Natuurkundigen werken eraan om meer studenten in het onderzoek te krijgen

Sneha Dixit hield zichzelf gezelschap tijdens een reis van 25 uur – per vliegtuig, trein en taxi, van Bengaluru, India, naar Chestertown, Maryland – met het populairwetenschappelijke boek van Stephen Hawking Het grote ontwerp. Ze was op weg naar de klas van 2024 op het Washington College.

Dixit wist dat ze natuurkunde wilde studeren zoals Hawking. Maar pas toen ze aan haar studie begon, begon ze te waarderen hoe het werk van natuurkundige eigenlijk was.

‚Ik wil al bijna zeven of acht jaar natuurkundige worden‘, zegt ze. ‚En toen ik naar de universiteit ging, realiseerde ik me dat natuurkundigen niet alleen voor schoolboeken zitten en vergelijkingen oplossen. Ze doen onderzoek, zo komen ze dingen te weten, dat maakt hen natuurkundigen.”

Dat wilde Dixit ook.

Maar de meeste niet-gegradueerde studenten die de kans krijgen om deel te nemen aan experimenten, gaan naar instellingen die doctoraten aanbieden en ontvangen een hoog niveau van federale steun voor onderzoek. Dixit is bij een kleine instelling voor vrije kunsten die meestal vierjarige graden aanbiedt. Faculteiten van voornamelijk niet-gegradueerde instellingen zoals Washington College worden geconfronteerd met een aantal obstakels om hun studenten onderzoekservaring te bieden.

Gelukkig voor Dixit vond professor natuurkunde van het Washington College, Suyog Shrestha, een manier om die barrières te omzeilen, althans voor een kleine groep studenten. Met Shrestha kon Dixit gegevens analyseren van het ATLAS-experiment bij de Large Hadron Collider.

Natuurkundigen die deelnamen aan een planningsproces voor de toekomst van de Amerikaanse hoge-energiefysica, Snowmass genaamd, verdedigden onlangs inspanningen zoals deze in een witboek, „Enhancing HEP-onderzoek in voornamelijk niet-gegradueerde instellingen en community colleges.“

Om hun doel te bereiken om onderzoekservaring beschikbaar te maken voor een breder scala van niet-gegradueerde studenten, schreven ze, hebben ze de steun nodig van hogescholen en universiteiten, experimentele samenwerkingsverbanden en financieringsinstanties.

Leren door te doen

Onderzoek doen gaat over het leren vinden van antwoorden buiten een leerboek, zegt Matt Bellis, een universitair hoofddocent natuurkunde aan het Siena College net buiten Albany, New York.

Als het gaat om grote vragen, zoals waarom het heelal grotendeels uit materie en niet uit antimaterie bestaat, ‚kun je niet zomaar een boek opzoeken en opzoeken hoe je het kunt oplossen‘, zegt Bellis. „Je moet creatief worden over hoe je deze problemen aanpakt waar geen antwoord op is.“

Siena College is een privé Franciscaner college met iets meer dan 3.000 studenten. Maar Bellis zorgt ervoor dat zijn studenten toegang hebben tot natuurkundig onderzoek.

Voor studenten die een graduaat natuurkunde gaan halen, is die voorsprong belangrijk, zegt Shrestha. „Hoge-energiefysica is een zeer uitdagend vakgebied in die zin dat het jaren van voorbereiding vereist voordat iemand productief kan zijn.“

Naast het op snelheid brengen van een student in een experimentele samenwerking, kan onderzoekservaring een carrière in de natuurkunde ook haalbaarder maken. „Ik denk dat ik beter begrijp wat natuurkunde is dan vroeger“, zegt Josephine Swann, een bachelorstudent natuurkunde aan Siena. “Ik had niet gedacht dat het zo verbonden was met zoveel andere vakgebieden. Ik was erg geïntimideerd door natuurkunde voordat ik ermee begon, maar het is zoveel toegankelijker geweest dan ik had gehoopt.”

In samenwerking met Bellis voerde Swann onlangs berekeningen uit met betrekking tot een zoektocht naar donkere materiedeeltjes door het CMS-experiment bij de LHC. De ervaring introduceerde haar bij een bredere onderzoeksgemeenschap dan ze wist dat ze bestond.

„Ik heb van zoveel mensen geleerd“, zegt ze. „Natuurkundigen van projecten bij de LHC, mijn professoren, andere studenten en mensen op niet-natuurkundige gebieden zoals biologie en scheikunde zijn zo behulpzaam geweest. Ik had geen idee hoeveel er in een uitgebreide berekening ging zoals [the one] Dat deed ik, en die van ons zit nog steeds vol onzekerheden.

“Ik was net klaar [introductory physics class] ‚General Physics I‘ toen ik aan dit project begon te werken, en ik kan niet eens beginnen te zeggen hoeveel ik heb geleerd.“

Zelfs studenten die geen natuurkunde blijven studeren, kunnen baat hebben bij vroege blootstelling aan wetenschappelijk onderzoek, zegt Sudhir Malik, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Puerto Rico-Mayaguez die aan het Snowmass-witboek heeft gewerkt. „Onderzoek brengt extra technologie en aanvullende vaardigheden met zich mee, die geen deel uitmaken van het academische curriculum“, zegt hij.

Onderzoek aan voornamelijk niet-gegradueerde instellingen

Faculteiten van door Carnegie geclassificeerde onderzoeksinstellingen en doctoraatsinstellingen zullen naar verwachting het grootste deel van hun tijd aan onderzoek besteden, waarbij ze doorgaans twee of minder cursussen per jaar doceren. Afgestudeerde studenten zijn verantwoordelijk voor het instrueren van veel niet-gegradueerde klassen.

