Edukacijska istraživanja u fizici i utjecaj na nastavnu praksu

1. Državni seminar iz fizike za osnovne i srednje škole Zadar , 2008 Edukacijska istraživanja u fizici i utjecaj na nastavnu praksu Ivica Luketin Fakultet prirodoslovno-matematičkih znanosti i kineziologije Split

2. Pregled predavanja 1)Znanost o nastavi fizike –(PER , Didaktika fizike, Metodika nastave fizike) 2)Primjeri edukacijskih istraživanja 3)Utjecaj istraživanja u didaktici fizike na nastavnu praksu

3. Znanost o nastavi fizike • Physics Education Research (PER) • Didaktika fizike • Metodika nastave fizike

4. Povijestfizike Filozofijafizike Fizika Pedagogija Didaktika fizike Psihologija Dalje referentne discipline: npr.Sociologija/ Anthropologija / Lingvistika / Etika Interdisciplinarnanaravznanosti o nastavi fizike Istraživanja u didaktici fizikecrpeiz metodaanalitičkihiempirijskih istraživanjaiz različitih referentnih disciplina. Didaktičarfiziketrebakompetencijeu raznim domenama. R.Duit,Girep Opatija,2007

5. Physics Education ResearchPER • U zadnjih 30 godina fizičari u U.S. su počeli tretirati učenje i poučavanje fizike legitimnim istraživačkim problemom. • Prvu istraživačku grupu je formirao Arnold B.Arons na Sveučilištu Wašington,Seatle. Njegova knjiga "Teaching Introductory Physics" ,1997,je pregled osnovnih tema PER-a u ranoj fazi ,napisana u formi eseja.

6. Osnovne teme nastave fizike temeljene na istraživanju

7. Kvalitativna pitanja • Naglasak na kvalitativnim, ne-numeričkim pitanjima da bi se smanjilo mehaničko uvrštavanje u formule

8. Višestruki prikazi • Korištenje višestrukih prikaza (reprezentacija) u svrhu produbljivanja razumijevanja Grafovi, dijagrami, riječi, simulacije, animacije, ...

9. Objasniti svojim riječima • Poticanje učenika da objašnjavaju svojim riječima vlastito rasuđivanje (usmeno ili pismeno)da bi jasnije izrazili svoje misaone procese omjer,skaliranje,brzina kao nagib,impuls sile kao površina,..

10. Didaktika fizike U Europi se početak može datirati : Viennot,L. 1978,Le raisonnement spontane en dynamique elementaire ,Thesis, University of Paris VII 1979 je u časopisu: Eur.J.Sci.Educ.,vol.1, no.2 (205-221 ) objavljen rad Spontaneous Reasoning in Elementary Dynamics

11. Metodika nastave fizike u Hrvatskoj-povijest • Dobra pedagoška tradicija srenjoeuropskog kruga u kojoj se razvijalo hrvatsko školstvo manifestirala se i u otvaranju katedri metodika nastave (pojedinih disciplina ) na Sveučilištu u Zagrebu i ostalim hrvatskim sveučilištima.

12. Metodika nastave fizike u Hrvatskoj-umijeće • Nažalost,sve do nedavno ,hrvatski fizičari su nastavu fizike smatrali strukom u kojoj fizičari nemaju što istraživati. • Nastavnik fizike u osnovnoj , srednjoj ili visokoj školi se nije imao gdje u Hrvatskoj znanstveno dalje usvršavati (osim u nekoj priznatoj disciplini fizike,u koju nije spadala metodika nastave fizike ).

13. Metodika nastave fizike u Hrvatskoj-budučnost • Impetus u razvoju kurikuluma i povezivanja nastave fizike na svim razinama dali su Dani nastave fizike, prvog (1993 ) do osmog simpozija (2007) konstruktivistički usmjereni .Zasluga je to, uz mnoge hrvatske nastavnike fizike, u dobroj mjeri profesora metodike fizike R.Krsnika,koji je utemeljio prvu hrvatsku grupu fizičara (PMF Zagreb) koja se znanstveno bavi nastavom fizike.

14. Metodika nastave fizike, Didaktika fizike ili PER u Hrvatskoj ? • Termin metodika, udomaćen kod nas i državama pod utjecajem bivšeg SSSR-a, previše naglašava samo primjene metoda poučavanja. Slabije upućeni ga ne razlikuju od metodologije. Primjereniji naziv bi bio didaktika struke sukladno Fachdidaktik (Didaktik der Physik, Didaktik der Informatik..) ili Didactique des disciplines (Didactique de Physique ,Didactique de l' informatique ..).

15. Nastava fizike prije pojave PER-a • Niz reformi kurikuluma (bljesak i gašenje) • Nije bilo razmjene • Nije bilo dokumentirano što se promijenilo • Nije bilo zajedničkog stava što je dobra nastava fizike • Umjesto kumulativnog napretka ,kurikulum oscilira u interpretaciji pojedinaca • Bez sistematskog istraživanja i evaluacije

16. Digresija Ka sistematskoj akumulaciji znanja ili će svaka generacija ponovo izmišljati kotač

17. Zašto u obrazovanju svaka generacija ponovo izmišlja kotač • Učenje je kompleksna pojava • Svi znaju sve o obrazovanju (svi bi znali voditi nogometnu vrstu za koju navijaju) • Za dobru nastavu je dovoljno jasno predavati ono što sam (sama) dobro znaš • Pedagogija je ipak samo teorija,koja ne garantira praksu dobre nastave.

18. Razlozi sporosti prihvačanja PER-a • 20.stoljeće –neusporedivi napredak u razumijevanju fizikalnog svijeta ,ali ne vidimo usporedivi napredak u razumijevanju kako učenici uče fiziku. • Zašto?

19. Razlozi sporosti a) Učenje je kompleksnija pojava od večine proučavanih fizikalnih procesa. b) Fizičari nisu uradili sličan sistematski napor razumijeti kako učenici uče fiziku i kako ih poučavati. c).........

20. PER-više od lucidnih predavanja • Arons u predgovoru knjige "Teaching Introductory Physics" naglašava da su edukacijska istraživanja pokazala da didaktičko izlaganje pojmova i procesa (ma koliko predavanje bilo lucidno ) pasivnom slušaču malo pomaže u učenju .Od toga imaju koristi mali broj nadarenih učenika.

21. Arnold Arons • Arons ne pledira za nejasna predavanja, već da i takva predavanja moraju biti dopunjena vježbama koje aktiviraju učenike.

22. Feynmanov pesimizam • Nakon završetka povijesnog pokusa na Caltechu sa lekcijama iz osnova fizike ,napisao je (Uvod, vol.III,1966) da je njegovo mišljenje o uspjehu lekcija pesimistično ("I don‘t think I did very well by the students" ).Prijatelji su mu rekli da je 10-20 briljantnih studenata razumjelo gotovo sve ("They are,after all,the ones I was trying to get at").

23. Gibbons • Ali ,onda je ,citat prema Feynmanu,"moć poduke rijetko ikad efikasnija nego što je u onim sretnim prilikama gdje je zapravo suvišna“.

24. Feynmanov optimizam Slobodnija interpretacija • Mislim da nema drugog rješenja za ovaj problem edukacije nego da dobra pouka uključuje osobni odnos učenika i učitelja- situacija koja pruža priliku učeniku : • raspravljati o idejama • misliti o njima • govoriti o njima

25. Skepsa može pomoći bržem širenju PER zajednice • Nije dobro širiti poruku da su dobri nastavnici samo oni koji znaju rezultate edukacijskih istraživanja.Takav stav izaziva otpor fizičara .Uostalom,znanost o poučavanje je tek u fazi akumulacije podataka,a biti istraživač u tom području ne garantira u potpunosti da ste i izvrstan nastavnik.

26. Kako aktivirati velike razrede-istraživač nastave fizike u akciji D. E. Meltzer, Enhancing Active Learning in Large-Enrollment Physics Courses P.Heron,D.Meltzer,The future of physics education research: Intellectual challenges and practical concerns

27. Kraj digresije

28. Što PER čini znanošću(Lililian Mc Dermott ,1998) • Dok nemamo volje primijeniti iste rigorozne standarde akademskog istraživanja za teme učenja i poučavanja fizike koje redovito primjenjujemo u tradicionalnom znanstvenom istraživanju , sadašnja situacija u edukaciji fizike se vjerojatno neće promijeniti.

29. Što PER čini znanošću ? • Sistematsko promatranje nastave fizike, prikupljanje podataka ,izvođenje ponovljivih edukacijskih pokusa. • Definiranje varijabli i njihova kontrola. • Dubinsko ispitivanje i analiza učeničkog mišljenja o fizikalnim pojmovima i procesima. • Pokušaj definiranja teorijskog okvira unutar kojeg se mogu interpretirati prikupljeni podaci (J.Redish)

30. Sistematsko promatranje i pokusi • Sistematsko promatranje nastave fizike, prikupljanje podataka ,izvođenje ponovljivih edukacijskih pokusa.

31. Varijable • Definiranje varijabli i njihova kontrola.

32. Dubinsko ispitivanje • Dubinsko ispitivanje i analiza učeničkog mišljenja o fizikalnim pojmovima i procesima.

33. Teorijski okvir • Pokušaj definiranja teorijskog okvira unutar kojeg se mogu interpretirati prikupljeni podaci (J.Redish)

34. Koji je cilj PER-a ? Transformirati dobro poučavanje od umijeća kojim raspolažu rijetki u znanost koja omogućava mnogima naučiti kako postati dobar nastavnik fizike.

