Simulasi Komputer dalam Pendidikan Fizik

Oleh; Dr. Shahrul Kadri bin Ayop (PhD), UPSI

Teringat sewaktu mengikuti program sarjana muda di universiti dahulu, saya mengalami kesukaran dalam memahami Kesan Doppler. Katakan ambulans bersiren bergerak laju menghampiri kita. Di samping peningkatan pada keamatan bunyinya, terdapat perubahan nada bunyi menjadi lebih langsing. Perubahan nada inilah akibat Kesan Doppler. Saya cuba membayangkan situasi Kesan Doppler tersebut. Namun gagal!

Akhirnya, saya hanya menghafal formula dan kaedah penggunaan dalam penyelesaian masalah. Ia berjaya menyelesaikan masalah analitikal, tetapi masih lagi lemah dari segi konsep dan mekanismanya.

Apabila menyertai warga Universiti Pendidikan Sultan Idris (UPSI) pada tahun 2002, saya bertemu sekali dengan konsep ini untuk diajar dalam kuliah. Saya ada dua pilihan.

1. Ajar seperti mana saya diajar, hafal formula dan gunakan. 
2. Mencari dan melaksanakan alternatif pengajaran.

Saya membuat pilihan ke-2. Namun sebagai pendidik muda, bagaimana saya boleh melakukannya. Mujurlah saya diperkenalkan dengan program Physlet oleh seorang mentor saya di UPSI.

Physlets adalah sejenis simulasi komputer bagi menggambarkan sesuatu konsep fizik. Saya menjumpai satu Physlet mengenai kesan Doppler (Rajah 1). Saya begitu teruja kerana simulasi ini dapat menerangkan kesan tersebut dengan lebih jelas, ringkas, padat dan yang paling menarik ialah “ia bergerak!”.

Rajah 1. Kesan Doppler. Sumber titik bergerak ke kanan menyebabkan puncak-puncak gelombang merapat. Kesannya, panjang gelombang memendek dan meningkatkan frekuensi. Pencerap di kanan sumber mencerap peningkatan frekuensi dan pencerap di kiri sumber mencerap penurunan frekuensi berbanding frekuensi sumber. Selain itu garis ketebalan bulatan menunjukkan keamatan gelombang sekaligus memberikan penjelasan tepat berkenaan konsep perubahan keamatan terhadap jarak dari sumber. [Rujukan 1]

Simulasi komputer seperti physlets adalah model sistem sebenar yang dilakukan melalui penggunaan komputer. Simulasi berbeza dengan animasi kerana pengguna boleh mengubah parameter-parameter tertentu pada simulasi bagi menggambarkan kesan perubahan parameter terhadap sistem yang disimulasikan. Simulasi adalah berbentuk interaktif iaitu pengguna berinteraksi dengannya. Dalam simulasi kesan Doppler di atas, pengguna boleh mengubah nilai laju sumber lalu melihatkan kesannya terhadap corak perambatan gelombang.

Simulasi seperti ini tidak terhad kepada bidang fizik sahaja, tetapi kini mudah diperoleh secara percuma dalam perbagai bidang termasuk biologi, teknikal dan kejuruteraan. Antara sumber popular ialah PhET yang mengumpulkan koleksi simulasi yang sesuai untuk silibus sekolah rendah hingga pengajian tinggi. Bagi bidang fizik, Physlets merupakan sumber yang baik. Selain itu, Wolfram Demonstration Project juga menawarkan simulasi dalam bidang sains dan kejuruteraan pada peringkat pengajian tinggi. Simulasi yang berasaskan platform java juga biasanya saya kecil saiznya. Sebagai contoh simulasi kesan rumah hijau dalam Rajah 2 hanya bersaiz 1.7 MB sahaja. Kebanyakan simulasi boleh diterapkan dalam web. Oleh sebab saiznya yang kecil, tugasan berasaskan simulasi boleh di-e-mailkan kepada pelajar.

Sumber simulasi:

• http://webphysics.davidson.edu/Applets/applets.html
• https://phet.colorado.edu/
• http://demonstrations.wolfram.com/

Nota: Shahrul Kadri bin Ayop (PhD) ialah pensyarah kanan di Jabatan Fizik, Fakulti Sains dan Matematik, Universiti Pendidikan Sultan Idris. Kepakaran beliau adalah dalam bidang pemerangkapan optik dan berminat dalam kajian PdP pendidikan fizik.

Artikel lain tulisan beliau di MajalahSains

1. Kaedah Instruksi Sebaya dalam Pendidikan Fizik
2. Teknologi Ultrasonik dalam Perubatan (Artikel bersama pelajar)