Van faculteiten aan voornamelijk niet-gegradueerde instellingen wordt daarentegen verwacht dat ze het grootste deel van hun tijd aan onderwijs besteden, en ze worden geëvalueerd op basis van hun onderwijsvermogen. „Lesgeven is ongelooflijk eenvoudig, tenzij je het goed wilt doen“, zegt Bellis. “Om goed les te geven, moet je er tijd en moeite in steken.”

De grotere klassenbelasting waar docenten van voornamelijk niet-gegradueerde instellingen voor verantwoordelijk zijn, kan het voor hen moeilijk maken om te reizen om experimentele samenwerkingsvergaderingen bij te wonen of om dienstverantwoordelijkheden te vervullen, zoals het nemen van gegevens, het onderhoud van detectoren of computeractiviteiten.

Dit blokkeert veel bachelorstudenten van onderzoek, zegt Malik. “Als de professoren op… [predominantly undergraduate institutions] onderzoek doen, alleen dan kunnen studenten meedoen.”

Vooral niet-gegradueerde instellingen zijn meestal niet opgezet voor onderzoek. Belangrijke lessen op het hoogste niveau die studenten natuurkunde nodig hebben, worden niet of zelden aangeboden, vanwege het kleine aantal studenten dat zich inschrijft om ze te volgen. Bovendien missen niet-gegradueerde instellingen de infrastructuur en apparatuur die beschikbaar is bij instellingen met meer federale onderzoeksdollars.

Bij onderzoeksgerichte instellingen ondersteunen afgestudeerde studenten en postdoctorale onderzoekers de faculteit. Het begeleiden en begeleiden van hen kost tijd en moeite, maar het stelt professoren ook in staat taken te delegeren.

Daarentegen moeten hoogleraren aan instellingen waar geen afgestudeerde studenten of postdocs zijn, langzamer bewegen. „Als je de student echt een goede ervaring wilt geven, kost het tijd om de studenten de basis te leren“, zegt Bellis. „En die tijd dat je ze lesgeeft, zou je gewoon kunnen doen… [the research] jezelf.“

Dit alles zorgt ervoor dat docenten van voornamelijk niet-gegradueerde instellingen in het nadeel zijn wanneer ze concurreren met docenten van andere instellingen voor financiering die nodig is om uitgaven te dekken zoals lidmaatschapsgelden voor samenwerking, betaling voor studentonderzoekers en toegang tot apparatuur en computerbronnen.

“Als de universiteit iets wil opzetten, een soort onderzoek, hebben ze altijd externe financiering nodig”, zegt Malik. “En externe financiering is een uitdaging voor ons.”

Het laten werken

Een manier voor docenten van kleinere instellingen om niet-gegradueerde studenten bij onderzoek te betrekken, is door grotere instellingen aan te bieden om bronnen te delen.

Siena College heeft bijvoorbeeld de krachten gebundeld met Cornell University, die de hulp biedt van afgestudeerde studenten en postdocs, samen met technische en administratieve ondersteuning en een reeds gevestigde verbinding met het CMS-experiment en het gastlaboratorium, CERN.

Op dezelfde manier gebruikt Shrestha, die ook adjunct-assistent-professor is aan de Ohio State University, zijn connectie met de grotere instelling om zijn onderzoek naar het ATLAS-experiment voort te zetten en studenten van het Washington College binnen te halen.

Natuurkundigen suggereren in het Snowmass-witboek dat experimentele samenwerkingen de last voor professoren van kleinere instellingen zouden kunnen verlichten door hen minder te vragen om deel te nemen, door verschillende lidmaatschapsniveaus aan te bieden en door financiering voor reizen aan te bieden. Ze zouden docenten met een zwaardere onderwijsbelasting ook in staat kunnen stellen om op afstand servicewerkzaamheden uit te voeren.

Financieringsinstanties staan ​​niet toe dat professoren beurzen gebruiken om hun instellingen te betalen in ruil voor het ontheffen van een deel van hun onderwijstaken. Maar het toestaan ​​van docenten met zwaardere onderwijsbelastingen om dit te doen, zou professoren van kleinere instellingen helpen, zegt het witboek.

Het Amerikaanse ministerie van Energie en de National Science Foundation bieden financiële steun aan faculteiten van voornamelijk niet-gegradueerde instellingen, zegt Malik.

NSF biedt financieringsmogelijkheden genaamd Facilitating Research at Primary Undergraduate Institutions, ontworpen voor scholen die geen interne financiering voor onderzoek hebben. DOE Office of Science biedt financiering aan docenten en studenten van instellingen die historisch ondervertegenwoordigd zijn in onderzoek via het Visiting Faculty Program, waardoor de faculteit in de zomer kan samenwerken met wetenschappelijk en technisch personeel in nationale laboratoria. Vanaf het voorjaar van 2023 biedt het VFP-programma, als onderdeel van het Office of Science RENEW-initiatief, ook voorwaarden in de lente en de herfst.

Sommige voornamelijk niet-gegradueerde instellingen bieden ook financiering voor facultair onderzoek. Shrestha heeft zomeronderzoeksstudenten, waaronder Dixit, ondersteund met een kleine toelage van het John S. Toll Summer Student Research Program aan het Washington College.

Voor Dixit, die op schema ligt om vroeg af te studeren, in 2023, was de kans transformerend.

„Dit is iets wat ik niet erg zou vinden om de rest van mijn leven te doen“, zegt ze. „En welk voorgevoel ik ook had om natuurkundige te willen worden, het klopte.“

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert