładną analizę przeprowadzono np. dla przypadku ruchu kulki w rynience z tzw. "pętlą śmierci" oraz ruchu kulki poruszającej się na wirującej tarczy. Materiały wytworzone w Pracowni Dydaktyki Fizyki IF UMK zostały opublikowane i przedstawione na konferencji „Informatyka w Szkole” oraz udostępnione nauczycielom i uczniom przez Internet.
3. Nauczanie o promieniotwórczości z wykorzystaniem Internetu, dr K. Szumińska, Wykorzystując nadesłane przez nauczycieli przedmiotów przyrodniczych materiały na ogólnopolski konkurs na projekt edukacyjny dla nauczycieli i ich uczniów pt. Promieniotwórczy Świat stworzono multimedialną bibliotekę zasobów edukacyjnych poświęconą zjawisku promieniotwórczości. Zawiera ona m.in. opracowania pisemne (relacje z: badań uczniowskich, seminariów popularnonaukowych uczniów - referatowych i z sesjami plakatowymi, dyskusji panelowych, udziału w wykładach naukowych, inscenizacji, quizów), uczniowskie prezentacje multimedialne (zarówno prezentacje PowerPoint, jak i strony WWW), ilustrowane referaty, plakaty, foldery, prace literackie, ankiety, animacje zjawisk fizycznych związanych z promieniotwórczością oraz scenariusze lekcyjne do wykorzystania na lekcjach różnych przedmiotów. Stworzono stronę WWW, na której zamieszczono wyniki Konkursu oraz wyselekcjonowane materiały, wspomagające nauczanie i uczenie się o zjawisku promieniotwórczości i jego społecznych aspektach.
4. Opracowanie kompletu programów modelujących zjawiska fizyczne na poziomie szkoły średniej, dr G. Osiński, Praca nad projektem koncentrowała się na opracowaniu obudowy dydaktycznej, w postaci symulacji komputerowych oraz modelowania 3D, dwóch działów nauczania - termodynamiki i astronomii. Zastosowanie modelowania 3D wykorzystano przy tworzeniu filmu dydaktycznego „Podróż do gwiazd”. W trakcie prezentacji uczeń odbywa wirtualną podróż z Ziemi do krańców naszej Galaktyki, oprócz naturalnych obiektów, takich jak planety czy gwiazdy poznaje on także obiekty zbudowane przez człowieka – międzynarodową stację kosmiczną ISS oraz teleskop Hubble'a. Symulacje 3D ilustrują również dział termodynamiki: kinetyczno-molekularną budowę materii oraz trójwymiarowy ruch cząsteczek gazu. Symulacje oparte o język Java zostały wykorzystane do zilustrowania procesów zmian stanów skupiania oraz Cyklu Carnota. W ramach projektu wykonano również serię filmów przedstawiających doświadczenia ilustrujące procesy cieplne. Filmy w cyfrowym formacie AVI zostaną w późniejszym czasie udostępnione w sieci, jak i na CD-ROMie. Sieciowe zasoby edukacyjne wykorzystano do opracowania symulacji, m.in. takich zjawisk jak: zjawiska interferencji i dyfrakcji zarówno światła jak i elektronów, efektu fotoelektrycznego, budowy lasera oraz budowy atomu wodoru. Część przygotowanych materiałów - modelowanie gazu 3D, wykorzystano w międzynarodowym projekcie nauczania na odległość ForEva, tworzonym na Uniwersytecie w Marsylii.
5. Badanie hamiltonianu s-d i jego ogólniejszych wersji (PAM) w ramach współczesnych metod statystycznej teorii ciała stałego, dr M. Wiśniewski,Realizacja tematu została zaniechana ze względu na ewolucję zainteresowań w kierunku dydaktyki fizyki.

