Hogyan tehető interaktívvá egy hagyományos VHS videolejátszó?

Dr. Zsúdel László, tanár, fizika szaktanácsadó
Miskolc, Földes Ferenc Gimnázium

Mint középiskolai fizikatanár, 20 éve foglalkozom a zártláncú televízió és a videó felhasználásának lehetőségeivel a fizika tanításában. Így ez a munka már életem fontos része lett, és ez a módszer szintén fontos tanítási gyakorlatomban.
De ennek ellenére le kell szögeznem, hogy nem vagyok a videó használatának feltétlen híve. Ellene vagyok annak, ha erőltetjük használatát és mindenáron videót használunk. Véleményem szerint a valódi tapasztalás a legfontosabb, tehát kísérletezzenek tanulóink, mutassunk be demonstrációs kísérleteket a valódi laboratóriumban/osztályteremben!
Persze vannak esetek, amikor a videó használata valami különös előnnyel jár: nincs meg a kísérlethez szükséges felszerelésünk; veszélyes vagy lehetetlen a bemutatás; túl kicsi vagy túl nagy a berendezés; olyan nézőpontot tesz lehetővé, amely általában láthatatlan a tanulók számára, stb.
Műhelyfoglalkozásom egy rövid áttekintés lesz, amelyben egyrészt illusztrálni szeretném saját véleményemet/felfogásomat e területről, másrészt be szeretném mutatni az interaktív videó használatának fejlődését az utóbbi 20 évben.

Az első forradalmian új eszköz e területen a videófelvevő/lejátszó, majd később a kazettás videófelvevő/lejátszó megjelenése volt. Tudjuk, hogy a VHS formátum a legelterjedtebb manapság. Ez a viszonylag olcsó eszköz nagyon népszerű az iskolákban is. Lehetővé teszi a gyártott/sugárzott műsorok gyors lejátszását, illetve videokamerával együtt saját felvételek készítését és használatát is.

Most néhány példát mutatok Önöknek arra saját felfogásom alapján, hogy hogyan lehet az interaktivitást biztosítani videokazettás felvételek esetén.

Ezek a felvételek az ELTE videostúdiójában készültek a közreműködésemmel és elképzeléseim alapján. Az egyik kazettát ők adták ki és forgalmazzák. A másikat saját cégem: az EduPrim BT. adta ki és forgalmazza. Mindegyik kazetta tulajdonképpen egy virtuális laboratórium, egyaránt alkalmas tanári demonstrációs kísérleteknek és méréseknek egy osztályteremben, valamint tanulói önálló feldolgozásra. Az interaktívan feldolgozott témák: mikrohullámú kísérletek; forgómozgás; az elektron részecske-, hullám- és kettős természete, amely mindegyik kazetta kb. kétharmad részét teszi ki. 

Először is elveimnek megfelelően olyan területeket választottam és mutattam be, amelyek kísérleti lefedése a hazai iskolákban nehézségekbe ütközik a szükséges felszerelés hiánya miatt. Ez egyaránt érvényes az interaktívan és a nem interaktívan feldolgozott részekre is. (Ez utóbbiak a magashőmérsékletű szupravezetésről, a Brown-mozgásról és a ferromágneses doménekről szól, de inkább narratív jellegű feldolgozás, inkább hasonlít egy sugárzott tv-műsorhoz.)

Másodszor: aktív közreműködést kívánok a tanártól és diáktól egyaránt. Nem szabad folyamatosan lejátszani, mint a moziban, hanem időről-időre meg kell állni, és a látottakat feldolgozni. A képernyőn megjelenő "?" erre figyelmeztet. Ez az interaktivitás egyik típusa. A kazettához mellékelt nyomtatott brosúra segít ebben. Útmutatásokat ad, kérdéseket tesz fel a látottakkal kapcsolatosan. Segít feldolgozni és elmélyíteni az ismereteket. Mindenki eldöntheti, hogy milyen mélységig akar foglalkozni egy kérdéskörrel. De sokszor szükséges az interaktivitás a jelenet figyelése közben is. Erre a narrátor szövege hívja fel a figyelmet és közli, hogy mit kell tenni. Néhány példa erre:
1) Le kell olvasni valós skálaértékeket mérőműszerekről, vonalzóról és feljegyezni azokat. (Pl. interferencia maximumok helyei a hullámhossz mérésénél mikrohullámú kísérleteknél; az elhajlási gyűrűk átmérőjének meghatározása elektron-elhajlási kísérleteknél, stb.)
2) Meg kell mérni szögek nagyságát pl. a képernyőre tett szögmérő, vagy átlátszó fólia segítségével (mikrohullámok visszaverődése, törése, stb.) A fóliát írásvetítőn elemezhetjük.
3) Az átlátszó fóliára rajzolt jelek segítségével néha a valós méretekkel arányos értékek határozhatók meg, ha nincs szükség a tényleges adatokra.
4) A tanulók közül többen egyszerre használhatják a stopperórát ugyanazon időtartamok mérésére, így egyszerre sok mérési adatunk lehet és hibaszámítás is végezhető.

Ettől kezdve a feldolgozás módja, a természeti törvény feltárása megegyezik a szokásossal. Megjegyzem, hogy újabban gyakran használok különálló számítógépes szoftvert a függvénykapcsolatok feltárására.

Végezetül egy olyan részlet leírását adom, amely az egyik kazetta narratív jellegű részéből való, és egy kevésbé ismert mikroszkópos bemutatási lehetőséget ismertet.
A ferromágneses anyagok szerkezetéről még középiskolás tankönyveinkben is eléggé 1eegyszerűsített kép található. A mágnesezettséget még ma is általában a köráramok segítségével magyarázzák. Pedig a Weiss-féle domének, tartományok bemutatása is viszonylag egyszerűen megoldható lenne. Mint ismeretes, ezek azok a tartományok, amelyek saját mágneses dipólmomentummal rendelkeznek. A szomszédos tartományok dipólmomentuma egymással ellentétes és egyenlő nagyságú, így egymás hatását lerontják, az anyag kifelé nem mutat mágneses hatást. Külső mágneses mező hatására azonban a doménfalak elmozdulnak: az egyik tartomány szélesedni kezd, a másik pedig keskenyedni: az anyag mágneseződik. Ha nem túl erős a külső mágneses mező, nem marad mágneses, de az eredeti állapot már sohasem áll vissza. A doménfalak vándorlása tehát megfordíthatatlan folyamat.
Az ilyen anyagokból készült vékony rétegek bizonyos típusait mikroszkóp alatt, áteső fényben, csaknem keresztezett polárszűrők között (a Faraday-effektus alapján vizsgálhatjuk. Az ellentétes mágneses dipólmomentumú domének megkülönböztethetők egymástól: az egyik sötétebbnek, a másik világosabbnak látszik. (Bizonyos anyagok viszont csak visszavert fényben vizsgálhatók, így ezekhez reflexiós mikroszkóp szükséges.) A jelenség további fizikai magyarázata itt nem lehet feladatom.
A doménszerkezet bemutatásához nyugaton tanulókísérleti célokra gyártott taneszközök kaphatók. Ezek tulajdonképpen alkalmasak a ferromágneses anyagok körében ismert valamennyi jelenség bemutatására (Barkhausen hatás, Curie-hőmérséklet mérése, stb.), mert egy beépített tekercset is tartalmaznak, amely segítségével. a külső mágneses mező finoman változtatható. 
Az alábbiakban egy végsőkig leegyszerűsített változat leírását adom, amellyel az alapjelenség szépen bemutatható. Igényesebb célokra ennek továbbfejlesztése szükséges.
Az eszköz alapja az a kb. 2 mm x 2 mm méretű gránátkristály lapka, amelyet: a Központi Fizikai Kutatóintézet Mikroelektronikai Eszközök Főosztályáról Dr. Zimmer György főosztályvezető úr bocsátott sok példányban a rendelkezésemre. A lapka sárgás színű és mindkét oldalán van mágnesezhető réteg. A mikroszkóp fókusztávolságának beállításával lehet kiválasztani, hogy melyik réteget vizsgáljuk. Általában nem használunk olyan nagy mélységélességű mikroszkópot, hogy mindkét réteg egyszerre látható lenne. Ez természetesen igen zavaró, ezért ez esetben az egyik réteget le kell polírozni.
A lapkát egy közönséges mikroszkóp-tárgylemezre ragasztottam. Igaz ugyan, hogy ez törékeny, de kellő óvatosság mellett sem a tárolása, sem a használata nem lehet problematikus. (A drága mikroszkóp tárgymikrométerek is ilyen hordozóanyagon vannak.) A mikroszkóp tárgylemez megtisztítása, esetleges zsírtalanítása után Ferrobond pillanatragasztóval ragasztottam rá a lapkát. Ehelyett másféle ragasztó is elképzelhető, amely tartósan ragaszt, csak az a lényeg, hogy száradás után teljesen. átlátszó maradjon. Tulajdonképpen ennyi az egész eszköz leírása.

A bemutatáshoz persze egyéb kellékek is szükségesek, de ezekről úgy vélem, hogy a legtöbb fizika szertárban megtalálhatóak. A legjobb lenne egy polarizációs mikroszkóp, ám ez valószínűleg nincs. Ilyenkor két polárszűrő segítségével bármely mikroszkóp polarizációssá alakítható: az egyik szűrőt polarizátorként a minta alá, a másikat analizátorként a minta fölé kell tenni. Legjobb erre a célra a műanyag polárfólia, mert ennek nincs kerete, s könnyebb a mikroszkóp alá helyezni. Ennek hiányában optikai készletből való, vagy fényképezési célokra gyártott polárszőrők is jól használhatók. Én a polarizátort a mikroszkóp kondenzorlencséjére szoktam tenni, hogy ne akadályozza a minta tárgyasztalon való rögzítését. Az analizátort pedig közvetlenül a rögzített mintára teszem, s addig forgatom, míg csaknem keresztezett állásba kerülnek. Ezt arról lehet felismerni, hogy még nem teljesen sötétül el a látómező, még látszik a minta saját sárgás színe. Fontos, hogy se túl nagyon, se túlságosan gyengén legyenek keresztezett állásban. A tárgytávolság állításával hamarosan láthatókká válnak a giliszta-szerű tartományok.
Mikroszkópom Huygens-okulárja 15-szörös nagyítású volt. A tárgylencse 8-szoros illetve 20-szoros, mindkét esetben kielégítő képet lehet kapni, bár a nagyobb nagyítások esetében a kép kontrasztja romlik. A kisebb nagyítású tárgylencse előnye még az is, hogy a nagyobb tárgytávolság miatt még a fényképezőgépre való, keretezett polárszűrő is közéfér a tárgylencse és a, minta közé.

A működtetéshez már csak egy mágnesrúd szükséges, amelyet oldalról közelítsünk a minta felé! Lényeges, hogy olyan irányból történjen a közelítés, hogy a mágnese mező B vektorának legyen a lapka síkjára merőleges összetevője. Magyarul: csaknem merőlegesen kell a tárgyasztalra  közelíteni, vele párhuzamos közelítés esetén bemutatásunk eredménytelen marad.
Végezzük el mindkét mágnespólussal a bemutatást! Egyik esetben az egyik domén, másik esetben a másik típusú domén vastagszik a másik rovására. Esetleg elérhető, hogy olyan széles domén alakul ki, hogy a doménfalak kikerülnek a látómezőből. A kézzel való közelítés valószínűleg nem elég finom ahhoz, hogy a doménfalak ugrásszerű vándorlását (Barkhausen-hatás) észrevehessük. Inkább csak folyamatos mozgást látunk a gyors közelítés miatt. Hívjuk fel a figyelmet a folyamat irreverzibilis jellegére!