Datamaskinen og det store mangfoldet av numeriske metoder for matematiske beregninger har utviklet seg i stormskritt for å møte dagens forskningskrav.

Temaer knyttet til beregninger og simuleringer med datamaskin har derfor blitt en sentral del av hverdagen til studenter ved matematiske og naturvitenskapelige fag, UiO.

Gjennom prosjektet Computers in Science Education (CSE) koordineres metodefag med hensyn til numeriske beregninger.

– Studentene lærer å beherske og forstå denne type verktøy helt fra første semester på bachelornivå. De tilegner seg dermed en kompetanse som det vil være vanlig å oppnå først på master- og doktorgradsnivå andre steder, forteller fysiker Simen Sørby.

Naturalistiske oppgaver

Beregninger på datamaskiner er nå like viktig som teori og forsøk i undervisningen, og problemstillingene blir dermed mer virkelighetsnære.

Blant annet lager studentene modeller av elastiske pendelbevegelser, planet- og asteroidebaner og en sprinters 100-meterløp med luftmotstand og fysiologiske begrensninger som alle simuleres på datamaskin.

Sørby har skrevet masteroppgave om hvordan studentene ved studieprogrammet Fysikk, Astronomi og Meteorolgi (FAM) opplever å få beregninger på pensum allerede fra dag èn i studieløpet.

– I stedet for å måtte begrense seg dersom oppgavene er for kompliserte, endrer heller studentene variabler og eksperimenterer. Det viser seg at det er akkurat dette de setter størst pris på, nemlig å utfordre nysgjerrigheten, sier Sørby.

Han tilføyer at studentene føler de gjør noe eget når de skriver programmer for å utføre beregninger, og at mestringsfølelsen og skapergleden derfor er stor.

Dataferdigheter

Siden oppgavene i stor grad avhenger av kunnskaper innen programmering, møter studentene utfordringer når det kommer til å tilegne seg nok ferdigheter for bruk av datamaskin på dette nivået.

– De som har gode IT-kunnskaper fra før tar tilsynelatende programmeringen nokså lett, mens andre kan få en mer vanskelig start. Dette kan skape visse skiller i studentenes første semester.

– Likevel synes studentene at mekanikkfagets beregningsorienterte oppgaver er klart morsommere å arbeide med enn de tradisjonelle oppgavene, forteller Sørby.

Godt rustet til arbeidslivet

Undervisningen i introduksjonsemnene i realfag har ofte mange likhetstrekk med læringsopplegget for 50 år siden. Blyant, papir, regnestav og kalkulator blir brukt for å løse relativt enkle problemstillinger.

Ved å innføre beregninger på datamaskin i undervisningen, kan studentene utføre oppgaver som før var umulig med blokk og blyant, og fysikkfaget kommer nærmere vitenskapsgrenens natur og fremdrift.

– I stedet for å løse en bestemt oppgave kan studentene stille spørsmål og prøve å finne svar. De får innblikk i forskernes hverdag, noe som kan skape ekstra motivasjon, hevder Sørby.

Han forteller at temaer knyttet til beregninger med datamaskin nå skal oppfattes som en del av fysikken. Det er dessuten viktig at studentene forstår helheten i programmene og samtidig hvordan programmene virker i detalj og kan videreutvikles.

Bare på denne måten kan studentene kritisk sammenligne resultater og trekke konklusjoner.

– Ved å ta i bruk programmering og numeriske beregninger i studiet får studentene en helt annen innsikt i problemstillinger enn de hadde fått dersom de bare jobbet med ferdiglaget programvare. Studentene blir dermed godt forberedt på den måten realister arbeider innen forsknings- og kunnskapsbasert arbeidsliv, sier Sørby.