 

1. Opracowanie przykładów wykorzystania metody interaktywnego wideo w nauczaniu fizyki, mgr A. Karbowski, Stosując metodę interaktywnego wideo w nauczaniu fizyki przygotowano i zarejestrowano doświadczenia dotyczące np. rzutów, ruchów Browna, ruchu po okręgu i innych rodzajów ruchu. Wyniki doświadczeń zostały odpowiednio opracowane i w przypadku ruchów Browna porównane z symulacją komputerową. Otrzymano dobrą zgodność wyników doświadczalnych i teoretycznych. Przykłady wykorzystania metody interaktywnego wideo w nauczani fizyki oraz wyniki przeprowadzonych doświadczeń zostały opublikowane i rozpowszechnione przy pomocy Internetu w celu ich wykorzystania przez nauczycieli i uczniów.
2. Opracowanie koncepcji metodycznej wykorzystania eksperymentów historycznych w nauczaniu fizyki, dr J.Turło, Kontynuując współpracę  z  Zespołem Badawczym Dydaktyki Szkoły Wyższej i Historii Fizyki Uniwersytetu w Oldenburgu zapoczątkowaną w programie  TEMPUS JEP-122-67  nad wykorzystaniem eksperymentów historycznych w dydaktyce fizyki, opracowano i wydano pozycję książkową pt: Eksperymenty historyczne w nauczaniu fizyki. Materiały naukowe i kulturalno-historyczne".  Pozycja ta składa się z następujących części: Wprowadzenie (J.Turło), Powstanie nowoczesnego obrazu wszechświata" (A. Makus), Eksperymenty elektryczne XVIII w. i Fizyka eksperymentalna w Paryżu w czasie Rewolucji Francuskiej (P. Heering), Romantyczne postrzeganie natury (B. Wiedelah) i Mierzenie i opanowanie przyrody (F. Riess). Materiały te wykorzystywali studenci II roku Magisterskich Studiów Nauczycielskich podczas międzynarodowych warsztatów "History of Science" w dniach 6 - 12 X 2002 na Uniwersytecie w Oldenburgu  oraz będą wykorzystywać zarówno nauczyciele, jak i studenci w trakcie wykonywania zadań doświadczalnych z użyciem eksperymentów historycznych w Pracowni Metodyki Eksperymentu Fizycznego. Będą to m.in. takie zadania, jak: Jak prawo spadku swobodnego badał Galileusz, Jak Rumford mierzył „ciepło”, Jak eksperymentowano z elektrycznością w salonach XVIII w., Jak działała  bateria woltaiczna i elektroskop kondensatorowy Volty , Jak barwy oglądał Goethe.
3. Modelowanie zjawisk przyrodniczych przy pomocy programu MODELLUS, dr G. Osiński, Wykorzystując pakiet do modelowania Modellus 2.01 do tworzenia interaktywnych symulacji zjawisk przyrodniczych opracowano symulację kilkunastu zjawisk z zakresu dynamiki, astronomii i elektryczności, które mogą służyć  jako pomoc dydaktyczna w nauczaniu fizyki, zarówno na poziomie gimnazjum jak i liceum. Opracowano również materiały pomocnicze dla nauczycieli wykorzystujących program Modellus do pracy z uczniami. Kontynuowane są prace nad modelowaniem procesów termodynamicznych i zjawisk cieplnych.
4. Opracowanie doświadczeń i materiałów dotyczących wykorzystania kalkulatorów graficznych w nauczaniu fizyki (kontynuacja), mgr J. Rybicki, Uaktualniono bazę danych (zawierającą adresy internetowe stron polskich i zagranicznych) nt. opisu kalkulatorów graficznych TI-83 i TI-83 plus oraz przeznaczonych do współpracy z nimi interfejsów CBL i CBR, Opracowano przykładowe scenariusze lekcji fizyki w gimnazjum z wykorzystaniem kalkulatora graficznego do zbierania i prezentacji danych nt.: badanie ruchu drgającego na przykładzie wahadła, badanie rozładowania kondensatora, badanie ruchu prostoliniowego na równi pochyłej oraz podjęto współpracę z nauczycielami gimnazjum nad zastosowaniem kalkulatorów graficznych do nauczania fizyki w szkole.

1. Nowe urządzenia, oprogramowanie i propozycje dydaktyczne dotyczące zastosowań technologii  informacyjnej i komunikacyjnej w edukacji przyrodniczej (kontynuacja), dr J.Turło, 1. Opracowano nową wersję oprogramowania Doppler dla systemu Windows 95/98/2000, służącą do sterowania toruńskim ultradźwiękowym detektorem ruchu i kartą dźwiękową typu Sound Blaster. Przeprowadzono pomiary dla akustycznego efektu Dopplera, a wyniki przedstawiono na seminarium doktoranckim na Wydziale Fizyki UAM w Poznaniu, a następnie na międzynarodowej konferencji GIREP'2002 w Lund (Szwecja) i opublikowano w materiałach konferencyjnych. Opracowano  także koncepcję doświadczenia i modernizację ultradźwiękowego detektora ruchu w celu możliwości pomiaru parametrów ruchu poruszających się obiektów w przestrzeni trójwymiarowej (z detektorem 4-kanałowym). Obecnie trwają pracę nad oprogramowaniem nowej wersji detektora ruchu i kontynuacją doświadczeń. 2. Wykonano prototypową  konstrukcję nowego, półprzewodnikowego detektora promieniowania jonizującego dla celów edukacyjnych, do którego przygotowywana jest nowa wersja oprogramowania w środowisku WINDOWS. 3. Przygotowano i opracowano koncepcję metodyczną realizacji wprowadzonego do podstawy programowej na poziomie szkoły średniej zagadnienia "Chaos w przyrodzie".   Zaproponowano analizę  modeli układów chaotycznych dla zjawisk występujących w przyrodzie metodą symulacji komputerowej oraz doświadczenia wzrostu fraktali w wyniku elektrosedymentacji miedzi.
2. Badanie zjawiska chaotycznego rozpraszania światła lasera He-Ne w układach typu "stadion" (kontynuacja), mgr J. Rybicki,  Ze względu na zmianę miejsca pracy kierownika ww. tematu został on zaniechany.
3. Badanie metodami spektroskopii optycznej przekrojów czynnych dla cząsteczek: O2, N2, CO, CO2 i SO2, dr G. Osiński, Prace nad tym tematem prowadzone były w międzynarodowym zespole prof. Joe Ajello. Były one częścią większego projektu pt: “High-Resolution Cross Section Measurements of biological active molecules by Electron Impact with Application to UV observations of the Outer Planets“, prowadzonego w tym laboratorium pod kierownictwem prof. Joe Ajello. Częściowe wyniki pracy doświadczalnej jak i przeprowadzonych przez dr G. Osińskiego obliczeń numerycznych i symulacji komputerowych zostały umieszczone w pracy wysłanej do druku: P. Vatti Palle, J. Ajello  and G. Osinski „The High Resolution spectrum of Electron-Excited SO2 „ J. Geophys. Research – Space Physics. 

1. Badania koncentracji radonu w środowisku z wykorzystaniem dozymetru półprzewodnikowego  SARAD, dr J. Turło, Wyniki ostatnich badań sugerują możliwość istnienia wzrostu koncentracji znajdującego się w powietrzu radonu i jego pochodnych w pobliżu pól elektrycznych i elektromagnetycznych. Celem zaplanowanej przez nas pracy było zbadanie i wyjaśnienie tego zjawiska. We wstępnych badaniach wykorzystywano metodę pasywną (analizy śladów cząstek alfa na płytkach TASTRAK) oraz aktywnej dozymetrii półprzewodnikowej (przy użyciu dozymetru SARAD RM-2002). Badania potwierdziły wpływ pola elektrycznego i elektromagnetycznego, w szczególności na koncentrację pochodnych radonu, który zależy od takich czynników, jak: rozkład linii sił pola, odległość od źródła, kształt źródła, wartość i znak potencjału,  rodzaj izolacji oraz wilgotność powietrza. Częste awarie sprzętu, a w szczególności dozymetru SARAD RM-2002 sprawiły, że badania na ten temat nie są jeszcze zakończone i będą kontynuowane w bieżącym roku. Wstępne wyniki zostały przedstawione i umieszczone w materiałach konferencyjnych XII Zjazdu Polskiego Towarzystwa Badań Radiacyjnych, który odbył się w Krakowie, we wrześniu 2001r.
2. Modelowanie zjawisk fizycznych (pokazanie korelacji matematyki i fizyki) dla celów Edukacyjnych, mgr A. Karbowski, Opracowano koncepcję wykorzystania programu Modellus do modelowania i symulacji takich zagadnień fizycznych, dla których przeprowadzenie doświadczenia w klasie jest trudne lub wręcz niemożliwe. Do takich sytuacji należą np. tematy związane z ruchem planet, budową układu słonecznego, zjawiskami astronomicznymi, ruchem satelitów i statków kosmicznych zarówno na orbicie Ziemi jak i innych planet. Wyniki pracy na ten temat zostały opublikowane.
3. Opracowanie koncepcji metodycznej wykorzystania eksperymentów historycznych w kształceniu nauczycieli (wydanie opracowania na ten temat), dr J. Turło, Przygotowano wystawy i przeprowadzono pokazy eksperymentów historycznych z fizyki podczas 1-go Toruńskiego Festiwalu Nauki i Sztuki, 16-19 luty 2001 (Jak eksperymentowano dawniej), Drzwi Otwartych Zakładu Energetyki w Toruniu, 27 maj 2001 r. (Jak dawniej eksperymentowano z elektrycznością) oraz XXXVI Zjazdu Fizyków Polskich, 17-20 wrzesień 2001 (Jak eksperymentowano dawniej). Uczestnicy ww. imprez otrzymywali ulotki informacyjne opisujące przyrządy i doświadczenia oraz związane z nimi tło historyczne. Przygotowano do druku artykuł "Przykłady wykorzystania eksperymentów historycznych w nauczaniu fizyki" zawierający opisy eksperymentów historycznych z fizyki wraz z propozycjami wykorzystania ich w nauczaniu fizyki:Dwie ulotki informacyjne (Ogniwo Volty, duży stos ogniw oraz Pryzmat wodny Goethego) zostały opublikowane przez WSiP na stronie internetowej Fizyki w Szkole w grudniu 2001r. http://www.wsip.com.pl/serwisy/czasfiz/index.htm jako zapowiedź wydania artykułu. Ponadto przygotowuje się artykuł do druku nt: "Jak dawniej eksperymentowano z elektrycznością".
4. Opracowanie doświadczeń i materiałów dotyczących wykorzystania kalkulatorów graficznych w nauczaniu fizyki, mgr J. Rybicki, Utworzono bazę danych (zawierającą adresy internetowe stron polskich i zagranicznych) nt. opisu kalkulatorów graficznych TI-83 i TI-83 plus oraz przeznaczonych do współpracy z nimi interfejsów CBL i CBR.  Baza ta posłużyła do skompletowania dokumentacji technicznej kalkulatorów graficznych oraz opracowań metodycznych nt. ich zastosowań do nauczania fizyki. Zasoby te przeznaczone zostały do szkolenia studentów i nauczycieli w obsłudze kalkulatorów i interfejsów oraz jako materiały źródłowe do opracowywania własnych instrukcji doświadczeń i scenariuszy. Przygotowano (we współpracy ze studentem odbywającym praktykę pedagogiczną) trzy scenariusze lekcji fizyki w gimnazjum z wykorzystaniem kalkulatora graficznego do zbierania i prezentacji danych nt: badanie ruchu drgającego na przykładzie wahadła, badanie rozładowania kondensatora, badanie ruchu prostoliniowego na równi pochyłej oraz podjęto współpracę z nauczycielami gimnazjum nad zastosowaniem kalkulatorów graficznych do nauczania fizyki.

1. Nowe urządzenia, oprogramowanie i propozycje dydaktyczne dotyczące zastosowań technologii  informacyjno- komunikacyjnej w edukacji przyrodniczej (kontynuacja), dr J. Turło, 1. Zaadaptowano dla celów edukacyjnych skonstruowany i oprogramowany u nas oryginalny komputerowy rejestrator infradźwięków tzw. Infralogger EPL, wykorzystujący czujnik ciśnienia akustycznego. Jest to urządzenie wykorzystujące mikrokontroler AduC812 firmy Analog Devices. Rejestrator ten został wykorzystany do badania fal infradźwiękowych dla celów edukacyjnych. Przygotowano odpowiednią instrukcję ćwiczeniową dla studentów i nauczycieli, a wyniki doświadczeń zostały opublikowane. 2. Opracowano koncepcję wykorzystania komputerowo wspomaganego ultradźwiękowego detektora położenia do badania parametrów ruchu w przestrzeni 3-wymiarowej. Rozwiązanie to wymagało nowej konstrukcji nadajnika i detektora oraz przygotowania nowej wersji oprogramowania dla środowiska Windows. Ze względu na złożoność problemu temat będzie kontynuowany w br. 3. Zaprojektowano, wykonano i przygotowano dokumentacje nowych, komputerowo wspomaganych doświadczeń przyrodniczych dotyczących zjawisk termodynamicznych 4. Ponadto, rozwiązania uzyskane dzięki Badaniom Statutowym w 2001 roku w temacie: "Nowe urządzenia, oprogramowanie i propozycje dydaktyczne dotyczące zastosowań technologii  informacyjno-komunikacyjnej w edukacji przyrodniczej" zostały wykorzystane w nowym  w Polsce Studium Podyplomowym "Technologia informacyjna w nauczaniu przedmiotów przyrodniczych" i przygotowane do druku w postaci skryptu.
2. Badanie zjawiska chaotycznego rozpraszania światła lasera He-Ne w układach typu "stadion", mgr J. Rybicki, Skoncentrowano się na poprawianiu parametrów układu eksperymentalnego złożonego ze źródła (szkolny laser gazowy He-Ne), dużego rozpraszacza (średnica ~66 cm) i detektora światła rozproszonego (używano będącą na wyposażeniu komputera internetową kamerę CCD). W celu właściwego ukształtowania wiązki światła wykonano kolimator (jako układ soczewek cylindrycznych) dający dość wąską linię o szerokość ~2 mm w odległości 4m. Laser gazowy, po awarii, zastąpiono szkolnym laserem półprzewodnikowym, emitującym światło czerwone o długości ~670 nm. Przeprowadzono szereg eksperymentów, w których przebadano przydatność zastosowania w rozpraszaczu dostępnych w handlu materiałów odbijających, takich jak: taśmy aluminiowe gładkie, folie aluminiowe samoprzylepne oraz warstwy aluminium nałożone na powierzchnie z tworzyw sztucznych (metakrylan metylu). Okazało się że nadal zachodzą zbyt duże straty wiązki już w kilku pierwszych odbiciach. Powierzchnia taśmy aluminiowej jest niewystarczająco gładka, natomiast folie i warstwy aluminiowe są wprawdzie wystarczająco wypolerowane, jednak są za cienkie i przeświecają. W tej sytuacji obrazy otrzymane na wyjściu rozpraszacza nie pozwalają na ich interpretację. Wobec tego podjęto próby polerowania taśmy oraz przygotowano projekt wykonania rozpraszacza z kształtownika aluminiowego, którego powierzchnia odbijająca zostanie wypolerowana mechanicznie i chemicznie. Prace nad programem komputerowym modelującym rozpraszanie chaotyczne były kontynuowane.