35. Kako do cilja ? • Na temelju istraživanja ,razviti nastavne metode i nastavne materijalekoji vode računa o preprekama u učeničkom učenju fizike. • Provjeravati efikasnost tih metoda i materijala i stalno ih prepravljati. • Provjera se dijelom temelji na standardiziranim dijagnostičkim instrumentima (npr. FCI , ali ih treba prilagoditi dobi učenika).

36. Summary: Key Facets of Physics Education Research • Physics education is an interdisciplinary discipline aiming at improving teaching and learning in various practices. • t Physics educators need multiple competencies in physics and in a substantially large number of reference domains. • t Physics education research has to link physics subject matter issues as well as pedagogical and psychological issues. • t Research and development are closely linked. Please keep in mind: To improve practice there are no simple recipes. You are investigating / steering a highly complex (non-linear) system.

37. Primjeri edukacijskih istraživanja 1.Zaštoje je ljeti toplije 2.Istjecanje tekućine 3.Sudar auta i kamiona 4.Bacanje lopte ,skakanje,potezanje konopa 5.Kako motivirati učenike (Viennot) 6.Kako privući učenike fizici (N.Reid)

38. Primjeri dubinske analize učeničkog mišljenja o fizikalnim pojmovima i procesima 1.Zaštoje je ljeti toplije ? 2.Dvije posude su spojene cijevi s stegnutom stezaljkom kao na slici. Kad se stezaljka otvori,što će se dogoditi s razinom vode ? 3.a)Tijekom sudara auta i kamiona , sila kojom kamion djeluje na auto je veča od sile kojom auto djeluje na kamion. b)Sila .....

39. Okviri za objašnjenje • Redish razlikuje dva stajališta kojim se može interpretirati znanje učenika : • Stajalište modela (naivne teorije,spontane teorije,miskoncepcije,alternativne koncepcije ) koje ima učenik o fizikalnoj pojavi • Stajalište modularnog (fragmentarnog ) znanja i rezoniranja

40. Dimenzije koje omogučuju razlikovanje stajališta • Razina integracije ( koliko su različiti elementi povezani) • Razina robusnosti (kako je širok raspon situacija u kojima se znanje aktivira ) • Razina obrade (kompilacije) (stupanj do kojeg se složeniji komadi znanja mogu primijeniti kao jedinice s kojima radi radna memorija )

41. Stajalište modela • Resursi znanja su jako vezani • Model se aktivira u širem rasponu situacija (konteksta) • Stabilan i otporan na promjene • Nije u skladu s prihvačenim znastvenim mišljenjem

42. Za gibanje treba sila Arhetipski primjer (Viennot) naivnog modela da za gibanje treba sila pokazuje stabilnost koja upućuje i na algebarsku formulaciju :

43. Stajalište modularnog znanja • Aktivirani resursi su uglavnom nezavisni i slabo povezani • Znanje se aktivira u ograničenom broju situacija • Znanje je labilno i lako promjenjivo

44. Elementi znanja (resursi)p-prim • Elemente znanja (resurse) Di Sessa naziva p-prim (phenomenological primitives)

45. Redish- apstraktna pravila i faceti Redish pravi još finiju distinkciju i razlikuje primitivne elemente rasuđivanja (opća pravila) i izbrušenije znanje koje se odnosi na pojedine predmete fizikalnog svijeta , a dobije se pridruživanjem.

46. Redishova dopuna • Primitivni elementi rasuđivanja (opći) • Izbrušenije znanje (konkretno) • Preslikavanje

47. 1.Zašto je ljeti toplije ? Mnogi učenici odgovore zato što je Zemlja bliže Suncu.To se pripisuje greški u učenju da se Zemlja giba po vrlo ekscentričnoj putanji .Za neke učenike je to slučaj.

48. Di Sessa • Di Sessa predlaže i drugačije objašnjenje. • Nakon pitanja,učenik pretražuje po svojoj bazi znanja da bi pronašao resurs koji će primijeniti.Brzo se nudi bliže je jače .Taj resurs sam po sebi nije točan niti netočan ( npr.zaista je toplije ako ste bliže vatri).Ali,objasniti promjenu godišnjih doba kao posljedicu promjene udaljenosti od Sunca se može razumjeti kao pogrešno aktiviranje ovog resursa.

49. Drugi resursi Drugi resursi koji su učeniku na raspolaganju bi mogli bili produktivniji, npr. snaga je veća ako je posljedica direktnijeg kuta upadanja.

50. Zašto je ljeti toplije ? Primitivni element rasuđivanja je : Biti bliže izvoru je efikasnije preslikavanje Izbrušenije znanje je : Kad je toplije ,bliže smo Suncu